(57)【要約】【課題】坦持力の増大と、光触媒活性の向上とを図ることができる光触媒体および光触媒体の製造方法を提供することである。【解決手段】実施形態に係る光触媒体は、基体と；前記基体の表面領域に設けられた複数の複合粒子と；を具備している。前記複合粒子は、前記表面領域と一体に設けられ、粒状を呈し、ゼオライトを含むゼオライト粒子と；前記ゼオライト粒子の内部に設けられ、光触媒材料を含む複数の光触媒粒子と；を有する。【選択図】図２
2018153760.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体と；
前記基体の表面領域に設けられた複数の複合粒子と；
を具備し、
前記複合粒子は、
前記表面領域と一体に設けられ、粒状を呈し、ゼオライトを含むゼオライト粒子と；
前記ゼオライト粒子の内部に設けられ、光触媒材料を含む複数の光触媒粒子と；
を有する光触媒体。
【請求項２】
前記基体の前記表面領域以外の領域は、アルミニウムの酸化物、およびケイ素の酸化物の少なくともいずれかを含む請求項１記載の光触媒体。
【請求項３】
前記複数の複合粒子は、前記基体の表面領域に密集して設けられている請求項１または２に記載の光触媒体。
【請求項４】
アルミニウムの酸化物、およびケイ素の酸化物の少なくともいずれかを含む基体の表面に光触媒材料を含む複数の光触媒粒子を付着させる工程と；
前記複数の光触媒粒子が付着した基体をアルカリ処理する工程と；
を具備し、
前記基体をアルカリ処理する工程において、
前記基体の表面領域にゼオライトの結晶が形成され、前記ゼオライトの結晶が形成される際に、前記複数の光触媒粒子を巻き込むようにして複数の複合粒子が形成される光触媒体の製造方法。
【請求項５】
前記複数の光触媒粒子を付着させる工程において、
前記基体がアルミニウムの酸化物を含むものである場合には、前記基体の表面にケイ素の酸化物を付着させ、
前記基体がケイ素の酸化物を含むものである場合には、前記基体の表面にアルミニウムの酸化物を付着させる請求項４記載の光触媒体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、光触媒体および光触媒体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、二酸化チタン（ＴｉＯ２）に代表される光触媒材料が注目を集めている。二酸化チタンの場合、３８７ｎｍ以下の波長を有する光が照射されると光励起され、二酸化チタンの内部に電子・正孔対が生成される。すると、生成された電子・正孔対により二酸化チタンの表面及びその近傍に、水酸基ラジカルや、スーパーオキサイドイオンなどの活性酸素種が発生する。そして、発生した活性酸素種の持つ酸化力により、分解活性や親水化などが生じる。発生した分解活性や親水化などの作用を利用すれば、自己洗浄、脱臭、抗菌などを行うことができる。そのため、二酸化チタンを含む粒子が坦持された光触媒体を備えた各種の部材、製品群が提案されている。
【０００３】
光触媒体においては、光触媒活性を高めるため、二酸化チタンを含む粒子の平均粒径は１μｍ以下とされる場合が多い。そして、光触媒体を製造する際には、水を主成分とする溶液に、二酸化チタンを含む複数の粒子を分散させた分散液が用いられる場合がある。分散液を用いる場合には、分散液に基板などの基体を浸漬させ、浸漬させた基体を分散液から引き上げ、分散液を乾燥させることで基体の表面に二酸化チタンを含む複数の粒子を付着させるようにしている。ところが、この様にして二酸化チタンを含む複数の粒子を付着させると、二酸化チタンを含む複数の粒子が基体から脱落し易くなるという問題がある。
【０００４】
そのため、基体の上にゼオライトを含む層を形成し、ゼオライトを含む層の上に二酸化チタンを含む複数の粒子を坦持させる技術が提案されている。また、基体の上にゼオライトを含む多孔質層を形成し、ゼオライトを含む多孔質層に二酸化チタンを含む複数の粒子を坦持させる技術も提案されている。この場合、ゼオライトは、発生した活性酸素種の持つ強力な酸化作用によっても変質することがないので、信頼性を向上させることができる。
