JPH04171047A - オゾン分解触媒体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明はオゾン分解触媒体に関する。

（従来の技術） 空気浄化装置の一種として、空気浄化装置内部でオゾン
を発生させてオゾンの持つ酸化力により悪臭成分等を分
解する形式のものがある。

ここで発生したオゾンは酸化力の強いものであって人体
に悪影響を及ぼすため、従来の空気浄化装置にあっては
、余剰のオゾンを活性炭で吸着し、発生したオゾンが空
気浄化装置の外部に出ないようにしている。

しかしながら活性炭による吸着では、活性炭がオゾンを
吸着するのに伴ってオゾン吸着能力が次第に低下してし
まう。そこでこのような活性炭による吸着方式によらず
に、酸化マンガンや酸化銀を触媒として用い、かかる触
媒によってオゾンを接触分解して酸素に戻す試みがなさ
れている。

ところで、上述のようにオゾンは強力な酸化力を有して
いるため、脱臭効果が大きい反面人体への悪影響も大き
く、そこで日本産業衛生学会では、人体への許容オゾン
濃度としてＯ，ｉｐｐｍを勧告している。従ってオゾン
発生濃度ｌｐｐｍで触媒を用いて余剰オゾンを分解する
場合、少なくとも９０％以上、望ましくは９５％以上の
高い分解能力が必要となる。この点で上述の触媒は未だ
不十分であるのが実情である。

一方特公昭６２−１３０３号公報には、各種燃焼機器や
調理器具等から発生する−酸化炭素、炭化水素を無害な
ガスに酸化する排ガス用浄化触媒体についての発明が開
示されており、そこにおいて、酸化チタンとアルミン酸
石灰を含む担体に酸化マンガン、酸化銅を含む触媒を担
持させる点が示されている。

ここで酸化チタンとしては、比表面積が約１０ｍ”　／
　ｇのものが用いられ、また酸化マンガン若しくは酸化
銅の担持量は、担体重量に対して０゜１〜１０重量％の
範囲と−す゛べきことが指摘されている。その理由とし
て、触媒の担持量はできるだけ多い方が性能的には望ま
しいのであるが、あまり多いと触媒が担体から脱落して
しまい、また分散が悪くなることを述べている。

本発明者は、酸化チタンをアルミン酸石灰で固めて成る
担体に、酸化マンガンを触媒として担持させて成る触媒
体をオゾン分解触媒体として用いることに着眼し、種々
実験を行った。その結果活性の高い白金等と異なり、酸
化マンガンのような活性の比較的低い触媒の場合、上記
１０重量％以下の如き少ない担持量では、実際上オゾン
分解触媒体として実用に供し得ないことが判明した。

（課題を解決するための手段） 本発明はこのような課題を解決するためになされたもの
であり、その要旨は、５０ｍ２／ｇ以上の比表面積を有
する酸化チタンを、該酸化チタンの割合が５０〜７０重
量％となるようにアルミン酸石灰で固めて触媒担体を構
成し、該触媒担体に触媒としての酸化マンガン及び酸化
銅を、該触媒担体を基準として１０重量％を越える量及
び９重量％以下の量でそれぞれ担持させたことにある。

（作用及び発明の効果） 前述したように、酸化マンガンをオゾン分解用触媒とし
て用いる場合、少なくともオゾンを９０％以上、望まし
くは９５％以上分解できる能力を有することが必要であ
り、そのためには酸化マンガンを多く担持させることが
必要である。

そこで本発明者は、どの程度酸化マンガンを担持させた
ら９０％或いは９５％以上の高率でオゾンを分解させら
れるか、また酸化チタン−アルミン酸石灰の系の担体に
おいて、どれだけの量の酸化マンガンを担持させる得る
かといった研究を行った。そしてその研究の過程で、酸
化マンガンの担持量は、酸化チタンの配合量を増すこと
によって高められることが判明した。この事実は、本発
明者の実験により得た酸化チタン量と酸化マンガン量と
の関係から求められた。第１図はそれらの関係を示した
ものである。但しこの図においては、アルミン酸石灰の
代表としてアルミナセメントが用いられ、横軸にアルミ
ン酸石灰／（アルミン酸化銅／酸化チタン）が、縦軸に
酸化マンガン／酸化チタン（及び酸化銅／酸化チタン）
の比率がとっである。

図から明らかなように、酸化マンガンと酸化チタンの比
率は横軸のほぼどの位置においても一定、即ち酸化チタ
ンの量が増しても減ってもほぼ一定となっている。換言
すれば、酸化マンガンの担持量は酸化チタンの量により
ほぼ定まってくることが分かる。

