(57)【要約】【課題】揮発性有機物例えばアセトアルデヒドを含む気体を光触媒を用いて高い分解率で浄化すること。【解決手段】チタニアを担持させた前記担体に、前記金属の化合物を担持させ、この金属の化合物を第１の処理温度の加熱雰囲気で水素還元した後、当該第１の処理温度よりも高くならない第２の処理温度の加熱雰囲気で酸化して光触媒を得る。この場合、金属が極めて強い還元状態から解除され、微細粒子となった当該金属が触媒上に高分散化して高い触媒活性が得られる。そして例えばブラックライトにより光触媒に光と熱とを供給しながら気体を浄化処理すると、光触媒作用と熱触媒作用とが相俟って高い分解率で揮発性有機物を分解できる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
担体にチタニアと、熱触媒作用を有する金属と、を担持させて構成した光触媒の製造方法において、
チタニアを担持させた前記担体に、前記金属の化合物を担持させる金属担持工程と、
この金属担持工程で担体に担持した金属の化合物を第１の処理温度の加熱雰囲気で水素還元する還元工程と、
この還元工程で還元せしめて得た金属を、第２の処理温度の加熱雰囲気で酸化する酸化工程と、を含むことを特徴とする光触媒の製造方法。
【請求項２】
前記第２の処理温度は、前記第１の処理温度以下であることを特徴とする請求項１記載の光触媒の製造方法。
【請求項３】
前記第２の処理温度は、３００℃〜６００℃であることを特徴とする請求項１又は２記載の光触媒の製造方法。
【請求項４】
前記第２の処理温度は、５００℃〜６００℃であることを特徴とする請求項３記載の光触媒の製造方法。
【請求項５】
還元工程の後に、不活性ガスの雰囲気下で担体の温度を第２の処理温度に設定する温度調整工程を含むことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の光触媒の製造方法。
【請求項６】
前記金属は、白金、ロジウム、ルテニウム、ニッケルの少なくとも一つであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の光触媒の製造方法。
【請求項７】
白金の担持量は、光触媒の重量に対して０．０４重量％〜０．５重量％であることを特徴とする請求項６記載の光触媒の製造方法。
【請求項８】
チタニアの担持量は、光触媒の重量に対して１０重量％以上であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の光触媒の製造方法。
【請求項９】
前記担体は、シリカビーズであることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の光触媒の製造方法。
【請求項１０】
前記金属担持工程の前に、担体にチタンテトライソプロポキシドとイソプロピルアルコールとを含む第１の処理液を含浸させる工程と、
前記担体に含浸したチタン化合物を加水分解させて担体にチタニアを担持させる工程と、
チタニアが担持した担体を焼成する工程を含むことを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の光触媒の製造方法。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれかに記載の光触媒の製造方法によって製造されたことを特徴とする光触媒。
【請求項１２】
揮発性有機物を含む被処理気体を浄化処理するための気体浄化装置において、
請求項１１に記載の光触媒が充填された反応器と、
この反応器内の光触媒に光を照射する光照射手段と、
前記被処理気体を光触媒に供給するための給排気手段と、を備え、
浄化処理時の光触媒の温度が１００℃〜２００℃であることを特徴とする気体浄化装置。
【請求項１３】
前記揮発性有機物は、アセトアルデヒド、ホルムアルデヒド、パラフィン炭化水素、オレフィン炭化水素、芳香族化合物の少なくとも一つであることを特徴とする請求項１２又は１３記載の気体浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光触媒作用および熱触媒作用を有する光触媒の製造方法、この製造方法により得られる光触媒、および当該光触媒を用いて例えば空気中の揮発性有機物を分解する気体浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、例えば空気中に含まれる揮発性有機物（ＶＯＣ）による環境問題が深刻化している。その具体例としては、室内空間では建築材用の接着剤や防腐剤から発生するホルムアルデヒドがシックハウス症候群を引き起こす原因となることが指摘されている一方、産業界に目を向けると例えば食品工場では残渣物から発生するアセトアルデヒドが悪臭の原因となっていることなどが一例として挙げられる。
