JP5958809B2 - Oxide carrier manufacturing method, oxide carrier manufacturing device, and photocatalytic filter manufacturing method - Google Patents
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Landscapes
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Description
本発明は酸化物担持体製造方法、酸化物担持体製造用装置、および光触媒フィルター製造方法に係り、特に、高い光触媒活性と低い圧力損失を兼ね備えた光触媒フィルターを得ることのできる酸化物担持体製造方法、酸化物担持体製造用装置、および光触媒フィルター製造方法に関する。
The present invention relates to an oxide carrier production method, an oxide carrier production device , and a photocatalyst filter production method , and in particular, an oxide carrier production capable of obtaining a photocatalyst filter having both high photocatalytic activity and low pressure loss. The present invention relates to a method, an oxide carrier manufacturing apparatus , and a photocatalytic filter manufacturing method .
酸化チタンは化学的に安定で毒性が少なく、さらに、光吸収によって生じる酸化力が防汚、脱臭、空気浄化、水質浄化、抗菌などに対して有効であることが報告されて以来、幅広い分野で応用が拡大している。 Titanium oxide is chemically stable and has low toxicity. Furthermore, since it was reported that the oxidizing power generated by light absorption is effective for antifouling, deodorizing, air purification, water purification, antibacterial, etc., it has been used in a wide range of fields. Applications are expanding.
酸化チタンを光触媒として利用するためには通常、基材に対して何らかの方法で固定化する必要がある。粉末状の酸化チタンの固定化方法としては、シリカなどバインダーを利用する方法が知られている。しかしこの方法では、光触媒機能性を待たないバインダーが光触媒周辺に多量に存在することとなるため、光触媒機能性を大幅に低下させてしまう。これに対して、ゾル−ゲル法など溶液を塗布する方法では、バインダーを利用することなく基材表面に光触媒を固定化することが可能である。 In order to use titanium oxide as a photocatalyst, it is usually necessary to immobilize it with respect to the substrate by some method. As a method for immobilizing powdered titanium oxide, a method using a binder such as silica is known. However, in this method, a large amount of binder that does not wait for the photocatalytic functionality is present around the photocatalyst, so that the photocatalytic functionality is significantly reduced. On the other hand, in a method of applying a solution such as a sol-gel method, it is possible to immobilize the photocatalyst on the substrate surface without using a binder.
一般的に光触媒を面として利用する場合、上述したような固定化法は非常に有効である。しかし、セラミックスフォームやガラス繊維製のフィルター表面に液相法によって酸化チタン光触媒を固定化する場合、光触媒活性を向上させるためには大量の酸化チタン塗布が必要となる。しかし、かかる大量の酸化チタン塗布による光触媒フィルターでは、フィルターに被処理ガスを通過させる場合、大きな圧力損失を発生させてしまう。そこで従来は、非常に目の粗いセラミックスフォームを使用するなどの手段により、圧力損失を低くしている。 In general, when a photocatalyst is used as a surface, the above-described immobilization method is very effective. However, when a titanium oxide photocatalyst is immobilized on a ceramic foam or glass fiber filter surface by a liquid phase method, a large amount of titanium oxide coating is required to improve the photocatalytic activity. However, in such a photocatalytic filter by applying a large amount of titanium oxide, when a gas to be treated is passed through the filter, a large pressure loss is generated. Therefore, conventionally, pressure loss is reduced by means such as using a very coarse ceramic foam.
なお、光触媒フィルターについては従来、多くの技術的提案がなされている。たとえば後掲特許文献1には、光触媒との接触効率が高く、紫外線透過性に優れ、圧力損失の小さい高性能光触媒フィルタを提供するために、表面積を高いレベルに維持可能であるとともに80〜90%もの著しく大きな空隙率を確保可能なセラミック多孔体を用い、これに光触媒を担持してなる光触媒フィルタが開示されている。 Many technical proposals have been made on photocatalytic filters. For example, in Patent Document 1 listed below, in order to provide a high-performance photocatalytic filter having high contact efficiency with a photocatalyst, excellent ultraviolet light permeability, and low pressure loss, the surface area can be maintained at a high level and 80 to 90 can be maintained. There is disclosed a photocatalytic filter using a porous ceramic body capable of ensuring a remarkably large void percentage and supporting a photocatalyst on the ceramic porous body.
また、特許文献2には、エアフィルターとして必要不可欠な圧力損失に耐えうる強度を備え、かつ有害ガスをすばやく多量に吸着、分解除去できる光触媒担持ガラス繊維布を提供するために、100〜400m2/gの比表面積を有する多孔質ガラス繊維布の表面に光触媒を担持してなる光触媒担持ガラス繊維布が開示されている。 Further, Patent Document 2, includes a strength to withstand the essential pressure loss as the air filter, and toxic gases quickly large amount of adsorption, to provide a photocatalyst carrying glass fiber cloth which can be decomposed and removed, 100 to 400 m 2 A photocatalyst-supporting glass fiber cloth obtained by supporting a photocatalyst on the surface of a porous glass fiber cloth having a specific surface area of / g is disclosed.
さて従来、高い光触媒活性を得るために必要な大量の酸化チタンが塗布された光触媒フィルターにおいて圧力損失を低くするには、上述のとおり非常に目の粗いセラミックスフォームを使用するなど、光触媒を担持する担体自体の構造に着目し、適した材料の選択や構造の改良が取り組まれてきた。しかしこれらの方法では、ある程度以上の容積や面積を備えた担体とする必要があるため、光触媒装置を小型化するための障害となっていた。もちろん、光触媒も大量に使用しなくてはならない。これら従来技術の問題は、上記特許文献開示技術においても共通するものである。 Conventionally, in order to reduce pressure loss in a photocatalytic filter coated with a large amount of titanium oxide necessary for obtaining high photocatalytic activity, a photocatalyst is supported, for example, by using a very coarse ceramic foam as described above. Focusing on the structure of the carrier itself, efforts have been made to select suitable materials and improve the structure. However, in these methods, it is necessary to use a carrier having a certain volume or area, which has been an obstacle to downsizing the photocatalytic device. Of course, a large amount of photocatalyst must also be used. These problems of the prior art are common to the techniques disclosed in the above patent documents.
本発明の課題は、これら従来技術の問題点を解消し、大量の光触媒を用いることなく、高い光触媒活性と低い圧力損失を両立できる光触媒フィルター、およびこれを得ることのできる酸化物担持体製造方法、酸化物担持体製造用装置、酸化物担持体を提供することである。さらに本発明の課題は、圧力損失低下のために光触媒担体の容積や面積を大きくすることがなく、したがって光触媒装置の小型化に支障の生じることのない、光触媒フィルター、およびこれを得ることのできる酸化物担持体製造方法、酸化物担持体製造用装置、酸化物担持体を提供することである。 An object of the present invention is to solve these problems of the prior art, and without using a large amount of photocatalyst, a photocatalytic filter capable of achieving both high photocatalytic activity and low pressure loss, and a method for producing an oxide carrier capable of obtaining the same. An oxide carrier manufacturing apparatus and an oxide carrier are provided. A further object of the present invention is to provide a photocatalytic filter that does not increase the volume and area of the photocatalyst carrier due to a decrease in pressure loss, and therefore does not hinder downsizing of the photocatalytic device, and a photocatalytic filter that can be obtained. An oxide carrier manufacturing method, an oxide carrier manufacturing device, and an oxide carrier are provided.
本願発明者は上記課題について検討した結果、ジオールを存在させた基材の表面に気化させた金属アルコキシドを接触させて、かかる反応により物体表面に酸化物前駆体(金属ジオレート)を形成し、これを熱処理(熱分解)することによって物体表面において酸化チタンを生成させる方法を編み出し、これを基礎として課題解決可能であることに想到し、本発明の完成に至った。すなわち、上記課題を解決するための手段として本願で特許請求される発明、もしくは少なくとも開示される発明は、以下の通りである。 As a result of examining the above problems, the inventor of the present application contacts the vaporized metal alkoxide on the surface of the base material in which the diol is present, and forms an oxide precursor (metal dioleate) on the surface of the object by such a reaction. A method for generating titanium oxide on the surface of an object by heat-treating (pyrolysis) was devised, and it was conceived that the problem could be solved based on this method, and the present invention was completed. That is, the invention claimed in the present application, or at least the disclosed invention, as means for solving the above-described problems is as follows.
〔1〕 ジオールと金属アルコキシドを反応させてなる酸化物前駆体を担体の表面上に形成させる前駆体形成過程と、該酸化物前駆体を熱処理して該担体表面上に酸化物を生成させる熱処理過程とからなり、該前駆体形成過程は、該担体に予め含浸させた該ジオールに対して、気化させた該金属アルコキシドを接触させる過程であることを特徴とする、酸化物担持体製造方法。
〔2〕 前記担体はフィルター、アルミナ繊維、アルミナクロスまたはセラミックスペーパーのいずれかであることを特徴とする、〔1〕に記載の酸化物担持体製造方法。
〔3〕 前記酸化物担持体における前記酸化物の量は0.2重量%以上4.2重量%以下、または、4.5×10 −4 g/cm 3 以上9.5×10 −3 g/cm 3 以下であることを特徴とする、〔1〕または〔2〕に記載の酸化物担持体製造方法。
[1] A precursor formation process in which an oxide precursor formed by reacting a diol and a metal alkoxide is formed on the surface of the support, and a heat treatment in which the oxide precursor is heat-treated to generate an oxide on the surface of the support. Ri Do from the process, the precursor formation process, characterized in that with respect to the diol were pre-impregnated to the carrier, a process of contacting the metal alkoxide vaporized, oxide carrier production method .
[2] The oxide carrier manufacturing method according to [1], wherein the carrier is any one of a filter, alumina fiber, alumina cloth, or ceramic paper.
[3] The amount of the oxide in the oxide carrier is 0.2 wt% or more and 4.2 wt% or less, or 4.5 × 10 −4 g / cm 3 or more and 9.5 × 10 −3 g. The oxide carrier production method according to [1] or [2], wherein the oxide carrier is / cm 3 or less.
〔4〕 前記酸化物担持体における前記酸化物の量は1.0重量%以上3.2重量%以下、または、2.3×10[4] The amount of the oxide in the oxide carrier is 1.0 wt% or more and 3.2 wt% or less, or 2.3 × 10
−3-3
g/cmg / cm
33
以上7.0×107.0 × 10
−3-3
g/cmg / cm
33
以下であることを特徴とする、〔1〕または〔2〕に記載の酸化物担持体製造方法。 The method for producing an oxide carrier according to [1] or [2], which is as follows.
