JPH10226509A - 活性炭 - Google Patents
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- JPH10226509A JPH10226509A JP9025658A JP2565897A JPH10226509A JP H10226509 A JPH10226509 A JP H10226509A JP 9025658 A JP9025658 A JP 9025658A JP 2565897 A JP2565897 A JP 2565897A JP H10226509 A JPH10226509 A JP H10226509A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 可視光でも光触媒効果をもつ活性炭を得る。
【解決手段】 ｄ軌道電子を有する金属イオンが注入さ
れた二酸化チタンを含む活性炭。
れた二酸化チタンを含む活性炭。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は活性炭に関わるもの
である。本発明の活性炭は紫外線あるいは可視光照射下
における液体中あるいは気体中の有害物質や汚染物質の
除去能が大幅に向上したもので、上水処理、下水処理、
廃液処理、排気ガス処理、悪臭除去等に好適なものであ
る。
である。本発明の活性炭は紫外線あるいは可視光照射下
における液体中あるいは気体中の有害物質や汚染物質の
除去能が大幅に向上したもので、上水処理、下水処理、
廃液処理、排気ガス処理、悪臭除去等に好適なものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】活性炭は発達した細孔による広大な疎水
性内部表面のために、多くの物質に対して優れた吸着能
力をもっており、液体中あるいは気体中の有害物質や汚
染物質の除去に広く使用されている。しかし、吸着の対
象となる物質が小分子である場合や極性の強い分子であ
る場合は活性炭表面と吸着分子の相互作用が小さくな
り、活性炭の吸着能力が小さくなるという問題があっ
た。
性内部表面のために、多くの物質に対して優れた吸着能
力をもっており、液体中あるいは気体中の有害物質や汚
染物質の除去に広く使用されている。しかし、吸着の対
象となる物質が小分子である場合や極性の強い分子であ
る場合は活性炭表面と吸着分子の相互作用が小さくな
り、活性炭の吸着能力が小さくなるという問題があっ
た。
【０００３】これらの問題を改善するために、本発明者
らは先に、二酸化チタンを表面に適度に存在させて、そ
の光触媒作用により、水中あるいは気相中の有害物質の
除去能を向上させた活性炭として、二酸化チタンが表面
に存在し、明度Ｌ値が５０以下であることを特徴とする
活性炭（特開平８−２０８２１１号公報）、石炭を粉砕
し、造粒し、解砕し、炭化し、賦活して石炭系活性炭を
製造する方法において、造粒前の石炭に、二酸化チタン
を添加することを特徴とする石炭系活性炭およびその製
造方法（特願平７−１８７９５４）、原料炭を微粉砕
し、粘結材と混練し、造粒し、硬化炭化し、賦活して造
粒活性炭を製造する方法において、造粒前の原料炭に、
二酸化チタンを添加することを特徴とする造粒活性炭お
よびその製造方法（特願平７−２２１９６５）、さらに
は活性炭の製造に際して、賦活より前の段階で、チタン
および／またはチタン化合物（二酸化チタンを除く）を
添加することを特徴とする活性炭の製造方法（特願平８
−２１６０６２）を提案している。
らは先に、二酸化チタンを表面に適度に存在させて、そ
の光触媒作用により、水中あるいは気相中の有害物質の
除去能を向上させた活性炭として、二酸化チタンが表面
に存在し、明度Ｌ値が５０以下であることを特徴とする
活性炭（特開平８−２０８２１１号公報）、石炭を粉砕
し、造粒し、解砕し、炭化し、賦活して石炭系活性炭を
製造する方法において、造粒前の石炭に、二酸化チタン
を添加することを特徴とする石炭系活性炭およびその製
造方法（特願平７−１８７９５４）、原料炭を微粉砕
し、粘結材と混練し、造粒し、硬化炭化し、賦活して造
粒活性炭を製造する方法において、造粒前の原料炭に、
二酸化チタンを添加することを特徴とする造粒活性炭お
よびその製造方法（特願平７−２２１９６５）、さらに
は活性炭の製造に際して、賦活より前の段階で、チタン
および／またはチタン化合物（二酸化チタンを除く）を
添加することを特徴とする活性炭の製造方法（特願平８
−２１６０６２）を提案している。
【０００４】二酸化チタンは従来より白色顔料や化粧品
などに広く利用されている安定でかつ安全な物質である
が、近年その光触媒としての機能が注目されている。二
酸化チタンは半導体であり、そのバンドギャップ以上の
エネルギーをもつ光を照射すると価電子帯から伝導帯へ
電子が励起され、強力な酸化力をもつ正孔と、還元力を