【０００５】
ところが、ゼオライトを含む層の上に二酸化チタンを含む複数の粒子を坦持させたり、ゼオライトを含む多孔質層に二酸化チタンを含む複数の粒子を坦持させたりすれば、光触媒体の表面に露出する粒子が多くなる。そのため、例えば、光触媒体が流れの速いガス中に設けられる場合などにおいては、二酸化チタンを含む複数の粒子が光触媒体から脱落するおそれがある。  
また、二酸化チタンを含む複数の粒子は、ゼオライトを含む層やゼオライトを含む多孔質層の内部に離散して設けられることになるので、光触媒活性を向上させることが難しいという問題もある。  
そこで、坦持力の増大と、光触媒活性の向上とを図ることができる技術の開発が望まれていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−９８２９４号公報
【特許文献２】特開２０００−２３７５９９号公報
【特許文献３】特開平７−１６４７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、坦持力の増大と、光触媒活性の向上とを図ることができる光触媒体および光触媒体の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施形態に係る光触媒体は、基体と；前記基体の表面領域に設けられた複数の複合粒子と；を具備している。前記複合粒子は、前記表面領域と一体に設けられ、粒状を呈し、ゼオライトを含むゼオライト粒子と；前記ゼオライト粒子の内部に設けられ、光触媒材料を含む複数の光触媒粒子と；を有する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の実施形態によれば、坦持力の増大と、光触媒活性の向上とを図ることができる光触媒体および光触媒体の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施の形態に係る光触媒体１を例示するための模式断面図である。
【図２】光触媒体１の表面の電子顕微鏡写真である。
【図３】図２中におけるＡ部の拡大写真である。
【図４】複合粒子３の断面の電子顕微鏡写真である。
【図５】比較例に係る光触媒体１０１を例示するための模式断面図である。
【図６】光触媒膜１０３の構成を例示するための模式拡大図である
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しつつ、実施の形態について例示をする。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。  
図１は、本実施の形態に係る光触媒体１を例示するための模式断面図である。  
図１に示すように、光触媒体１は、基体２、および複合粒子３を有する。
【００１２】
基体２の形状、寸法、形態などには特に限定はない。例えば、図１に示すように、基体２は板状体とすることができる。なお、基体２は、ブロック状、フィルム状、繊維状、セラミックファイバー織布、不織布などの形態を有するものであってもよい。  
基体２の材料は、アルミニウムの酸化物およびケイ素の酸化物の少なくともいずれかとすることができる。例えば、基体２の材料は、アルミノケイ酸ガラス、ソーダ石灰ガラスなどのガラス、酸化アルミニウム、酸化ケイ素などとすることができる。ただし、基体２の表面領域２ａの材料は、ゼオライト粒子３ａの材料と同じとなっている。すなわち、表面領域２ａは、ゼオライトの結晶からなる。
【００１３】
複合粒子３は、基体２の表面領域２ａに複数設けられている。複数の複合粒子３は、基体２の表面領域２ａと一体化されている。  
なお、複数の複合粒子３が基体２の一方の主面に設けられる場合を例示したがこれに限定されるわけではない。複数の複合粒子３は、基体２の両方の主面に設けることもできるし、基体２の全面に設けることもできるし、基体２の一部分に設けることもできる。
【００１４】
複合粒子３は、粒状を呈している。複合粒子３は、ゼオライト粒子３ａと、複数の光触媒粒子３ｂとが一体化されたものである。  