〔5〕 前記酸化物は前記担体表面上の析出物として生成されることを特徴とする、〔1〕ないし〔4〕のいずれかに記載の酸化物担持体製造方法。 [5] The method for producing an oxide carrier according to any one of [1] to [4], wherein the oxide is generated as a precipitate on the support surface.
〔6〕 前記金属アルコキシドに係る金属種はチタン、アルミニウム、ジルコニウム、スズ、亜鉛、マグネシウム、ケイ素または鉄のいずれかであることを特徴とする、〔1〕ないし〔5〕のいずれかに記載の酸化物担持体製造方法。 [6] The metal species related to the metal alkoxide is any one of titanium, aluminum, zirconium, tin, zinc, magnesium, silicon or iron, according to any one of [1] to [5] An oxide carrier manufacturing method.
〔7〕 前記金属アルコキシドはチタンアルコキシドであり、前記酸化物は酸化チタンであることを特徴とする、〔1〕ないし〔5〕のいずれかに記載の酸化物担持体製造方法。 [7] The oxide carrier manufacturing method according to any one of [1] to [5], wherein the metal alkoxide is titanium alkoxide, and the oxide is titanium oxide.
〔8〕 〔7〕に記載の酸化物担持体製造方法により製造することを特徴とする、光触媒フィルター製造方法。 [8] A method for producing a photocatalytic filter, which is produced by the method for producing an oxide carrier according to [7].
〔9〕 前記担体はシリカ繊維フィルターまたはガラス繊維を用いた物であることを特徴とすることを特徴とする、〔8〕に記載の光触媒フィルター製造方法。 [9] The method for producing a photocatalytic filter according to [8], wherein the carrier is a product using a silica fiber filter or glass fiber.
〔10〕 担体であるフィルターの繊維表面に析出物状に酸化チタン粒子が存在し、真空ポンプを用い通気速度5cm/sにて吸引し測定した際の該フィルターの圧力損失増大が20Pa以下である光触媒フィルターを得ることを特徴とする、〔8〕または〔9〕に記載の光触媒フィルター製造方法。 [10] Titanium oxide particles are present in the form of precipitates on the fiber surface of the filter, which is a carrier, and the increase in pressure loss of the filter is 20 Pa or less when suctioned and measured at a ventilation rate of 5 cm / s using a vacuum pump. The method for producing a photocatalytic filter according to [8] or [9], wherein a photocatalytic filter is obtained.
〔11〕 〔8〕ないし〔10〕のいずれかに記載の方法により光触媒フィルターを得、これを用いて下記〔P〕に示すいずれかの製品を製造することを特徴とする、製品製造方法。 [11] A product production method comprising obtaining a photocatalytic filter by the method according to any one of [8] to [10], and producing any one of the following products [P] using the photocatalytic filter.
〔P〕脱臭用製品、空気浄化用製品、水質浄化用製品、抗菌用製品、防汚用製品 [P] Deodorizing products, air purification products, water purification products, antibacterial products, antifouling products
〔12〕 金属アルコキシドを気化する気化室と、気化金属アルコキシドを該気化室から後記反応容器に送る送気管と、担体に含浸させたジオールと該気化金属アルコキシドを反応させて酸化物前駆体である金属ジオレートを該単体表面上に生成させる反応容器と、該反応容器を恒温状態に維持する恒温槽とを備えてなる、酸化物担持体製造用装置。 [12] A vaporization chamber for vaporizing the metal alkoxide, an air supply pipe for sending the vaporized metal alkoxide from the vaporization chamber to the reaction vessel described later, a diol impregnated in the carrier and the vaporized metal alkoxide are reacted to form an oxide precursor. An apparatus for manufacturing an oxide carrier, comprising: a reaction vessel for generating metal dioleate on the surface of the single unit; and a thermostatic bath for maintaining the reaction vessel in a constant temperature state.
〔13〕 〔12〕に記載の酸化物担持体製造用装置を用いて酸化物担持体を製造する、酸化物担持体製造方法。 [13] A method for producing an oxide carrier, comprising producing the oxide carrier using the apparatus for producing an oxide carrier according to [12].
〔14〕 〔12〕に記載の酸化物担持体製造用装置を用いて光触媒フィルターを製造する、光触媒フィルター製造方法。 [14] A method for producing a photocatalytic filter, wherein the photocatalytic filter is produced using the apparatus for producing an oxide carrier according to [12].
〔15〕 ジオールを存在させた物体の表面に気化させた金属アルコキシドを接触させて該物体表面に金属ジオレートを形成し、該金属ジオレートを熱処理することによって該物体表面に酸化物を生成させる、物体表面改質方法。 [15] An object in which a metal alkoxide vaporized is brought into contact with the surface of an object in the presence of a diol to form metal diolate on the object surface, and an oxide is generated on the object surface by heat-treating the metal diolate Surface modification method.
本発明の酸化物担持体製造方法、酸化物担持体製造用装置、および光触媒フィルター製造方法は上述のように構成されるため、これらによれば、大量の光触媒を用いることなく、極めて微量の酸化チタンによって、高い光触媒活性と低い圧力損失をともに兼ね備えた光触媒フィルターを得ることができる。つまり本発明によれば、光触媒としての高い分解性能を有し、その上繰り返し使用にも従来以上に耐える、性能と耐久性に優れ、しかも装置小型化にも支障のない、画期的な光触媒フィルターを得ることができる。
Since the oxide carrier production method, the oxide carrier production device , and the photocatalyst filter production method of the present invention are configured as described above, an extremely small amount of oxidation can be performed without using a large amount of photocatalyst. By using titanium, a photocatalytic filter having both high photocatalytic activity and low pressure loss can be obtained. That is, according to the present invention, it is a revolutionary photocatalyst that has high decomposition performance as a photocatalyst, and is superior in performance and durability to withstand repeated use more than before, and that does not hinder downsizing of the apparatus. A filter can be obtained.
また本発明によれば、圧力損失低下のために光触媒担体の容積や面積を大きくする必要がないため、空気清浄機など光触媒装置の小型化にも、何ら支障が生じない。また、本発明によれば、簡便かつ安価な製造方法で上記光触媒フィルターを得ることができる。 In addition, according to the present invention, it is not necessary to increase the volume and area of the photocatalyst carrier in order to reduce the pressure loss. Therefore, there is no problem in downsizing the photocatalyst device such as an air cleaner. Moreover, according to this invention, the said photocatalyst filter can be obtained with a simple and cheap manufacturing method.
本発明の酸化物担持体製造方法、酸化物担持体製造用装置、および光触媒フィルター製造方法は、酸化チタン光触媒のみならず広く金属酸化物に用いることができ、上述の種々の効果の多くを、同様に得ることができる。つまり本発明によれば、簡便かつ安価な方法によって、しかもごく少量の原料金属化合物を有効に用いて、触媒や表面処理を初めとする広範な産業・製品分野において、金属酸化物により表面を化学修飾する表面改質技術を提供することができる。
The oxide carrier production method, the oxide carrier production device , and the photocatalyst filter production method of the present invention can be used not only for titanium oxide photocatalysts but also widely for metal oxides. It can be obtained similarly. In other words, according to the present invention, the surface is chemically treated with metal oxides in a wide range of industries and products such as catalysts and surface treatments by using a simple and inexpensive method and effectively using a very small amount of a raw metal compound. A surface modification technique to be modified can be provided.
以下、本発明について図面を用いつつ、より詳細に説明する。
図P1は、本発明の酸化物担持体製造方法の基本構成を示すフロー図である。図示するように本酸化物担持体製造方法は、ジオール1と金属アルコキシド2を反応させてなる酸化物前駆体3を担体4の表面上に形成させる前駆体形成過程S1と、酸化物前駆体3を熱処理して担体4表面上に酸化物5を生成させる熱処理過程S2とからなることを、主たる構成とする。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
FIG. P1 is a flowchart showing the basic configuration of the oxide carrier manufacturing method of the present invention. As shown in the figure, the present oxide carrier manufacturing method includes a precursor formation step S1 in which an oxide precursor 3 obtained by reacting a diol 1 and a metal alkoxide 2 is formed on the surface of a carrier 4, and an oxide precursor 3 The heat treatment step S2 in which the oxide 5 is formed on the surface of the support 4 by heat treatment.
かかる構成により本製造方法によれば、前駆体形成過程S1において、ジオール1と金属アルコキシド2を反応させてなる酸化物前駆体3が担体4の表面上に形成された酸化物前駆体担持体9が得られ、ついで熱処理過程S2において酸化物前駆体3が熱処理されて、担体4表面上に酸化物5の生成した酸化物担持体10が得られる。なお、前駆体形成過程S1として二通りの過程をとることができるが、これについては後述する。いずれにせよ本発明では、金属アルコキシド2とジオール1を用いて酸化物前駆体3(金属ジオレート)を一旦形成し、これを経由して目的の酸化物5を得る。 With this configuration, according to the present manufacturing method, the oxide precursor carrier 9 in which the oxide precursor 3 formed by reacting the diol 1 and the metal alkoxide 2 is formed on the surface of the carrier 4 in the precursor formation step S1. Then, the oxide precursor 3 is heat-treated in the heat treatment step S2, and the oxide carrier 10 in which the oxide 5 is formed on the surface of the carrier 4 is obtained. Note that two processes can be taken as the precursor formation process S1, which will be described later. In any case, in the present invention, the oxide precursor 3 (metal diolate) is once formed using the metal alkoxide 2 and the diol 1, and the target oxide 5 is obtained via this.
担体4としてはたとえば、適宜仕様のフィルター、アルミナ繊維、アルミナクロス、ホウケイ酸ガラス製濾紙、その他のガラス繊維、またはセラミックスペーパー等を用いることができる。特に本発明では担体4として、シリカ繊維フィルターなど適宜仕様のフィルターを用いるなど望ましい担体を用いて、本発明製造方法の過程を経て生成される酸化物5の量をごく少量とするようにして、担体の圧力損失増大がほとんど発生しない酸化物担持体を製造することができる。 As the carrier 4, for example, a suitably specified filter, alumina fiber, alumina cloth, borosilicate glass filter paper, other glass fibers, or ceramic paper can be used. In particular, in the present invention, the carrier 4 is a desirable carrier such as a silica fiber filter or a suitable filter, so that the amount of oxide 5 produced through the process of the present invention is very small. It is possible to produce an oxide carrier that hardly increases the pressure loss of the carrier.