もつ励起電子を生成する。これらの正孔や励起電子が二
酸化チタンの表面に拡散し、表面に吸着している有害物
質や汚染物質の分解や殺菌を行って光触媒としての作用
を示す。しかし、通常の二酸化チタンは、そのバンドギ
ャップが３.２ｅＶ（アナターゼ）であるため、電子の
励起のためには波長が３８８ｎｍ以下の光すなわち紫外
線を照射する必要があった。
などに広く利用されている安定でかつ安全な物質である
が、近年その光触媒としての機能が注目されている。二
酸化チタンは半導体であり、そのバンドギャップ以上の
エネルギーをもつ光を照射すると価電子帯から伝導帯へ
電子が励起され、強力な酸化力をもつ正孔と、還元力を
もつ励起電子を生成する。これらの正孔や励起電子が二
酸化チタンの表面に拡散し、表面に吸着している有害物
質や汚染物質の分解や殺菌を行って光触媒としての作用
を示す。しかし、通常の二酸化チタンは、そのバンドギ
ャップが３.２ｅＶ（アナターゼ）であるため、電子の
励起のためには波長が３８８ｎｍ以下の光すなわち紫外
線を照射する必要があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところが、通常、身の
回りで使用されている光、たとえば太陽光にはこのよう
な紫外線は数パーセントしか含まれていない。したがっ
て、従来の二酸化チタンと複合化した活性炭を使用する
場合、十分な光触媒作用を得るためには光源として紫外
線ランプを使用する必要があり、設備の簡素化や、運転
コストの低減のために一般の蛍光灯、白熱灯、太陽光等
の可視光を光触媒作用の光源として利用できる活性炭が
望まれていた。
回りで使用されている光、たとえば太陽光にはこのよう
な紫外線は数パーセントしか含まれていない。したがっ
て、従来の二酸化チタンと複合化した活性炭を使用する
場合、十分な光触媒作用を得るためには光源として紫外
線ランプを使用する必要があり、設備の簡素化や、運転
コストの低減のために一般の蛍光灯、白熱灯、太陽光等
の可視光を光触媒作用の光源として利用できる活性炭が
望まれていた。
【０００６】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者は上記
の課題を解決すべく鋭意検討した結果、ｄ軌道電子を有
する金属イオンを注入した二酸化チタンを活性炭と複合
化することにより可視光でも光触媒効果をもつ活性炭を
発明するに至った。すなわち本発明はｄ軌道電子を有す
る金属イオンをが注入された二酸化チタンを含む活性炭
に存する。
の課題を解決すべく鋭意検討した結果、ｄ軌道電子を有
する金属イオンを注入した二酸化チタンを活性炭と複合
化することにより可視光でも光触媒効果をもつ活性炭を
発明するに至った。すなわち本発明はｄ軌道電子を有す
る金属イオンをが注入された二酸化チタンを含む活性炭
に存する。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
本発明に使用される活性炭の原料には、通常活性炭の原
料として用いられる炭素質物質を使用することができ
る。具体的には石炭、石油重質油、ヤシ殻、木材、パル
プ廃液、樹脂炭化物、廃タイヤなどがあり、さらに繊維
状活性炭の場合には、セルロース系、アクリロニトリル
系、フェノール系、ピッチ系、塩化ビリニデンなどの原
料を使用することができる。また、活性炭は使用目的に
より、破砕、造粒、粉末、繊維など各種の形状のものが
使用されているが、いずれも本発明に適用することがで
きる。
本発明に使用される活性炭の原料には、通常活性炭の原
料として用いられる炭素質物質を使用することができ
る。具体的には石炭、石油重質油、ヤシ殻、木材、パル
プ廃液、樹脂炭化物、廃タイヤなどがあり、さらに繊維
状活性炭の場合には、セルロース系、アクリロニトリル
系、フェノール系、ピッチ系、塩化ビリニデンなどの原
料を使用することができる。また、活性炭は使用目的に
より、破砕、造粒、粉末、繊維など各種の形状のものが
使用されているが、いずれも本発明に適用することがで
きる。
【０００８】本発明に使用される二酸化チタンは、ルチ
ル型でも、アナターゼ型でも良いが、一般にアナターゼ
型の方が光触媒効果が大きいため、より好ましい。粒子
径についても特に制限されるものではないが、粒径の小
さいものほど触媒活性が高く、より好ましい。また、二
酸化チタンそのものでなくとも、熱処理によって二酸化
チタンとなる化合物を添加し、後で熱処理をする方法で
二酸化チタンを添加しても良い。このような方法に使用
できる化合物の例としては、ＴｉＣｌ4、Ｔｉ（ＳＯ4）
2、ＴｉＯＳＯ4、（ＮＨ4）2ＴｉＯ（Ｃ2Ｏ4）2・２Ｈ2
Ｏ、または、これらから生成したチタン酸の沈澱物、チ
タンテトライソプロポキシド、チタンテトラブトキシ
ド、チタン２エチル１ヘキサノラートなどのＴｉの有機
金属塩がある。これらは適宜、水や有機溶媒に溶解させ