ゼオライト粒子３ａは、粒状を呈し、複数の光触媒粒子３ｂを坦持している。ゼオライト粒子３ａは、基体２の表面領域２ａと一体に設けられている。ゼオライト粒子３ａは、ゼオライトを含む。ゼオライト粒子３ａは、ゼオライトの結晶からなる。ゼオライト粒子３ａは、多孔質であり、細孔の直径は０．２ｎｍ〜１ｎｍ程度となっている。細孔の直径が分子オーダーであるため、細孔内に入った処理対象のガスが細孔内に吸着される。吸着されたガスは、細孔内を拡散する。
【００１５】
なお、処理対象のガスは、例えば、食物などから発生するアンモニアガスやエチレンガス、タバコ煙として発生するアセトアルデヒドなどのＶＯＣ(Volatile Organic Compounds；揮発性有機化合物）などとすることができる。ただし、処理対象のガスの種類は例示をしたものに限定されるわけではない。
【００１６】
光触媒粒子３ｂは、粒状を呈している。光触媒粒子３ｂの粒径を小さくすれば、光触媒粒子３ｂと処理対象のガスとが接触する面積を大きくすることができる。光触媒粒子３ｂと処理対象のガスとが接触する面積を大きくすることができれば、光触媒活性を高めることができる。そのため、光触媒粒子３ｂの平均粒径は１μｍ以下とすることが好ましく、１００ｎｍ以下とすることがより好ましい。  
光触媒粒子３ｂは、二酸化チタンなどの光触媒材料を含む。
【００１７】
図２は、光触媒体１の表面の電子顕微鏡写真である。  
なお、図２に例示をしたものは、基体２が複数のガラス繊維からなるものの場合である。また、光触媒粒子３ｂが二酸化チタンからなる粒子の場合である。  
図３は、図２中におけるＡ部の拡大写真である。  
図４は、複合粒子３の断面の電子顕微鏡写真である。
【００１８】
図２から分かるように、基体２の表面領域２ａには複数の複合粒子３が密集して設けられている。  
図３から分かるように、複合粒子３においては、ゼオライト粒子３ａと、複数の光触媒粒子３ｂとが一体化されている。また、一部の光触媒粒子３ｂは、ゼオライト粒子３ａの表面に露出している。  
図４から分かるように、複数の光触媒粒子３ｂの大部分は、ゼオライト粒子３ａの内部に設けられている。すなわち、図３および図４から分かるように、ゼオライト粒子３ａは、大部分の光触媒粒子３ｂを包み込むとともに、一部の光触媒粒子３ｂを表面から露出させている。なお、ゼオライト粒子３ａの表面から露出する光触媒粒子３ｂは、ゼオライト粒子３ａの表面に埋め込まれている。すなわち、ゼオライト粒子３ａの表面から露出する光触媒粒子３ｂは、ゼオライト粒子３ａに保持されている。
【００１９】
図５は、比較例に係る光触媒体１０１を例示するための模式断面図である。  
図６は、光触媒膜１０３の構成を例示するための模式拡大図である。  
図５に示すように、光触媒体１０１は、基体１０２および光触媒膜１０３を有する。  
基体１０２は、板状を呈している。  
光触媒膜１０３は、膜状を呈し、基体１０２の表面を覆うように設けられている。  
光触媒膜１０３は、ゼオライト膜１０３ａと、複数の光触媒粒子１０３ｂとを有する。  図６に示すように、ゼオライト膜１０３ａは、複数のゼオライトの結晶１０３ａ１の集合体となっている。  
複数の光触媒粒子１０３ｂの一部は、複数のゼオライトの結晶１０３ａ１の間に設けられている。残りの光触媒粒子１０３ｂは、ゼオライト膜１０３ａの表面に付着している。  また、複数の光触媒粒子１０３ｂは、離散して設けられている。
【００２０】
光触媒膜１０３は、例えば、以下のようにして形成することができる。  
まず、複数の光触媒粒子１０３ｂを分散させた分散液にゼオライトの粉末を混合して材料液を生成する。  
次に、材料液に基体１０２を浸漬させ、材料液から基体１０２を引き上げることで基体１０２の表面に材料液を付着させる。  
次に、材料液が付着した基体１０２を加熱して複数のゼオライトの結晶１０３ａ１を成長させるとともに、複数のゼオライトの結晶１０３ａ１に複数の光触媒粒子１０３ｂを坦持させる。加熱温度は、例えば、１０００℃程度である。  
