JP6989421B2 - 光触媒分散液、光触媒複合材料および光触媒装置 - Google Patents
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Description
前記光触媒複合材料と、
前記複合材料に光を照射する光照射部材と、
処理しようとする物質を前記複合材料に供給する供給部材と
を具備するものであって、前記光により触媒活性を生じた前記複合材料が、前記物質を処理するための化学反応を促進する、
ことを特徴とするものである。
実施形態に係る光触媒分散液に含まれる触媒粒子は、図1に示すように、主触媒粒子と助触媒粒子とがそれぞれ独立に分散されているほか、相互に複合した複合粒子10を形成することがある。この複合触媒粒子10は、主触媒粒子11と助触媒粒子12とを含んでいる。ここで主触媒粒子の平均径が助触媒粒子の平均径より小さい。そして、20℃、pH6の水中において、主触媒粒子のゼータ電位が負であり、助触媒粒子のゼータ電位が正である。反対のゼータ電位を有する粒子は静電的な作用により相互に吸着しやすい。その時に主触媒粒子が助触媒粒子より小さいと助触媒粒子の周囲を主触媒粒子が取り囲みやすくなる。この結果、複合触媒粒子は、図1に示されるような形状となる。主触媒は負に帯電しているため複合触媒粒子は負に帯電しやすくなり、分散液の分散安定性が向上する傾向にある。
図2で示すように実施形態に係る光触媒複合材料20は、基材21と光触媒層22を具備する。光触媒層22は主触媒粒子23と助触媒粒子24とを含んでいる。ここで主触媒粒子の平均径が助触媒粒子の平均径より小さい。そして、20℃、pH6の水中において、主触媒粒子のゼータ電位が負であり、助触媒粒子のゼータ電位が正である。このような複合材料は、第1の実施形態で説明した光触媒分散液を基材の表面に塗布し、乾燥することで得ることができる。
図4に、第3の実施形態にかかる光触媒装置の構成の一例を表す概略図を示す。
JIS−R−1701−1(2004)の窒素酸化物の除去性能(分解能力)評価に準じる流通式装置を用いて、ガス分解を行う。流通式装置に試料触媒を入れた状態で、初期濃度10ppmのアセトアルデヒドガスを140mL/minで流して、ガス濃度を測定する。測定は、試料触媒に対する光照射前と、光照射開始から15分以上経過し、測定されるガス濃度が安定した時点とにおいて行う。光源には白色蛍光灯を使用し、紫外線カットフィルによって波長が380nm以上、照度が6000lxの可視光を照射する。
光触媒加工体サンプルを菌液40ml(1×105/ml)に完全に浸漬された状態で浸し、一定時間光照射したサンプルと遮光下においたサンプルとを準備する。光源には白色蛍光灯を使用し、紫外線カットフィルによって波長が380nm以上、照度が6000lxの可視光を照射する。終了後、段階希釈した上記菌液をコンパクトドライ「ニッスイCF(商品名)」(大腸菌数測定用)に接種し、37℃で24時間培養後に菌数を測定する。
(光触媒分散液の調製)
平均粒径20nmの酸化タングステン微粒子と平均粒径100nmの鉄亜鉛複合酸化物粒子(Fe2ZnO4)を水に分散させ酸化タングステン0.5質量%、鉄亜鉛複合酸化物0.025質量%の分散液を得る。酸化タングステンのpH6のゼータ電位測定値はー38mV、鉄亜鉛複合酸化物は23mVである。
厚さ150μmのPETフィルム(10cm×10cm)に繊維状のアルミナ水和物分散液(川研ファインケミカル F−1000)1gを滴下し、全面に広げた後、室温で1時間乾燥する。この操作によって下地層が形成される。
アセトアルデヒド初期濃度10ppmに対して光照射25分後には0ppmになる。遮光した試料を用いた場合、同じ時間経過後の濃度は10ppmである。
上記光触媒層を乾いた布でこする。膜の剥がれは見られず、光触媒活性もほとんど変化しない。
平均粒径が約300nmの酸化タングステンを用いることを除いては実施例1と同様にして光触媒分散液を作製する。実施例1と比較すると分散液の分散安定性が低い。分散液を激しく撹拌後ただちに実施例1と同様にPETフィルム上に塗布する。