【０００３】
従来においては、例えば活性炭などの吸着材を有する空気フィルタを用いて揮発性有機物を吸着することで空気を浄化する手法が行われていたが、活性炭の場合、吸着した有機化合物が活性点を覆うことにより、その吸着作用が次第に低下してしまう問題点が指摘されており、そのため活性炭に代わる浄化手段の一つとして、光が照射されると活性化して酸化還元作用を奏する、いわゆる光触媒作用を有する光触媒を用いて揮発性有機物を分解することにより、空気の浄化を行う手法が検討されている。
【０００４】
前記した光触媒の一例を挙げると、光触媒作用を有する酸化チタンであるチタニアを例えばシリカなどの担体に担持して構成される光触媒（以下、チタニア／シリカ触媒と呼ぶ）が知られている。ところで当該チタニア／シリカ触媒は強い酸化力は有しているが、酸化力に比して還元力が僅かながら劣っている。そのため前記チタニア／シリカ触媒に更に白金（Ｐｔ）を担持させることにより、酸化還元作用がより高められた光触媒（以下、白金−チタニア／シリカ触媒と呼ぶ）が得られることが知られている（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００５】
前記した白金−チタニア／シリカ触媒を用いて揮発性有機物例えばアセトアルデヒドを含む空気を浄化する場合、光触媒群からなる触媒層が充填された反応器に光源例えばブラックライトなどから光を照射して当該光触媒を活性化させると共に、例えばファンなどの給排気手段により空気を光触媒に供給する。このとき光触媒作用によりアセトアルデヒドが例えば二酸化炭素、水に分解されることで空気が浄化される。
【０００６】
【非特許文献１】
Ｅ．Ｏｂｕｃｈｉ、Ｔ．Ｓａｋａｍｏｔｏ、ａｎｄ  Ｋ．Ｎａｋａｎｏ「Ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃ  ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｏｆ  ａｃｅｔａｌｄｅｈｙｄｅ  ｏｖｅｒ  ＴｉＯ２／ＳｉＯ２  ｃａｔａｌｙｓｔ」、  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ５４（１９９９）、１９９９年３月２６日発行、Ｐ．１５２５−１５３０
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上述の光触媒ではアセトアルデヒドの分解が充分でないことが問題となる。即ち、光触媒によりアセトアルデヒドの大部分を分解することができるが、アセトアルデヒドは数十ｐｐｍレベルで残ってもその強い臭気により不快感を感じてしまうことがある。また触媒活性が低いと、二酸化炭素、水にまでアセトアルデヒドが分解されず、例えば中間反応体であるギ酸、酢酸などの別の臭気物質が生成されてしまう場合がある。そのため、例えば室内空間内の空気を浄化する場合には、光触媒に室内の空気を循環供給させて、ある程度時間をかけてアセトアルデヒドや中間反応体の濃度を低下させているのが実情である。従って、より高い分解率で速やかに空気を浄化することのできる手法が求められており、その一つとして光触媒の更なる高活性化が検討されている。
【０００８】
また他の問題として、揮発性有機物であるアセトアルデヒドを分解したときのいわば残渣物であるコークが触媒表面に付着すると、触媒の活性点がコークで覆われてアセトアルデヒドの分解率が低下する場合がある。このコークは触媒被毒であるが、加熱炉にて例えば２００〜４００℃に加熱するといった触媒再生処理を行えば取り除くことができる。しかし当該再生処理を行うためには気体の浄化処理を中断し、光触媒を反応器から取り出して処理を行わなくてはならず、手間がかかる懸念がある。更にアセトアルデヒドの分解率をある程度維持しようとすると、触媒表面のコークが増えすぎないように触媒再生処理の頻度が多くなる懸念がある。
【０００９】
本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的は、例えば高い分解率で気体を浄化することのできる高活性な光触媒、この光触媒の製造方法および、当該光触媒を用いて高い分解率で気体を浄化することのできる気体浄化装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の光触媒の製造方法は、担体にチタニアと、熱触媒作用を有する金属と、を担持させて構成した光触媒の製造方法において、