この様にすれば、複数のゼオライトの結晶１０３ａ１に複数の光触媒粒子１０３ｂを坦持させた光触媒膜１０３を形成することができる。
【００２１】
ここで、材料液が付着した基体１０２を加熱して複数のゼオライトの結晶１０３ａ１を成長させる際に、表面に露出している光触媒粒子１０３ｂが脱落する場合がある。そのため、基体１０２の表面に付着させた光触媒粒子１０３ｂの少なくとも一部は、有効に用いることができない。  
また、ゼオライト膜１０３ａの表面に付着している光触媒粒子１０３ｂは、ゼオライト膜１０３ａから脱離し易くなる。  
すなわち、坦持力の増大を図ることができない。
【００２２】
また、光触媒膜１０３においては、複数の光触媒粒子１０３ｂが離散して設けられることになる。  
ここで、光触媒膜１０３においては、以下の様にして処理対象のガスが分解される。  
処理対象のガスが、光触媒膜１０３に坦持されている光触媒粒子１０３ｂあるいはその近傍に到達すると、処理対象のガスが分解される。しかしながら、光触媒粒子１０３ｂあるいはその近傍に直接到達するガスは、一部にすぎない。
【００２３】
ゼオライトの結晶１０３ａ１は、多孔質であり、細孔の直径は０．２ｎｍ〜１ｎｍ程度となっている。そのため、前述したように、細孔内に入った処理対象のガスは、細孔内に吸着される。また、吸着されたガスは、細孔内を拡散する。拡散したガスが光触媒粒子１０３ｂあるいはその近傍に到達すると、処理対象のガスが分解される。
【００２４】
ところが、光触媒膜１０３においては、複数の光触媒粒子１０３ｂが離散して設けられているため、ガスが吸着された細孔の近傍にある光触媒粒子１０３ｂにはガスが到達するが、ガスが吸着された細孔から離れた位置にある光触媒粒子１０３ｂにはガスが到達しない。そのため、複数の光触媒粒子１０３ｂの一部が利用されず、光触媒活性の向上が図れなくなるおそれがある。
【００２５】
これに対して、本実施の形態に係る複合粒子３においては、ゼオライト粒子３ａは、大部分の光触媒粒子３ｂを包み込んでいる。また、ゼオライト粒子３ａの表面から露出する光触媒粒子３ｂは、ゼオライト粒子３ａに保持されている。  
そして、複合粒子３は、基体２の表面領域２ａと一体化されている。  
そのため、坦持力を大幅に高めることができる。
【００２６】
また、後述する様に、アルカリ処理を施してゼオライト粒子３ａを形成する際に、基体２の表面に付着していたほぼ全ての光触媒粒子３ｂが各ゼオライト粒子３ａの内部に取り込まれる。  
そのため、ゼオライト粒子３ａの内部に複数の光触媒粒子３ｂを密集させることができる。  
複数の光触媒粒子３ｂを密集させることができれば、ガスが吸着された細孔の近傍に光触媒粒子３ｂが設けられていることになるので、光触媒粒子１０３ｂの利用効率、ひいては光触媒活性の向上を図ることができる。  
また、基体２の表面に付着していたほぼ全ての光触媒粒子３ｂが各ゼオライト粒子３ａの内部に取り込まれるので、無駄になる光触媒粒子３ｂの量を少なくすることができる。
【００２７】
また、図２に例示をしたように、粒状を呈する複数の複合粒子３が密集して設けられているので、光触媒体１の表面積、すなわち、処理対象のガスと接触する面積を増大させることができる。そのため、光触媒活性の向上を図ることができる。
【００２８】
（実施例）  
以下、実施例に基づいて、本実施の形態に係る光触媒体１の製造方法について説明する。ただし、以下の実施例は、本発明を限定するものではない。  
まず、材料液を生成する。  
材料液は、水を主成分とし、複数の光触媒粒子３ｂを分散させたものとすることができる。光触媒粒子３ｂの平均粒径は１μｍ以下とすることが好ましく、１００ｎｍ以下とすることがより好ましい。  
材料液は、例えば、いわゆる酸化チタン分散液とすることができる。  
なお、材料液には既知の技術を適用することができるので詳細な説明は省略する。
【００２９】