本発明製造方法における前駆体形成過程S1は、担体4に予め含浸させたジオール2に対して、気化させた金属アルコキシド1を接触させる過程とすることができる。つまりこの場合、担体4にジオール2を含浸させておく手順と、金属アルコキシド1を気化させておく手順とが予め準備され、そしてジオール2の含浸した担体4に対して気化金属アルコキシド1が送り込まれる手順がなされ、この手順において金属アルコキシド1がジオール2と接触して反応が進行し、酸化物前駆体3(金属ジオレート)が形成され、本過程S1で目的とする前駆体担持体9が得られる。 The precursor formation step S1 in the production method of the present invention can be a step of bringing the vaporized metal alkoxide 1 into contact with the diol 2 previously impregnated in the support 4. That is, in this case, a procedure for impregnating the carrier 4 with the diol 2 and a procedure for vaporizing the metal alkoxide 1 are prepared in advance, and the vaporized metal alkoxide 1 is sent to the carrier 4 impregnated with the diol 2. In this procedure, the metal alkoxide 1 comes into contact with the diol 2 and the reaction proceeds to form an oxide precursor 3 (metal diolate). In this step S1, the target precursor carrier 9 is obtained. .
なお、金属アルコキシド1の気化は加熱処理によって容易に行うことができる。また担体4(基材)へのジオール2の含浸は、基材の表面にジオール2を塗布することでも容易に行うことができる。また、加熱気化した金属アルコキシド1は、N2等適宜のキャリアーガスを用いてこれとともに基材表面に対して送り込めばよい。さらに詳細な条件については、公知技術を用いて適宜設計可能である。 The vaporization of the metal alkoxide 1 can be easily performed by heat treatment. The impregnation of the diol 2 into the carrier 4 (base material) can also be easily performed by applying the diol 2 to the surface of the base material. Further, the metal alkoxide 1 heated and vaporized may be sent to the substrate surface together with an appropriate carrier gas such as N 2 . Further detailed conditions can be appropriately designed using known techniques.
かかる前駆体形成過程S1を経て基材(4)表面で生成した酸化物前駆体3(金属ジオレート)は、ついで熱処理過程S2において、空気中で熱処理されることにより酸化物5となる。この方法によって基材表面には、ごく微量の金属酸化物5が生成し、これによって修飾された材料(酸化物担持体10)が得られる。なお熱処理過程S2についても、さらに詳細な条件に関しては、公知技術を用いて適宜設計可能である。 The oxide precursor 3 (metal diolate) generated on the surface of the base material (4) through the precursor formation step S1 is then heat-treated in air in the heat treatment step S2 to become the oxide 5. By this method, a very small amount of metal oxide 5 is generated on the surface of the base material, and a modified material (oxide support 10) is obtained thereby. It should be noted that the heat treatment step S2 can also be designed as appropriate using known techniques for more detailed conditions.
前駆体形成過程S1としては、これと異なる方法をとることもできる。つまり、ジオール2と金属アルコキシド1とを混合した混合液を調製し、これを担体4に含浸させるという方法である。詳細は実施例に後述するが、かかる方法によっても酸化物前駆体3を形成し、その後の熱処理過程S2に供することによって、目的とする酸化物前駆体10を得ることができる。 As the precursor formation step S1, a method different from this may be used. That is, it is a method in which a mixed liquid in which the diol 2 and the metal alkoxide 1 are mixed is prepared and impregnated in the carrier 4. Although details will be described later in Examples, the target oxide precursor 10 can be obtained by forming the oxide precursor 3 by this method and subjecting it to the subsequent heat treatment step S2.
なお、前駆体形成過程S1として上記いずれの方法をとる場合であっても、得られる金属酸化物5は、担体4表面上に付着した微小サイズの析出物として生成される。これについても、実施例にてさらに後述する。 Note that the metal oxide 5 to be obtained is generated as a fine-size precipitate attached on the surface of the support 4 regardless of which of the above methods is used as the precursor formation step S1. This will be further described later in Examples.
本発明の製造方法において、金属アルコキシドに係る金属種としては、チタン、アルミニウム、ジルコニウム、スズ、亜鉛、マグネシウム、ケイ素または鉄については少なくとも、ジオールの組み合わせによって金属ジオレートの生成とその熱分解による金属酸化物が良好に生成することを確認している。しかしながら本発明の原理であるところの「金属アルコキシドとジオールによる担体上での金属ジオレート(酸化物前駆体)生成およびその熱分解による金属酸化物の生成」は、一部の特定された金属種のみならず、広く適用可能である。したがって本発明の金属種範囲も、上記の各元素に限定されるものではない。 In the production method of the present invention, as the metal species related to the metal alkoxide, at least for titanium, aluminum, zirconium, tin, zinc, magnesium, silicon or iron, metal diolate is generated by the combination of diols and metal oxidation by thermal decomposition thereof. It is confirmed that the product is well formed. However, the principle of the present invention is that “metal diolate (oxide precursor) generation on a support by metal alkoxide and diol and formation of metal oxide by its thermal decomposition” is only for some specified metal species. Rather, it is widely applicable. Therefore, the metal species range of the present invention is not limited to the above elements.
なお、好適に用いることのできるジオールの例としては、エチレングリコール、1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオール、1,2−ブタンジオール、2,3−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、1,2−ペンタンジオール、2−メチル−2,4−ペンタンジオールなどがあげられる。これらが良好に利用可能であることは確認済みである。もちろん本発明はこれに限定されず、他のジオールも用いることができる。 Examples of diols that can be suitably used include ethylene glycol, 1,2-propanediol, 1,3-propanediol, 1,2-butanediol, 2,3-butanediol, and 1,3-butane. Diol, 1,2-pentanediol, 2-methyl-2,4-pentanediol and the like. It has been confirmed that these can be used well. Of course, the present invention is not limited to this, and other diols can also be used.
また本発明製造方法では、目的酸化物を酸化チタンとして、金属アルコキシドにチタンアルコキシドを用いるものとすることができる。好適に用いることのできるチタンアルコキシドの例としては、オルトチタン酸テトラエチル、チタン(IV)n−ブトキシド、チタン(IV)t−ブトキシド、チタン(IV)エトキシド、チタン(IV)i−プロポキシド、チタン(IV)イソブトキシド、チタン(IV)イソプロポキシドなどがあげられる。これらが良好に利用可能であることは確認済みである。もちろん本発明はこれに限定されず、他のチタンアルコキシドも用いることができる。 In the production method of the present invention, the target oxide may be titanium oxide and the metal alkoxide may be titanium alkoxide. Examples of titanium alkoxides that can be suitably used include tetraethyl orthotitanate, titanium (IV) n-butoxide, titanium (IV) t-butoxide, titanium (IV) ethoxide, titanium (IV) i-propoxide, titanium. (IV) Isobutoxide, titanium (IV) isopropoxide and the like. It has been confirmed that these can be used well. Of course, the present invention is not limited to this, and other titanium alkoxides can also be used.
以上のようにして製造することにより、ごく少量の酸化チタンが担持されてなる光触媒フィルターとして、酸化物担持体10を得ることができる。本発明に係る担体4としては上述のように種々のものを用いることができるが、光触媒フィルターの担体としては特に、シリカ繊維フィルター、またはホウケイ酸ガラス製濾紙等のガラス繊維を用いた物を好適に用いることができる。 By producing as described above, the oxide carrier 10 can be obtained as a photocatalytic filter in which a very small amount of titanium oxide is carried. As the carrier 4 according to the present invention, various types can be used as described above. However, as the carrier of the photocatalytic filter, a material using a glass fiber such as a silica fiber filter or a filter paper made of borosilicate glass is preferable. Can be used.
本発明の製造方法によれば、酸化チタンが担持されていることによる圧力損失増大がほとんど発生しない光触媒フィルターを得ることができる。たとえば実施例にも述べるように、真空ポンプを用いて通気速度5cm/sにて吸引し測定した際のフィルターの圧力損失増大が20Pa以下、さらには10Pa以下という極めて低い値に留まる光触媒フィルターを得ることができる。本発明によれば、酸化チタン光触媒粒子は担体であるフィルターの繊維表面に生成し、そのために圧力損失がほとんど増大しないのである。もちろん、光触媒としての性能も高いものが得られることはいうまでもない。 According to the production method of the present invention, it is possible to obtain a photocatalytic filter that hardly causes an increase in pressure loss due to the support of titanium oxide. For example, as described in Examples, a photocatalytic filter is obtained in which the increase in the pressure loss of the filter when measured by suction with a ventilation rate of 5 cm / s using a vacuum pump remains at a very low value of 20 Pa or less, and further 10 Pa or less. be able to. According to the present invention, the titanium oxide photocatalyst particles are formed on the fiber surface of the filter as a carrier, and therefore the pressure loss hardly increases. Of course, it is needless to say that a photocatalyst with high performance can be obtained.
このように本発明製造方法によって得られる光触媒フィルターもまた本発明の範囲であるが、光触媒活性の高さと圧力損失の低さを併せ持った画期的な材料であるため、脱臭用製品、空気浄化用製品、水質浄化用製品、抗菌用製品、防汚用製品といった種々の光触媒応用分野の製品に適用することができる。これらの製品もまた、本発明の範囲内である。 Thus, although the photocatalytic filter obtained by the production method of the present invention is also within the scope of the present invention, it is a revolutionary material having both high photocatalytic activity and low pressure loss. It can be applied to products in various fields of photocatalyst application such as products for water, water purification products, antibacterial products, and antifouling products. These products are also within the scope of the present invention.
図P2は、本発明の酸化物担持体製造用装置の基本構成を示す概念図である。図示するように本酸化物担持体製造用装置100は、金属アルコキシドを気化する気化室20と、気化金属アルコキシドを気化室20から反応容器40に送る送気管30と、担体に含浸させたジオールと気化金属アルコキシドを反応させて酸化物前駆体である金属ジオレートを単体表面上に生成させる反応容器40と、反応容器40を恒温状態に維持する恒温槽50とを備えてなることを、主たる構成とする。 FIG. P2 is a conceptual diagram showing a basic configuration of an apparatus for producing an oxide carrier according to the present invention. As shown in the figure, the apparatus 100 for producing an oxide carrier includes a vaporizing chamber 20 for vaporizing a metal alkoxide, an air supply pipe 30 for sending the vaporized metal alkoxide from the vaporizing chamber 20 to a reaction vessel 40, a diol impregnated in a carrier, The main configuration includes a reaction vessel 40 that reacts vaporized metal alkoxide to generate metal diolate, which is an oxide precursor, on the surface of a simple substance, and a thermostatic chamber 50 that maintains the reaction vessel 40 in a constant temperature state. To do.