平均粒径100nmの鉄亜鉛複合酸化物粒子(Fe2ZnO4)の代わりに平均粒径が80nmの鉄ニッケル酸化物粒子(Fe2NiO4)を用いることを除いては実施例1と同様にして光触媒分散液と光触媒複合材料を作製する。鉄ニッケル酸化物のpH6のゼータ電位測定値は21mVである。図6に表面のSEM写真を示す。直径が数100nm(平均直径が100nm以上)の凹部が見られる。
アセトアルデヒド初期濃度10ppmに対して光照射20分後には0ppmになる。遮光した試料を用いた場合、同じ時間経過後の濃度は10ppmである。
上記光触媒層を乾いた布でこする。膜の剥がれは見られず、光触媒活性もほとんど変化しない。
平均粒径100nmの鉄亜鉛複合酸化物粒子(Fe2ZnO4)の代わりに平均粒径が50nmの鉄ニッケル酸化物粒子(Fe2NiO4)を用いることを除いては実施例1と同様にして光触媒分散液と光触媒複合材料を作製する。直径が数100nm(平均直径が100nm以上)の凹部が見られる。
アセトアルデヒド初期濃度10ppmに対して光照射20分後には0ppmになる。遮光した試料を用いた場合、同じ時間経過後の濃度は10ppmである。
上記光触媒層を乾いた布でこする。膜の剥がれは見られず、光触媒活性もほとんど変化しない。
平均粒径100nmの鉄亜鉛複合酸化物粒子(Fe2ZnO4)の代わりに平均粒径
が80nmのニッケル酸化物粒子(NiO)を用いることを除いては実施例1と同様にして光触媒分散液と光触媒複合材料を作製する。ニッケル酸化物のpH6のゼータ電位測定値は21mVである。図7に光触媒複合材料の表面のSEM写真を示す。直径が数100nm(平均直径が100nm以上)の凹部が見られる。
アセトアルデヒド初期濃度10ppmに対して光照射25分後には0ppmになる。遮光した試料を用いた場合、同じ時間経過後の濃度は10ppmである。
上記光触媒層を乾いた布でこする。膜の剥がれは見られず、光触媒活性もほとんど変化しない。
平均粒径100nmの鉄亜鉛複合酸化物粒子(Fe2ZnO4)の代わりに平均粒径が80nmの鉄銅酸化物粒子(Fe2CuO)を用いることを除いては実施例1と同様にして光触媒分散液と光触媒複合材料を作製する。鉄銅酸化物のpH6のゼータ電位測定値は2mVである。
アセトアルデヒド初期濃度10ppmに対して光照射20分後には0ppmになる。遮光した試料を用いた場合、同じ時間経過後の濃度は10ppmである。
上記光触媒層を乾いた布でこする。剥がれは見られず、光触媒活性もほとんど変化しない。
実施例1の光触媒分散液にさらに平均粒径が10nmのPd粒子を0.001質量%を混合することを除いては実施例1と同様に光触媒分散液と光触媒複合材料を作製する。
アセトアルデヒド初期濃度10ppmに対して光照射15分後には0ppmになる。遮光した試料を用いた場合、同じ時間経過後の濃度は10ppmである。
上記光触媒層を乾いた布でこする。膜の剥がれは見られず、光触媒活性もほとんど変化しない。
実施例2の光触媒分散液にさらに平均粒径が10nmのPt粒子を0.001質量%を混合することを除いては実施例2と同様に光触媒分散液と光触媒複合材料を作製する。
アセトアルデヒド初期濃度10ppmに対して光照射15分後には0ppmになる。遮光した試料を用いた場合、同じ時間経過後の濃度は10ppmである。
上記光触媒層を乾いた布でこする。膜の剥がれは見られず、光触媒活性もほとんど変化しない。
実施例2の光触媒分散液にさらに平均粒径が10nmのRu粒子を0.001質量%を混合することを除いては実施例2と同様に光触媒分散液と光触媒複合材料を作製する。
アセトアルデヒド初期濃度10ppmに対して光照射15分後には0ppmになる。遮光した試料を用いた場合、同じ時間経過後の濃度は10ppmである。
(剥がれ耐性試験)
上記光触媒層を乾いた布でこする。膜の剥がれは見られず、光触媒活性もほとんど変化しない。
(光触媒分散液の調製)
平均粒径100nmの酸化タングステン微粒子と平均粒径150nmの鉄亜鉛複合酸化物粒子(Fe2ZnO4)を水に分散させ酸化タングステン0.5質量%、鉄ニッケル複合酸化物0.025質量%の分散液を得る。
厚さ150μmのPETフィルム(10cm×10cm)に繊維状のアルミナ水和物分散液(川研ファインケミカル F−1000)1gを滴下し、全面に広げた後、室温で1時間乾燥する。
