(57)【要約】【課題】ガス状の有害物質の無害化処理に用いられたとき、有害物質に対する分解性能にすぐれしかも圧力損失の少ない光触媒ロ材を提供する。【解決手段】金属製または無機物質製網状体の基材表面に被覆膜状物と微粒子状物との複合体の形態を有する光触媒を担持せしめた光触媒ロ材。この光触媒ロ材は、テトラアルコキシチタンを加水分解して得られたゾル溶液中にアナターゼ型酸化チタン微粒子を添加し、この原料液を金属製または無機物質製網状体に塗布し、乾燥させた後、３００〜８００℃の熱処理温度で熱処理することによって製造され、ゾル溶液中に添加されるアナターゼ型酸化チタン微粒子は、テトラアルコキシチタンを加水分解して得られたゾル溶液を４００〜５８０℃の熱処理温度で熱処理して、結晶子径を３０〜１００ｎｍに調整した微粒子状物が用いられる。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製または無機物質製網状体の基材表面に被覆膜状物と微粒子状物との複合体の形態を有する光触媒を担持せしめてなる光触媒ロ材。
【請求項２】
空間率が２５〜７０％の網状体が用いられた請求項１記載の光触媒ロ材。
【請求項３】
光触媒がアナターゼ型酸化チタンである請求項１記載の光触媒ロ材。
【請求項４】
厚さ０．０３μｍ以上の被覆膜状物を形成させた請求項１または３記載の光触媒ロ材。
【請求項５】
結晶子径が３０〜１００ｎｍの微粒子状物が担持された請求項１または３記載の光触媒ロ材。
【請求項６】
被覆膜状物と微粒子状物の合計量中微粒子状物が３０〜９５重量％の割合で用いられた請求項１、４または５記載の光触媒ロ材。
【請求項７】
基材１ｇ当り０．３〜２０ｍｇの光触媒を担持させた請求項１、４、５または６記載の光触媒ロ材。
【請求項８】
テトラアルコキシチタンを加水分解して得られたゾル溶液中にアナターゼ型酸化チタン微粒子を添加し、この原料液を金属製または無機物質製網状体に塗布し、乾燥させた後、３００〜８００℃の熱処理温度で熱処理することを特徴とする請求項１記載の光触媒ロ材の製造法。
【請求項９】
テトラアルコキシチタンを加水分解して得られたゾル溶液を４００〜５８０℃の熱処理温度で熱処理して、結晶子径を３０〜１００ｎｍに調整した微粒子状物がアナタ−ゼ型酸化チタン微粒子として用いられる請求項８記載の光触媒ロ材の製造法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光触媒ロ材およびその製造法に関する。更に詳しくは、空気清浄や排ガス処理などに好適に用いられる光触媒ロ材およびその製造法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
水質、大気、土壌の汚染などの環境問題は年々重要視されてきており、例えば大気に関しては、工場および自動車からの排ガス、その他ＶＯＣ等の有害物質の無害化が強く望まれている。酸化チタンを代表とする光触媒により、これらの有害物質を分解する方法は、薬品等を用いないためクリーンな方法であり、また太陽光などの光エネルギーが利用可能なため、現在注目されている環境浄化方法である。
【０００３】
ガス状の有害物質の無害化処理については、処理量あるいは処理速度の大幅な向上が求められるため、処理装置が大型化している。このため、処理装置に用いる光触媒ロ材に対しては、高分解性能でかつ低圧力損失であることが要求される。
【０００４】
特開平１１−２１６３６５号公報に記載されている光触媒装置では、畳織などの目開きの非常に小さい基材上に金属微粒子等を焼付け、高表面積化した光触媒ロ材が用いられており、光触媒表面積が大きいため有害物質の分解性能は高いが、圧力損失が非常に大きくなり実用性に欠けるものとなっている。
【０００５】