本研究の過程では更に次の事実、即ち９０％以上のオゾ
ン分解能力を得るためには酸化マンガンを担体重量に対
して１０重量％を越える量で担持させる必要のあること
、また望ましい分解能力９５％以上を得るためには１３
．５重量％以上担持させる必要のあること、１０重量％
を越える量の酸化マンガンを触媒担体から脱落・剥離せ
しめることなく担持させるためには、酸化チタンの比表
面積を５０ｍ２／ｇ以上に高め、そしてこのような高比
表面積の酸化チタンを担体中に５０重量％以上含有させ
る必要のあること等の事実が併せて判明した。本発明は
このような知見に基づいて完成されたものである。尚、
酸化チタンの配合量は７０重量％以下に抑える必要のあ
ることが併せて判明している。本発明の触媒担体は、酸
化チタンをアルミン酸石灰で固めた形態のものであって
、アルミン酸石灰は結合材としてのものであり、従って
酸化チタンが７０重量％よりも多くなってしまうと、結
合材の量が相対的に不足してしまい、担体の必要強度が
得られなくなるからである。

かかる本発明によれば、白金等の高価な触媒を用いるこ
となく、オゾンを高率で分解することが可能となり、従
ってこのような触媒体を空気清浄装置に組み込んだ場合
、活性炭にて余剰オゾンを吸着するようにした従来の空
気浄化装置に比べ、長期間に亘って優れたオゾン分解能
力を維持することができる。

本発明においては、触媒として酸化銅をも担持させてお
くことが必要である。この場合オゾンの接触分解反応は
次式のように起こると考えられる。

（１）　　Ｏ，十−Ｍ−→−Ｍ−十〇。

（２）　　０３＋−Ｍ−→−Ｍ−＋２０１○ 従ってトータルの反応は、（１）　＋　（２）より、（
３）　　２０．十−Ｍ−−１−Ｍ−＋３０゜となる。

この反応において、Ｍｎは主として（１）式の反応に、
またＣｕは（２）式の反応に関与すると考えられる。従
って触媒として酸化銅を併せて担持させることにより、
当初の優れたオゾン分解能が更に長期間に亘って良好に
保持されることとなる。

而して本発明においては、９０％以上のオゾン分解能力
を得るためには酸化銅を９重量％以下の量で担持させる
必要のあること、また９５％以上のオゾン分解能力を得
るためには７重量％以下の量で担持させる必要のあるこ
とが確認されている。

酸化銅をこれよりも多く担持させると、当初の分解能が
却って低下することが実験により確認されたのである。

但しその理由については現段階では明確には分っていな
い。

（実施例） 次に本発明の特徴を更に明確にすべく、以下にその実施
例を詳述する。

比表面積５７ｍ２／ｇのＴ　ｉ　Ｏ，粉末６０重量％と
比表面積２ｍ’／ｇのアルミナセメント粉末（養生後の
比表面積２０ｍ２／ｇ）４０重量％に適宜バインダと水
とを加えて混練し、その混線物を第２図に示すように、
外形りが１４ｍｍＸ１４ｍｍ、目数が７Ｘ７＝４９個の
ハニカム形状の成形体１０に押出成形した。押出成形体
１ｏを適宜寸法に切断した後、これを６０℃の湯につけ
てセメントを強制養生した。

養生体を乾燥後４００℃で焼成処理し、成形体中のバイ
ンダ、結晶水等を除去した。この焼成処理は、担体の比
表面積を高める上で非常に有効である。

単にＴｉｅ、をアルミナセメントで固めただけの場合、
その担体の比表面積の計算値は、第１表に示す如くせい
ぜい４５ｍ２／ｇ程度止まりであるが、上記焼成処理を
施した場合、比表面積は第３図に示すように計算値より
もほぼ４０重量％前後増大する。但し図中横軸はアルミ
ナセメント／（アルミナセメント＋酸化チタン）を、ま
た縦軸は比表面積を示している。

第１表：比表面積の計算値 このように焼成処理によって比表面積が飛躇的に増大す
るのは、当初歯まれていたバインダ及びアルミナセメン
ト水和物の結晶水等が揮散することによって担体がより
多孔質化することによるものである。

またこの焼成処理は、後において触媒担体を所定の液中
に浸漬した後これを熱分解させる際、その分解時に担体
中のバインダ等が揮散するのを防止する意味も有する。

その熱分解時に担体中のバインダ等が揮散すると、担体
表面に付着した触媒が担体表面より浮き上がってしまっ
たり、剥離したりするが、予めバインダが揮散されてい
るとこのような不具合を生じないのである。

尚この焼成処理は、４００℃〜６００℃の範囲で行うの
が良好であるのが実験により確認されている。第４図は
、横軸に焼成温度を、縦軸に比表面積を取って両者の関
係を示したものである。この図から、焼成温度としては
４００〜６００℃が良好で、これより低くても高くても
比表面積は低下することが分かる。