チタニアを担持させた前記担体に、前記金属の化合物を担持させる金属担持工程と、
この金属担持工程で担体に担持した金属の化合物を第１の処理温度の加熱雰囲気で水素還元する還元工程と、
この還元工程で還元せしめて得た金属を、第２の処理温度の加熱雰囲気で酸化する酸化工程と、を含むことを特徴とする。
【００１１】
本発明の光触媒を製造する方法によれば、水素還元処理後に酸化処理を行うことにより、金属が極めて強い還元状態から解除され、そのため極めて微細な結晶体となった金属が触媒表面上に高分散化する。その結果、光触媒反応と共に、金属による熱触媒反応が促進されるので、高活性な光触媒を得ることができる。
【００１２】
前記第２の処理温度は、例えば前記第１の処理温度以下であってもよい。前記第２の処理温度は、例えば３００℃〜６００℃であってもよく、あるいは例えば５００℃〜６００℃であってもよい。更に還元工程の後に、例えば不活性ガス雰囲気下で担体の温度を第２の処理温度に設定する温度調整工程を含むようにしてもよい。
【００１３】
また前記金属は、例えば白金、ロジウム、ルテニウム、ニッケルの少なくとも一つであってもよい。更に白金の場合には、その担持量が例えば光触媒の重量に対して例えば０．０４重量％〜０．５重量％であってもよい。更にまた、チタニアの担持量は、光触媒の重量に対して例えば１０重量％以上であってもよい。更にまた、前記担体は、例えばシリカビーズであってもよい。更には、前記金属担持工程の前に、担体にチタンテトライソプロポキシドとイソプロピルアルコールとを混合してなる第１の処理液を含浸させる工程と、前記担体に含浸したチタン化合物を加水分解させて担体にチタニアを担持させる工程と、チタニアが担持した担体を焼成する工程を含むようにしてもよい。
【００１４】
本発明の光触媒は、上述の光触媒の製造方法によって製造されたことを特徴とする。
【００１５】
本発明の気体浄化装置は、揮発性有機物を含む被処理気体を浄化処理するための気体浄化装置において、
請求項１１に記載の光触媒が充填された反応器と、
この反応器内の光触媒に光を照射する光照射手段と、
前記被処理気体を光触媒に供給するための給排気手段と、を備え、
浄化処理時の光触媒の温度が１００℃〜２００℃であることを特徴とする。
前記揮発性有機物は、アセトアルデヒド、ホルムアルデヒド、パラフィン炭化水素、オレフィン炭化水素、芳香族化合物の少なくとも一つであってもよい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の光触媒の製造方法に係る実施の形態について図１を参照しながら説明する。先ず図１のステップＳ１に示すように、例えばシリカからなる多孔質の担体例えば平均粒径が２〜４ｍｍのシリカビーズを例えば５００℃で加熱乾燥させて水分を取り除いた後、ステップＳ２に示すように、チタンテトラアルコキシド例えばＴＩＰ（チタンテトライソプロポキシド）と、アルコール例えばＩＰＡ（イソプロピルアルコール）とを所定の比率例えば同比率で混合してなる第１の処理液を前記シリカビーズに例えば常温で含浸させる。この状態を例えば一昼夜保持してシリカビーズの表面および細孔内に万遍なく第１の処理液を広げる。しかる後、ステップＳ３に示すように、母液からシリカビーズを取り出し、湿潤雰囲気例えば大気中に放置してＴＩＰの加水分解反応を促進させることでチタニア（ＴｉＯ２）が生成する。このチタニアは例えばアナターゼ型の結晶体である。続いてステップＳ４に示すように、シリカビーズを例えば５００℃で２時間焼成してチタニア／シリカ触媒を得る。ここでチタニアの担持率が低いとチタニアの光触媒作用が充分に得られず、また高すぎるとシリカビーズの細孔が閉塞されて比表面積が減少するといった理由から、シリカビーズの表面が万遍なくチタニアで覆われるようにするのが望ましい。本例ではその後に得られる白金−チタニア／シリカ触媒の重量に対して例えば１０重量％以上、特に１０〜２５重量％に設定するのが好ましい。
【００１７】
