WO2011065125A1 - 有害物質分解用炭素触媒、有害物質分解材及び有害物質分解方法 - Google Patents

有害物質分解用炭素触媒、有害物質分解材及び有害物質分解方法 Download PDF

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泰美 加藤
裕次 窪田
晋市 堀口
恵美子 前馬
真実 飯塚
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日清紡ホールディングス株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a carbon catalyst for decomposing harmful substances, a detrimental substance for decomposing substances, and a method for decomposing detrimental substances, and particularly to a carbon catalyst for decomposing detrimental substances such as aldehydes.
  • methods for removing aldehydes include a method using a noble metal catalyst such as platinum, a method using activated carbon having a specific surface area increased by activation treatment, and a method using a photocatalyst.
  • a noble metal catalyst such as platinum
  • activated carbon having a specific surface area increased by activation treatment
  • a photocatalyst a method using a photocatalyst.
  • Patent Document 1 describes a method of decomposing and removing aldehydes using activated carbon supporting platinum.
  • noble metals such as platinum are expensive and are limited by reserves, so noble metal catalysts are not always preferred as general-purpose catalysts.
  • activated carbon having a large specific surface area is used, an activation process is necessary, and thus the operation must be complicated.
  • activated carbon removes aldehydes by adsorption, when the activated carbon is repeatedly used, a process for regenerating the activated carbon is required.
  • photocatalysts do not function in an environment without a light source.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and provides a harmful substance decomposition carbon catalyst, a hazardous substance decomposition material, and a hazardous substance decomposition method that effectively decompose harmful substances such as aldehydes.
  • a harmful substance decomposition carbon catalyst a hazardous substance decomposition material
  • a hazardous substance decomposition method that effectively decompose harmful substances such as aldehydes.
  • a carbon catalyst for decomposing harmful substances according to an embodiment of the present invention for solving the above-mentioned problems is characterized by having a catalytic activity for decomposing harmful substances. According to the present invention, it is possible to provide a carbon catalyst for decomposing harmful substances that effectively decomposes detrimental substances such as aldehydes.
  • the harmful substance may be a malodorous substance.
  • the harmful substance may be a volatile organic compound.
  • the volatile organic compound may be aldehydes and oxides thereof.
  • the malodorous substance may be a sulfur compound.
  • the carbon catalyst for decomposing harmful substances may be a carbon catalyst obtained through carbonization of a raw material containing an organic substance and a metal.
  • the raw material may further contain a carbon material.
  • the metal may be a transition metal.
  • a hazardous substance decomposition material includes any one of the above-described harmful substance decomposition carbon catalysts. According to the present invention, it is possible to provide a hazardous substance decomposition material that effectively decomposes harmful substances such as aldehydes.
  • a method for decomposing a harmful substance according to an embodiment of the present invention for solving the above-described problem is characterized by decomposing a harmful substance using any one of the above-mentioned carbon catalysts for decomposing a harmful substance or the hazardous substance decomposing material.
  • disassembles harmful substances, such as aldehydes effectively can be provided.
  • the present invention it is possible to provide a harmful substance decomposition carbon catalyst, a hazardous substance decomposition material, and a hazardous substance decomposition method that effectively decompose harmful substances such as aldehydes.
  • the carbon catalyst for decomposition of harmful substances according to the present embodiment is a carbon catalyst having catalytic activity for decomposing harmful substances. That is, the present catalyst is composed of a carbonized material, and the carbonized material itself exhibits catalytic activity for decomposing harmful substances.
  • the harmful substance decomposed by the catalyst may be a gas, or may be dissolved in water or another solvent.
  • Malodorous substances include, for example, sulfur compounds that produce an odor of eggs, amines that produce body odors and excrement odors, carboxylic acids and aldehydes, alcohols that produce fermented odors, ketones and esters contained in paints, etc.
  • Aromatic hydrocarbons can be mentioned.
  • malodorous substances include, for example, sulfur compounds such as hydrogen sulfide, methyl sulfide, methyl disulfide, methyl mercaptan, and ethyl mercaptan, amines such as ammonia and trimethylamine, propionic acid, normal butyric acid, normal valeric acid, isopropanol.
  • Carboxylic acids such as valeric acid, aldehydes such as formaldehyde, acetaldehyde, propionaldehyde, normal butyraldehyde, isobutyraldehyde, normal valeraldehyde, isovaleraldehyde, alcohols such as isobutanol, ketones such as methyl ethyl ketone and methyl isobutyl ketone, Examples thereof include one or more selected from the group consisting of esters such as ethyl acetate, aromatic hydrocarbons such as toluene, styrene and xylene, and ozone.
  • esters such as ethyl acetate, aromatic hydrocarbons such as toluene, styrene and xylene, and ozone.
  • VOCs volatile organic compounds
  • examples of harmful substances that are decomposed by the catalyst include volatile organic compounds (VOC).
  • VOCs include aldehydes such as formaldehyde, acetaldehyde, nonenal, and acrolein, carboxylic acids such as formic acid, acetic acid, isovaleric acid, butyric acid, and (meth) acrylic acid, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1- Alcohols such as butanol, ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, diethyl ketone, methyl isobutyl ketone, butyl ethyl ketone, ethyl acetate, butyl acetate, methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, methyl formate, phthalic acid Esters such as dibutyl, di-2-ethylhexyl phthalate and fenocarb,
  • the present catalyst is a carbon catalyst having catalytic activity for decomposing aldehydes and their oxides, for example. More specifically, the present catalyst is a carbon catalyst having catalytic activity for decomposing one or more selected from the group consisting of formaldehyde, acetaldehyde, formic acid and acetic acid.
  • this catalyst is a carbon catalyst which has the catalytic activity which decomposes
  • the catalyst may be a carbon catalyst that does not substantially adsorb harmful substances such as aldehydes. That is, the present catalyst does not adsorb and remove harmful substances such as aldehydes but decomposes and purifies them.
  • the catalyst is, for example, a carbon catalyst that has a catalytic activity for decomposing harmful substances such as aldehydes and does not substantially adsorb harmful substances such as aldehydes. Since the present catalyst has a catalytic activity for decomposing harmful substances such as aldehydes, there is no breakthrough due to adsorption, and there is no problem of re-releasing the adsorbed substance.
  • this catalyst can decompose harmful substances even in a relatively low temperature environment. That is, the present catalyst can decompose harmful substances such as aldehydes at, for example, 0 ° C. or higher. More specifically, the temperature at which the catalyst decomposes harmful substances can be, for example, 0 ° C. or more and 300 ° C. or less, 0 ° C. or more and 100 ° C. or less, 0 ° C. or more, 40 ° C. It can also be as follows.
  • the catalyst can be a carbon catalyst obtained by carbonization of a raw material containing an organic substance and a metal.
  • This organic substance is not particularly limited as long as it can be carbonized (can be used as a carbon source), and any one or more kinds can be used.
  • the organic substance for example, one or both of a high molecular weight organic compound (for example, a resin such as a thermoplastic resin or a thermosetting resin) and a low molecular weight organic compound can be used. Further, for example, biomass such as plant waste material can be used.
  • a high molecular weight organic compound for example, a resin such as a thermoplastic resin or a thermosetting resin
  • a low molecular weight organic compound for example, a high molecular weight organic compound (for example, a resin such as a thermoplastic resin or a thermosetting resin) and a low molecular weight organic compound can be used.
  • biomass such as plant waste material can be used.
  • an organic substance containing nitrogen can be preferably used as the organic substance.
  • the organic substance containing nitrogen is not particularly limited as long as it contains an organic compound containing a nitrogen atom in the molecule, and any one kind or two or more kinds can be used.
  • a ligand capable of coordinating with a metal can be preferably used. That is, in this case, an organic compound containing one or more coordination atoms in the molecule is used. More specifically, for example, as a coordination atom, an organic compound containing one or more selected from the group consisting of a nitrogen atom, a phosphorus atom, an oxygen atom, and a sulfur atom in the molecule can be used. . Further, for example, an organic compound containing one or more selected from the group consisting of an amino group, a phosphino group, a carboxyl group, and a thiol group in the molecule can also be used as a coordination group.
  • examples of the organic compound include pyrrole, vinyl pyridine, imidazole, 2-methylimidazole, aniline, polysulfone, polyaminobismaleimide, polyimide, polyvinyl alcohol, polybenzimidazole, polyamide, and polyether.
  • esters, polymethacrylic acid, phenolic resins, melamine resins, epoxy resins, furan resins, polyamideimide resins, and polyacrylonitrile can be used.
  • biomass such as waste wood
  • food industry waste such as coffee grounds, tea grounds, beer squeezed rice bran, rice bran, etc.
  • wood-based waste such as forest residue, building waste, and household waste such as sewage sludge. 1 type (s) or 2 or more types selected from the group which consists of can be used.
  • the organic substance may further contain, for example, one or more selected from the group consisting of boron, phosphorus, oxygen, and sulfur as a component that improves the activity of the catalyst.
  • the metal contained in the raw material is not particularly limited as long as it does not inhibit the activity of the catalyst, and any one or two or more kinds can be used.
  • This metal can be, for example, one or more selected from the group consisting of Groups 3 to 16 of the periodic table.
  • Group 3A Group 3) element, Group 4A (Group 4) element, Group 5A (Group 5) element, Group 6A (Group 6) element, Group 7A (Group 7) element, Group 8 (Group 8) , Group 9 and 10) element, Group 1B (Group 11) element, Group 2B (Group 12) element, Group 3B (Group 13) element, Group 4B (Group 14) element, Group 5B (Group 15) element and 6B 1 type (s) or 2 or more types selected from the group which consists of a group (group 16) element can be used.
  • transition metals Group 3 to Group 12 of the periodic table
  • transition metal a metal belonging to Group 4 to Group 4 of the periodic table can be preferably used.
  • the metal can be used as a simple substance of the metal or a compound of the metal.
  • the metal compound for example, metal salts, metal oxides, metal hydroxides, metal nitrides, metal sulfides, metal carbonides, metal complexes can be used, and metal salts, metal oxides, metal sulfides can be used.
  • a metal complex can be preferably used.
  • a metal complex is formed in the raw material.
  • the raw material of the catalyst described above can further contain a carbon material. That is, in this case, the catalyst is a carbon catalyst obtained by carbonization of a raw material containing an organic substance, a metal, and a carbon material.
  • the carbon material contained in the raw material is not particularly limited as long as the whole or a part of the carbon material is carbonized, and any one type or two or more types can be used. That is, as this carbon material, for example, a carbon material or a natural mineral obtained by carbonizing biomass such as an organic compound or waste material at a predetermined temperature and having no catalytic activity by itself can be used.
  • lignite for example, selected from the group consisting of lignite, peat, bean, graphite, coke, activated carbon, carbon black, carbon nanotube, carbon nanohorn, carbon fiber, and carbon fibril 1 type, or 2 or more types can be used.
  • the carbonization of the raw material is performed by heating the raw material containing at least the organic substance and the metal as described above and holding the raw material at a predetermined temperature (carbonization temperature) at which the raw material can be carbonized.
  • the carbonization temperature is not particularly limited as long as the raw material can be carbonized, and can be, for example, 300 ° C. or higher. More specifically, the carbonization temperature can be, for example, 300 ° C. or higher and 1500 ° C. or lower, preferably 400 ° C. or higher and 1200 ° C. or lower, more preferably 500 ° C. or higher and 1100 ° C. or lower. It can be.
  • the heating rate at the time of heating the raw material to the carbonization temperature is not particularly limited, and can be, for example, 0.5 ° C./min or more and 300 ° C./min or less.
  • the time for holding the raw material at the carbonization temperature is not particularly limited as long as the raw material can be carbonized, and can be, for example, 5 minutes or longer. More specifically, the carbonization time can be, for example, 5 minutes or more and 240 minutes or less, preferably 20 minutes or more and 180 minutes or less.