て使用しても良い。
ル型でも、アナターゼ型でも良いが、一般にアナターゼ
型の方が光触媒効果が大きいため、より好ましい。粒子
径についても特に制限されるものではないが、粒径の小
さいものほど触媒活性が高く、より好ましい。また、二
酸化チタンそのものでなくとも、熱処理によって二酸化
チタンとなる化合物を添加し、後で熱処理をする方法で
二酸化チタンを添加しても良い。このような方法に使用
できる化合物の例としては、ＴｉＣｌ4、Ｔｉ（ＳＯ4）
2、ＴｉＯＳＯ4、（ＮＨ4）2ＴｉＯ（Ｃ2Ｏ4）2・２Ｈ2
Ｏ、または、これらから生成したチタン酸の沈澱物、チ
タンテトライソプロポキシド、チタンテトラブトキシ
ド、チタン２エチル１ヘキサノラートなどのＴｉの有機
金属塩がある。これらは適宜、水や有機溶媒に溶解させ
て使用しても良い。
【０００９】活性炭と二酸化チタンを複合化するにあた
っては、単に活性炭表面に二酸化チタンを付着させるだ
けでも良いし、ピッチ、フェノール樹脂、ポリビニルア
ルコール、樹液、糖蜜、粘土鉱物、テフロン等のバイン
ダーによって活性炭表面に二酸化チタンを固定しても良
い。ゾルゲル法やＣＶＤ法によって活性炭表面に二酸化
チタンを析出させる方法でも良い。活性炭と二酸化チタ
ンの結合をより強固にするためには、活性炭の製造工程
の途中で二酸化チタンを添加し、活性炭と二酸化チタン
を一体で成形する方法が有効である。
っては、単に活性炭表面に二酸化チタンを付着させるだ
けでも良いし、ピッチ、フェノール樹脂、ポリビニルア
ルコール、樹液、糖蜜、粘土鉱物、テフロン等のバイン
ダーによって活性炭表面に二酸化チタンを固定しても良
い。ゾルゲル法やＣＶＤ法によって活性炭表面に二酸化
チタンを析出させる方法でも良い。活性炭と二酸化チタ
ンの結合をより強固にするためには、活性炭の製造工程
の途中で二酸化チタンを添加し、活性炭と二酸化チタン
を一体で成形する方法が有効である。
【００１０】本発明の特徴は、ｄ軌道電子を有する金属
イオンを注入した二酸化チタンを含む活性炭が可視光で
も光触媒効果をもつことに存するが、イオン注入の効果
について安保らは、収束した金属イオンビームを高速に
加速して、金属イオンを半導体中の深いところに注入す
ることにより、光触媒の表面構造は変わらずに電子状態
が変化して、可視光での光触媒反応の進行が可能にな
る、と報告している（安保正一 ファインケミカル ２５
(８) ３９（１９９６））。
イオンを注入した二酸化チタンを含む活性炭が可視光で
も光触媒効果をもつことに存するが、イオン注入の効果
について安保らは、収束した金属イオンビームを高速に
加速して、金属イオンを半導体中の深いところに注入す
ることにより、光触媒の表面構造は変わらずに電子状態
が変化して、可視光での光触媒反応の進行が可能にな
る、と報告している（安保正一 ファインケミカル ２５
(８) ３９（１９９６））。
【００１１】本発明のイオン注入に用いられるｄ軌道電
子を有する金属イオンとは、周期律表において第４、
５、６、及び第７周期に属し、かつ１Ａ、２Ａ、３Ａ、
４Ａ、５Ａ、６Ａ、７Ａ、８、１Ｂ、２Ｂ、３Ｂ、４Ｂ
のいずれかの族に属する元素、及びＳｂ、Ｂｉ、Ｐｏか
らなる群から任意に選ばれる元素の陽イオンである。該
金属イオンは陽イオンである限りにおいて、その価数に
は制限はない。可視光による光触媒作用をもたらす効果
は、特に遷移金属、中でもＶ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃ
ｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ等の第４周期元素、あるいはＰ
ｄ、Ｐｔ、Ａｕ等の元素の陽イオンにおいて著しく、こ
れらは本発明に特に好適に用いられる。
子を有する金属イオンとは、周期律表において第４、
５、６、及び第７周期に属し、かつ１Ａ、２Ａ、３Ａ、
４Ａ、５Ａ、６Ａ、７Ａ、８、１Ｂ、２Ｂ、３Ｂ、４Ｂ
のいずれかの族に属する元素、及びＳｂ、Ｂｉ、Ｐｏか
らなる群から任意に選ばれる元素の陽イオンである。該
金属イオンは陽イオンである限りにおいて、その価数に
は制限はない。可視光による光触媒作用をもたらす効果
は、特に遷移金属、中でもＶ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃ
ｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ等の第４周期元素、あるいはＰ
ｄ、Ｐｔ、Ａｕ等の元素の陽イオンにおいて著しく、こ
れらは本発明に特に好適に用いられる。
【００１２】上記の金属イオンは、通常、電界により加
速されたビームとして二酸化チタンに注入され、注入条
件は通常、加速電圧１０〜１０００ｋｅＶ、注入量１×
１０ 15〜１×１０18Ｎ／ｃｍ2の範囲で設定される。注