更に続いてステップＳ５に示すように、上述のチタニア／シリカ触媒に白金化合物を含む第２の処理液例えば塩化白金酸水溶液を例えば常温で含浸させた後、ステップＳ６に示すように、例えば減圧乾燥機にて減圧乾燥させて、当該チタニア／シリカ触媒の重量が略恒量になるまで水分を取り除く。その後、当該触媒に不活性ガス例えばアルゴンガスを供給してアルゴン雰囲気下で加熱昇温する。そしてステップＳ７に示すように、第１の処理温度例えば３００℃以上、好ましくは６００℃になったらアルゴンガスに代えて水素ガスを供給し、水素雰囲気下において例えば２時間の水素還元処理を行うことにより、白金化合物である塩化白金酸を例えば白金まで還元させる。続いてステップＳ８に示すように、供給ガスを水素ガスからアルゴンガスに戻して、アルゴン雰囲気下で触媒を温調して第２の処理温度例えば３００〜６００℃、好ましくは５００〜６００℃に設定する。更に続いてステップＳ９に示すように、アルゴンガスに代えて例えば空気を供給し、大気雰囲気下において例えば１時間の酸化処理を行うことにより、白金−チタニア／シリカ触媒を得る。ここで白金の担持率が低すぎると白金の金属触媒作用が得られず、高すぎるとチタニアの光触媒活性を低下させるだけでなくコスト面で割高となるといった理由から、白金の担持量は、その後に得られる白金−チタニア／シリカ触媒の重量に対して例えば０．０４〜０．５重量％、特に０．１重量％に設定するのが好ましい。なお、酸化処理は空気に限られず、例えば酸素ガス、オゾンガス、あるいは酸化性ガスを用いるようにしてもよい。
【００１８】
ここで前記酸化処理を行ったときの触媒表面の様子に着目して説明すると、先ず前段の工程である水素還元処理を行うと、既述のように白金化合物が還元されて白金となる。このとき微視的にみると白金は筏状の結晶構造を有する結晶体となって触媒上に分散している。この状態を「極めて強い還元状態」と呼ぶものとすると、次いで例えば水素還元処理温度よりも高くならない第２の処理温度で酸化処理を行うことにより、前記筏状の結晶構造中の結合手が切れて極めて微細な結晶粒子となった白金が触媒表面に高分散する。即ち白金は酸化処理により酸化物までは至らない程度に酸化されて、前記した極めて強い還元状態から解除されることとなる。
【００１９】
上述の手法により得られた白金−チタニア／シリカ触媒を用いて揮発性有機物例えばアセトアルデヒド、ホルムアルデヒド、パラフィン系の炭化水素、オレフィン系の炭化水素および芳香族化合物などを少なくとも一つ含む被処理気体を浄化するための気体浄化装置について図２及び図３を参照しながら説明する。なお図２は気体浄化装置の縦断面図であり、図３は図２に記載の断面Ｐ−Ｐ’における平面図である。図中１０は装置の本体部をなす筺体であり、この筺体１０の内部には、少なくとも一部に光透過性部材を含む例えば直径１０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍ、長さ２００ｍｍの筒状の反応器である反応管１１が設けられている。また反応管１１内には、上述の手法により得た光触媒が例えば１７０ｍｍの充填高さで充填されて触媒層１２が形成され、更に当該触媒層１２は光触媒を通過させない程度の大きさのガス通流孔が形成されているサポート部材１３により上下から支持されている。なお前記光透過性部材は例えば耐熱性ガラス（商品名；パイレックスガラス）、石英ガラス、アクリル、ポリカーボネイトなどから選択される。
【００２０】
前記筺体１０内には、例えば紫外光を含む光を照射するための光照射手段である光源例えばブラックライト１４が反応管１１の周囲を囲むようにして複数本例えば４本設けられている。このとき当該ブラックライト１４の輻射熱により、浄化処理温度例えば後述するコーク様物質の着火温度の下限温度以下、被処理気体が例えばアセトアルデヒドを含む場合は触媒層１２の温度が例えば１００〜２００℃、好ましくは１５０℃になるようにして構成されており、その一例として例えば６Ｗのブラックライト１４を用いた場合にあってはブラックライト１４と反応管１１との隙間である離間距離Ｌが例えば３ｍｍに設定する構成が具体例として挙げられる。また反応管１１の上流側には被処理気体に含まれる粉塵などの固形浮遊物を分離するためのフィルタ１５が設けられ、反応管１１の下流側には被処理気体を触媒層１２に供給するための給排気手段例えばファン１６が設けられている。
【００２１】
前記気体浄化装置を用いて、被処理気体例えばアセトアルデヒドを含む空気を浄化する場合、先ずファン１６が起動されて空気がフィルタ１５に導入され、ここで粉塵などの固形浮遊物が分離された後、触媒層１２に供給される一方で、ブラックライト１４により例えば紫外光が光触媒に照射されると、チタニアのバンドギャップを飛び越えて電子が伝導体に移動して光触媒が活性化する。ここで活性化された光触媒の表面と空気中のアセトアルデヒドが接触すると、アセトアルデヒドが例えば二酸化炭素、水にまで分解される一方で、副生したコーク様物質及び／又はコークが触媒表面に付着する。コーク様物質とは、後にコークとなる揮発性前駆体である。