かかる構成により本発明酸化物担持体製造用装置100においては、恒温槽50によって恒温状態に維持された反応容器40にはジオールが含浸された担体が準備され、一方、気化室20では金属アルコキシドが気化されて気化金属アルコキシドとなり、気化金属アルコキシドは送気管30によって気化室20から反応容器40に送り込まれ、ここで、担体に含浸させたジオールと気化金属アルコキシドとが反応して酸化物前駆体である金属ジオレートが担体表面上に生成せしめられる。 With this configuration, in the oxide carrier manufacturing apparatus 100 of the present invention, a support impregnated with a diol is prepared in the reaction vessel 40 maintained in a constant temperature state by the constant temperature bath 50, while a metal alkoxide is formed in the vaporization chamber 20. Vaporized to become vaporized metal alkoxide, and vaporized metal alkoxide is sent from the vaporization chamber 20 to the reaction vessel 40 through the gas feed tube 30, where the diol impregnated in the carrier reacts with the vaporized metal alkoxide to form an oxide precursor. Certain metal diolates are formed on the support surface.
本酸化物担持体製造用装置100により得られた酸化物前駆体担持体は、反応容器40から取り出され、必要に応じて適宜の乾燥処理に供された後、所定条件による熱処理がなされ、目的とする酸化物担持体が得られる。なお、本装置を用いて製造された酸化物担持体もまた、本発明の範囲内である。 The oxide precursor carrier obtained by the apparatus 100 for producing an oxide carrier is taken out from the reaction vessel 40 and subjected to an appropriate drying treatment as necessary, followed by heat treatment under predetermined conditions. An oxide carrier is obtained. In addition, the oxide support manufactured using this apparatus is also within the scope of the present invention.
以上述べた「ジオールを存在させた物体の表面に気化させた金属アルコキシドを接触させて物体表面に金属ジオレートを形成し、金属ジオレートを熱処理することによって物体表面に酸化物を生成させる」方法は、新規な物体表面改質方法として一般化することができ、今後さまざまな製品・分野に応用可能な原理である。 As described above, the method of forming a metal diolate on the surface of the object by contacting the vaporized metal alkoxide on the surface of the object in the presence of the diol, and generating an oxide on the surface of the object by heat treating the metal diolate, It can be generalized as a new object surface modification method and is a principle that can be applied to various products and fields in the future.
<実施例>
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明がかかる実施例に限定されるものではない。なお、本発明の典型例の一つである光触媒フィルターを得るための研究開発過程の概要を述べることで、実施例の説明とする。
<1.実験方法>
1.1 光触媒フィルターの作製方法
酸化チタンによるシリカ繊維フィルターの修飾(すなわち、光触媒フィルターの作製)は以下の方法により行った。
1.1.1 CVD法による光触媒フィルターの合成方法
図1は、本実施例の光触媒フィルター作製装置の構成概要を示す説明図である。ガラス製の反応容器を恒温槽内中に設置し、上部にN2キャリアガス予熱部およびオルトチタン酸テトラエチル(以下、「TEOT」)を加熱気化するための気化室を備えた構成とした。
<Example>
Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to these examples. In addition, it is set as description of an Example by stating the outline | summary of the research and development process for obtaining the photocatalyst filter which is one of the typical examples of this invention.
<1. Experimental method>
1.1 Production Method of Photocatalytic Filter Modification of the silica fiber filter with titanium oxide (that is, production of a photocatalytic filter) was performed by the following method.
1.1.1 Method of synthesizing photocatalytic filter by CVD method FIG. 1 is an explanatory diagram showing an outline of the configuration of a photocatalytic filter manufacturing apparatus according to the present embodiment. A glass reaction vessel was installed in the thermostatic chamber, and a vaporization chamber for heating and vaporizing N 2 carrier gas preheating portion and tetraethyl orthotitanate (hereinafter “TEOT”) was provided at the top.
ADVANTEC(登録商標)製シリカ繊維フィルター(QR−100)を75mm×75mmに裁断して基材に用いた。シリカ繊維は、水分や表面の汚れを取り除くために、500℃で2h焼成して使用した。このシリカ繊維を1,3−ブタンジオール(以下、「13BD」)に浸して13BDを吸収させた後、ガラス製反応容器内に設置した。さらに、ガラス製反応容器を恒温槽内に設置し、気化室との間をテフロン(登録商標)チューブで接続した。 A silica fiber filter (QR-100) manufactured by ADVANTEC (registered trademark) was cut into 75 mm × 75 mm and used as a substrate. The silica fiber was used after being baked at 500 ° C. for 2 hours in order to remove moisture and surface contamination. This silica fiber was immersed in 1,3-butanediol (hereinafter “13BD”) to absorb 13BD, and then placed in a glass reaction vessel. Furthermore, the glass reaction container was installed in the thermostat, and it connected with the vaporization chamber with the Teflon (trademark) tube.
恒温槽および気化室を180℃に加熱し、窒素ガスを50ml/minの流速で流通させた。その後、気化室に0.3mlのTEOTをシリンジで注入した。TEOTは気化室内で気化し窒素ガスとともに恒温槽内の反応槽へ導かれ、シリカ繊維フィルター表面の13BDと接触し、酸化チタン前駆体であるチタンジオレートを生じる。反応後、ガラス製反応容器内からシリカ繊維フィルターを取り出し、空気中で150℃で乾燥後、空気中で500℃2h熱処理することによって、酸化チタン修飾シリカ繊維フィルターを得た。 The thermostat and vaporization chamber were heated to 180 ° C., and nitrogen gas was circulated at a flow rate of 50 ml / min. Thereafter, 0.3 ml of TEOT was injected into the vaporizing chamber with a syringe. TEOT is vaporized in the vaporization chamber and led to the reaction tank in the thermostatic chamber together with nitrogen gas, and comes into contact with 13BD on the surface of the silica fiber filter to produce titanium diolate as a titanium oxide precursor. After the reaction, the silica fiber filter was taken out from the glass reaction vessel, dried in air at 150 ° C., and then heat treated in air at 500 ° C. for 2 hours to obtain a titanium oxide-modified silica fiber filter.
1.1.2 ゾルゲル法による酸化チタン粉末の合成(SGP法)
13BD10mlに対してTEOT1mlを加え、30分間室温で撹拌した。ついで、得られた酸化チタン前駆体を含む溶液を150℃で24h乾燥した後、500℃で2h焼成して粉末試料を得た。このようにして得られた粉末試料(以下、本法を「SGP法」)0.1gを、75mm×75mmのシリカ繊維フィルター(QR−100)上に分散させて光触媒活性の評価に供した。
1.1.2 Synthesis of titanium oxide powder by sol-gel method (SGP method)
1 ml of TEOT was added to 10 ml of 13BD and stirred at room temperature for 30 minutes. Subsequently, the obtained solution containing the titanium oxide precursor was dried at 150 ° C. for 24 hours, and then fired at 500 ° C. for 2 hours to obtain a powder sample. Thus obtained powder sample (hereinafter referred to as “SGP method”) (0.1 g) was dispersed on a 75 mm × 75 mm silica fiber filter (QR-100) for evaluation of photocatalytic activity.
1.1.3 ゾル−ゲル法による光触媒フィルター(SGF法)の作製
13BD10mlに対してTEOT1mlを加え、30分間室温で撹拌した。この溶液5gを75mm×75mmのシリカ繊維フィルターに吸収させた後、150℃で2h乾燥し、500℃で2h焼成した(以下、本法を「SGF法」)。
1.1.3 Production of Photocatalytic Filter (SGF Method) by Sol-Gel Method 1 ml of TEOT was added to 10 ml of 13BD, and stirred at room temperature for 30 minutes. 5 g of this solution was absorbed by a 75 mm × 75 mm silica fiber filter, dried at 150 ° C. for 2 h, and calcined at 500 ° C. for 2 h (hereinafter, this method is referred to as “SGF method”).
1.2 酸化チタンの評価
1.2.1 光触媒活性の評価
1.2.1.1 アセトアルデヒド分解による光触媒活性の評価
図2は、本実施例の光触媒活性測定装置の構成概要を示す説明図である。図示するように、20dm3のガラス製デシケーター内に75mm×75mmの酸化チタン修飾シリカ繊維フィルターを設置した。評価の手順は、デシケーター内に試料を設置後、紫外線(東芝製ブラックライト、FL4BLB、ピーク波長352nm、紫外線強度4mW/cm2)を30分間照射した。ついで、空気でデシケーター内を置換した後、温度25℃、湿度13g/m3に調整した。デシケーターにアセトアルデヒドを20ppm注入して、吸着平衡に達した後、紫外線を照射して濃度の経時変化をINNOVA Air Tech Instruments社製光音響マルチガスモニター1314型で分析した。アセトアルデヒドの分解は一次反応であることから、濃度変化より速度定数を算出した。
1.2 Evaluation of Titanium Oxide 1.2.1 Evaluation of Photocatalytic Activity 1.2.1.1 Evaluation of Photocatalytic Activity by Acetaldehyde Decomposition FIG. 2 is an explanatory diagram showing an outline of the configuration of the photocatalytic activity measuring apparatus of this example. is there. As shown in the figure, a 75 mm × 75 mm titanium oxide-modified silica fiber filter was placed in a 20 dm 3 glass desiccator. For the evaluation procedure, a sample was placed in a desiccator and then irradiated with ultraviolet rays (Toshiba Black Light, FL4BLB, peak wavelength 352 nm, ultraviolet intensity 4 mW / cm 2 ) for 30 minutes. Next, after the inside of the desiccator was replaced with air, the temperature was adjusted to 25 ° C. and the humidity was adjusted to 13 g / m 3 . After 20 ppm of acetaldehyde was injected into the desiccator and the adsorption equilibrium was reached, ultraviolet irradiation was performed, and the change in concentration over time was analyzed with a photoacoustic multigas monitor model 1314 manufactured by INNOVA Air Tech Instruments. Since the decomposition of acetaldehyde is a first order reaction, the rate constant was calculated from the change in concentration.
1.2.1.2 アセトアルデヒド連続分解試験
1.2.1.1に述べた光触媒活性測定装置のデシケーター内に、直径4.5cmの濾過フォルダを設置して光触媒フィルターを固定した。濾過フォルダにエアーポンプを取り付け、通気速度5cm/sでデシケーター内の空気を循環させた。アセトアルデヒド分解による光触媒活性評価の手順は1.2.1.1と同じであるが、濃度が1ppm以下になったところで再度アセトアルデヒドを加え、繰り返し分解反応を行った。
1.2.1.2 Acetaldehyde continuous decomposition test In a desiccator of the photocatalytic activity measuring apparatus described in 1.2.1.1, a filter folder having a diameter of 4.5 cm was installed to fix the photocatalytic filter. An air pump was attached to the filtration folder, and the air in the desiccator was circulated at a ventilation speed of 5 cm / s. The procedure for evaluating the photocatalytic activity by decomposing acetaldehyde was the same as 1.2.1.1. However, when the concentration became 1 ppm or less, acetaldehyde was added again, and the decomposition reaction was repeated.