後述するアルカリ処理により基体２の表面領域２ａにゼオライトの結晶を形成する。そのため、基体２の材料がアルミノケイ酸ガラスなどのように、アルミニウムの酸化物およびケイ素の酸化物を含むものであれば、前述した材料液をそのまま用いることができる。  基体２の材料が、酸化アルミニウムなどのようにアルミニウムの酸化物は含むがケイ素の酸化物は含まない、あるいは僅かしか含まれていない場合には、材料液にコロイダルシリカなどを添加する。  
基体２の材料が、ソーダ石灰ガラスや酸化ケイ素などのようにケイ素の酸化物は含むがアルミニウムの酸化物は含まない、あるいは僅かしか含まれていない場合には、材料液にコロイダルアルミナなどを添加する。  
なお、コロイダルシリカおよびコロイダルアルミナの添加量は、基体２の組成に応じて実験を行うことで適宜決定することができる。  
なお、以下においては、一例として、基体２の材料がアルミノケイ酸ガラスである場合を説明する。
【００３０】
次に、基体２の表面に材料液を滴下し、材料液を基体２の表面に付着させる。  
次に、材料液が付着した基体２を加熱して乾燥させる。  
加熱温度（乾燥温度）は１０５℃程度、加熱時間は２時間程度とすることができる。
【００３１】
次に、乾燥させた基体２にアルカリ処理を施す。  
例えば、乾燥させた基体２をアルカリ溶液に所定の時間浸漬させる。  
アルカリ溶液は、例えば、水酸化ナトリウム水溶液とすることができる。水酸化ナトリウム水溶液のモル濃度は、３ｍｏｌ／Ｌ程度とすることができる。  
水酸化ナトリウム水溶液の温度は６０℃程度とすることができる。浸漬時間は、２４時間程度とすることができる。
【００３２】
アルカリ処理を施すことで、基体２の表面領域２ａにゼオライトの結晶が形成される。基体２の表面には材料液に含まれていた複数の光触媒粒子３ｂが付着しているので、ゼオライトの結晶が形成される際に、複数の光触媒粒子３ｂを巻き込むようにしてゼオライト粒子３ａが複数形成される。そして、複数の複合粒子３が、基体２の表面領域２ａと一体化される。
【００３３】
ゼオライト粒子３ａが形成される際に、基体２の表面に付着していた複数の光触媒粒子３ｂが巻き込まれるので、ほぼ全ての光触媒粒子３ｂを取り込むことができる。そのため、ゼオライト粒子３ａの内部に複数の光触媒粒子３ｂを密集させた状態で設けることができる。また、ゼオライト粒子３ａに取り込まれず無駄になる光触媒粒子３ｂの量を僅かなものとすることができる。
【００３４】
次に、アルカリ処理を施した基体２を電解水で洗浄して、表面に残留するアルカリ成分を除去する。  
次に、アルカリ成分が除去された基体２を乾燥させる。乾燥温度は、例えば、１０５℃程度とすることができる。  
以上のようにして、光触媒体１を製造することができる。
【００３５】
以上に例示をしたように、本実施の形態に係る光触媒体の製造方法は以下の工程を含んでいる。  
アルミニウムの酸化物、およびケイ素の酸化物の少なくともいずれかを含む基体２の表面に光触媒材料を含む複数の光触媒粒子３ｂを付着させる工程。
複数の光触媒粒子３ｂが付着した基体２をアルカリ処理する工程。
そして、基体２をアルカリ処理する工程において、基体２の表面領域２ａにゼオライトの結晶が形成され、ゼオライトの結晶が形成される際に、複数の光触媒粒子２ｂを巻き込むようにして複数の複合粒子３が形成される。
【００３６】
複数の光触媒粒子２ｂを付着させる工程において、基体２がアルミニウムの酸化物を含むものである場合には、基体２の表面にケイ素の酸化物を付着させ、基体２がケイ素の酸化物を含むものである場合には、基体２の表面にアルミニウムの酸化物を付着させるようにすることができる。
【００３７】
以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１  光触媒体、２  基体、２ａ  表面領域、３  複合粒子、３ａ  ゼオライト粒子、３ｂ  光触媒粒子
【図１】
2018153760.tif 000003
【図２】
2018153760.tif 000004
【図３】
2018153760.tif 000005
【図４】
2018153760.tif 000006
【図５】
2018153760.tif 000007
【図６】
2018153760.tif 000008