そのため触媒の活性点が減少して次第に分解率が低下するが、このとき例えばブラックライト１４からの輻射熱を受けて活性化した白金の触媒燃焼反応により、コーク様物質が着火して燃焼し、そしてその周辺にあるコークをも燃焼させる。この燃焼したコーク様物質及び／又はコークは例えば炭酸ガスとなって触媒表面から分離される。このようにして触媒表面上のコーク様物質及び／又はコークが燃焼することで、これまでコーク様物質及び／又はコークに覆われていた触媒の活性点が再び現れてアセトアルデヒドの分解反応に寄与する。更にはこのときの燃焼熱により、白金による触媒燃焼反応が更に盛んに行われる。こうしてアセトアルデヒドが分解されて空気が浄化されることとなる。なお、前記した反応の他に、活性化された光触媒と、空気中の酸素および水が接触した際に活性酸素が生成し、この活性酸素とアセトアルデヒドが反応して炭酸ガスと水が生成する反応も起きていると考えられる。
【００２２】
上述の実施の形態によれば、触媒調製時において水素還元処理後に所定の温度で酸化処理を行うことにより、白金が極めて強い還元状態から解除され、極めて微細な結晶粒子となった白金が触媒上に高分散する。そのため筏状の結晶体となることで失われていた白金の金属特性である酸素分子や水素分子を解離する力が回復し、高い活性を得ることができる。その結果、当該白金による触媒燃焼反応が促進されて例えばコーク様物質を着火することができるので、後述する実施例からも明らかなように、この触媒は光触媒作用と熱触媒作用とが相俟って活性が急激に上昇すると共に、その後も高い活性を維持することができる。なお、触媒調製時においてシンタリングが生じる温度よりも低い温度であれば第１の処理温度よりも第２の処理温度を高く設定するようにしてもよい。
【００２３】
更に上述の実施の形態によれば、光源であるブラックライト１４から光触媒に熱を供給して所定の温度で浄化処理を行うことにより、この熱により白金の触媒燃焼反応が促進されて、コーク様物質の着火現象をより確実に起こすことができる。このため触媒に付着したコーク様物質及び／又はコークが燃やされて、触媒の活性が低下するのを抑えることができる。その結果、触媒再生処理を行わなくてもよいか、その頻度を極めて少なくすることができる。なお、気体の浄化処理温度である触媒層１２の温度が高すぎるとコーク様物質が固化してコークとなってしまい、着火がし難くなるといった理由から、揮発前駆体であるコーク様物質の状態で制御することが望ましく、更には生成するコーク様物質の種類に応じて浄化処理温度を決めるのが好ましい。そのため本例では前記したようにコーク様物質の着火温度の下限に設定している。
【００２４】
本発明の光触媒においては、担体に担持する熱触媒作用を有する金属としては、白金に限られず、例えばロジウム、ルテニウム、パラジウム、ニッケルなどの中から選択される金属であってもよい。この場合であっても水素還元処理の後に酸化処理をすることで極めて強い還元状態が解除され、当該金属の金属特性が回復するので上述の場合と同様の効果を得ることができる。また本発明の光触媒においては、チタニアはアナターゼ型に限られず、例えばルチル型、ルチル−アナターゼ型であってもよい。更に光触媒作用を有していればチタニアに限らず例えばニオブ酸化物などを担持するようにしてもよい。更にまた、本発明の光触媒においては、担体はシリカに限られず、例えばアルミナ、好ましくはγ−アルミナ、ケイソウ土、しっくいなどの多孔質体であってもよい。
【００２５】
本発明の気体浄化装置においては、光触媒に熱を供給するための加熱手段を別に設けるようにしてもよいが、既述のようにして光と熱とを共通の光源から供給する構成とすれば設備コストを低くできる点で得策である。更に本発明の気体浄化装置においては、光源はブラックライト１４に限られず、紫外線領域の光を発するものであれば例えば蛍光灯、ＵＶランプ、水銀灯、オゾンランプ、殺菌ランプなどであってもよい。この場合であっても上述の場合と同様の効果を得ることができる。
【００２６】
更に本発明の気体浄化装置においては、図４（ａ）に示すように反応管１１およびブラックライト１４からなる反応ユニットを複数組み込む構成であってもよい。更に筺体１０内に複数の反応管１１を設けるようにしてもよい。その一例を図４（ｂ）に示しておくが、これは発明を限定するものではなく、反応管１１およびブラックライト１４の数や配列は、被処理気体の供給流量、揮発性有機物の種類および光源の種類などに応じて決めるのが好ましい。更にまた、反応管１１の外側から光を照射する構成に限られず、例えば図４（ｃ）に一例として示すように、反応管１１の内側にブラックライト１４を設けて内部から照射するようにしてもよい。
【００２７】
【実施例】