  • Carbonization is preferably performed under an inert gas such as nitrogen (for example, under the flow of an inert gas).
  • the present catalyst can be obtained as a carbonized material generated by carbonization of such a raw material. Moreover, this catalyst can also be what grind
  • the method for pulverizing the carbonized material is not particularly limited, and for example, a pulverizing apparatus such as a ball mill or a bead mill can be used.
  • the average particle size of the catalyst after pulverization can be, for example, 1000 ⁇ m or less, preferably 150 ⁇ m or less, and more preferably 45 ⁇ m or less.
  • the present catalyst may be one obtained by introducing (doping) nitrogen atoms into a carbonized material obtained by carbonization of a raw material.
  • a gas phase doping method such as an ammoxidation method or a CVD method
  • a liquid phase doping method or a gas phase-liquid phase doping method
  • a nitrogen source such as ammonia, melamine, or acetonitrile is mixed with a carbonized material, and the resulting mixture is heated to a temperature of 550 ° C. or higher and 1200 ° C. or lower in an inert gas atmosphere such as nitrogen, argon, or helium.
  • nitrogen atoms can be introduced into the surface of the carbonized material.
  • activation treatment such as steam activation, carbon dioxide activation, phosphoric acid activation, alkali activation, hydrogen activation, ammonia activation, nitric oxide activation, electrolytic activation, and / or nitric acid oxidation, mixed acid oxidation, Liquid phase oxidation such as hydrogen peroxide oxidation can also be performed.
  • the present catalyst may be a carbon catalyst obtained by subjecting a raw material carbonized material containing an organic substance and a metal to a metal removal treatment. That is, in this case, the present catalyst can be obtained by subjecting a carbonized material obtained by carbonizing a raw material containing an organic substance and a metal to a metal removal treatment.
  • the metal removal treatment is a treatment for removing metal contained in the carbonized material obtained by carbonization of the raw material.
  • the metal removal treatment is not particularly limited as long as the metal contained in the carbonized material can be removed or the amount of the metal can be reduced.
  • washing treatment with an acid, electrolytic treatment, electrodialysis, and the like can be performed. it can.
  • the acid used for the acid treatment is not particularly limited as long as the effect of the metal removal treatment can be obtained, and any one kind or two or more kinds can be used. That is, for example, one or more selected from the group consisting of hydrochloric acid (for example, concentrated hydrochloric acid), nitric acid (for example, concentrated nitric acid), and sulfuric acid (for example, concentrated sulfuric acid) can be used.
  • hydrochloric acid for example, concentrated hydrochloric acid
  • nitric acid for example, concentrated nitric acid
  • sulfuric acid for example, concentrated sulfuric acid
  • a mixed acid prepared by mixing concentrated hydrochloric acid and concentrated nitric acid at a predetermined volume ratio for example, aqua regia
  • concentrated nitric acid and concentrated sulfuric acid A mixed acid prepared by mixing at a volume ratio can be used.
  • the acid treatment method for example, a method of dipping and holding the carbonized material in an acid-containing solution can be used.
  • the carbonized material can be held in a boiled acid solution.
  • the present catalyst may be a carbon catalyst obtained by subjecting a raw material carbonized material containing an organic substance and a metal to a metal removal treatment and a heat treatment. Moreover, this catalyst can also be made into the carbon catalyst obtained by performing the acid treatment and heat processing to the raw material carbonization material containing an organic substance and a metal. That is, in these cases, the present catalyst performs the above-described metal removal treatment (for example, acid treatment) on the carbonized material obtained by carbonizing a raw material containing an organic substance and a metal, and further performs a heat treatment. Can be obtained.
  • the above-described metal removal treatment for example, acid treatment
  • This heat treatment is performed by holding the carbonized material that has been subjected to the metal removal treatment as described above at a predetermined temperature (heat treatment temperature).
  • the heat treatment temperature can be, for example, 300 ° C. or higher, and can be 400 ° C. or higher. More specifically, the heat treatment temperature can be, for example, 300 ° C. or more and 1500 ° C. or less, preferably 400 ° C. or more and 1400 ° C. or less, more preferably 500 ° C. or more and 1300 ° C. or less. can do.
  • the heat treatment temperature can be the same temperature as the carbonization temperature described above, or can be a different temperature. That is, the heat treatment temperature can be set to a temperature equal to or lower than the carbonization temperature, for example, and can be set to a temperature lower than the carbonization temperature. Further, the heat treatment temperature can be higher than the carbonization temperature.
  • the heat treatment temperature is 300 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower and is equal to or lower than the carbonization temperature or lower than the carbonization temperature. It can be temperature.
  • the rate of temperature rise when the carbonized material is heated to the heat treatment temperature and the time during which the carbonized material is held at the heat treatment temperature (heat treatment time) can be the same as in the above-described carbonization.
  • the heat treatment is preferably performed under an inert gas such as nitrogen (for example, under the flow of an inert gas).
  • the metal removal treatment and the heat treatment can be repeated twice or more.
  • the catalyst may be obtained by pulverizing a carbonized material that has been subjected to metal removal treatment and heat treatment.
  • the present catalyst may be a carbon catalyst obtained by subjecting a raw material carbonized material containing an organic substance and a metal to metal impregnation treatment and heat treatment. That is, in this case, the present catalyst can be obtained by subjecting a carbonized material obtained by carbonizing a raw material containing an organic substance and a metal to metal impregnation treatment and further heat treatment.
  • the metal impregnation treatment is a treatment of impregnating a metal into the carbonized material obtained by carbonization of the raw material as described above.
  • the metal impregnated in the carbonized material is not particularly limited as long as it does not inhibit the activity of the catalyst, and any one or two or more kinds can be used.
  • the metal can be, for example, one or more selected from the group consisting of groups 3 to 16 of the periodic table.
  • a metal a transition metal (Group 3 to Group 12 of the periodic table) can be preferably used, for example.
  • a metal belonging to the fourth period, the fifth period, or the sixth period of Groups 3 to 12 of the periodic table can be preferably used.
  • one or more selected from the group consisting of titanium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, zinc, zirconium, niobium, molybdenum, ruthenium, lanthanum, cerium, and tantalum are preferable.
  • One or two or more selected from the group consisting of titanium, iron, zirconium, ruthenium and cerium can be used more preferably.
  • the carbonized material can be impregnated with a different kind of metal from the metal contained in the raw material used in the above-mentioned carbonization. That is, for example, aluminum, silicon, titanium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, zinc, gallium, zirconium, niobium, molybdenum, ruthenium, indium, tin, lanthanum, cerium, tantalum, lead, or titanium
  • the carbonized material can be impregnated with one or more selected from the group consisting of iron, zirconium, ruthenium and cerium, and different from the metal contained in the raw material.
  • the metal can be used as a simple substance of the metal or a compound of the metal.
  • the metal compound for example, metal salts, metal oxides, metal hydroxides, metal nitrides, metal sulfides, metal carbonides, metal complexes can be used, and metal salts, metal oxides, metal sulfides can be used.
  • a metal complex can be preferably used.
  • the method of impregnating the carbonized material with the metal is not particularly limited as long as at least the surface of the carbonized material can be impregnated with the metal.
  • the carbonized material is put into a solution containing the metal. Contacting methods can be used.
  • the carbonized material can be impregnated with the metal.
  • the carbonized material can be retained in the boiled metal-containing solution.
  • an acidic solution can also be used as a metal containing solution.
  • the pH of the metal-containing solution can be set to 1 or more and 6 or less, for example.
  • the subsequent heat treatment is performed by holding the carbonized material impregnated with the metal at a predetermined temperature as described above.
  • the heat treatment after the metal impregnation treatment can be performed in the same manner as the heat treatment after the metal removal treatment described above.
  • the metal impregnation treatment and the heat treatment can be repeated twice or more.
  • the catalyst may be obtained by pulverizing a carbonized material that has been subjected to metal impregnation treatment and heat treatment.
  • the hazardous substance decomposition material according to the present embodiment is a material including the above-described harmful substance decomposition carbon catalyst (the present catalyst). That is, this decomposition material contains this catalyst as a catalyst which decomposes
  • the present decomposition material includes, for example, a carrier and the present catalyst supported on the carrier. That is, the present decomposition material can include, for example, a resin carrier and the present catalyst supported on the surface and inside of the resin carrier. Moreover, this decomposition material can contain the fiber carrier and this catalyst carry
  • the decomposition material can be a molded body of a mixture of resin and catalyst, for example.
  • the resin is melted or dissolved with a solvent, and then the catalyst is dispersed in the resin. Then, the obtained mixture is molded into a predetermined shape, thereby forming the decomposition material as a molded body of the mixture. Obtainable.
  • the present decomposition material can include, for example, an inorganic material carrier and the present catalyst supported on the inorganic material carrier.
  • the method for supporting the present catalyst on the inorganic material carrier is not particularly limited, and the present decomposed material can be produced by, for example, fusion with a resin, surface treatment, hybridization, or the like.
  • this decomposition material can contain the filter (for example, honeycomb-shaped filter) and this catalyst with which the said filter was filled, for example.
  • the present decomposition material can be a molded body of a mixture of an inorganic material and the present catalyst, for example.
  • the inorganic material and the catalyst or a precursor of the catalyst are preliminarily molded as a mixture to which a binder is added as necessary, and the obtained preform is fired to thereby form the inorganic material.
  • the present decomposition material can be obtained as a sintered body containing the catalyst and the present catalyst.
  • an inorganic material for example, ceramics such as alumina and cordierite, tile, and glass can be used.
  • a metal can also be used as the carrier.
  • the shape of the molded body is not particularly limited.
  • this decomposition material can also be used as a powder, slurry, a coating material, cake, paper, a textile fabric, a knitted fabric, a nonwoven fabric, a filter, a coating sheet, a multilayer body, gel, an ionic gel, an ionic liquid gel, for example.
  • the hazardous substance decomposition method according to the present embodiment uses the above-described harmful substance decomposition carbon catalyst (the present catalyst) or the harmful substance decomposition material (the present decomposed material), It is a method of decomposing harmful substances.
  • the catalyst or the decomposition material is brought into contact with a fluid (gas or liquid) containing a harmful substance to be removed.
  • a fluid gas or liquid
  • the present catalyst or the present decomposition material is brought into contact with a gas containing VOC or a gas containing a sulfur compound.
  • VOC include aldehydes such as formaldehyde, acetaldehyde and nonenal, carboxylic acids such as formic acid, acetic acid and isovaleric acid, aromatic hydrocarbons such as toluene, xylene, phenol, styrene and benzene, as described above.
  • examples of the sulfur compound include one or more selected from the group consisting of hydrogen sulfide, methyl sulfide, methyl disulfide, methyl mercaptan, and ethyl mercaptan as described above.
  • the catalyst or the decomposition material is brought into contact with a liquid containing a harmful substance.
  • a liquid include an aqueous solution (formalin) containing formaldehyde and an aqueous solution containing ozone. Therefore, this catalyst or this decomposition material can be used as a water purification material, for example.
  • the solvent is not limited to water as long as it can dissolve harmful substances.
  • Such a catalyst, the present decomposition material and the present method can effectively decompose harmful substances such as aldehydes. That is, the present catalyst itself can decompose harmful substances such as aldehydes alone without being combined with a noble metal catalyst such as platinum. Therefore, this catalyst and this decomposition material are highly versatile as an inexpensive catalyst for decomposing harmful substances or decomposing substances.
  • the present catalyst can be produced without performing such activation treatment. Furthermore, since this catalyst removes harmful substances such as aldehydes not by adsorption but by decomposition, it can be used repeatedly without performing regeneration treatment.
  • the present catalyst can effectively decompose harmful substances such as aldehydes by the carbon structure itself even in an environment without a light source (for example, under light shielding).