次に担体の焼成処理が済んだところで、これを２０重量
％の硝酸マンガン液に浸漬後、１５０℃で乾燥を行った
。このときの乾燥温度は、付着水を蒸発させるため４０
〜１５０℃でも良い。またＭｎ（Ｎｏ、）、　・６Ｈ，
Ｏが２００’Ｃ以上で徐々に分解することを利用して、
２００℃以上で乾燥させ、ＭｎＯ，の担持量をより増加
させることもできる。

次にこの工程で乾燥したものを２０重量％の硝酸マンガ
ン液と１２重量％の硝酸銅の混合液中に浸漬し、その後
乾燥した。

以上の液中への浸漬は、液の濃度を薄くして行うのが良
好である。第５図はこの関係を示したものである。図に
おいて横軸は担体に付着させた液を分解させる際の分解
温度を、また縦軸はオゾン分解率を示している。図に示
しているように液の濃度を薄くした・印のものが、オゾ
ン分解率が高くなっていることが分かる。これは液濃度
を濃（すると、担体表面に付着する触媒の分散性が悪く
なり、活性度が低下することによるものと考えられる。

また上記液中への浸漬工程においては、液中への担体の
浸漬時間をできるだけ短くするのが良く、また浸漬回数
をあまり多くしないようにするのが良い。理由は、液中
への担体の浸漬によってアルミナセメント中のカルシウ
ム成分が液中に溶出し、触媒強度が低下するからである
。第６図はその際のカルシウム成分の残留の程度を表し
ている。この図において横軸は浸漬時間を、縦軸は規定
時間浸漬し、熱分解した触媒中に残留したＡＬＯ，／Ｔ
ｉｅ、若しくはＣａ　Ｏ／　Ｔ　ｉ○、を表している。

図に示しているように、Ａｌ、０３は浸漬時間を多くし
てもあまり影響が無いのに対して、ＣａＯは浸漬時間の
増大と共に溶出量が増大している。

以上の工程が済んだところで、次に４００〜５００’Ｃ
で熱分解処理を行い、上記金属塩を酸化物に転換させた
。このときの熱分解は４００℃〜５００’Ｃの範囲で、
尚且つ前記焼成温度と同等以下の温度で行うのが好都合
である。焼成温度よりも高い温度で熱分解を行うと、そ
の際に担体中に残存しているバインダ等の揮発成分が揮
散し、担体表面に付着した触媒を浮き上がらせてしまう
等の不都合を生ずる外、揮発成分の抜けた孔が焼結によ
りつまり、触媒体の比表面積が少なくなるからである。

次に上記により得た触媒体を用い、初期オゾン濃度ｌｐ
ｐｍ、５Ｖ＝３００００ｈｔ−’の条件でオゾン分解試
験を行い、２時間後のオゾン分解率を求めた。ここで Ｓ■＝触媒触媒体層通風面風速／ｈ）／触媒長さ（ｍ）
である。

結果が第７図に示しである。第７図の結果から、ＭｎＯ
，を１３．５重量％以上担持させたときに、またＣａＯ
の担持量を７重量％以下に抑えた場合には、オゾン分解
能が９５％以上の良好な結果を得られることが分かる。

以上本発明の実施例を詳述したが、これはあくまで本発
明の一例示であって１本発明はその他の一態様において
実施することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は酸化チタンの量と担持される酸化マンガンどの
量の関係を示す図であり、第２図は本発明の実施例にお
いて得た成形体の形状を示す図、第３図は酸化チタンの
量と比表面積との関係を示す図、第４図は担体焼成温度
と比表面積との関係を示す図、第５図は液濃度とオゾン
分解率との関係を示す図、第６図は液中への浸漬時間と
セメント中のカルシウム成分の残留量との関係を示す図
、第７図はＭｎＯ，及びＣｕＯの担持量とオゾン分解率
との関係を示す図である。 １０：押出成形体 特許出願人　　株式会社　　　イナックス第１図 アルミナセメント／アルミナセメン５士酸化チタン（ｗ
ｔ％）第２図 第３図 アルミナセメント／アルミナセメント＋酸化チタン（ｗ
ｔ％）第４図 焼成温度（’Ｃ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ５０ｍ＾２／ｇ以上の比表面積を有する酸化チタンを、
   該酸化チタンの割合が５０〜７０重量％となるようにア
   ルミン酸石灰で固めて触媒担体を構成し、該触媒担体に
   触媒としての酸化マンガン及び酸化銅を、該触媒担体を
   基準として１０重量％を越える量及び９重量％以下の量
   でそれぞれ担持させたことを特徴とするオゾン分解触媒
   体。