続いて本発明の効果を確認するために行った実施例について説明する。
（実施例１）
本例では、本発明に係る白金−チタニア／シリカ触媒を調製した例を示す。先ずシリカ担体は、平均孔径が３０ｎｍの細孔を有する平均粒径２〜３ｍｍのシリカビーズ、富士シリシア化学（株）製のＣＡＲｉＡＣＴ３０を用いた。先ずシリカビーズを５００℃に加熱して乾燥させた後、１００ｇを計量してビーカに採取した。次いでＴＩＰとＩＰＡとを混合した第１の処理液を、ビーカー内のシリカビーズを振り混ぜながら、ビューレットを用いて徐々に滴下し、シリカビーズが充分に浸された状態で２４時間放置した。その後シリカビーズを取り出し、５００℃の大気雰囲気下で２時間焼成してチタニア／シリカ触媒を得た。しかる後、ビーカに移したチタニア／シリカ触媒に０．１重量％の白金が担持されるように塩化白金酸溶液に含浸させて一昼夜放置した後、減圧乾燥器で減圧乾燥を開始した。触媒が略恒量になった後、減圧乾燥器からチタニア／シリカ触媒を取り出して、アルゴンガスを供給しながらアルゴン雰囲気下で触媒を６００℃に昇温し、次いでアルゴンガスから水素ガスに切り替えて水素雰囲気下において６００℃（第１の処理温度）で２時間水素還元した。更に続いてアルゴンガスに切り替えてアルゴン雰囲気下において１時間保持した後、空気に切り替えて大気雰囲気下において６００℃（第２の処理温度）で１時間酸化処理した。そしてアルゴン雰囲気に戻してから触媒の温度を下げて白金−チタニア／シリカ触媒を得た。この白金−チタニア／シリカ触媒を触媒Ａとする。
【００２８】
（実施例２）
この実施例２では、酸化処理を５００℃（第２の処理温度）で行ったことを除いて実施例１と同じ処理を行って白金−チタニア／シリカ触媒を得た。この白金−チタニア／シリカ触媒を触媒Ｂとする。
【００２９】
（実施例３）
この実施例３では、酸化処理を４００℃（第２の処理温度）で行ったことを除いて実施例１と同じ処理を行って白金−チタニア／シリカ触媒を得た。この白金−チタニア／シリカ触媒を触媒Ｃとする。
【００３０】
（実施例４）
この実施例４では、酸化処理を３００℃（第２の処理温度）で行ったことを除いて実施例１と同じ処理を行って白金−チタニア／シリカ触媒を得た。この白金−チタニア／シリカ触媒を触媒Ｄとする。
【００３１】
（比較例１）
本例は、酸化を行わなかったことを除いて実施例１と同じ処理を行って白金−チタニア／シリカ触媒を得た比較例１である。この白金−チタニア／シリカ触媒を触媒Ｅとする。
【００３２】
実施例１〜４および比較例１で得られた触媒Ａ〜Ｅの分解性能を測定するために行った試験について以下に説明するが、その前に試験に用いた気体浄化装置の装置条件について説明すると、反応管１１には、直径１０ｍｍ、長さ２００ｍｍ、厚さ０．５ｍｍのパイレックスガラスを用いた。光触媒は充填高さが１７０ｍｍになるようにして反応管１１内に充填した。光源には、６Ｗのブラックライト１４を４本用い、反応管１１との離間距離Ｌを３ｍｍに設定した。
【００３３】
（試験例１）
本試験例１では、水素還元後に行う酸化処理の効果を確認すべく、実施例１〜４および比較例１で得られた触媒Ａ〜Ｅの分解性能を測定した。アセトアルデヒドを３０００体積ｐｐｍ含む２５℃の空気を調製し、流量１２０ｍｌ／ｍｉｎで反応管１１内に充填した触媒Ａ（Ｂ〜Ｅ）に接触させ、吸着平衡を確認後、ブラックライト１４により触媒Ａ（Ｂ〜Ｅ）に光を照射して５〜６時間の分解試験を行った。このときガスクロマトグラフを用いて約１０分間隔で触媒層１４出口の空気に残っているアセトアルデヒドの分析を行い、計算により分解率を求めた。ここで分解率とは、反応管１１内で分解されたアセトアルデヒドの割合を示すものであり、（（入口濃度（体積ｐｐｍ）−出口濃度（体積ｐｐｍ））／（入口濃度（体積ｐｐｍ）））×１００の計算式から求めたものである。
【００３４】
（試験例１の結果と考察）
触媒Ａ〜Ｅの分解率の結果を図５に示す。この図５の結果からも明らかなように、試験開始から５０ｍｉｎまでは触媒Ａ〜Ｅの全ての触媒において分解率が低下した。しかし触媒Ａにおいてはここから分解率が急速に上昇し、１００ｍｉｎが経過した頃には９０％を越えている。その後も９０％以上の分解率を安定して維持しており、安定時の平均分解率は９６．５％であった。触媒Ｂについてみると、８０ｍｉｎが経過した頃から分解率が急速に上昇し、１５０ｍｉｎには９０％に達している。また触媒Ａと同様に以後分解率は安定しており、安定時の平均分解率は９２．０％であった。一方、触媒Ｃは１５０ｍｉｎを経過した頃から概ね分解時間に比例して分解率が上昇し、３５０ｍｉｎには９０％に達している。また触媒Ｄは、２００ｍｉｎを過ぎたあたりから分解率が上昇し初めて３５０ｍｉｎに３０％になり、最終的には９０％を越えた。これに対して酸化処理を行わなかった触媒Ｅは極端な上昇は見られず、分解率が安定している１００ｍｉｎ以降の平均分解率は１５％程度であった。即ち、水素還元処理の後に酸化処理を行うことにより、触媒の活性が高められることが確認された。また酸化処理の温度（第２の処理温度）が高い方が分解率が早期に上昇することが確認された。また触媒Ａを用いた場合、処理後の空気中の酢酸濃度は５体積ｐｐｍ以下であった。即ち、中間反応体の生成が少ないことが確認された。