  • an air purifier for example, an air purifier installed in a car, a tunnel, an aseptic room, a warehouse, or a toilet
  • an air purifier filter for deodorization before delivery, floor mats, etc.
  • exhaust gas purification equipment for automobiles for example, formaldehyde and acetaldehyde
  • exhaust gas purification equipment for fuel cells painting work curing sheet, tobacco odor removal filter, mask, wall material, wallpaper, Ceiling materials, floor materials, furniture, self-cleaning materials, daily necessities, sponges, slippers, hand wipes, ventilation fan filters, oil stoves, gas stoves, sensors, refrigerators, decorative plates, catalytic combustion devices, protective seat covers, tapes, ozone removal Image forming devices such as devices, dehumidifiers, vegetable fiber boards, rubber compositions, and copiers (for example, discharged from toner) VOC removal), information processing equipment such as computers, filter media, gas masks, packing
  • examples of the location where the catalyst or the decomposed material is used include, for example, indoors, automobiles, exhaust gas lines from internal combustion engines, transportation equipment, analytical equipment, ships, airplanes, rail cars, facility construction sites, petrochemical plants , Chemical industrial plant, food industrial plant, hydrogen production reformer, roof, outer wall, tunnel, soil, seawater, purified water, sewage.
  • this mixture was heated in the air, and the temperature was raised from room temperature to 150 ° C. over 30 minutes, and then the temperature was raised from 150 ° C. to 220 ° C. over 2 hours. Thereafter, the mixture was held at 220 ° C. for 3 hours to infusibilize the mixture.
  • the raw material for the carbonized material was prepared.
  • the material was carbonized. Specifically, the infusibilized raw material as described above was placed in a quartz tube, purged with nitrogen for 20 minutes in an image furnace, and heated from room temperature to 900 ° C. over 18 minutes. Thereafter, this raw material was held at 900 ° C. for 1 hour to obtain a carbonized material.
  • this carbonized material was pulverized. That is, 10 cycles of zirconia balls having a diameter of 10 mm were set in a planetary ball mill (P-7, manufactured by Fritsch Japan Co., Ltd.), and the carbonized material was pulverized for 5 minutes at a rotational speed of 650 rpm by the planetary ball mill for 10 cycles. Thereafter, the pulverized carbonized material was taken out, and a carbonized material that passed through a sieve having an aperture of 106 ⁇ m was obtained as a pulverized particulate carbon catalyst 1 (PCo).
  • PCo pulverized particulate carbon catalyst 1
  • Carbon catalyst 2 (PCoAW)
  • metal removal treatment acid treatment
  • 100 mL of concentrated hydrochloric acid was added to 1 g of carbon catalyst 1 (PCo) and stirred for 1 hour.
  • 100 mL of a solution prepared by mixing concentrated hydrochloric acid and distilled water at 1: 1 (volume ratio) was added and stirred for 1 hour.
  • 100 mL of distilled water was added and stirred for 1 hour.
  • the solution containing the carbon catalyst was filtered using a filtration membrane (pore size: 1.0 ⁇ m, manufactured by Millipore), and washed with distilled water until the filtrate became neutral.
  • the collected carbon catalyst was vacuum-dried at 60 ° C. for 12 hours. Furthermore, the dried carbon catalyst was pulverized in a mortar.
  • heat treatment was performed. That is, the carbon catalyst subjected to the metal removal treatment as described above was placed in a quartz tube, purged with nitrogen for 20 minutes in an image furnace, and heated from room temperature to 700 ° C. over 14 minutes. Thereafter, the carbon catalyst was held at 700 ° C. for 1 hour.
  • the carbon catalyst after this heat treatment was pulverized. That is, a process in which a zirconia ball having a diameter of 10 mm was set in a planetary ball mill and the carbon catalyst was pulverized for 5 minutes at a rotational speed of 450 rpm by the planetary ball mill was performed for 4 cycles. Thereafter, the pulverized carbon catalyst was taken out, and a carbon catalyst that passed through a sieve having an aperture of 106 ⁇ m was obtained as pulverized particulate carbon catalyst 2 (PCoAW).
  • PCoAW pulverized particulate carbon catalyst 2
  • Carbon catalyst 3 (PCoFeAW)
  • metal impregnation treatment was performed on the carbon catalyst 1 (PCo) obtained as described above. That is, 2 g of iron (III) chloride hexahydrate (FeCl 3 .6H 2 O) was added to 300 mL of distilled water to prepare an iron-containing solution, and 2 g of carbon catalyst 1 (PCo) was added to the iron-containing solution. And boiled. Then, the carbon catalyst was impregnated with iron for 3 hours with stirring in the boiling iron-containing solution. Thereafter, the solution containing the carbon catalyst was filtered using a filtration membrane (pore size: 1.0 ⁇ m, manufactured by Millipore), and washed with distilled water until the filtrate became neutral. The collected carbon catalyst was vacuum-dried at 60 ° C. for 12 hours. Furthermore, the dried carbon catalyst was pulverized in a mortar.
  • the carbon catalyst after this heat treatment was pulverized. That is, a process in which a zirconia ball having a diameter of 10 mm was set in a planetary ball mill and the carbon catalyst was pulverized for 5 minutes at a rotational speed of 450 rpm by the planetary ball mill was performed for 4 cycles. Thereafter, the pulverized carbon catalyst was taken out, and a carbon catalyst that passed through a sieve having an aperture of 106 ⁇ m was obtained as a pulverized fine particle carbon catalyst (PCoFe).
  • PCoFe pulverized fine particle carbon catalyst
  • the carbon catalyst (PCoFe) thus obtained was subjected to metal removal treatment (acid treatment). That is, 100 mL of concentrated hydrochloric acid was added to 1 g of a carbon catalyst (PCoFe) and stirred for 1 hour. Next, after precipitating the carbon catalyst and removing the solution, 100 mL of a solution prepared by mixing concentrated hydrochloric acid and distilled water at 1: 1 (volume ratio) was added and stirred for 1 hour. After the carbon catalyst was precipitated and the solution was removed, 100 mL of distilled water was added and stirred for 1 hour.
  • the solution containing the carbon catalyst was filtered using a filtration membrane (pore size: 1.0 ⁇ m, manufactured by Millipore), and washed with distilled water until the filtrate became neutral.
  • the collected carbon catalyst was vacuum-dried at 60 ° C. for 12 hours. Furthermore, the dried carbon catalyst was pulverized in a mortar.
  • heat treatment was performed. That is, the carbon catalyst subjected to the metal removal treatment as described above was placed in a quartz tube, purged with nitrogen for 20 minutes in an image furnace, and heated from room temperature to 700 ° C. over 14 minutes. Thereafter, the carbon catalyst was held at 700 ° C. for 1 hour.
  • the carbon catalyst after this heat treatment was pulverized. That is, a process in which a zirconia ball having a diameter of 10 mm was set in a planetary ball mill and the carbon catalyst was pulverized for 5 minutes at a rotational speed of 450 rpm by the planetary ball mill was performed for 4 cycles. Thereafter, the pulverized carbon catalyst was taken out, and a carbon catalyst that passed through a sieve having an aperture of 106 ⁇ m was obtained as pulverized fine particle carbon catalyst 3 (PCoFeAW).
  • PCoFeAW pulverized fine particle carbon catalyst 3
  • the material was carbonized. That is, the raw material obtained as described above was placed in a quartz tube, purged with nitrogen for 20 minutes in an image furnace, and heated from room temperature to 900 ° C. over 90 minutes. Thereafter, this raw material was held at 900 ° C. for 1 hour to obtain a carbonized material.
  • the carbonized material was pulverized with a mortar. Thereafter, the pulverized carbonized material was taken out, and a carbonized material that passed through a sieve having an aperture of 106 ⁇ m was obtained as pulverized fine particle carbon catalyst 4 (CFCo).
  • the raw material obtained as described above was put in a quartz tube, purged with nitrogen for 20 minutes in a tubular furnace, and heated from room temperature to 900 ° C. over 90 minutes by heating in a nitrogen atmosphere. Thereafter, this raw material was held at 900 ° C. for 1 hour. In this way, the raw material was carbonized.
  • the carbon material thus obtained was pulverized with a mortar. Thereafter, the pulverized carbon material was taken out and passed through a sieve having an aperture of 106 ⁇ m. And the carbon material which passed the sieve was obtained as the pulverized particulate carbon catalyst 5 (AGBCo).
  • the material was carbonized. That is, the raw material obtained as described above was placed in a quartz tube, purged with nitrogen for 20 minutes in an image furnace, and heated from room temperature to 900 ° C. over 90 minutes. Thereafter, this raw material was held at 900 ° C. for 1 hour to obtain a carbonized material.
  • the carbonized material was pulverized with a mortar. Thereafter, the pulverized carbonized material was taken out, and a carbonized material that passed through a sieve having an aperture of 106 ⁇ m was obtained as a pulverized fine particle carbon catalyst 6 (AASCo).
  • AASCo pulverized fine particle carbon catalyst 6
  • the block-shaped molded product was carbonized. That is, the molded product obtained as described above was placed in a quartz tube, purged with nitrogen for 20 minutes in an image furnace, and heated from room temperature to 900 ° C. over 90 minutes. Thereafter, this molded product was held at 900 ° C. for 1 hour to obtain a block-shaped sintered body (a composite of alumina and carbon catalyst 1) as an alumina / carbon catalyst (A / PCo).
  • a decomposition test of formaldehyde was performed using the carbon catalysts 1 to 6 and the alumina / carbon catalyst obtained as described above. That is, 100 mg of carbon catalyst 1-6 or 200 mg of alumina / carbon catalyst was placed in a Tedlar bag at 25 ° C., and 5 L of air containing formaldehyde at a concentration of 1000 ppm was injected into the Tedlar bag.
  • the concentration of formaldehyde in the Tedlar bag and the concentration of carbon dioxide generated by the decomposition of the formaldehyde were measured.
  • the formaldehyde concentration was measured with a formaldehyde detector tube (manufactured by Gastec Co., Ltd.).
  • the concentration of carbon dioxide was measured by gas chromatography (GC-2014, manufactured by Shimadzu Corporation) and obtained as a value obtained by subtracting the concentration of carbon dioxide in the atmosphere (outside of the Tedlar bag) from the measured value.
  • FIG. 1 shows the formaldehyde (HCHO) concentration (ppm) and the carbon dioxide (CO 2 ) concentration after 24 hours for each of the carbon catalysts 1 to 6, alumina / carbon catalyst (A / PCo), and comparative materials 1 and 2.
  • Ppm formaldehyde decomposition rate (%), formaldehyde disappearance rate (%), and formaldehyde adsorption rate (%).
  • the formaldehyde decomposition rates of the carbon catalysts 1 to 6 and the alumina / carbon catalyst were 75 to 100%. That is, it was confirmed that all of the carbon catalysts 1 to 6 and the alumina / carbon catalyst have excellent aldehyde decomposition activity.
  • the formaldehyde adsorption rates of the carbon catalysts 1 to 6 and the alumina / carbon catalyst were only 0 to 12%.
  • Example 2 using the carbon catalyst 1 (PCo) and the comparative material 1 (AC), the same aldehyde decomposition test as in Example 1 was repeated. Specifically, first, air containing formaldehyde at a concentration of 1000 ppm is injected into a Tedlar bag containing carbon catalyst 1 (PCo) or comparative material 1 (AC), and the concentrations of formaldehyde and carbon dioxide after 24 hours are measured. Then, the gas in the Tedlar bag was removed.
  • PCo carbon catalyst 1
  • AC comparative material 1
  • FIG. 2 shows the formaldehyde concentration (ppm), carbon dioxide concentration (ppm), and formaldehyde decomposition rate (%) after 24 hours in the test for each number of repetitions for the carbon catalyst 1 (PCo) and the comparative material 1 (AC). , Formaldehyde disappearance rate (%) and formaldehyde adsorption rate (%).