1.2.2 粉末X線回折(XRD)測定
酸化チタンおよびその前駆体の結晶構造を決定するために、X線回折装置として、リガク製X線回折装置ULTIMAIII型を用いた。X線源には、CuKα線を使用し、20kV、40mAの管電圧で測定した。
1.2.2 Powder X-ray diffraction (XRD) measurement In order to determine the crystal structure of titanium oxide and its precursor, Rigaku X-ray diffraction apparatus ULTIMA III type was used as the X-ray diffraction apparatus. A CuKα ray was used as the X-ray source, and measurement was performed at a tube voltage of 20 kV and 40 mA.
1.2.3 走査型電子顕微鏡(SEM)による観察
日立製作所製走査型電子顕微鏡S−4800型を用いて、酸化チタンの表面形状を観察した。
1.2.3 Observation by Scanning Electron Microscope (SEM) The surface shape of titanium oxide was observed using a scanning electron microscope S-4800 manufactured by Hitachi, Ltd.
1.2.4 圧力損失評価方法
酸化チタン修飾シリカ繊維フィルターを裁断して、円形のフィルターとした。これをステンレス製のろ過フォルダ(面積15.9cm2)に固定し、真空ポンプを用いて通気速度5cm/sで吸引し、デジタルマノメーターを用いて圧力損失を求めた。
1.2.4 Pressure loss evaluation method The titanium oxide-modified silica fiber filter was cut into a circular filter. This was fixed to a stainless steel filter folder (area: 15.9 cm 2 ), sucked at a ventilation rate of 5 cm / s using a vacuum pump, and pressure loss was determined using a digital manometer.
<2. 結果と考察>
2.1 光触媒フィルターの表面構造
図3は、CVD法によって合成した光触媒フィルターのSEM像の写真である。75mm×75mmのシリカ繊維フィルターに酸化チタンとして2.0mg担持した試料では、シリカ繊維表面において、粒子析出と球状粒子の付着を確認することができた。これらの粒子について、エネルギー分散型X線分析(EDX)によって元素分析を行った。
<2. Results and Discussion>
2.1 Surface structure of photocatalytic filter FIG. 3 is a photograph of an SEM image of the photocatalytic filter synthesized by the CVD method. In a sample in which 2.0 mg of titanium oxide was supported on a 75 mm × 75 mm silica fiber filter, particle precipitation and adhesion of spherical particles could be confirmed on the silica fiber surface. These particles were subjected to elemental analysis by energy dispersive X-ray analysis (EDX).
図4aは、CVD法で合成した光触媒フィルターのSEM像の写真である。また、図4bcはCVD法で合成した光触媒フィルターのEDXスペクトルである((b)シリカ繊維表面のEDXスペクトル、(c)球状粒子のEDXスペクトル)。元素分析の結果、シリカ繊維表面に付着している球状粒子からは(c)に示すとおり、Tiが明確に検出された。一方、シリカ繊維表面の平滑な部分について元素分析を行ったところ、(b)に示すとおり、微量ながらTiの存在が確認できた。このことから、シリカ繊維表面に微量の酸化チタンが生成(析出)していることが確認できた。なお球状粒子は、シリカ繊維フィルターに含浸した13BDの一部が加熱によって気化し、シリカ繊維フィルターの上方でTEOTと接触して球状粒子を生成し、これがフィルター上に堆積したものと考えられる。 FIG. 4a is a photograph of an SEM image of a photocatalytic filter synthesized by a CVD method. FIG. 4bc is an EDX spectrum of a photocatalytic filter synthesized by a CVD method ((b) EDX spectrum of silica fiber surface, (c) EDX spectrum of spherical particles). As a result of elemental analysis, Ti was clearly detected from spherical particles adhering to the silica fiber surface as shown in (c). On the other hand, when elemental analysis was performed on the smooth portion of the silica fiber surface, the presence of Ti was confirmed in a small amount as shown in (b). From this, it was confirmed that a small amount of titanium oxide was generated (precipitated) on the silica fiber surface. In addition, it is considered that the spherical particles are part of 13BD impregnated in the silica fiber filter and are vaporized by heating, and contact with TEOT above the silica fiber filter to generate spherical particles, which are deposited on the filter.
2.2 光触媒フィルターの結晶構造
図5は、光触媒フィルターのXRDパターンを示すグラフであり、TEOTの気化室への注入量を変えて酸化チタン担持量を変化させた光触媒フィルターのXRDパターンである。CVD1、2、3はそれぞれ、酸化チタン担持量が3.9mg、6.2mg、26.4mgである。いずれの試料においても、2θ=25.4°付近にアナターゼ型酸化チタンのピークが観察された。なお、2θ=22°付近のブロードなピークは、シリカ繊維に由来するハローパターンである。一方、比較に用いたDegussa製P−25は、アナターゼ型とルチル型が混合した状態であった。以上の結果から、CVD法でシリカ繊維表面に形成した酸化チタンは、アナターゼ型酸化チタンであることが確認できた。
2.2 Crystal Structure of Photocatalytic Filter FIG. 5 is a graph showing an XRD pattern of the photocatalytic filter, which is an XRD pattern of the photocatalytic filter in which the amount of titanium oxide supported is changed by changing the amount of TEOT injected into the vaporization chamber. CVD1, 2, and 3 have titanium oxide loadings of 3.9 mg, 6.2 mg, and 26.4 mg, respectively. In any sample, a peak of anatase-type titanium oxide was observed at around 2θ = 25.4 °. The broad peak around 2θ = 22 ° is a halo pattern derived from silica fibers. On the other hand, Degussa P-25 used for comparison was in a state where anatase type and rutile type were mixed. From the above results, it was confirmed that the titanium oxide formed on the silica fiber surface by the CVD method was anatase type titanium oxide.
図6abは、酸化チタン前駆体のXRDパターンを示すグラフであり((a)150℃乾燥、(b)500℃焼成試料)、CVD法、SGP法ならびにSGF法で調製した試料について、それぞれ150℃で乾燥した試料と500℃焼成後の試料についてXRD測定を行った結果を示したものである。図中、(a)に示した150℃乾燥の試料では、いずれの調製方法でも、TEOTと13BDから生成するチタンジオレートに特有な2θ=10.1°と8.4°が認められた。また、これらの試料を500℃焼成した試料(b)ではいずれも、アナターゼ型酸化チタンの生成が確認できた。以上の結果から、CVD法で調製した場合にもゾル−ゲル法と同様に、チタンジオレートの生成と熱分解によってアナターゼ型酸化チタンが生成することが明らかとなった。 FIG. 6ab is a graph showing an XRD pattern of a titanium oxide precursor ((a) 150 ° C. dried, (b) 500 ° C. calcined sample), and 150 ° C. for samples prepared by the CVD method, SGP method, and SGF method, respectively. The result of having performed the XRD measurement about the sample dried by 500 degreeC and the sample after baking at 500 degreeC is shown. In the figure, in the sample dried at 150 ° C. shown in (a), 2θ = 10.1 ° and 8.4 ° specific to titanium geolate produced from TEOT and 13BD were recognized by any of the preparation methods. Moreover, in all the samples (b) obtained by firing these samples at 500 ° C., it was confirmed that anatase-type titanium oxide was produced. From the above results, it was clarified that anatase-type titanium oxide is produced by the production and thermal decomposition of titanium diolate even when prepared by the CVD method, as in the sol-gel method.
2.3 光触媒活性評価
図7は、CVD法によって調製した光触媒のアセトアルデヒド分解性能を示すグラフである。すなわち、CVD法によって調製した光触媒フィルターの紫外線照射下におけるアセトアルデヒド分解試験の結果を示したものであり、試料は酸化チタン6.2mg担持の光触媒フィルターである。20ppmのアセトアルデヒドを20dm3のデシケーターに注入し、紫外線ランプを点灯して、濃度変化および二酸化炭素濃度の測定を行った。その結果、アセトアルデヒドは紫外線照射開始直後から急激に濃度低下しており、およそ30分で1ppm以下まで低下した。また、アセトアルデヒドの分解によって二酸化炭素が約40ppm増加していることから、アセトアルデヒドの酸化反応が進行していることが確認できた。アセトアルデヒドの分解は一次反応で進行することから、触媒活性の指標をアセトアルデヒド分解の速度定数で示した。
2.3 Photocatalytic activity evaluation FIG. 7 is a graph showing the acetaldehyde decomposition performance of a photocatalyst prepared by a CVD method. That is, the results of an acetaldehyde decomposition test under UV irradiation of a photocatalytic filter prepared by the CVD method are shown, and the sample is a photocatalytic filter carrying 6.2 mg of titanium oxide. 20 ppm of acetaldehyde was injected into a 20 dm 3 desiccator, the ultraviolet lamp was turned on, and the concentration change and carbon dioxide concentration were measured. As a result, the concentration of acetaldehyde rapidly decreased immediately after the start of ultraviolet irradiation, and decreased to 1 ppm or less in about 30 minutes. Moreover, since the carbon dioxide increased by about 40 ppm by decomposition | disassembly of acetaldehyde, it has confirmed that the oxidation reaction of acetaldehyde was progressing. Since decomposition of acetaldehyde proceeds by a first-order reaction, an index of catalytic activity is indicated by a rate constant of acetaldehyde decomposition.