入量がこの範囲より少ないと可視光による光触媒効果が
不十分となり、逆にこの範囲を超えると二酸化チタンの
結晶構造が破壊されるため光触媒効果が減少する。イオ
ン注入した二酸化チタンは空気中、３００℃以上でアニ
ーリングすることにより、可視光による光触媒効果を発
現するようになる。本発明において二酸化チタンに対す
るイオン注入処理は活性炭と複合化する前の二酸化チタ
ンに対して行っても良いし、二酸化チタンを活性炭と複
合化してから行っても良い。即ち、あらかじめイオン注
入した二酸化チタンを活性炭と複合化する方法でも、未
処理の二酸化チタンを活性炭と複合化し、その後にイオ
ンビームを照射して活性炭表面の二酸化チタンにイオン
を注入する方法でも、可視光による光触媒効果をもつ活
性炭を得ることができる。
速されたビームとして二酸化チタンに注入され、注入条
件は通常、加速電圧１０〜１０００ｋｅＶ、注入量１×
１０ 15〜１×１０18Ｎ／ｃｍ2の範囲で設定される。注
入量がこの範囲より少ないと可視光による光触媒効果が
不十分となり、逆にこの範囲を超えると二酸化チタンの
結晶構造が破壊されるため光触媒効果が減少する。イオ
ン注入した二酸化チタンは空気中、３００℃以上でアニ
ーリングすることにより、可視光による光触媒効果を発
現するようになる。本発明において二酸化チタンに対す
るイオン注入処理は活性炭と複合化する前の二酸化チタ
ンに対して行っても良いし、二酸化チタンを活性炭と複
合化してから行っても良い。即ち、あらかじめイオン注
入した二酸化チタンを活性炭と複合化する方法でも、未
処理の二酸化チタンを活性炭と複合化し、その後にイオ
ンビームを照射して活性炭表面の二酸化チタンにイオン
を注入する方法でも、可視光による光触媒効果をもつ活
性炭を得ることができる。
【００１３】本発明の活性炭は、従来使用されている活
性炭と同様に使用でき、流動床、固定床等の使用法を問
わない。従来の装置がそのまま使用可能であり、装置を
大型化する必要もない。本発明の活性炭は従来の吸着除
去のみによる活性炭に比べ、二酸化チタンの光触媒反応
による分解除去が加わるため、有害物質や汚染物質の除
去能は飛躍的に増加することになる。特に、従来の活性
炭では吸着除去が不十分であった有機ハロゲン化合物、
臭気物質などのような、小分子や極性の強い分子が多く
含まれる被処理水あるいは被処理ガスなどにも好適に使
用される。また、活性炭に藻や雑菌、微生物が繁殖しに
くくなるため、衛生的であり、装置の維持・管理も容易
になる。さらに本発明の活性炭は、光触媒の光源とし
て、従来のような紫外線ランプのみならず、一般の蛍光
灯や白熱灯、太陽光等の可視光も使用することができる
ため、設備の簡素化や運転コストの低減を行うことがで
きる。
性炭と同様に使用でき、流動床、固定床等の使用法を問
わない。従来の装置がそのまま使用可能であり、装置を
大型化する必要もない。本発明の活性炭は従来の吸着除
去のみによる活性炭に比べ、二酸化チタンの光触媒反応
による分解除去が加わるため、有害物質や汚染物質の除
去能は飛躍的に増加することになる。特に、従来の活性
炭では吸着除去が不十分であった有機ハロゲン化合物、
臭気物質などのような、小分子や極性の強い分子が多く
含まれる被処理水あるいは被処理ガスなどにも好適に使
用される。また、活性炭に藻や雑菌、微生物が繁殖しに
くくなるため、衛生的であり、装置の維持・管理も容易
になる。さらに本発明の活性炭は、光触媒の光源とし
て、従来のような紫外線ランプのみならず、一般の蛍光
灯や白熱灯、太陽光等の可視光も使用することができる
ため、設備の簡素化や運転コストの低減を行うことがで
きる。
【００１４】
【発明の効果】本発明の活性炭は、液体中あるいは気体
中の有害物質や汚染物質の除去能を大幅に向上すること
ができ、多大な工業的利益を提供するものである。
中の有害物質や汚染物質の除去能を大幅に向上すること
ができ、多大な工業的利益を提供するものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｂ０１Ｊ 35/02 Ｂ０１Ｊ 35/02 Ｊ Ｃ０１Ｇ 23/00 Ｃ０１Ｇ 23/00 Ｃ Ｃ０２Ｆ 1/30 Ｃ０２Ｆ 1/30
Claims (2)
- 【請求項１】ｄ軌道電子を有する金属イオンが注入され
た二酸化チタンを含む活性炭。 - 【請求項２】注入される金属イオンがＶ、Ｃr、Ｍn、Ｆ
e、Ｃo、Ｎi、Ｃu、Ｚn、Ｐd、Ｐt、Ａuからなる群から
選ばれることを特徴とする請求項１記載の活性炭。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9025658A JPH10226509A (ja) | 1997-02-07 | 1997-02-07 | 活性炭 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9025658A JPH10226509A (ja) | 1997-02-07 | 1997-02-07 | 活性炭 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10226509A true JPH10226509A (ja) | 1998-08-25 |