  • the gas in the Tedlar bag was sampled every predetermined time, and the formaldehyde concentration in the sampled gas was measured with a formaldehyde detector tube (manufactured by Gastec Co., Ltd.).
  • formaldehyde residual rate (%) (formaldehyde concentration at each sampling time (ppm) / initial formaldehyde concentration (ppm)) ⁇ 100.
  • FIG. 3 The results of the aldehyde decomposition test are shown in FIG.
  • the horizontal axis indicates the time (h) from the start of the test, and the vertical axis indicates the formaldehyde residual rate (%).
  • circles indicate results when carbon catalyst 1 (PCo) is used under light shielding
  • triangles indicate results when photocatalyst is used under light shielding
  • squares indicate results when photocatalyst is used under UV irradiation. The result of the case is shown.
  • the aldehyde decomposition rate of the carbon catalyst 1 (PCo) under light shielding was larger than that of the photocatalyst under UV irradiation. That is, it was confirmed that the carbon catalyst 1 (PCo) has an excellent aldehyde decomposition activity as compared with the photocatalyst.
  • carbon catalyst 1 (PCo) and comparative material 1 (AC) are used except that hydrogen sulfide is used instead of formaldehyde as the gas injected into the Tedlar bag, and the initial concentration of hydrogen sulfide in the Tedlar bag is 500 ppm.
  • the hydrogen sulfide decomposition test was repeated. The concentration of hydrogen sulfide was measured by sampling the gas in the Tedlar bag every predetermined time and measuring the hydrogen sulfide concentration in the sampled gas with a hydrogen sulfide detector tube (manufactured by Gastec Co., Ltd.).
  • FIG. 4 shows the hydrogen sulfide (H 2 S) concentration (ppm) and hydrogen sulfide disappearance rate (%) after 24 hours in the test of each number of repetitions for the carbon catalyst 1 (PCo) and the comparative material 1 (AC). Is shown.
  • HPLC High Performance Liquid Chromatography
  • This HPLC analyzer was equipped with an HPLC column (Atlantis T3 5 ⁇ m 4.6 ⁇ 150 mm column, manufactured by Waters) and a detector (2414 RI, manufactured by Waters).
  • the sample injection volume was 10 ⁇ L, water was used as the mobile phase, and the flow rate was 1 mL / min.
  • FIG. 5 shows a chromatogram obtained by HPLC analysis. As shown in FIG. 5, in the untreated formalin, a large peak derived from formaldehyde was detected, whereas in the formalin treated with the carbon catalyst 1, the peak derived from formaldehyde disappeared and newly reacted. A peak believed to be derived from the product appeared.

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Abstract

　アルデヒド類等の有害物質を効果的に分解する有害物質分解用炭素触媒、有害物質分解材及び有害物質分解方法を提供する。　本発明に係る有害物質分解用炭素触媒は、有害物質を分解する触媒活性を有する炭素触媒である。前記有害物質は、例えば、アルデヒド類等の揮発性有機化合物や、硫黄化合物等の悪臭物質である。本発明に係る有害物質分解方法は、前記有害物質分解用炭素触媒又は前記有害物質分解用炭素触媒を含む有害物質分解材を使用して、有害物質を分解する方法である。

Description

有害物質分解用炭素触媒、有害物質分解材及び有害物質分解方法
　本発明は、有害物質分解用炭素触媒、有害物質分解材及び有害物質分解方法に関し、特に、アルデヒド等の有害物質を分解する炭素触媒に関する。
　従来、アルデヒドを除去する方法としては、白金等の貴金属触媒を使用する方法、賦活処理によって比表面積を増大させた活性炭を使用する方法、光触媒を使用する方法があった。具体的に、例えば、特許文献１には、白金を担持した活性炭を使用してアルデヒド類を分解除去する方法が記載されている。
特開２００８－５５４２５号公報
　しかしながら、白金等の貴金属は高価であり、埋蔵量による制限を受けるため、貴金属触媒は汎用的な触媒としては必ずしも好ましくない。比表面積の大きな活性炭を使用する場合には、賦活処理が必要であるため操作が煩雑とならざるを得ない。また、活性炭はアルデヒド類を吸着により除去するため、当該活性炭を繰り返し使用する場合には、当該活性炭を再生する処理が必要となる。光触媒は、光源のない環境では機能しないという制限がある。
　本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであり、アルデヒド類等の有害物質を効果的に分解する有害物質分解用炭素触媒、有害物質分解材及び有害物質分解方法を提供することをその目的の一つとする。
　上記課題を解決するための本発明の一実施形態に係る有害物質分解用炭素触媒は、有害物質を分解する触媒活性を有することを特徴とする。本発明によれば、アルデヒド類等の有害物質を効果的に分解する有害物質分解用炭素触媒を提供することができる。
　また、前記有害物質は、悪臭物質であることとしてもよい。また、前記有害物質は、揮発性有機化合物であることとしてもよい。具体的に、前記揮発性有機化合物は、アルデヒド類及びその酸化物であることとしてもよい。また、前記悪臭物質は、硫黄化合物であることとしてもよい。
　また、前記有害物質分解用炭素触媒は、有機物と金属とを含有する原料の炭素化を経て得られた炭素触媒であることとしてもよい。この場合、前記原料は、さらに炭素材料を含有することとしてもよい。さらに、これらの場合、前記金属は、遷移金属であることとしてもよい。
　上記課題を解決するための本発明の一実施形態に係る有害物質分解材は、前記いずれかの有害物質分解用炭素触媒を含むことを特徴とする。本発明によれば、アルデヒド類等の有害物質を効果的に分解する有害物質分解材を提供することができる。
　上記課題を解決するための本発明の一実施形態に係る有害物質分解方法は、前記いずれかの有害物質分解用炭素触媒又は前記有害物質分解材を使用して、有害物質を分解することを特徴とする。本発明によれば、アルデヒド類等の有害物質を効果的に分解する有害物質分解方法を提供することができる。
　本発明によれば、アルデヒド類等の有害物質を効果的に分解する有害物質分解用炭素触媒、有害物質分解材及び有害物質分解方法を提供することができる。
本発明の一実施形態におけるアルデヒド分解試験の結果の一例を示す説明図である。 本発明の一実施形態におけるアルデヒド分解繰り返し試験の結果の一例を示す説明図である。 本発明の一実施形態における遮光下でのアルデヒド分解試験の結果の一例を示す説明図である。 本発明の一実施形態における硫黄化合物分解試験の結果の一例を示す説明図である。 本発明の一実施形態におけるホルマリン分解試験の結果の一例を示す説明図である。
　以下に、本発明の一実施形態について説明する。なお、本発明は本実施形態で示す例に限られない。
　本実施形態に係る有害物質分解用炭素触媒（以下、「本触媒」という。）は、有害物質を分解する触媒活性を有する炭素触媒である。すなわち、本触媒は炭素化材料から構成され、当該炭素化材料は、それ自身が有害物質を分解する触媒活性を示す。本触媒により分解される有害物質は、気体であってもよいし、水その他の溶媒中に溶解されていてもよい。
　本触媒により分解される有害物質としては、例えば、悪臭物質が挙げられる。悪臭物質としては、例えば、腐卵臭を生じる硫黄化合物、体臭や排泄物臭を生じるアミン類、カルボン酸類及びアルデヒド類、醗酵した臭いを生じるアルコール類、塗料等に含まれるケトン類、エステル類及び芳香族炭化水素類が挙げられる。具体的に、悪臭物質としては、例えば、硫化水素、硫化メチル、二硫化メチル、メチルメルカプタン、エチルメルカプタン等の硫黄化合物、アンモニア、トリメチルアミン等のアミン類、プロピオン酸、ノルマル酪酸、ノルマル吉草酸、イソ吉草酸等のカルボン酸類、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、ノルマルブチルアルデヒド、イソブチルアルデヒド、ノルマルバレルアルデヒド、イソバレルアルデヒド等のアルデヒド類、イソブタノール等のアルコール類、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類、酢酸エチル等のエステル類、トルエン、スチレン、キシレン等の芳香族炭化水素類、オゾンからなる群より選択される１種又は２種以上が挙げられる。