特開２０００−２１０５３４号公報に記載されている光触媒脱臭フィルターでは、目の粗い三次元網目構造体の基材に酸化チタン粉末等を粘土バインダー等の無機バインダーで固定化しており、この場合圧力損失は低いものの、光触媒の分解性能は十分ではないという問題がある。この原因としては、固定化剤である粘土バインダーによって酸化チタン粉末の表面が部分的に被覆されるため、つまり光触媒活性面の一部が作用しないため、本来の分解性能が発揮できないことが考えられる。
【０００６】
こうした問題に対して、特開平５−３０９２６７号公報記載の如く、光触媒粉末の固定化材として同じく光触媒である金属酸化物ゾルを用いることが提案されている。この場合には、固定化材も光触媒活性を有するため前述の如き問題は解決されるものの、各種空調機器、空気清浄器、排ガス処理装置などに対しては、さらなる有害物質分解性能の向上が求められている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、ガス状の有害物質の無害化処理に用いられたとき、有害物質に対する分解性能にすぐれしかも圧力損失の少ない光触媒ロ材を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
かかる本発明の目的は、金属製または無機物質製網状体の基材表面に被覆膜状物と微粒子状物との複合体の形態を有する光触媒を担持せしめた光触媒ロ材によって達成される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
金属製網状体としては、耐熱性、耐湿性および耐紫外線性を有する金属または無機物質、例えばステンレス鋼、チタン合金、銅合金、アルミニウム合金、各種セラミックス、ガラス等の網状体を形成し得るものが用いられる。これらの網状体は、平織、綾織等であって、その空間率が２５〜７０％、好ましくは３０〜６５％のものが用いられる。これ以下の空間率のものを用いると圧力損失が大きくなりすぎ、一方これ以上の空間率のものを用いると、実質的な光触媒量が少なくなるため分解性能が低下するようになる。ここで、空間率とは、メッシュの目開きをａ、線径をｂとしたとき、ａ２／（ａ＋ｂ）２×１００で表わされる数値である。
【００１０】
光触媒である酸化チタンとしては、好ましくはアナターゼ型酸化チタンが用いられる。酸化チタンの結晶構造としては、アナターゼ型、ルチル型、ブルツカイト型があり、結晶化温度が低い場合には、アナターゼ型酸化チタンが形成され、高い場合にはルチル型の酸化チタンが形成される。このうち、結晶構造がルチル型に転移しない程度に結晶構造を高めたアナターゼ型酸化チタンは、特に高い触媒活性を有する。
【００１１】
アナターゼ型酸化チタンからなる光触媒は、スパッタリング法などの気相法またはゾルゲル法などの液相法によっても作製されるが、コストおよび作業性の点からは、テトライソプロポキシチタン等のテトラアルコキシチタンを加水分解して得られるゾル溶液を用いるゾルゲル法が有利である。さらに光触媒の分解性能を高めるために、銀、ニッケル、白金、パラジウム、銅等の触媒作用を有する金属を酸化チタン表面に析出させた触媒を用いることもできる。
【００１２】
光触媒は、被覆膜状物および微粒子状物の複合体の形態で基材上に形成される。この光触媒の形成には、上述のゾルゲル法などの金属酸化物膜の形成法が利用される。例えば、ゾル液中に予めアナターゼ型酸化チタンの微粒子を分散させたものを原料液として用い、被覆膜状物と微粒子状物とを同時に形成することが可能である。
【００１３】
より具体的には、テトラアルコキシチタンを加水分解して得られたゾル溶液中にアナターゼ型酸化チタン微粒子を添加し、この原料液を金属製または無機物質製網状体に塗布し、乾燥させた後、３００〜８００℃の熱処理温度で約０．５〜５時間程度熱処理することによって光触媒ロ材が製造される。
【００１４】
この内、微粒子状物については、アナターゼ型酸化チタンの結晶子径が３０〜１００ｎｍ、好ましくは３５〜９０ｎｍであるものが用いられることが好ましい。これ以下の結晶子径のものは、酸化チタン粒子の結晶性が低く、光触媒活性も低いため、有害物質の分解速度が遅くなる傾向がみられる。また、これ以上の結晶子径のものは、光触媒活性は高いものの、酸化チタンの粒子径が大きくなって比表面積が減少するため、有害物質の吸着量もその分だけ小さくなり、有害物質の分解速度を遅らせることになる。