Family
ID=12171918
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9025658A Pending JPH10226509A (ja) | 1997-02-07 | 1997-02-07 | 活性炭 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10226509A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002079068A (ja) * | 2000-09-11 | 2002-03-19 | Mikio Kobayashi | 気液混合流体分散装置 |
| KR20030028325A (ko) * | 2001-09-29 | 2003-04-08 | 엔바이로테크(주) | 나노입자상의 광촉매가 담지된 활성탄의 제조방법 |
| KR100405375B1 (ko) * | 2000-02-25 | 2003-11-12 | 이종호 | 살균용 광촉매활성탄의 제조방법 |
| US6673738B2 (en) | 2001-11-28 | 2004-01-06 | K.K. Ueda Shikimono Kojyo | Photocatalytic active carbon, colored photocatalytic active carbon, coloring active carbon, and deodorant and adsorption product using them |
| JP2005334796A (ja) * | 2004-05-28 | 2005-12-08 | Tohoku Univ | 可視光活性光触媒、及び可視光活性光触媒の製造方法 |
| JP2008526491A (ja) * | 2005-01-04 | 2008-07-24 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | 触媒的に活性な金を使用する不均一、複合、炭素質触媒系および方法 |
| CN100443163C (zh) * | 2006-09-19 | 2008-12-17 | 东南大学 | 三元复合锐钛矿型二氧化钛光催化剂及其制备方法 |
| JP4626099B2 (ja) * | 2000-07-17 | 2011-02-02 | 株式会社豊田中央研究所 | 光触媒体 |
-
1997
- 1997-02-07 JP JP9025658A patent/JPH10226509A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100405375B1 (ko) * | 2000-02-25 | 2003-11-12 | 이종호 | 살균용 광촉매활성탄의 제조방법 |
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| KR20030028325A (ko) * | 2001-09-29 | 2003-04-08 | 엔바이로테크(주) | 나노입자상의 광촉매가 담지된 활성탄의 제조방법 |
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| US8518854B2 (en) | 2005-01-04 | 2013-08-27 | 3M Innovative Properties Company | Heterogeneous, composite, carbonaceous catalyst system and methods that use catalytically active gold |
| US8664149B2 (en) | 2005-01-04 | 2014-03-04 | 3M Innovative Properties Company | Heterogeneous, composite, carbonaceous catalyst system and methods that use catalytically active gold |
| CN100443163C (zh) * | 2006-09-19 | 2008-12-17 | 东南大学 | 三元复合锐钛矿型二氧化钛光催化剂及其制备方法 |
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