　また、本触媒により分解される有害物質としては、例えば、揮発性有機化合物（Ｖｏｌａｔｉｌｅ　Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｃｏｍｐｏｕｎｄ：ＶＯＣ）が挙げられる。ＶＯＣとしては、例えば、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、ノネナール、アクロレイン等のアルデヒド類、ギ酸、酢酸、イソ吉草酸、酪酸、（メタ）アクリル酸等のカルボン酸類、エタノール、１－プロパノール、２－プロパノール、１－ブタノール等のアルコール類、アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ブチルエチルケトン等のケトン類、酢酸エチル、酢酸ブチル、（メタ）アクリル酸メチル、（メタ）アクリル酸エチル、蟻酸メチル、フタル酸ジブチル、フタル酸ジ－２－エチルヘキシル、フェノブカルブ等のエステル類、トルエン、キシレン、フェノール、スチレン、ベンゼン、エチルベンゼン、安息香酸、リモネン、クメン等の芳香族炭化水素類、メタン、エタン、プロパン、ヘキサン、ペンタン、テトラデカン、シクロへキサン、シクロペンタノン、エチルシクロヘキサン等の脂肪族炭化水素類、インドール等の複素環類、アンモニア、トリメチルアミン、トリエチルアミン、エチレンジアミン、ピリジン、シクロヘキシルアミン、Ｎ－メチル－２－ピロリドン等のアミン類、クロルピリホス、ダイアジノン等のリン化合物類、四塩化炭素、クロロメタン、クロロホルム、クロロエチレン、パラジクロロベンゼン等の塩素化合物類からなる群より選択される１種又は２種以上が挙げられる。
　すなわち、本触媒は、例えば、アルデヒド類及びその酸化物を分解する触媒活性を有する炭素触媒である。より具体的に、本触媒は、例えば、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、ギ酸及び酢酸からなる群より選択される１種又は２種以上を分解する触媒活性を有する炭素触媒である。
　また、本触媒は、例えば、硫黄化合物を分解する触媒活性を有する炭素触媒である。より具体的に、本触媒は、例えば、硫化水素、メチルメルカプタン、エチルメルカプタン、硫化メチル、二硫化メチルからなる群より選択される１種又は２種以上を分解する触媒活性を有する炭素触媒である。
　なお、本触媒は、アルデヒド類等の有害物質を実質的に吸着しない炭素触媒とすることもできる。すなわち、本触媒は、アルデヒド等の有害物質を吸着して除去するものではなく、分解して浄化するものである。本触媒は、例えば、アルデヒド類等の有害物質を分解する触媒活性を有し、当該アルデヒド類等の有害物質を実質的に吸着しない炭素触媒である。このような本触媒は、アルデヒド等の有害物質を分解する触媒活性を有するため、吸着による破過がなく、吸着した物質を再放出するといった問題を起こさない。
　また、本触媒は、比較的低い温度の環境下においても有害物質を分解することができる。すなわち、本触媒は、例えば、０℃以上でアルデヒド類等の有害物質を分解することができる。より具体的に、本触媒が有害物質を分解する温度は、例えば、０℃以上、３００℃以下とすることができ、０℃以上、１００℃以下とすることができ、０℃以上、４０℃以下とすることもできる。
　本触媒は、有機物と金属とを含有する原料の炭素化により得られた炭素触媒とすることができる。この有機物は、炭素化できるもの（炭素源として使用できるもの）であれば特に限られず、任意の１種又は２種以上を使用することができる。
　すなわち、有機物としては、例えば、高分子量の有機化合物（例えば、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂等の樹脂）及び低分子量の有機化合物の一方又は両方を使用することができる。また、例えば、植物廃材等のバイオマスを使用することもできる。
　有機物としては、例えば、窒素を含有する有機物を好ましく使用することができる。窒素を含有する有機物は、その分子内に窒素原子を含む有機化合物を含有するものであれば特に限られず、任意の１種又は２種以上を使用することができる。
　有機物としては、例えば、金属に配位可能な配位子を好ましく使用することができる。すなわち、この場合、その分子内に１又は複数個の配位原子を含む有機化合物を使用する。より具体的に、例えば、配位原子として、その分子内に窒素原子、リン原子、酸素原子、硫黄原子からなる群より選択される１種又は２種以上を含む有機化合物を使用することができる。また、例えば、配位基として、その分子内にアミノ基、フォスフィノ基、カルボキシル基、チオール基からなる群より選択される１種又は２種以上を含む有機化合物を使用することもできる。
　具体的に、有機化合物としては、例えば、ピロール、ビニルピリジン、イミダゾール、２－メチルイミダゾ－ル、アニリン、ポリスルフォン、ポリアミノビスマレイミド、ポリイミド、ポリビニルアルコール、ポリベンゾイミダゾ－ル、ポリアミド、ポリエ－テル、ポリエ－テルエ－テルケトン、セルロ－ス、リグニン、キチン、キトサン、絹、毛、ポリアミノ酸、核酸、ＤＮＡ、ＲＮＡ、ヒドラジン、ヒドラジド、尿素、アイオノマー、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸エステル、ポリメタクリル酸エステル、ポリメタクリル酸、フェノール樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、フラン樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリアクリルニトリルからなる群より選択される１種又は２種以上を使用することができる。
　また、廃材等のバイオマスとしては、例えば、コーヒー出し殻、お茶出し殻、ビール絞り粕、米ぬか等の食品産業廃棄物、林地残材、建築廃材等の木質系廃材、下水汚泥等の生活系廃材からなる群より選択される１種又は２種以上を使用することができる。
　有機物は、例えば、本触媒の活性を向上させる成分として、ホウ素、リン、酸素、硫黄からなる群より選択される１種又は２種以上をさらに含有することもできる。
　原料に含まれる金属は、本触媒の活性を阻害しないものであれば特に限られず、任意の１種又は２種以上を使用することができる。この金属は、例えば、周期表の３族～１６族からなる群より選択される１種又は２種以上とすることができる。すなわち、周期表の３Ａ族（３族）元素、４Ａ族（４族）元素、５Ａ族（５族）元素、６Ａ族（６族）元素、７Ａ族（７族）元素、８族（８族、９族及び１０族）元素、１Ｂ族（１１族）元素、２Ｂ族（１２族）元素、３Ｂ族（１３族）元素、４Ｂ族（１４族）元素、５Ｂ族（１５族）元素及び６Ｂ族（１６族）元素からなる群より選択される１種又は２種以上を使用することができる。
　金属としては、例えば、遷移金属（周期表の３族から１２族）を好ましく使用することができる。さらに、遷移金属としては、周期表の３族から１２族の第４周期に属する金属を好ましく用いることができる。
　具体的には、例えば、スカンジウム（Ｓｃ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、イットリウム（Ｙ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、ランタノイド（セリウム（Ｃｅ）等）及びアクチノイドからなる群より選択される１種又は２種以上を好ましく使用することができ、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅からなる群より選択される１種又は２種以上をより好ましく使用することができる。
　金属は、当該金属の単体又は当該金属の化合物として使用することができる。金属化合物としては、例えば、金属塩、金属酸化物、金属水酸化物、金属窒化物、金属硫化物、金属炭素化物、金属錯体を使用することができ、金属塩、金属酸化物、金属硫化物、金属錯体を好ましく使用することができる。なお、上述の有機化合物として配位子を使用する場合には、原料中において金属錯体が形成されることとなる。
　また、上述した本触媒の原料は、さらに炭素材料を含有することもできる。すなわち、この場合、本触媒は、有機物と金属と炭素材料とを含有する原料の炭素化により得られた炭素触媒となる。
　原料に含まれる炭素材料は、その全体又は一部が炭素化された材料であれば特に限られず、任意の１種又は２種以上を使用することができる。すなわち、この炭素材料としては、例えば、有機化合物や廃材等のバイオマスを所定の温度で炭素化した、それ自体では触媒活性を有しない炭素材料や、天然鉱物を使用することができる。
　具体的に、例えば、褐炭、泥炭、豆炭、黒鉛、コークス、活性炭、カ－ボンブラック、カ－ボンナノチュ－ブ、カ－ボンナノホ－ン、カ－ボンファイバ－、カ－ボンフィブリルからなる群より選択される１種又は２種以上を使用することができる。
　原料の炭素化は、上述のような有機物と金属とを少なくとも含有する原料を加熱して、当該原料を炭素化できる所定温度（炭素化温度）で保持することにより行う。炭素化温度は、原料を炭素化できる温度であれば特に限られず、例えば、３００℃以上とすることができる。より具体的に、炭素化温度は、例えば、３００℃以上、１５００℃以下とすることができ、好ましくは４００℃以上、１２００℃以下とすることができ、より好ましくは５００℃以上、１１００℃以下とすることができる。
　原料を炭素化温度まで加熱する際の昇温速度は、特に限られず、例えば、０．５℃／分以上、３００℃／分以下とすることができる。原料を炭素化温度で保持する時間（炭素化時間）は、原料を炭素化できる時間であれば特に限られず、例えば、５分以上とすることができる。より具体的に、炭素化時間は、例えば、５分以上、２４０分以下とすることができ、好ましくは２０分以上、１８０分以下とすることができる。また、炭素化は、窒素等の不活性ガス下（例えば、不活性ガスの流通下）で行うことが好ましい。
　本触媒は、このような原料の炭素化により生成された炭素化材料として得ることができる。また、本触媒は、この炭素化材料を粉砕したものとすることもできる。炭素化材料を粉砕する方法は、特に限られず、例えば、ボールミルやビーズミル等の粉砕装置を使用することができる。粉砕後の本触媒の平均粒径は、例えば、１０００μｍ以下とすることができ、好ましくは１５０μｍ以下とすることができ、より好ましくは４５μｍ以下とすることができる。
　本触媒は、原料の炭素化により得られた炭素化材料に窒素原子を導入（ドープ）したものとすることもできる。窒素原子を導入する方法としては、例えば、アンモオキシデーション法やＣＶＤ法等の気相ドープ法、液相ドープ法又は気相－液相ドープ法を使用することができる。具体的に、例えば、アンモニア、メラミン、アセトニトリル等の窒素源を炭素化材料と混合し、得られた混合物を窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガス雰囲気下で５５０℃以上、１２００℃以下の温度で、５分以上、１８０分以下の時間保持することにより、当該炭素化材料の表面に窒素原子を導入することができる。また、得られた炭素化材料に、水蒸気賦活、二酸化炭素賦活、リン酸賦活、アルカリ賦活、水素賦活、アンモニア賦活、酸化窒素による賦活、電解賦活等の賦活処理及び／又は硝酸酸化、混酸酸化、過酸化水素酸化等の液相酸化を施すこともできる。
　本触媒は、有機物と金属とを含有する原料の炭素化材料に金属除去処理を施して得られた炭素触媒とすることもできる。すなわち、この場合、本触媒は、有機物と金属とを含有する原料を炭素化することにより得られた炭素化材料に金属除去処理を施すことにより得られる。
　金属除去処理は、原料の炭素化により得られた炭素化材料に含まれる金属を除去する処理である。金属除去処理は、炭素化材料に含まれる金属を除去し、又は当該金属の量を低減できる処理であれば特に限られず、例えば、酸による洗浄処理、電解処理、電気透析等を実施することができる。