2.4 CVD法による光触媒フィルターの活性発現条件の最適化
2.4.1 気化室へのTEOT注入量と光触媒活性
気化室に注入するTEOTの量を変化させてシリカ繊維(75mm×75mm)上の酸化チタン担持量を変化させた。このとき、気化室の温度は180℃、恒温槽温度180℃、窒素ガス流量は50ml/minとして、調製した。表1に、TEOT量を変化させた際の担持量とアセトアルデヒドの分解速度定数を示した。その結果、TEOT量0.7mlまでは、TEOT量に比例してシリカ繊維上に担持される酸化チタン量が増加する結果となった。また、アセトアルデヒドの分解速度定数は、酸化チタン担持量2mg程度のときに最大となり、それ以上の担持量では、担持量の増加による光触媒活性の増加(速度定数の増大)は認められなかった。
2.4 Optimization of photocatalytic filter activity expression conditions by CVD method 2.4.1 TEOT injection amount and photocatalytic activity in the vaporization chamber on silica fiber (75 mm x 75 mm) by changing the amount of TEOT injected into the vaporization chamber The amount of titanium oxide supported was changed. At this time, the vaporization chamber was prepared at a temperature of 180 ° C., a thermostat temperature of 180 ° C., and a nitrogen gas flow rate of 50 ml / min. Table 1 shows the loading amount and the acetaldehyde decomposition rate constant when the TEOT amount was changed. As a result, the amount of titanium oxide supported on the silica fiber increased in proportion to the TEOT amount up to 0.7 ml of TEOT. In addition, the decomposition rate constant of acetaldehyde was maximized when the amount of supported titanium oxide was about 2 mg, and no increase in the photocatalytic activity (increase in the rate constant) due to an increase in the amount supported was observed when the amount supported was larger.
2.4.2 光触媒活性に及ぼす窒素ガス流量の影響
プレヒーターを通じて反応器に注入する窒素ガスの量を変化させて、光触媒活性の変化を検討した。このとき、TEOT注入量は0.3ml、気化室の温度は180℃、恒温槽温度180℃、窒素ガス流量は50〜200ml/minで調製した。表2に示すように、窒素ガス流速の上昇とともに酸化チタン担持量およびアセトアルデヒド分解速度定数は低下しており、TEOTを13BDと接触させるためには、キャリアーガスである窒素の流速は低い方が良いことが明らかとなった。
2.4.2 Effect of nitrogen gas flow rate on photocatalytic activity Changes in the photocatalytic activity were examined by changing the amount of nitrogen gas injected into the reactor through the preheater. At this time, the TEOT injection amount was 0.3 ml, the temperature of the vaporization chamber was 180 ° C., the thermostat temperature was 180 ° C., and the nitrogen gas flow rate was 50 to 200 ml / min. As shown in Table 2, as the nitrogen gas flow rate increases, the amount of titanium oxide supported and the acetaldehyde decomposition rate constant decrease, and in order to bring TEOT into contact with 13BD, the lower the flow rate of nitrogen as the carrier gas is better. It became clear.
2.4.3 光触媒活性に及ぼす恒温槽温度の影響
TEOT注入量0.3ml、気化室の温度180℃、窒素ガス流量は50ml/minで、恒温槽の温度を130〜180℃で変化させて光触媒活性の変化を測定した。表3にその結果を示す。気化室で気化したTEOTは、窒素キャリアーガスとともに恒温槽中の反応容器へと導かれる。したがって、恒温槽の温度は反応容器の温度とほぼ等しい。恒温槽温度が150℃のとき、酸化チタンの担持量は3.4mgと最大となった。しかし光触媒活性は、180℃で調製した試料が最も高活性であった。
2.4.3 Effect of temperature chamber temperature on photocatalytic activity TEOT injection volume 0.3ml, vaporization chamber temperature 180 ° C, nitrogen gas flow rate 50ml / min, temperature chamber temperature changed 130-180 ° C. The change in photocatalytic activity was measured. Table 3 shows the results. The TEOT vaporized in the vaporization chamber is led to the reaction vessel in the thermostatic chamber together with the nitrogen carrier gas. Therefore, the temperature of the thermostatic bath is substantially equal to the temperature of the reaction vessel. When the temperature of the thermostatic chamber was 150 ° C., the supported amount of titanium oxide was a maximum of 3.4 mg. However, the photocatalytic activity of the sample prepared at 180 ° C. was the highest.
2.4.4 光触媒活性に及ぼす気化室温度の影響
TEOT注入量は0.3ml、窒素ガス流量は50ml/minで、恒温槽温度180℃の条件で気化室温度を変化させて、光触媒活性の変化を測定した。表4に示すように、気化室温度が150℃以下では、シリカ繊維表面への酸化チタンの担持はほとんど認められず、光触媒活性も非常に低い結果となった。一方、150℃を超えた温度では、180℃が最も高い光触媒活性を示した。
2.4.4 Effect of vaporization chamber temperature on photocatalytic activity The TEOT injection amount is 0.3 ml, the nitrogen gas flow rate is 50 ml / min, and the vaporization chamber temperature is changed under the conditions of a constant temperature bath temperature of 180 ° C. Changes were measured. As shown in Table 4, when the vaporization chamber temperature was 150 ° C. or lower, titanium oxide was hardly supported on the silica fiber surface, and the photocatalytic activity was very low. On the other hand, at temperatures exceeding 150 ° C., 180 ° C. showed the highest photocatalytic activity.
2.4.5 最適条件における光触媒の調製
2.4.1から2.4.4の結果より、図1のような光触媒フィルター作製装置を用いた場合、気化室温度180℃、恒温槽温度180℃、窒素ガス流量100ml/minが、最も高活性な光触媒を調製する条件であることが明らかとなった。そこで、かかる条件を用いて、TEOT注入量を変化させ、光触媒活性と担持量の関係を検討した。
2.4.5 Preparation of photocatalyst under optimum conditions From the results of 2.4.1 to 2.4.4, when the photocatalyst filter production apparatus as shown in FIG. 1 is used, the vaporization chamber temperature is 180 ° C. and the thermostat temperature is 180 °. It was revealed that the conditions for preparing the most active photocatalyst were at 0 ° C. and a nitrogen gas flow rate of 100 ml / min. Therefore, using such conditions, the TEOT injection amount was changed, and the relationship between the photocatalytic activity and the loading amount was examined.
図8は、TEOT注入量と酸化チタン担持量の関係を示すグラフである。図示するように、およそTEOT量に比例して酸化チタン担持量が増加することが確認できた。 FIG. 8 is a graph showing the relationship between the TEOT injection amount and the titanium oxide loading. As shown in the figure, it was confirmed that the amount of supported titanium oxide increased in proportion to the TEOT amount.
図9は、酸化チタン担持量と光触媒活性(アセトアルデヒド分解速度定数)の関係を示すグラフである。図示するように、担持量6mg付近で最高の活性を示しており、以降は担持量が増加しても光触媒活性の増大は認められなかった。 FIG. 9 is a graph showing the relationship between the amount of supported titanium oxide and the photocatalytic activity (acetaldehyde decomposition rate constant). As shown in the figure, the maximum activity was observed at a supported amount of 6 mg, and thereafter no increase in photocatalytic activity was observed even when the supported amount was increased.
図10は、光触媒フィルターのシリカ繊維上の球状酸化チタン粒子のSEM像の写真であり、酸化チタン担持量は20mgである。図示するように、酸化チタン担持量が増加した場合、シリカ繊維の表面には球状粒子が多数確認された。これは、TEOTと13BDが、シリカ繊維表面ではなくシリカ繊維上方の空間で接触することによって球状粒子が生成し、シリカ繊維上に堆積したためと考えられる。 FIG. 10 is a photograph of an SEM image of spherical titanium oxide particles on the silica fiber of the photocatalytic filter, and the amount of titanium oxide supported is 20 mg. As shown in the figure, when the amount of titanium oxide supported increased, many spherical particles were confirmed on the surface of the silica fiber. This is presumably because TEOT and 13BD contacted not in the silica fiber surface but in the space above the silica fiber to form spherical particles and deposited on the silica fiber.
したがって、担持量が6mg以下と非常に少ない場合には、シリカ繊維表面におけるTEOTと13BDの直接反応によって、図6abのXRD図にみられるようなジオレートを経由して、極めて高活性な酸化チタンが生成しているものと考えられる。また酸化チタン担持量が多い場合は、上述したように気相で反応した球状粒子が多数シリカ繊維上に堆積していると考えられる。球状粒子は、シリカ繊維上で直接生成した酸化チタンに比べて光触媒活性がやや低く、その結果、酸化チタン担持量が増大しているにも関わらず光触媒活性はさほど高くならなかったものと考えられる。 Therefore, when the supported amount is very small, such as 6 mg or less, an extremely highly active titanium oxide is produced by a direct reaction of TEOT and 13BD on the surface of the silica fiber via a geolate as shown in the XRD diagram of FIG. 6ab. It is thought that it is generating. When the amount of titanium oxide supported is large, it is considered that a large number of spherical particles reacted in the gas phase are deposited on the silica fiber as described above. Spherical particles are considered to have a slightly lower photocatalytic activity than titanium oxide directly produced on silica fibers, and as a result, the photocatalytic activity was not so high despite the increased amount of titanium oxide supported. .
図11は、さまざまな条件で調製した酸化チタンの光触媒活性を示すグラフである。CVD法により酸化チタンを担持した光触媒フィルター、SGF法により酸化チタンを担持した光触媒フィルター、SGP法による酸化チタン粉末を分散させたフィルター、およびDegussa(登録商標)製P−25を分散させたフィルターを試料とし、これらについて、酸化チタン担持量とアセトアルデヒド分解速度定数で示した光触媒活性の関係を示したものである。なお、フィルターには56.3cm2のシリカ繊維フィルターを用いた。 FIG. 11 is a graph showing the photocatalytic activity of titanium oxide prepared under various conditions. Photocatalytic filter supporting titanium oxide by CVD method, photocatalytic filter supporting titanium oxide by SGF method, filter in which titanium oxide powder is dispersed by SGP method, and filter in which P-25 made by Degussa (registered trademark) is dispersed Samples are shown, which show the relationship between the supported amount of titanium oxide and the photocatalytic activity represented by the acetaldehyde decomposition rate constant. A 56.3 cm 2 silica fiber filter was used as the filter.
CVD法では、10mg以下という極めて少量の酸化チタンで分解速度定数0.1min−1付近の試料が得られており、CVD法による酸化チタンは極めて少量で高い光触媒活性を示すことが明らかとなった。また、CVD法と同様の原料を溶液中で混合してシリカ繊維フィルターに塗布するという手順を用いるSGF法も、CVD法と同様に非常に高い光触媒活性を示した。しかしながらSGF法では、10mg以下低担持量の場合、CVD法に比べると低い光触媒活性であった。これは、SGF法の原料溶液においては13BD中にチタンジオレートの結晶が分散した状態となっており、そのために、特に低担持量の場合にはシリカ繊維表面上での担持の均一性ないしは粒子の担持密度が低くなったことが考えられる。したがってSGF法を用いる場合は、CVD法以上の担持量とすることが望ましいと考えられた。 In the CVD method, a sample having a decomposition rate constant of about 0.1 min −1 was obtained with a very small amount of titanium oxide of 10 mg or less, and it became clear that the titanium oxide by the CVD method showed a high photocatalytic activity in a very small amount. . In addition, the SGF method using a procedure in which the same raw materials as in the CVD method are mixed in a solution and applied to a silica fiber filter also showed a very high photocatalytic activity as in the CVD method. However, in the SGF method, the photocatalytic activity was low when the loading was 10 mg or less compared with the CVD method. This is because the titanium geolate crystals are dispersed in 13BD in the raw material solution of the SGF method. For this reason, in particular in the case of a low loading amount, the uniformity of the loading on the silica fiber surface or the particles It is conceivable that the support density of the resin became low. Therefore, when using the SGF method, it was considered desirable to have a supported amount that is greater than the CVD method.