【００３５】
（試験例２）
本試験例は、光源からの熱の影響を確認すべく行った試験例２である。光触媒は、実施例２で得られた触媒Ａを用いた。試験は、供給路（図示せず）を介して反応管１１とブラックライト１４との隙間に室温の冷却ガスを供給して触媒層を冷却したことを除いて試験例１と同じである。
【００３６】
（試験例３）
本試験例は、光源からの光の影響を確認すべく行った試験例３である。光触媒は、実施例２で得られた触媒Ａを用いた。試験は、反応管１１の外側をアルミニウム箔で覆い光が触媒層１２に当たらないようにしたことを除いて試験例１と同じである。
【００３７】
（試験例２、試験例３の結果と考察）
試験例２、試験例３の分解率の結果を図６に示す。この図６には前記した試験例１の触媒Ａの結果も併せて示す。先ず試験例２においては、触媒層１２の平均温度は４８．０℃であり、安定時の平均分解率は４２．６％であった。また試験例３においては、触媒層１２の平均温度は１４４．８℃であり、安定時の平均分解率は２７．２％であった。一方、試験例１において述べたように、光および熱の両方を供給したときの分解率は９６．６％であり、光のみ供給した場合の分解率と、熱のみ供給した場合の分解率とを単に加算した６９．８％（＝４２．６％＋２７．２％）を上回る結果となっている。即ち、光と熱とを触媒に供給することにより、その複合効果により高い触媒活性が得られることが確認された。
【００３８】
（試験例４）
本試験例は、試験例１と同様の分解試験を繰り返し行った試験例４である。光触媒は、実施例１で得られた触媒Ａを用いた。
【００３９】
（試験４の結果と考察）
分解率の結果を図７に示す。この図７の結果から明らかなように、繰り返し使用した場合の２回目以降の分解率は、開始初期の分解率は５０％程度であるが、早い時間帯において急激に上昇し、５０ｍｉｎには８０〜９０％に達している。その後は分解率が安定し、安定したときの平均分解率は夫々９０％以上あった。即ち、本発明の光触媒は繰り返し使用しても高い活性が得られることが確認された。ここで１回目（Ｆｒｅｓｈ）の分解率の推移と、２〜５回目の分解率の推移が異なることについて考察すると、２回目からは前回使用したときのコーク様物質（２回目の場合は１回目で付着したコーク）が触媒上に残っているので、触媒層１２の温度が上昇すれば早い時間帯においてコーク様物質の着火現象が起きており、そのため１回目のようにコーク様物質がある程度溜まって着火するのと比べて短い時間で着火し、また分解率が一度低下することもなかったと考えられる。
【００４０】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、触媒調製時において水素還元処理後に酸化処理を行うことにより、極めて微細な結晶粒子となった白金が触媒上に高分散するので、高活性な光触媒を得ることができる。またこの光触媒を例えば光源から光と熱とを光触媒に供給することのできる気体浄化装置に適用することにより、コーク様物質の着火現象が促進されて触媒活性が低下するのが抑えられるので、高い分解率で気体中の揮発性有機物を分解することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光触媒の製造方法に係る実施の形態を示す工程図である。
【図２】本発明の気体浄化装置に係る実施の形態を示す縦断面図である。
【図３】本発明の気体浄化装置に係る実施の形態を示す平面図である。
【図４】本発明の気体浄化装置の他の例を示す平面図である。
【図５】本発明の効果を確認するために行った実施例の結果を示す特性図である。
【図６】本発明の効果を確認するために行った実施例の結果を示す特性図である。
【図７】本発明の効果を確認するために行った実施例の結果を示す特性図である。
【符号の説明】
１０      筺体
１１      反応管
１２      触媒層
１４      ブラックライト
１５      フィルタ
１６      ファン
【図１】
2004255243.tif 000003