　酸処理に使用する酸は、金属除去処理の効果が得られるものであれば特に限られず、任意の１種又は２種以上を使用することができる。すなわち、例えば、塩酸（例えば、濃塩酸）、硝酸（例えば、濃硝酸）及び硫酸（例えば、濃硫酸）からなる群より選択される１種又は２種以上を使用することができる。２種以上の酸を使用する場合には、例えば、濃塩酸と濃硝酸とを所定の体積比で混合して調製された混酸（例えば、王水）や、濃硝酸と濃硫酸とを所定の体積比で混合して調製された混酸を使用することができる。
　酸処理の方法は、例えば、酸を含有する溶液中に炭素化材料を浸漬して保持する方法を使用することができる。この場合、煮沸した酸溶液中で炭素化材料を保持することもできる。
　本触媒は、有機物と金属とを含有する原料の炭素化材料に金属除去処理及び熱処理を施して得られた炭素触媒とすることもできる。また、本触媒は、有機物と金属とを含有する原料の炭素化材料に酸処理及び熱処理を施して得られた炭素触媒とすることもできる。すなわち、これらの場合、本触媒は、有機物と金属とを含有する原料を炭素化することにより得られた炭素化材料に、上述の金属除去処理（例えば、酸処理）を施し、さらに熱処理を施すことにより得られる。
　この熱処理は、上述のように金属除去処理が施された炭素化材料を所定の温度（熱処理温度）で保持することにより行う。熱処理温度は、例えば、３００℃以上とすることができ、４００℃以上とすることもできる。より具体的に、熱処理温度は、例えば、３００℃以上、１５００℃以下とすることができ、好ましくは４００℃以上、１４００℃以下とすることができ、より好ましくは５００℃以上、１３００℃以下とすることができる。
　熱処理温度は、上述の炭素化温度と同一の温度とすることができ、異なる温度とすることもできる。すなわち、熱処理温度は、例えば、炭素化温度以下の温度とすることができ、当該炭素化温度より低い温度とすることもできる。また、熱処理温度は、炭素化温度より高い温度とすることもできる。
　具体的に、例えば、炭素化温度が４００℃以上、１１００℃以下であった場合には、熱処理温度は３００℃以上、１０００℃以下であって且つ当該炭素化温度以下又は当該炭素化温度より低い温度とすることができる。
　炭素化材料を熱処理温度まで加熱する際の昇温速度や、炭素化材料を熱処理温度で保持する時間（熱処理時間）は、上述の炭素化の場合と同様とすることができる。熱処理は、窒素等の不活性ガス下（例えば、不活性ガスの流通下）で行うことが好ましい。金属除去処理及び熱処理は、２回以上繰り返すこともできる。本触媒は、金属除去処理及び熱処理が施された炭素化材料を粉砕したものとすることもできる。
　本触媒は、有機物と金属とを含有する原料の炭素化材料に金属含浸処理及び熱処理を施して得られた炭素触媒とすることもできる。すなわち、この場合、本触媒は、有機物と金属とを含有する原料を炭素化することにより得られた炭素化材料に、金属含浸処理を施し、さらに熱処理を施すことにより得られる。
　金属含浸処理は、上述のように原料の炭素化により得られた炭素化材料に金属を含浸させる処理である。炭素化材料に含浸させる金属は、本触媒の活性を阻害しないものであれば特に限られず、任意の１種又は２種以上を使用することができる。
　この金属は、例えば、周期表の３族～１６族からなる群より選択される１種又は２種以上とすることができる。また、金属としては、例えば、遷移金属（周期表の３族から１２族）を好ましく使用することができる。さらに、遷移金属としては、周期表の３族から１２族の第４周期、第５周期又は第６周期に属する金属を好ましく用いることができる。
　具体的に、例えば、チタン、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ルテニウム、ランタン、セリウム、タンタルからなる群より選択される１種又は２種以上を好ましく使用することができ、チタン、鉄、ジルコニウム、ルテニウム、セリウムからなる群より選択される１種又は２種以上をより好ましく使用することができる。
　また、金属含浸処理においては、上述の炭素化で使用した原料に含まれる金属とは異なる種類の金属を炭素化材料に含浸させることもできる。すなわち、例えば、アルミニウム、ケイ素、チタン、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ルテニウム、インジウム、スズ、ランタン、セリウム、タンタル、鉛からなる群又はチタン、鉄、ジルコニウム、ルテニウム、セリウムからなる群より選択され、且つ上記原料に含まれる金属とは異なる１種又は２種以上を炭素化材料に含浸させることができる。
　金属は、当該金属の単体又は当該金属の化合物として使用することができる。金属化合物としては、例えば、金属塩、金属酸化物、金属水酸化物、金属窒化物、金属硫化物、金属炭素化物、金属錯体を使用することができ、金属塩、金属酸化物、金属硫化物、金属錯体を好ましく使用することができる。
　炭素化材料に金属を含浸させる方法は、当該炭素化材料の少なくとも表面に当該金属を含浸させることのできるものであれば特に限られず、例えば、当該炭素化材料を、当該金属を含有する溶液に接触させる方法を使用することができる。
　すなわち、例えば、金属含有溶液中に炭素化材料を浸漬して保持することにより、当該炭素化材料に金属を含浸させることができる。この場合、煮沸した金属含有溶液中で炭素化材料を保持することもできる。また、金属含有溶液としては、酸性の溶液を使用することもできる。この場合、金属含有溶液のｐＨは、例えば、１以上、６以下とすることができる。
　続く熱処理は、上述のように金属が含浸された炭素化材料を所定の温度で保持することにより行う。この金属含浸処理後の熱処理は、上述の金属除去処理後の熱処理と同様に行うことができる。金属含浸処理及び熱処理は２回以上繰り返すこともできる。本触媒は、金属含浸処理及び熱処理が施された炭素化材料を粉砕したものとすることもできる。
　本実施形態に係る有害物質分解材（以下、「本分解材」という。）は、上述のような有害物質分解用炭素触媒（本触媒）を含む材料である。すなわち、本分解材は、有害物質を分解する触媒として本触媒を含む。
　本分解材は、例えば、担体と、当該担体に担持された本触媒と、を含む。すなわち、本分解材は、例えば、樹脂担体と、当該樹脂担体の表面及び内部に担持された本触媒と、を含むことができる。また、本分解材は、例えば、繊維担体と、当該繊維担体の表面及び内部に担持された本触媒と、を含むことができる。これらの場合、本分解材は、例えば、樹脂担体を構成する樹脂や繊維担体を構成する繊維の融点付近での融着により、当該樹脂担体や繊維担体に本触媒を付着させることにより製造することができる。また、繊維担体の製造時に繊維を織り込む際に、当該繊維間に本触媒を取り込むことにより、本分解材を製造することもできる。なお、繊維担体としては、例えば、紙、綿、樹脂繊維担体等の有機繊維担体を使用することができ、また、無機繊維担体を使用することもできる。
　また、本分解材は、例えば、樹脂と本触媒との混合物の成形体とすることができる。この場合、例えば、樹脂を溶融し又は溶媒で溶解し、次いで当該樹脂に本触媒を分散した後、得られた混合物を所定の形状に成形することにより、当該混合物の成形体として本分解材を得ることができる。
　また、本分解材は、例えば、無機材料担体と、当該無機材料担体に担持された本触媒と、を含むことができる。この場合、無機材料担体に本触媒を担持する方法は特に限られず、例えば、樹脂による融着、表面処理、ハイブリダイゼーション等により本分解材を製造することができる。また、本分解材は、例えば、フィルター（例えば、ハニカム状のフィルター）と、当該フィルターに充填された本触媒と、を含むことができる。
　また、本分解材は、例えば、無機材料と本触媒との混合物の成形体とすることができる。この場合、例えば、無機材料と、本触媒又は本触媒の前駆体とを含み、必要に応じてバインダーを加えた混合物を予備成形し、得られた予備成形体を焼成することにより、当該無機材料と本触媒とを含む焼結体として本分解材を得ることができる。このような無機材料としては、例えば、アルミナ、コージライト等のセラミックス、タイル、ガラスを用いることができる。また、担体として金属を用いることもできる。
　本分解材が成形体である場合、当該成形体の形状は特に限られず、例えば、繊維状、棒状、フィルム状、シート状、網状、ハニカム状、プリーツ状、コルゲート状、コルゲートハニカム状、わた状、ウール状、板状、ブロック状、円柱状、多角柱状、粒状、ペレット状、粉状、中空体、発泡体、多孔構造とすることができる。また、本分解材は、例えば、粉末、スラリー、塗料、ケーキ、紙、織物、編地、不織布、フィルター、塗工シート、多層体、ゲル、イオンゲル、イオン液体ゲルとすることもできる。
　本実施形態に係る有害物質分解方法（以下、「本方法」という。）は、上述のような有害物質分解用炭素触媒（本触媒）又は有害物質分解材（本分解材）を使用して、有害物質を分解する方法である。
　すなわち、本方法においては、例えば、本触媒又は本分解材を、除去すべき有害物質を含有する流体（気体又は液体）と接触させる。具体的に、本方法においては、例えば、本触媒又は本分解材を、ＶＯＣを含有する気体や硫黄化合物を含有する気体と接触させる。このＶＯＣとしては、例えば、上述のとおり、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、ノネナール等のアルデヒド類、ギ酸、酢酸、イソ吉草酸等のカルボン酸類、トルエン、キシレン、フェノール、スチレン、ベンゼン等の芳香族炭化水素類、アンモニア、トリメチルアミン等のアミン類からなる群より選択される１種又は２種以上が挙げられる。また、硫黄化合物としては、例えば、上述のとおり、硫化水素、硫化メチル、二硫化メチル、メチルメルカプタン、エチルメルカプタンからなる群より選択される１種又は２種以上が挙げられる。
　また、本方法においては、例えば、本触媒又は本分解材を、有害物質を含有する液体と接触させる。このような液体としては、例えば、ホルムアルデヒドを含有する水溶液（ホルマリン）や、オゾンを含有する水溶液が挙げられる。したがって、本触媒又は本分解材は、例えば、水質浄化材として使用することができる。なお、溶媒は、有害物質を溶解できるものであれば水に限られない。
　このような本触媒、本分解材及び本方法によれば、アルデヒド類等の有害物質を効果的に分解することができる。すなわち、本触媒は、例えば、白金等の貴金属触媒と組み合わせることなく、それ自身が単独でアルデヒド類等の有害物質を分解することができる。したがって、本触媒及び本分解材は、廉価な有害物質分解用触媒又は有害物質分解材として汎用性が高い。
　また、従来の活性炭は賦活処理が必要であったのに対し、本触媒は、そのような賦活処理を行うことなく製造することができる。さらに、本触媒は、吸着ではなく分解によってアルデヒド類等の有害物質を除去するため、再生処理を行うことなく、繰り返し使用することができる。
　また、光触媒がその触媒活性を発揮する上では、当該光触媒への光照射が必要となるが、本触媒による有害物質の分解には、そのような光照射は必要ない。すなわち、本触媒は、光源のない環境（例えば、遮光下）においても、その炭素構造自身によって、アルデヒド類等の有害物質を効果的に分解することができる。