アセトアルデヒド初期濃度10ppmに対して光照射30分後には0ppmになる。遮光した試料を用いた場合、同じ時間経過後の濃度は10ppmである。
上記光触媒層を乾いた布でこする。膜の剥がれは見られず、光触媒活性もほとんど変化しない。
(光触媒分散液の調製)
平均粒径20nmの酸化タングステン微粒子と平均粒径100nmの酸化銅粒子(CuO)、平均粒径が10nmのPd粒子を水に分散させ酸化タングステン0.5質量%、酸化銅0.025質量%、Pd0.001質量%の分散液を得る。
親水性の和紙(10cmx10cm)に繊維状のアルミナ水和物分散液(川研ファインケミカル F−1000)をスプレー塗布し、室温で1時間乾燥する。次に光触媒分散液をスプレー塗布し、室温で24時間乾燥する。
アセトアルデヒド初期濃度10ppmに対して光照射15分後には0ppmになる。遮光した試料を用いた場合、同じ時間経過後の濃度は10ppmである。
上記光触媒層を乾いた布でこする。剥がれは見られず、光触媒活性もほとんど変化しない。
実施例10で得られる光触媒複合材料と白色LEDと小型のファンを有する光触媒装置を冷蔵庫中に設置する。光触媒複合材料の周囲には活性炭を配置する。また気流の一部は基材である和紙を通過するように設置する。電源と制御装置は冷蔵の外部に設置する。
LEDで光を照射しながら光触媒装置を駆動し、10ppmのメチルメルカプタンの初期濃度は30分後に0になる。
Claims (17)
- 水と、20℃、pH6の水中においてゼータ電位が負の主触媒粒子と、ゼータ電位が正の助触媒粒子とを含み、前記主触媒粒子の平均径が前記助触媒粒子の平均径より小さく、
前記主触媒100質量部に対して前記助触媒が0.1〜20質量部である、分散液。 - 前記主触媒が酸化タングステン粒子を含有する、請求項1に記載の分散液。
- 前記助触媒が鉄、ニッケル、亜鉛もしくは銅の酸化物粒子を含有する、請求項1または2に記載の分散液。
- 前記助触媒粒子の平均粒径が300nm以下である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の分散液。
- 前記助触媒が複合酸化物である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の分散液。
- 20℃pH6の水中におけるゼータ電位が正であるバインダーをさらに含有する、請求項1〜5のいずれか1項に記載の分散液。
- 基材と光触媒層とを具備し、前記触媒層が、20℃、pH6の水中においてゼータ電位が負の主触媒粒子と、ゼータ電位が正の助触媒粒子とを含み、前記主触媒粒子の平均径が前記助触媒粒子の平均径より小さく、前記主触媒100質量部に対して前記助触媒が0.1〜20質量部である、光触媒複合材料。
- 前記光触媒層の表面に、平均直径100nm以上の凹部を有する、請求項7に記載の複合材料。
- 前記基材が負のゼータ電位を有する、請求項7または8に記載の複合材料。
- 前記基材と前記光触媒層との間に下地層をさらに具備する、請求項7〜9のいずれか1項に記載の複合材料。
- 前記下地層が無機酸化物を含有する請求項10に記載の複合材料。
- 前記基材が多孔体である、請求項7〜11のいずれか1項に記載の複合材料。
- 請求項7〜12のいずれか1項に記載の光触媒複合材料と、
前記複合材料に光を照射する光照射部材と、
処理しようとする物質を前記複合材料に供給する供給部材と
を具備する光触媒装置であって、前記光により触媒活性を生じた前記複合材料が、前記物質を処理するための化学反応を促進する、
装置。 - 前記光照射部材がLEDである、請求項13に記載の装置。
- 前記供給部材がファンである、請求項13または14に記載の装置。
- 前記物質が前記光触媒複合材料の正面に供給され、前記化学反応により生成した生成物が、前記光触媒複合材料の裏面から放出される、請求項13〜15のいずれか1項に記載の装置。
- 前記光触媒層が、前記物質を吸着する吸着材をさらに含む、請求項13〜16のいずれか1項に記載の装置。
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