【図２】
2004255243.tif 000004
【図３】
2004255243.tif 000005
【図４】
2004255243.tif 000006
【図５】
2004255243.tif 000007
【図６】
2004255243.tif 000008
【図７】
2004255243.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成16年3月25日(2004.3.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
担体にチタニアと、熱触媒作用を有する金属と、を担持させて構成し
た光触媒の製造方法において、
チタニアを担持させた前記担体に、前記金属の化合物を担持させる金属担持工程と、
この金属担持工程で担体に担持した金属の化合物を第１の処理温度の加熱雰囲気で水素
還元する還元工程と、
この還元工程で還元せしめて得た金属を、第２の処理温度の加熱雰囲気で酸化する酸化
工程と、を含むことを特徴とする光触媒の製造方法。
【請求項２】
前記第２の処理温度は、前記第１の処理温度以下であることを特徴と
する請求項１記載の光触媒の製造方法。
【請求項３】
前記第２の処理温度は、３００℃〜６００℃であることを特徴とする
請求項１又は２記載の光触媒の製造方法。
【請求項４】
前記第２の処理温度は、５００℃〜６００℃であることを特徴とする
請求項３記載の光触媒の製造方法。
【請求項５】
還元工程の後に、不活性ガスの雰囲気下で担体の温度を第２の処理温
度に設定する温度調整工程を含むことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の
光触媒の製造方法。
【請求項６】
前記金属は、白金、ロジウム、ルテニウム、ニッケルの少なくとも一
つであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の光触媒の製造方法。
【請求項７】
白金の担持量は、光触媒の重量に対して０．０４重量％〜０．５重量
％であることを特徴とする請求項６記載の光触媒の製造方法。
【請求項８】
チタニアの担持量は、光触媒の重量に対して１０重量％以上であるこ
とを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の光触媒の製造方法。
【請求項９】
前記担体は、シリカビーズであることを特徴とする請求項１ないし８
のいずれかに記載の光触媒の製造方法。
【請求項１０】
前記金属担持工程の前に、担体にチタンテトライソプロポキシドと
イソプロピルアルコールとを含む第１の処理液を含浸させる工程と、
前記担体に含浸したチタンテトライソプロポキシドを加水分解させて担体にチタニアを
担持させる工程と、
チタニアが担持した担体を焼成する工程と、を含むことを特徴とする請求項１ないし９
のいずれかに記載の光触媒の製造方法。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれかに記載の光触媒の製造方法によって
製造されたことを特徴とする光触媒。
【請求項１２】
揮発性有機物を含む被処理気体を浄化処理するための気体浄化装置
において、
請求項１１に記載の光触媒が充填された反応器と、
この反応器内の光触媒に光を照射する光照射手段と、
前記被処理気体を光触媒に供給するための給排気手段と、を備え、
浄化処理時の光触媒の温度が１００℃〜２００℃であることを特徴とする気体浄化装置。
【請求項１３】
前記揮発性有機物は、アセトアルデヒド、ホルムアルデヒド、パラ
フィン炭化水素、オレフィン炭化水素、芳香族化合物の少なくとも一つであることを特徴
とする請求項１２記載の気体浄化装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
また前記金属は、例えば白金、ロジウム、ルテニウム、ニッケルの少なくとも一つであってもよい。更に白金の場合には、その担持量が例えば光触媒の重量に対して例えば０．０４重量％〜０．５重量％であってもよい。更にまた、チタニアの担持量は、光触媒の重量に対して例えば１０重量％以上であってもよい。更にまた、前記担体は、例えばシリカビーズであってもよい。更には、前記金属担持工程の前に、担体にチタンテトライソプロポキシドとイソプロピルアルコールとを混合してなる第１の処理液を含浸させる工程と、前記担体に含浸したチタンテトライソプロポキシドを加水分解させて担体にチタニアを担持させる工程と、チタニアが担持した担体を焼成する工程と、を含むようにしてもよい。