JP7096744B2 - 光触媒複合材料、光触媒複合材料の製造方法および光触媒装置 - Google Patents
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Description
(a)アルミニウム酸化物層を有する基材を準備する工程、
(b)前記アルミニウム酸化物層表面にタングステン酸化物粒子を含有する光触媒分散液を塗布する工程、および
(c)塗布後の基材を前記基材の融点未満の温度で加熱する工程
を含むものである。
前記の光触媒複合材料と、
前記基材に光触媒活性を生じさせる光照射部材と、
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
を具備し、
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ものである。
図1に示す実施形態に係る光触媒複合材料100は、アルミニウム酸化物層101と、タングステン酸化物層102とが積層されており、前記アルミニウム酸化物層101と前記タングステン酸化物層102との間にアルミニウム酸化物103とタングステン酸化物104を含有する複合領域105を有する。タングステン酸化物層102中、またはタングステン酸化物層102と複合領域105の間には空隙106が存在してもよい。
図2に、実施形態にかかる光触媒複合材料の製造方法の一例を表すフロー図を示す。実施形態による方法は、
(A)アルミニウム酸化物層を有する基材を準備する工程、
(B)前記基材表面にタングステン酸化物粒子を含有する光触媒分散液を塗布する工程、および
(C)塗布後の基材を前記基材の融点以下の温度で加熱する工程
を含む。
図3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。
(ガス分解実験)
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に試料を入れた状態で、初期濃度10ppmのアセトアルデヒドガスを140mL/minで流す。そして、白色蛍光灯に紫外線カットフィルムを組み合わせた光源を用い、波長が380nm未満の光をカットした可視光(照度6000ルクス)の可視光を試料に照射する。光照射の前後でガス濃度を測定する。光照射前のガス濃度をA、光照射から15分以上経過し、かつ安定したときのガス濃度をBとするとき、下記式(1)に基づいてガス分解率(%)を求める。
(A-B)/A×100…(1)
光触媒複合材料試料を菌液40ml(1×105/ml)に完全に浸漬させた状態で、24時間光照射(および遮光下)を行う。
白色蛍光灯に紫外線カットフィルムを組み合わせた光源を用い、波長が380nm未満の光をカットした可視光(照度6000ルクス)の可視光を試料に照射する。
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、日本製薬株式会社製、大腸菌数測定用)に接種し、37℃で24時間培養した後に菌数を測定する。
粒径20~100nmの室温pH6の水中におけるゼータ電位が負である酸化タングステン微粒子を水に分散させ、1質量%の分散液を得る。
厚さ1mmのアルミニウム板(10cm×10cm)をローラー処理して、複数の平行な溝を形成させる(算術平均表面粗さRaが1μm)。この表面を2-プロパノール、水で洗浄した後。UV-オゾン処理を10分間行う。処理後のアルミニウム板表面に前記光触媒分散液を2.5g滴下し、全面に広げて光触媒塗布層を形成した後、60℃で1時間乾燥し、次に大気中で600℃で5時間加熱し、600℃から急冷して光触媒複合材料を作製する。次に布で表面をこすって剥離し易い触媒を除去する。
アセトアルデヒド分解試験では、初期濃度10ppmに対して、光照射20分後には0ppm(検出不能)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。
600℃で加熱することを除いては実施例1と同様にして光触媒を作製する。アセトアルデヒド初期濃度10ppmに対して光照射20分後でも8ppmである。なお、複合材料の表面を布でこすると殆どの光触媒が除去される。
厚さ50μmのアルミニウム箔に実施例1の光触媒分散液を塗布し、550℃で5時間大気中で加熱して光触媒複合材料を作製する。
LEDで光触媒複合材料に光を照射しながら光触媒装置を駆動した。駆動前のメrチルメルカプタン濃度は10ppmであり、駆動30分後に0ppm(検出不能)になる。
厚さ1mmのアルミニウム板(10cm×10cm)をやすりで全面を処理して平均表面粗さRaが4μmの凹凸を形成する。この表面を2-プロパノール、水で洗浄した後。UVオゾン処理を10分間行う。この表面に実施例1と同様の光触媒分散液を4g滴下し、全面に広げて光触媒塗布層を形成した後、60℃で1時間乾燥し、次に大気中で650℃で5時間加熱した後、12時間で除冷して光触媒複合材料を形成する。
アセトアルデヒド分解試験では、初期濃度10ppmに対して、光照射5分後には0ppm(検出不能)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。
650℃で加熱しないことを除いては実施例3と同様にして光触媒を作製する。
アセトアルデヒド分解試験では、初期濃度10ppmに対して、光照射5分後には7ppmになる。
厚さ1mmのアルミニウム板(10cm×10cm)の表面を微小粒子で磨いて粗面化し、平均表面粗さRaが0.2μmとする。以下、このアルミニウム板を用いて実施例1と同様にして光触媒複合材料を作製する。次に布で表面をこすって剥離し易い触媒を除去する。
アセトアルデヒド分解試験では、初期濃度10ppmに対して、光照射25分後には0ppm(検出不能)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。