　なお、本触媒又は本分解材の用途としては、例えば、空気清浄装置（例えば、自動車内、トンネル内、無菌室内、庫内、トイレ内に設置される空気清浄装置）、空気清浄フィルター、自動車養生シート（納車前消臭用、フロアマット等）、自動車用排ガス（例えば、ホルムアルデヒドやアセトアルデヒド）浄化装置、燃料電池用排ガス浄化装置、塗装工事養生シート、タバコ臭除去フィルター、マスク、壁材、壁紙、天井材、床材、家具、セルフクリーニング材、日用品、スポンジ、スリッパ、手拭、換気扇フィルター、石油ストーブ、ガスストーブ、センサー、冷蔵庫、化粧版、触媒式燃焼装置、座席の保護カバー、テープ、オゾン除去装置、除湿器、植物繊維ボード、ゴム組成物、コピー機等の画像形成装置（例えば、トナーから排出されるＶＯＣ除去）、コンピュータ等の情報処理装置、ろ材、防毒マスク、梱包材、生ごみ処理機、タイル、衣類、電気集塵装置、衛生陶器、炊飯器、ヘアキャップ、水中のアルデヒド分解、水質浄化装置（ＢＯＤ、ＣＯＤ）、ガス分解電極、土壌改質剤、絵の具、脱臭スプレー、ヘアースプレー、乳児用日用品塗料、染色剤、着色成分除去、不純物除去、未反応物（化学物質、イオン液体等）除去、炉内浄化、オフセット印刷、グラビア印刷、コーター、金属印刷（製罐・コイルコート）、塗装乾燥工程、エナメル電線焼付炉、カラー鋼板、原子力再結合器、下水処理、有機性ガス処理、水処理（上下水道、プール、オゾン水製造機等）、表面処理（液晶、半導体、プラスチックフィルム、金属等）、滅菌・殺菌（食品、医療、医療器具、カラオケマイク等）、掃除機、ペットハウス、ブラインド、土壌改質剤、空気電池、ＰＣＢ分解剤が挙げられる。
　また、本触媒又は本分解材の利用場所としては、例えば、屋内、自動車内、内燃機関からの排ガスライン内、輸送機器、分析機器、船舶、飛行機、鉄道車両、施設工事現場内、石油化学プラント、化学工業プラント、食品工業プラント、水素製造改質器内、屋根、外壁、トンネル、土壌、海水、浄水、汚水が挙げられる。
　次に、本実施形態に係る具体的な実施例について説明する。
［炭素触媒１（ＰＣｏ）］
　１．５ｇのポリアクリロニトリル－ポリメタクリル酸共重合体（ＰＡＮ／ＰＭＡ）を３０ｍＬのジメチルホルムアミドに溶解させた後、さらに１．５ｇの２－メチルイミダゾールと、１．５ｇの塩化コバルト六水和物（ＣｏＣｌ２・６Ｈ２Ｏ）（関東化学株式会社製）と、を加え、室温で２時間攪拌した。こうして得られた混合物に、ケッチェンブラック（ＥＣＰ６００ＪＤ、ライオン株式会社製）を、原料に含有される固形分あたり３０重量％となるように加え、乳鉢を用いて混合した。得られた混合物を、６０℃で１２時間、真空乾燥した。
　さらに、この混合物を大気中で加熱して、３０分間で室温から１５０℃まで昇温し、続いて２時間かけて１５０℃から２２０℃まで昇温した。その後、混合物を２２０℃で３時間保持し、当該混合物の不融化を行った。こうして、炭素化材料の原料を調製した。
　次に、原料の炭素化を行った。すなわち、上述のように不融化処理した原料を石英管に入れ、イメージ炉にて、２０分間窒素パージし、加熱により１８分かけて室温から９００℃まで昇温した。その後、この原料を９００℃で１時間保持し、炭素化材料を得た。
　さらに、この炭素化材料を粉砕した。すなわち、遊星ボールミル（Ｐ－７、フリッチュジャパン株式会社製）内に直径が１０ｍｍのジルコニアボールをセットし、当該遊星ボールミルによって炭素化材料を回転速度６５０ｒｐｍで５分間粉砕する処理を１０サイクル行った。その後、粉砕した炭素化材料を取り出し、目開き１０６μｍの篩いを通過した炭素化材料を、粉砕された微粒子状の炭素触媒１（ＰＣｏ）として得た。
［炭素触媒２（ＰＣｏＡＷ）］
　まず、上述のようにして得られた炭素触媒１（ＰＣｏ）に金属除去処理（酸処理）を施した。すなわち、１ｇの炭素触媒１（ＰＣｏ）に１００ｍＬの濃塩酸を加え、１時間攪拌した。次いで、炭素触媒を沈殿させ、溶液を除去した後、濃塩酸と蒸留水とを１：１（体積比）で混合した溶液を１００ｍＬ加え、１時間攪拌した。炭素触媒を沈殿させ、溶液を除去した後、蒸留水を１００ｍＬ加え、１時間攪拌した。この炭素触媒を含有する溶液を、ろ過膜（孔径１．０μｍ、Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅ製）を使用してろ過し、ろ液が中性になるまで蒸留水で洗浄した。回収された炭素触媒を６０℃で１２時間、真空乾燥させた。さらに、乾燥した炭素触媒を乳鉢で粉砕した。
　次に、熱処理を行った。すなわち、上述のように金属除去処理を施した炭素触媒を石英管に入れ、イメージ炉にて２０分間窒素パージし、加熱により１４分かけて室温から７００℃まで昇温した。その後、この炭素触媒を７００℃で１時間保持した。
　さらに、この熱処理後の炭素触媒を粉砕した。すなわち、遊星ボールミル内に直径が１０ｍｍのジルコニアボールをセットし、当該遊星ボールミルによって炭素触媒を回転速度４５０ｒｐｍで５分間粉砕する処理を４サイクル行った。その後、粉砕した炭素触媒を取り出し、目開き１０６μｍの篩いを通過した炭素触媒を、粉砕された微粒子状の炭素触媒２（ＰＣｏＡＷ）として得た。
［炭素触媒３（ＰＣｏＦｅＡＷ）］
　まず、上述のようにして得られた炭素触媒１（ＰＣｏ）に金属含浸処理を施した。すなわち、３００ｍＬの蒸留水に２ｇの塩化鉄（ＩＩＩ）六水和物（ＦｅＣｌ３・６Ｈ２Ｏ）を加えて鉄含有溶液を調製し、当該鉄含有溶液に、２ｇの炭素触媒１（ＰＣｏ）を加え、沸騰させた。そして、沸騰中の鉄含有溶液中で攪拌しながら３時間、炭素触媒に鉄を含浸させた。その後、ろ過膜（孔径１．０μｍ、Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅ製）を使用して、炭素触媒を含む溶液をろ過し、ろ液が中性になるまで蒸留水で洗浄した。回収された炭素触媒を６０℃で１２時間、真空乾燥させた。さらに、乾燥した炭素触媒を乳鉢で粉砕した。
　次に、熱処理を行った。すなわち、上述のように金属含浸処理を施した炭素触媒を石英管に入れ、イメージ炉にて２０分間窒素パージし、加熱により１４分かけて室温から７００℃まで昇温した。その後、炭素触媒を７００℃で１時間保持した。
　さらに、この熱処理後の炭素触媒を粉砕した。すなわち、遊星ボールミル内に直径が１０ｍｍのジルコニアボールをセットし、当該遊星ボールミルによって炭素触媒を回転速度４５０ｒｐｍで５分間粉砕する処理を４サイクル行った。その後、粉砕した炭素触媒を取り出し、目開き１０６μｍの篩いを通過した炭素触媒を、粉砕された微粒子状の炭素触媒（ＰＣｏＦｅ）として得た。
　さらに、こうして得られた炭素触媒（ＰＣｏＦｅ）に金属除去処理（酸処理）を施した。すなわち、１ｇの炭素触媒（ＰＣｏＦｅ）に１００ｍＬの濃塩酸を加え、１時間攪拌した。次いで、炭素触媒を沈殿させ、溶液を除去した後、濃塩酸と蒸留水とを１：１（体積比）で混合した溶液を１００ｍＬ加え、１時間攪拌した。炭素触媒を沈殿させ、溶液を除去した後、蒸留水を１００ｍＬ加え、１時間攪拌した。この炭素触媒を含有する溶液を、ろ過膜（孔径１．０μｍ、Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅ製）を使用してろ過し、ろ液が中性になるまで蒸留水で洗浄した。回収された炭素触媒を６０℃で１２時間、真空乾燥させた。さらに、乾燥した炭素触媒を乳鉢で粉砕した。
　次に、熱処理を行った。すなわち、上述のように金属除去処理を施した炭素触媒を石英管に入れ、イメージ炉にて２０分間窒素パージし、加熱により１４分かけて室温から７００℃まで昇温した。その後、この炭素触媒を７００℃で１時間保持した。
　さらに、この熱処理後の炭素触媒を粉砕した。すなわち、遊星ボールミル内に直径が１０ｍｍのジルコニアボールをセットし、当該遊星ボールミルによって炭素触媒を回転速度４５０ｒｐｍで５分間粉砕する処理を４サイクル行った。その後、粉砕した炭素触媒を取り出し、目開き１０６μｍの篩いを通過した炭素触媒を、粉砕された微粒子状の炭素触媒３（ＰＣｏＦｅＡＷ）として得た。
［炭素触媒４（ＣＦＣｏ）］
　１ｇのコーヒー出し殻粉末（有限会社燦有機研究所）、１ｇのコハク酸ジヒドラジド（株式会社日本ファインケム製）、１ｇの塩化コバルト六水和物（ＣｏＣｌ２・６Ｈ２Ｏ）を１０ｍＬの蒸留水に混合溶解し、得られた溶液を１００℃で１２時間、乾燥させた。さらに、この乾燥により得られた原料を乳鉢で粉砕した。
　次に、原料の炭素化を行った。すなわち、上述のようにして得られた原料を石英管に入れ、イメージ炉にて２０分間窒素パージし、加熱により９０分かけて室温から９００℃まで昇温した。その後、この原料を９００℃で１時間保持し、炭素化材料を得た。
　さらに、炭素化材料を乳鉢により粉砕した。その後、粉砕した炭素化材料を取り出し、目開き１０６μｍの篩いを通過した炭素化材料を、粉砕された微粒子状の炭素触媒４（ＣＦＣｏ）として得た。
［炭素触媒５（ＡＧＢＣｏ）］
　５ｇの黒鉛ＡＧ．Ｂ（伊藤黒鉛工業株式会社製）、５ｇのコハク酸ジヒドラジド（株式会社日本ファインケム製）、５ｇの塩化コバルト六水和物（ＣｏＣｌ２・６Ｈ２Ｏ）を５０ｍＬの蒸留水に混合溶解した。こうして得られた溶液を１００℃で１２時間、乾燥させ、さらに乳鉢で粉砕して、原料を得た。
　次に、上述のようにして得られた原料を石英管に入れ、管状炉にて２０分間窒素パージし、窒素雰囲気中で加熱により９０分かけて室温から９００℃まで昇温した。その後、この原料を９００℃で１時間保持した。こうして原料の炭素化を行った。
　さらに、こうして得られた炭素材料を乳鉢により粉砕した。その後、粉砕した炭素材料を取り出し、目開き１０６μｍの篩にかけた。そして、篩を通過した炭素材料を、粉砕された微粒子状の炭素触媒５（ＡＧＢＣｏ）として得た。
［炭素触媒６（ＡＡＳＣｏ）］
　１ｇの黒鉛ＡＧ．Ｂ（伊藤黒鉛工業株式会社製）、５ｇの２０重量％ポリアクリルアミド系紙力剤（星光ＰＭＣ株式会社製）、１ｇの硫酸コバルト七水和物（ＣｏＳＯ４・７Ｈ２Ｏ）を混合し、得られた粘調溶液を８０℃で１２時間、乾燥させた。
　次に、原料の炭素化を行った。すなわち、上述のようにして得られた原料を石英管に入れ、イメージ炉にて２０分間窒素パージし、加熱により９０分かけて室温から９００℃まで昇温した。その後、この原料を９００℃で１時間保持し、炭素化材料を得た。
　さらに、炭素化材料を乳鉢により粉砕した。その後、粉砕した炭素化材料を取り出し、目開き１０６μｍの篩いを通過した炭素化材料を、粉砕された微粒子状の炭素触媒６（ＡＡＳＣｏ）として得た。
［アルミナ／炭素触媒（Ａ／ＰＣｏ）］
　上述のようにして得られた炭素触媒１（ＰＣｏ）２．５ｇ、α－アルミナ（α-Ａｌ２Ｏ３、和光純薬工業株式会社製）２．５ｇ、バインダー（４８％ＳＢＲ（スチレンブタジエンゴム）水分散液、ＪＳＲ株式会社製）０．４０ｇ、増粘剤（２％ＣＭＣ（カルボキシメチルセルロース）水溶液、ダイセル化学工業株式会社製）４．４８ｇ、及び蒸留水１ｇを乳鉢で混合し、得られた混合物を１００℃で乾燥させブロック状に成形した。
　次に、ブロック状成形物の炭素化を行った。すなわち、上述のようにして得られた成形物を石英管に入れ、イメージ炉にて２０分間窒素パージし、加熱により９０分かけて室温から９００℃まで昇温した。その後、この成形物を９００℃で１時間保持し、ブロック状の焼結体（アルミナと炭素触媒１との複合体）をアルミナ／炭素触媒（Ａ／ＰＣｏ）として得た。
［アルデヒド分解試験］
　上述のようにして得られた炭素触媒１～６及びアルミナ／炭素触媒を使用して、ホルムアルデヒドの分解試験を行った。すなわち、１００ｍｇの炭素触媒１～６又は２００ｍｇのアルミナ／炭素触媒を２５℃でテドラーバッグ中に収納するとともに、当該テドラーバッグに、ホルムアルデヒドを１０００ｐｐｍの濃度で含有する空気５Ｌを注入した。
　２４時間後、テドラーバッグ内のホルムアルデヒドの濃度と、当該ホルムアルデヒドが分解されることにより発生する二酸化炭素の濃度と、を測定した。ホルムアルデヒドの濃度は、ホルムアルデヒド用検知管（株式会社ガステック製）で測定した。二酸化炭素の濃度は、ガスクロマトグラフィー（ＧＣ－２０１４、株式会社島津製作所製）で測定し、測定値から大気中（テドラーバッグ外）の二酸化炭素の濃度を減じた値として得た。