一方、粉末試料をシリカ繊維フィルター上に分散させた試料では、P−25、SGP法ともに、酸化チタン担持量に比例して光触媒活性の向上が認められた。しかし、CVD法の試料のように分解速度定数が0.1min−1に達するには100mg程度の大量の酸化チタンの担持が必要である。これらと比較しても、CVD法で得られる酸化チタンは、極めて少量で高い光触媒活性を発揮することが確認された。 On the other hand, in the sample in which the powder sample was dispersed on the silica fiber filter, the photocatalytic activity was improved in proportion to the amount of titanium oxide supported in both the P-25 and SGP methods. However, in order to reach a decomposition rate constant of 0.1 min −1 as in the case of a CVD method sample, it is necessary to carry a large amount of titanium oxide of about 100 mg. Even in comparison with these, it was confirmed that the titanium oxide obtained by the CVD method exhibits a high photocatalytic activity even in a very small amount.
2.4.6 光触媒フィルターの反射UV−Vis.スペクトル
CVD法で調製した酸化チタン担持量3.9mgの光触媒フィルターと、P−25について、反射UV−Vis.測定を行った。
図12は、それぞれの反射UV−Vis.スペクトルを示すグラフである。図示するように、CVD法の試料はわずかながら吸収端がP−25よりもブルーシフトしていた。しかし、75mm×75mmのフィルターに対して3.9mgという微量の担持にも関わらず、明確な紫外線吸収を示した。したがって、CVD法で調製した酸化チタンは紫外線照射によって十分励起され、光触媒機能性を発現可能なものであることが、確認できた。
2.4.6 Reflection UV-Vis. Spectral CVD-prepared photocatalyst filter with 3.9 mg of titanium oxide supported and P-25, reflected UV-Vis. Measurements were made.
FIG. 12 shows the reflected UV-Vis. It is a graph which shows a spectrum. As shown in the figure, the absorption edge of the CVD method sample was slightly blue shifted from that of P-25. However, despite the small amount of 3.9 mg supported on a 75 mm × 75 mm filter, clear UV absorption was exhibited. Therefore, it was confirmed that the titanium oxide prepared by the CVD method was sufficiently excited by ultraviolet irradiation and could exhibit photocatalytic functionality.
2.5 光触媒フィルターの圧力損失
表5に、さまざまな方法で調製した光触媒を担持したフィルターについて圧力損失を測定した結果を示した。ここで圧力損失は、酸化チタン担体であるシリカ繊維フィルターを基準に、酸化チタン担持による圧力損失の増加分をΔPとして表した。CVD法で調製した光触媒フィルターでは、酸化チタン担持量が少ないことから圧力損失の増加はわずかであった。また、大量担持が容易なSGF法においても、低担持量の場合には、ΔPは小さな値となった。一方、粉末試料を担持したP−25やSGP法では、酸化チタン担持による圧力損失の増加が顕著であった。以上の結果より、CVD法で調製した光触媒フィルターは極めて少量で高い光触媒活性を示すばかりでなく、酸化チタン担持によって圧力損失の上昇がほとんど起こらないことが明らかとなった。
2.5 Pressure loss of photocatalyst filter Table 5 shows the results of measuring the pressure loss of filters carrying the photocatalyst prepared by various methods. Here, the pressure loss was expressed as ΔP by an increase in the pressure loss due to the titanium oxide support, based on the silica fiber filter that is the titanium oxide support. In the photocatalytic filter prepared by the CVD method, the increase in pressure loss was slight due to the small amount of titanium oxide supported. Further, even in the SGF method in which mass loading is easy, ΔP has a small value when the loading amount is low. On the other hand, in the P-25 or SGP method carrying a powder sample, the increase in pressure loss due to titanium oxide loading was remarkable. From the above results, it has been clarified that the photocatalytic filter prepared by the CVD method not only exhibits high photocatalytic activity in a very small amount, but also hardly increases the pressure loss due to titanium oxide loading.
2.6 光触媒フィルターの連続反応
CVD法による光触媒フィルターは、低圧力損失、高光触媒活性を示すことが明らかになった。そこで、酸化チタン担持量2mgの試料を用いてアセトアルデヒドの連続分解試験を行った。測定は、1.2.1.1で示した装置内に直径45mmのフォルダを設置して光触媒フィルターを固定した。フォルダにエアーポンプを取り付け、通気速度5cm/sでデシケーター内の空気を循環流通させた。
2.6 Continuous reaction of photocatalytic filter It was revealed that the photocatalytic filter by the CVD method exhibits low pressure loss and high photocatalytic activity. Therefore, a continuous decomposition test of acetaldehyde was carried out using a sample having a titanium oxide loading of 2 mg. In the measurement, a photocatalyst filter was fixed by installing a folder with a diameter of 45 mm in the apparatus shown in 1.2.1.1. An air pump was attached to the folder, and the air in the desiccator was circulated and circulated at a ventilation rate of 5 cm / s.
図13は、光触媒フィルターを用いたアセトアルデヒドの連続分解試験の結果を示すグラフであり、20ppmのアセトアルデヒドを分解する実験を4回繰り返した結果を示す。本分解試験において用いた光触媒フィルターの面積は15.9cm2であることから、通常使用している光触媒フィルター(56.3cm2)に比べておよそ1/4の紫外線照射面積である。そのため、アセトアルデヒド分解には長時間を要するものの、1ppm以下の低濃度までアセトアルデヒドを分解する能力をもつ。また、繰り返しの分解試験で、1回目の反応がやや高い分解速度を示したが、2回目以降もほぼ同じ分解速度を維持しており、被処理ガスをフィルターを通じて分解させる場合であっても十分に高い光触媒活性を維持できることが確認できた。 FIG. 13 is a graph showing the results of a continuous decomposition test of acetaldehyde using a photocatalytic filter, showing the results of repeating an experiment for decomposing 20 ppm of acetaldehyde four times. Since the area of the photocatalyst filter used in this decomposition test is 15.9 cm 2, it is an ultraviolet irradiation area of about ¼ compared with the photocatalyst filter (56.3 cm 2 ) that is normally used. Therefore, although it takes a long time to decompose acetaldehyde, it has the ability to decompose acetaldehyde to a low concentration of 1 ppm or less. In the repeated decomposition test, the first reaction showed a slightly high decomposition rate, but the second and subsequent reactions maintained almost the same decomposition rate, which is sufficient even when the gas to be treated is decomposed through a filter. It was confirmed that high photocatalytic activity could be maintained.
2.7 光触媒活性に及ぼす溶媒の影響
表6に、光触媒フィルターの調製の際に使用した溶媒が及ぼす光触媒活性への影響について検討した結果を示す。光触媒の調製は、気化室温度180℃、恒温槽温度180℃、窒素ガス流量100ml/minで、それぞれの溶媒を75mm×75mmのシリカ繊維フィルターに含浸させ、TEOT注入量0.4mlとして調製した。なお、光触媒活性はアセトアルデヒド分解速度定数で示した。
2.7 Effect of solvent on photocatalytic activity Table 6 shows the results of investigations on the effect of the solvent used in the preparation of the photocatalytic filter on the photocatalytic activity. The photocatalyst was prepared by impregnating each solvent into a 75 mm × 75 mm silica fiber filter at a vaporization chamber temperature of 180 ° C., a constant temperature bath temperature of 180 ° C., and a nitrogen gas flow rate of 100 ml / min to prepare a TEOT injection amount of 0.4 ml. The photocatalytic activity was shown as an acetaldehyde decomposition rate constant.
光触媒活性評価の結果、ジオール類の中でも、1,2−および1,3−位にOH基を有するジオールが高い活性を示した。特に1,3−プロパンジオールや1,3−ブタンジオールは高い光触媒活性を示した。光触媒活性の高いジオールとTEOTから生成するジオレートはいずれも、XRD測定において2θ=10°付近の低角度側に回折パターンを有しており、安定なチタンジオレートが生成している。これが500℃焼成の過程で急激に分解し、通常とは異なる化学状態の酸化チタンが生成したものと考えられた。 As a result of the photocatalytic activity evaluation, among diols, diols having OH groups at 1,2- and 1,3-positions showed high activity. In particular, 1,3-propanediol and 1,3-butanediol showed high photocatalytic activity. All the diolates produced from diol having a high photocatalytic activity and TEOT have a diffraction pattern on the low angle side near 2θ = 10 ° in XRD measurement, and stable titanium diolates are produced. It was considered that this was rapidly decomposed in the course of baking at 500 ° C. and titanium oxide having a chemical state different from usual was generated.
一方、1,4−、あるいは1,5−位にOH基を有するジオールでは、OH基間の距離が大き過ぎて、TEOTのTiと安定な配位結合を形成することができないものと考えられた。また、アルコールにおいても、Tiに対して単座配位であることからジオレートの結合安定性が低く、ほとんど活性を示さなかった。水はTEOTの加水分解を進めるが、酸化チタンの担持と光触媒活性発現には寄与しないと認められた。また、溶媒を用いない系では、ほとんど活性を示さない酸化チタンが生成した。このように、光触媒フィルターの調製においてTEOTと接触させる溶媒の種類の選択は極めて重要であり、1,3−ブタンジオールや1,3−プロパンジオールが最も適していることが明らかとなった。 On the other hand, it is considered that a diol having an OH group at the 1,4- or 1,5-position cannot form a stable coordination bond with TEOT Ti because the distance between the OH groups is too large. It was. Also in alcohol, since it was monodentate with respect to Ti, the binding stability of diolate was low, and it showed almost no activity. Although water promotes the hydrolysis of TEOT, it was recognized that it does not contribute to the support of titanium oxide and the expression of photocatalytic activity. Further, in a system without using a solvent, titanium oxide showing almost no activity was produced. Thus, selection of the kind of solvent made to contact with TEOT is very important in the preparation of the photocatalytic filter, and it has become clear that 1,3-butanediol and 1,3-propanediol are most suitable.