厚さ1mmのアルミニウム板(10cm×10cm)の表面を微小粒子で磨いて粗面化し、平均表面粗さRaが0.1μmとする。以下、このアルミニウム板を用いて実施例1と同様にして光触媒複合材料を作製する。次に布で表面をこすって剥離し易い触媒を除去する。
アセトアルデヒド分解試験では、初期濃度10ppmに対して、光照射30分後には0ppm(検出不能)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。
厚さ1mmのアルミニウム板(10cm×10cm)の表面をヤスリで磨いて粗面化し、平均表面粗さRaが20μmとする。以下、このアルミニウム板を用いて実施例3と同様にして光触媒複合材料を作製する。次に布で表面をこすって剥離し易い触媒を除去する。
アセトアルデヒド分解試験では、初期濃度10ppmに対して、光照射7分後には0ppm(検出不能)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。
650℃で加熱する代わりに500℃で加熱することを除いては実施例6と同様にして光触媒複合材料を形成する。
アセトアルデヒド分解試験では、初期濃度10ppmに対して、光照射10分後には0ppm(検出不能)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。
厚さ1mmのアルミニウム板(10cm×10cm)の表面をヤスリで磨いて粗面化し、平均表面粗さRaが5μmとする。この表面を2-プロパノール、水で洗浄した後。UVオゾン処理を10分間行う。この表面に実施例1と同様の光触媒分散液を4g滴下し、全面に広げる。次に平均粒径150nmのアナターゼ型のチタン酸化物ナノ粒子光触媒をタングステン酸化物と同重量を塗布して広げた後、60℃で1時間乾燥し、次に大気中で650℃で5時間加熱した後、12時間で除冷して光触媒複合材料を形成する。
アセトアルデヒド分解試験では、初期濃度10ppmに対して、光照射4分後には0ppm(検出不能)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。
光触媒分散液としてタングステン酸化物に対して0.01質量%のPdナノ粒子をさらに含むことを除いては実施例3と同様にして光触媒複合材料を形成する。
アセトアルデヒド分解試験では、初期濃度10ppmに対して、光照射4分後には0ppm(検出不能)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。
Claims (18)
- アルミニウム酸化物層とタングステン酸化物層とが積層された構造を具備してなり、前記アルミニウム酸化物層と前記タングステン酸化物層との間に、アルミニウム酸化物とタングステン酸化物とを含有する複合領域をさらに具備する、光触媒複合材料。
- 前記タングステン酸化物層が、前記複合領域に含有されるタングステン酸化物と化学組成および結晶構造が同一のタングステン酸化物を含有する、請求項1記載の光触媒複合材料。
- 前記複合領域が、アルミニウムとタングステンの複合酸化物を含有する、請求項1記載の光触媒複合材料。
- 前記アルミニウム酸化物層と前記タングステン酸化物層との間に、空隙を有する、請求項1~3のいずれか1項に記載の光触媒複合材料。
- 前記アルミニウム酸化物層が、アルミニウム含有基材の表面に担持されている、請求項1~4のいずれか1項に記載の光触媒複合材料。
- 前記アルミニウム酸化物層の、前記タングステン酸化物層が積層されている側の面の算術平均表面粗さRaが0.2~20μmである、請求項1~5のいずれか1項に記載の光触媒複合材料。
- 前記アルミニウム酸化物層の、前記タングステン酸化物層が積層されている側の面に複数の平行な溝を有する、請求項1~6のいずれか1項に記載の光触媒複合材料。
- 前記タングステン酸化物層が、ロッド状またはストリング状の酸化タングステン粒子を含有する、請求項1~7のいずれか1項に記載の光触媒複合材料。
- (a)アルミニウム含有基材の表面にアルミニウム酸化物層を形成させ、前記酸化物層の表面を粗面化処理して、アルミニウム酸化物層を有する基材を準備する工程、
(b)前記アルミニウム酸化物層表面にタングステン酸化物粒子を含有する光触媒分散液を塗布する工程、および
(c)塗布後の基材を前記基材の融点未満の温度で加熱する工程
を含む、光触媒複合材料の製造方法。 - 前記アルミニウム酸化物層をUV-オゾン処理またはプラズマ処理により形成させる、請求項9に記載の光触媒複合材料の製造方法。
- 前記粗面化処理が研磨処理である、請求項9または10に記載の光触媒複合材料の製造方法
- 前記工程(c)における加熱が、大気中、温度500℃~650℃の条件下に行われる、請求項9~11のいずれか1項に記載の光触媒複合材料の製造方法。
- 前記工程(c)の後、タングステン酸化物層の一部を除去する工程をさらに有する、請求項9~12のいずれか1項に記載の光触媒複合材料の製造方法。
- 請求項1~8のいずれか1項に記載の光触媒複合材料と、
前記光触媒複合材料に光触媒活性を生じさせる光照射部材と、
処理しようとする物質を前記光触媒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光触媒複合材料が、前記物質を処理するための化学反応を促進する、
光触媒装置。 - 前記光照射部材がLEDである、請求項14記載の光触媒装置。
- 前記供給部材がファンである、請求項14また15に記載の光触媒装置。
- 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14~16のいずれか1項に記載の光触媒装置。
- 前記光触媒複合材料が、前記物質を吸着する吸着材をさらに含む、請求項14~17のいずれか1項に記載の光触媒装置。
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