　そして、ホルムアルデヒド分解率（％）を次の式；ホルムアルデヒド分解率（％）＝（２４時間後の二酸化炭素濃度（ｐｐｍ）／初期のホルムアルデヒド濃度（ｐｐｍ））×１００；により求めた。また、ホルムアルデヒド消失率（％）を次の式；ホルムアルデヒド消失率（％）＝［（初期のホルムアルデヒド濃度（ｐｐｍ）－２４時間後のホルムアルデヒド濃度（ｐｐｍ））／初期のホルムアルデヒド濃度（ｐｐｍ）］×１００；により求めた。さらに、ホルムアルデヒド吸着率（％）を次の式；ホルムアルデヒド吸着率（％）＝ホルムアルデヒド消失率（％）－ホルムアルデヒド分解率（％）；により求めた。
　また、炭素触媒の代わりに、比較材料１（ＡＣ）として高比表面積活性炭（ＭＳＣ３０、関西熱化学株式会社製）１００ｍｇを使用し、又は比較材料２（ＣｏＯ）として酸化コバルト（ＣｏＯ、シーアイ化成株式会社製）１００ｍｇを使用して、同様にホルムアルデヒドの分解試験を行った。
　なお、炭素触媒１（ＰＣｏ）、炭素触媒２（ＰＣｏＡＷ）、炭素触媒３（ＰＣｏＦｅＡＷ）、炭素触媒４（ＣＦＣｏ）、炭素触媒５（ＡＧＢＣｏ）、炭素触媒６（ＡＡＳＣｏ）及びアルミナ／炭素触媒（Ａ／ＰＣｏ）の重量を分解試験の前後で測定した結果、いずれの炭素触媒及びアルミナ／炭素触媒の重量も変化しなかった。
　アルデヒド分解試験の結果を図１に示す。図１には、炭素触媒１～６、アルミナ／炭素触媒（Ａ／ＰＣｏ）及び比較材料１，２の各々について、２４時間後のホルムアルデヒド（ＨＣＨＯ）濃度（ｐｐｍ）、二酸化炭素（ＣＯ２）濃度（ｐｐｍ）、ホルムアルデヒド分解率（％）、ホルムアルデヒド消失率（％）及びホルムアルデヒド吸着率（％）を示している。
　図１に示すように、炭素触媒１～６及びアルミナ／炭素触媒のホルムアルデヒド分解率は、７５～１００％であった。すなわち、炭素触媒１～６及びアルミナ／炭素触媒はいずれも、優れたアルデヒド分解活性を有することが確認された。なお、炭素触媒１～６及びアルミナ／炭素触媒のホルムアルデヒド吸着率は、０～１２％に過ぎなかった。
　また、金属除去処理（酸処理）が施された炭素触媒２（ＰＣｏＡＷ）及び炭素触媒３（ＰＣｏＦｅＡＷ）によっても高いアルデヒド分解率が得られた。したがって、炭素触媒１～６及びアルミナ／炭素触媒のアルデヒド分解活性は、その炭素構造自体の活性であると考えられた。
　一方、比較材料１（ＡＣ）及び比較材料２（ＣｏＯ）を使用した場合には、ホルムアルデヒドは分解されなかった（図１における「Ｎ．Ｄ．」は検出されなかったことを示す。）。活性炭である比較材料１（ＡＣ）を使用した場合には、高いホルムアルデヒド消失率が得られたが、これは、高いホルムアルデヒド吸着率にも示されるように、当該活性炭によるホルムアルデヒドの吸着によるものであった。また、酸化コバルトからなる比較材料２（ＣｏＯ）を使用した場合には、ホルムアルデヒドはほとんど除去されなかった。
［アルデヒド分解繰り返し試験］
　上述の実施例１でアルデヒド分解試験に使用した炭素触媒１（ＰＣｏ）及び比較材料１（ＡＣ）について、繰り返し使用におけるアルデヒド分解（除去）能を評価した。
　すなわち、炭素触媒１（ＰＣｏ）及び比較材料１（ＡＣ）を使用して、上述の実施例１と同様のアルデヒド分解試験を繰り返し行った。具体的に、まず、炭素触媒１（ＰＣｏ）又は比較材料１（ＡＣ）を収納したテドラーバッグ内にホルムアルデヒドを１０００ｐｐｍの濃度で含有する空気を注入し、２４時間後のホルムアルデヒド及び二酸化炭素の濃度を測定し、その後、当該テドラーバッグ中の気体を除去した。そして、炭素触媒１（ＰＣｏ）及び比較材料１（ＡＣ）の再生処理を行うことなく、テドラーバッグ内にホルムアルデヒドを１０００ｐｐｍの濃度で含有する空気を再び注入し、２４時間後のホルムアルデヒド及び二酸化炭素の濃度を測定し、その後、当該テドラーバッグ中の気体を除去した。このような試験サイクルを、炭素触媒１（ＰＣｏ）及び比較材料１（ＡＣ）の再生処理を行うことなく繰り返した。
　アルデヒド分解繰り返し試験の結果を図２に示す。図２には、炭素触媒１（ＰＣｏ）及び比較材料１（ＡＣ）について、各繰り返し回数の試験における、２４時間後のホルムアルデヒド濃度（ｐｐｍ）、二酸化炭素濃度（ｐｐｍ）、ホルムアルデヒド分解率（％）、ホルムアルデヒド消失率（％）及びホルムアルデヒド吸着率（％）を示している。
　図２に示すように、炭素触媒１（ＰＣｏ）を使用した場合には、繰り返し回数３０回まで、９１～１００％という高いホルムアルデヒド分解率が得られた。すなわち、炭素触媒１（ＰＣｏ）は、再生処理を施すことなく、繰り返しアルデヒドを分解できることが確認された。
　一方、活性炭である比較材料１（ＡＣ）を使用した場合には、１回目の試験におけるホルムアルデヒド消失率が９０％であったのに対し、２回目の試験におけるホルムアルデヒド消失率は顕著に低下して１０％となった。すなわち、比較材料１（ＡＣ）を使用した場合には、再生処理を施すことなく、繰り返しアルデヒドを除去することができなかった。
［遮光下でのアルデヒド分解試験］
　上述の実施例１で得られた炭素触媒１（ＰＣｏ）のアルデヒド分解活性を光触媒のそれと比較した。すなわち３０ｍｇの炭素触媒１（ＰＣｏ）を２５℃でテドラーバッグ中に収納し、遮光ボックスで遮光した後、当該テドラーバッグに、ホルムアルデヒドを含有する空気を注入して、当該テドラーバッグ中のホルムアルデヒド濃度を４０ｐｐｍに調節した。
　その後、テドラーバッグ内の気体を所定時間おきにサンプリングし、サンプリングされた気体中のホルムアルデヒド濃度をホルムアルデヒド用検知管（株式会社ガステック製）で測定した。
　そして、ホルムアルデヒド残存率（％）を次の式；ホルムアルデヒド残存率（％）＝（各サンプリング時間でのホルムアルデヒド濃度（ｐｐｍ）／初期のホルムアルデヒド濃度（ｐｐｍ））×１００；により求めた。
　また、炭素触媒１（ＰＣｏ）の代わりに、３０ｍｇの光触媒（ＴＰ－Ｓ２０１、住友化学株式会社製）を使用して、同様に、遮光下でホルムアルデヒドの分解試験を行った。また、炭素触媒の代わりに、３０ｍｇの光触媒を使用して、紫外線（ＵＶ）照射下で同様のホルムアルデヒド分解試験を行った。なお、ＵＶ照射は、ブラックライトを使用し、光触媒に対してＵＶを０．１ｍＷ／ｃｍ２の強度で照射することにより行った。
　アルデヒド分解試験の結果を図３に示す。図３において、横軸は試験を開始してからの時間（ｈ）を示し、縦軸はホルムアルデヒド残存率（％）を示す。また、丸印は遮光下で炭素触媒１（ＰＣｏ）を使用した場合の結果を示し、三角印は遮光下で光触媒を使用した場合の結果を示し、四角印はＵＶ照射下で光触媒を使用した場合の結果を示す。
　図３に示すように、遮光下の光触媒はホルムアルデヒドを十分に除去できなかったのに対し、遮光下の炭素触媒１（ＰＣｏ）及びＵＶ照射下の光触媒を使用した場合には、２４時間でホルムアルデヒドを完全に除去することができた。
　さらに、遮光下における炭素触媒１（ＰＣｏ）のアルデヒド分解速度は、ＵＶ照射下における光触媒のそれよりも大きかった。すなわち、炭素触媒１（ＰＣｏ）は、光触媒に比べても、優れたアルデヒド分解活性を有することが確認された。
［硫黄化合物分解繰り返し試験］
　上述の実施例１でアルデヒド分解試験に使用した炭素触媒１（ＰＣｏ）及び比較材料１（ＡＣ）について、繰り返し使用における硫化水素分解（除去）能を評価した。
　すなわち、テドラーバッグ内に注入するガスとしてホルムアルデヒドに代えて硫化水素を使用し、当該テドラーバッグ内における硫化水素の初期濃度を５００ｐｐｍとした以外は、炭素触媒１（ＰＣｏ）及び比較材料１（ＡＣ）を使用する上述の実施例２と同様にして、硫化水素分解の繰り返し試験を行った。硫化水素の濃度の測定は、テドラーバッグ内の気体を所定時間おきにサンプリングし、サンプリングされた気体中の硫化水素濃度を硫化水素用検知管（株式会社ガステック製）で測定することにより行った。
　硫黄化合物分解繰り返し試験の結果を図４に示す。図４には、炭素触媒１（ＰＣｏ）及び比較材料１（ＡＣ）について、各繰り返し回数の試験における、２４時間後の硫化水素（Ｈ２Ｓ）濃度（ｐｐｍ）及び硫化水素消失率（％）を示している。
　なお、硫化水素消失率（％）は次の式；硫化水素消失率（％）＝［（初期の硫化水素濃度（ｐｐｍ）－２４時間後の硫化水素濃度（ｐｐｍ））／初期の硫化水素濃度（ｐｐｍ）］×１００；により求めた。
　図４に示すように、炭素触媒１（ＰＣｏ）を使用した場合には、繰り返し回数２０回まで、全て硫化水素消失率は１００％であった。すなわち、炭素触媒１（ＰＣｏ）は、再生処理を施すことなく、繰り返し硫化水素を分解できることが確認された。
　一方、活性炭である比較材料１（ＡＣ）を使用した場合には、１回目の試験における硫化水素消失率が９０％であったのに対し、２回目及び３回目の試験における硫化水素消失率は、それぞれ４０％及び１０％と順次低下した。すなわち、比較材料１（ＡＣ）を使用した場合には、再生処理を施すことなく、繰り返し硫化水素を十分に除去することができなかった。
［ホルマリン分解試験］
　蒸留水で１０倍希釈した局方ホルマリン（ホルムアルデヒド水溶液）（和光純薬工業株式会社製）１ｍＬ中に、上述の実施例１で得られた炭素触媒１（ＰＣｏ）０．０５ｇを投入し、室温で２４時間攪拌した。
　そして、上述のように炭素触媒１で処理した後の１０倍希釈ホルマリンと、何ら処理していない１０倍希釈ホルマリンと、をＨＰＬＣ（Ｈｉｇｈ　Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ）分析装置（２６９５　ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｍｏｄｕｌｅ、Ｗａｔｅｒｓ社製）を用いて分析した。このＨＰＬＣ分析装置は、ＨＰＬＣカラム（Ａｔｌａｎｔｉｓ　Ｔ３　５μｍ　４．６×１５０ｍｍ　ｃｏｌｕｍｎ、Ｗａｔｅｒｓ社製）及び検出器（２４１４　ＲＩ、Ｗａｔｅｒｓ社製）を備えていた。試料の注入量は１０μＬとし、移動相として水を用い、流速は１ｍＬ／分とした。
　図５には、ＨＰＬＣ分析により得られたクロマトグラムを示す。図５に示すように、未処理のホルマリンにおいては、ホルムアルデヒド由来の大きなピークが検出されたのに対して、炭素触媒１で処理したホルマリンにおいては、当該ホルムアルデヒド由来のピークが消失し、新たに反応生成物由来と考えられるピークが現れた。

Claims (10)

  1. 　有害物質を分解する触媒活性を有する
    　ことを特徴とする有害物質分解用炭素触媒。
  2. 　前記有害物質は、悪臭物質である
    　ことを特徴とする請求項１に記載された有害物質分解用炭素触媒。
  3. 　前記有害物質は、揮発性有機化合物である
    　ことを特徴とする請求項１又は２に記載された有害物質分解用炭素触媒。
  4. 　前記揮発性有機化合物は、アルデヒド類及びその酸化物である
    　ことを特徴とする請求項３に記載された有害物質分解用炭素触媒。
  5. 　前記悪臭物質は、硫黄化合物である
    　ことを特徴とする請求項２に記載された有害物質分解用炭素触媒。
  6. 　有機物と金属とを含有する原料の炭素化により得られた
    　ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載された有害物質分解用炭素触媒。
  7. 　前記原料は、さらに炭素材料を含有する
    　ことを特徴とする請求項６に記載された有害物質分解用炭素触媒。
  8. 　前記金属は、遷移金属である
    　ことを特徴とする請求項６又は７に記載された有害物質分解用炭素触媒。
  9. 　請求項１乃至８のいずれかに記載の有害物質分解用炭素触媒を含む
    　ことを特徴とする有害物質分解材。
  10. 　請求項１乃至８のいずれかに記載の有害物質分解用炭素触媒又は請求項９に記載の有害物質分解材を使用して、有害物質を分解する
    　ことを特徴とする有害物質分解方法。
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