2.8 酸化チタン担体の影響
本実施例において、CVD法による酸化チタンの合成には通常、ADVANTEC(登録商標)製QR−100シリカ繊維フィルターを基材として使用しているが、ここでは、さまざまな基材に対してCVD法により酸化チタンの担持を行い、光触媒活性の評価を行った。試料の調製条件は、気化室温度180℃、恒温槽温度180℃、窒素ガス流量100ml/minで、TEOTの量を変化させて評価を行った。基材には、三菱樹脂株式会社アルミナ繊維MAFTEC(登録商標)(厚さ6mm)、アルミナクロス(東京硝子器械 型式AP1111 厚さ0.68mm)、セラミックスペーパー(東京硝子器械 厚さ0.25mm)、およびADVANTEC(登録商標)製GA55ガラス濾紙を使用した。これらの基材を用いてCVD法で酸化チタンを担持した時の光触媒活性を表7に示す。いずれの基材も光触媒フィルターに使用可能であることが確認された。ホウケイ酸ガラス製のガラス濾紙は、熱処理によってナトリウム等が酸化チタン層にマイグレーションするため、光触媒活性が低下することが知られている。しかし、本発明のCVD法によれば、シリカ繊維フィルターを用いた場合と同様に高い光触媒活性を示した。また、その他の担体ではシリカ繊維フィルターやガラス濾紙を基材に用いた場合に比べて低い光触媒活性であった。
2.8 Influence of Titanium Oxide Support In this example, for synthesis of titanium oxide by the CVD method, an ADVANTEC (registered trademark) QR-100 silica fiber filter is usually used as a base material. Titanium oxide was supported on a simple substrate by the CVD method, and the photocatalytic activity was evaluated. The sample preparation conditions were evaluated by changing the amount of TEOT at a vaporization chamber temperature of 180 ° C., a thermostatic bath temperature of 180 ° C., and a nitrogen gas flow rate of 100 ml / min. For the base material, Mitsubishi Plastics Co., Ltd. alumina fiber MAFTEC (registered trademark) (thickness 6 mm), alumina cloth (Tokyo glass instrument model AP1111 thickness 0.68 mm), ceramic paper (Tokyo glass instrument thickness 0.25 mm), And GA55 glass filter paper from ADVANTEC® was used. Table 7 shows the photocatalytic activity when titanium oxide is supported by the CVD method using these substrates. It was confirmed that any substrate can be used for the photocatalytic filter. It is known that the glass filter paper made of borosilicate glass has a reduced photocatalytic activity because sodium or the like migrates to the titanium oxide layer by heat treatment. However, according to the CVD method of the present invention, high photocatalytic activity was exhibited as in the case of using a silica fiber filter. In addition, other carriers had lower photocatalytic activity than when a silica fiber filter or glass filter paper was used as a substrate.
<本発明における酸化物の担持量について>
上述のとおり本発明の酸化物担持体製造方法において、生成される酸化物の量は、担体の圧力損失増大がほとんど発生しない程度のごく微量としつつ、かつ十分に高い光触媒活性を得ることができる。
<Oxide loading in the present invention>
As described above, in the method for producing an oxide carrier according to the present invention, the amount of oxide produced is very small so that the increase in pressure loss of the carrier hardly occurs, and a sufficiently high photocatalytic activity can be obtained. .
上記実施例で用いたシリカ繊維フィルターのサイズは75mm×75mm×0.38mm(縦×横×厚さ)であり、これに酸化物(酸化チタン)が担持された状態の酸化物担持体全体の重量は、平均0.48g程度であった。図9にも示したとおり本実施例では、光触媒活性は、酸化物担持量およそ10mgをピークとして飽和している。つまり、本発明における最も望ましい担持量は10mg程度であり、これは重量比率では、酸化物担持体において約2wt%に相当する(根拠:0.01/0.48×100=2.08wt%)。また体積比率では、約5×10−3g/cm3の担持量に相当する(根拠:0.01/(7.5×7.5×0.038)=4.68×10−3g/cm3)。 The size of the silica fiber filter used in the above example is 75 mm × 75 mm × 0.38 mm (length × width × thickness), and the entire oxide support in a state where an oxide (titanium oxide) is supported thereon. The average weight was about 0.48 g. As shown in FIG. 9, in this example, the photocatalytic activity is saturated with a peak at about 10 mg of oxide supported. That is, the most preferable loading amount in the present invention is about 10 mg, and this corresponds to about 2 wt% in the weight ratio of the oxide carrier (base: 0.01 / 0.48 × 100 = 2.08 wt%). . Moreover, in volume ratio, it corresponds to the carrying amount of about 5 × 10 −3 g / cm 3 (Evidence: 0.01 / (7.5 × 7.5 × 0.038) = 4.68 × 10 −3 g / Cm 3 ).
一方、特にCVD法では、光触媒活性の発現は1mg程度の担持量でも十分に認められている。5mg以上であれば、なお良好である。他方、圧力損失の増大をたとえば20Pa以下とするには、担持量20mg以下とすることが望ましく、さらには15mg以下とすることがより望ましい。これらの数値から、それぞれの重量比率、体積比率は次のようになる。
担持量1mgの場合
0.001/0.48×100=0.21wt%
0.001/(7.5×7.5×0.038)=4.68×10−4g/cm3
担持量5mgの場合
0.005/0.48×100=1.05wt%
0.005/(7.5×7.5×0.038)=2.34×10−3g/cm3
担持量15mgの場合
0.015/0.48×100=3.15wt%
0.015/(7.5×7.5×0.038)=7.02×10−3g/cm3
担持量20mgの場合
0.02/0.48×100=4.16wt%
0.02/(7.5×7.5×0.038)=9.36×10−3g/cm3
On the other hand, especially in the CVD method, the expression of the photocatalytic activity is sufficiently recognized even at a loading amount of about 1 mg. If it is 5 mg or more, it is still good. On the other hand, in order to increase the pressure loss to 20 Pa or less, for example, the loading amount is desirably 20 mg or less, and more desirably 15 mg or less. From these numerical values, the respective weight ratios and volume ratios are as follows.
In the case of a loaded amount of 1 mg 0.001 / 0.48 × 100 = 0.21 wt%
0.001 / (7.5 × 7.5 × 0.038) = 4.68 × 10 −4 g / cm 3
0.005 / 0.48 × 100 = 1.05wt% when loaded amount is 5mg
0.005 / (7.5 × 7.5 × 0.038) = 2.34 × 10 −3 g / cm 3
0.015 / 0.48 × 100 = 3.15wt% when the loading amount is 15mg
0.015 / (7.5 × 7.5 × 0.038) = 7.02 × 10 −3 g / cm 3
0.02 / 0.48 × 100 = 4.16wt% when the loading amount is 20mg
0.02 / (7.5 × 7.5 × 0.038) = 9.36 × 10 −3 g / cm 3
以上のことから、本発明において推奨される酸化物担持量については、次のようにまとめられる。
A)重量比率
0.2wt%以上4.2wt%以下が望ましく、1.0wt%以上3.2wt%以下とすることがより望ましい。さらには、2wt%程度とすることがより望ましい。
B)体積比率
4.5×10−4g/cm3以上9.5×10−3g/cm3以下が望ましく、2.3×10−3g/cm3以上7.0×10−3g/cm3以下とすることがより望ましい。さらには、5×10−3g/cm3程度とすることがより望ましい。
From the above, the oxide loading recommended in the present invention can be summarized as follows.
A) Weight ratio is desirably 0.2 wt% or more and 4.2 wt% or less, and more desirably 1.0 wt% or more and 3.2 wt% or less. Furthermore, it is more desirable to set it as about 2 wt%.
B) Volume ratio: 4.5 × 10 −4 g / cm 3 or more and 9.5 × 10 −3 g / cm 3 or less is desirable 2.3 × 10 −3 g / cm 3 or more and 7.0 × 10 −3 It is more desirable to set it to g / cm 3 or less. Furthermore, it is more desirable to set 5 × 10 -3 g / cm 3 order.
本発明の酸化物担持体製造方法、酸化物担持体製造用装置、および光触媒フィルター製造方法によれば、大量の光触媒を用いることなく、極めて微量の酸化チタンによって、高い光触媒活性と低い圧力損失をともに兼ね備えた、画期的な光触媒フィルターを得ることができ、さらに、空気清浄機など光触媒装置の小型化にも有利である。また本発明の適用対象は光触媒だけではなく、簡便かつ安価な方法によって、しかもごく少量の原料金属化合物を有効に用いて、触媒や表面処理を初めとする広範な産業・製品分野における表面改質技術として利用することができる。したがって、当該分野および関連する全ての産業分野において、利用性が高い発明である。
According to the oxide carrier production method, the oxide carrier production device , and the photocatalyst filter production method of the present invention, high photocatalytic activity and low pressure loss can be achieved with a very small amount of titanium oxide without using a large amount of photocatalyst. It is possible to obtain an innovative photocatalytic filter having both of them, and it is also advantageous for downsizing a photocatalytic device such as an air cleaner. In addition to photocatalysts, the present invention is applicable not only to photocatalysts, but also to surface modification in a wide range of industrial and product fields, including catalysts and surface treatments, by effectively using a very small amount of raw metal compounds. It can be used as a technology. Therefore, the invention is highly applicable in this field and all related industrial fields.
1…ジオール
2…金属アルコキシド
3…酸化物前駆体
4…担体
5…酸化物
9…酸化物前駆体担持体
10…酸化物担持体
S1…前駆体形成過程
S2…熱処理過程
20…気化室
30…送気管
50…恒温槽
40…反応容器
100…酸化物担持体製造用装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Diol 2 ... Metal alkoxide 3 ... Oxide precursor 4 ... Carrier 5 ... Oxide 9 ... Oxide precursor support 10 ... Oxide support S1 ... Precursor formation process S2 ... Heat treatment process 20 ... Vaporization chamber 30 ... Air supply pipe 50 ... Constant temperature bath 40 ... Reaction vessel 100 ... Oxide carrier production apparatus
Claims (15)
〔P〕脱臭用製品、空気浄化用製品、水質浄化用製品、抗菌用製品、防汚用製品 A photocatalytic filter is obtained by the method according to any one of claims 8 to 10 , and any one of the products shown in the following [P] is produced using the photocatalytic filter .
[P] Deodorizing products, air purification products, water purification products, antibacterial products, antifouling products
Object surface modification in which vaporized metal alkoxide is brought into contact with the surface of an object in the presence of a diol to form metal diolate on the object surface and heat treatment of the metal diolate generates oxide on the object surface Method.
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