【００１５】
なお、アナターゼ型酸化チタン微粒子の結晶子径を調節する方法としては、原料ゾル溶液乾燥後の大気中での熱処理温度を選択する方法などが用いられ、熱処理温度が低い程結晶子径は小さくなり、高い程結晶子径は大きくなる傾向がみられ、一般には約３００〜６００℃の熱処理温度のものが用いられるが、結晶子径を３０〜１００ｎｍとするためには約４００〜５８０℃に熱処理温度で約０．５〜５時間程度熱処理したものが用いられる。
【００１６】
また、被覆膜状物部分は、その厚さが０．０３μｍ以上、一般には、０．０３〜５μｍ、好ましくは０．０５〜１μｍに設定される。これ以下の厚さのものでは所望の分解性能が得られず、一方これ以上厚くしても分解性能の向上には寄与しない。また、基材１ｇ当りの光触媒の担持量（被覆膜状物と微粒子状物との合計量）が０．３ｍｇよりも少ないが、あるいは光触媒中の微粒子状物の含有量が３０重量％以下であると所望の分解性能が得られない。一方、基材１ｇ当りの光触媒の担持量が２０ｍｇよりも多いか、あるいは光触媒中の微粒子状物の含有量が９５重量％をこえると微粒子の脱落が多くみられるようになる。
【００１７】
このようにして得られる光触媒ロ材は、このロ材に対し光源として主放射波長２５４ｎｍの殺菌灯で照射するような構成とすることで、有害物質の処理装置に用いられる。この場合、光源に殺菌灯を使用しているため、光触媒ロ材による分解作用に加えて、殺菌灯の短波長紫外線による殺菌効果も期待できる。
【００１８】
【発明の効果】
本発明に係る光触媒ロ材は、被覆膜状物および微粒子状物が複合した形態を有し、特に微粒子状物であるアナターゼ型酸化チタンの結晶子径を規定した光触媒を、空間率の高い網状体の基材上に形成させた光触媒ロ材とすることで、有害物質に対し高い分解性能を有しかつ圧力損失を低くすることを可能としている。
【００１９】
かかる本発明の光触媒ロ材は、自動車、ビル、住宅等における空調機器用、空気清浄用、排ガス処理装置用などのロ材として有効に使用することができ、また気相用のみではなく、水処理等の液相用としても使用することができる。
【００２０】
【実施例】
次に、実施例について本発明を説明する。
【００２１】
実施例
チタンテトライソプロポキシド１６ｇを２−メトキシエタノール（エチレングリコールモノメチルエーテル）７８ｇに溶解させた溶液と１Ｎ塩酸２ｇを２−メトキシエタノール４８ｇに溶解させた溶液を混合し、４時間攪拌混合してゾル溶液を調製した。
【００２２】
このゾル溶液２５ｍｌに酸化チタン粉末Ａ約８００ｍｇを分散させて原料液とした。この酸化チタン粉末Ａは、上記ゾル溶液を５０℃で乾燥した後、５５０℃の大気中で１時間熱処理することにより調製されたものであり、６０ｎｍの結晶子径（Ｘ線回折法により（１０１）面の回折ピークの半値幅から求めた。なお、Ｘ線はモノクロメーターにより単色化した。）を有する。
【００２３】
この原料液を脱脂した金属メッシュ基材（ＳＵＳ単線平織；縦目開き０．３６ｍｍ、横目開き０．６３ｍｍ、空間率４０％）上にディップ法により光触媒前駆体層を形成させ、４００℃の大気中で１時間熱処理することにより、アナターゼ型酸化チタンよりなる光触媒が被覆膜状物と微粒子状物との複合形態を有する光触媒ロ材を得た。このロ材の被覆膜厚さは０．０４μｍ、光触媒の担持量は７ｍｇ／ｇ基材、微粒子状物含有量は９０重量％であった。
【００２４】
得られたロ材について図１に示されるロ材評価用反応器１を用い、アセトアルデヒドの除去率の測定を行った。ガス反応器１には、ガラス製反応器２の管軸と垂直になるように光触媒ロ材３がスペーサ４，４を介して取り付けられ、ガス導入口５からみて光触媒ロ材３の後方に、これと平行に石英製ランプ保護管６で保護された殺菌灯光源７が設置されている。なお、符号８はガス排出口、符号９は反応器接続部である。
【００２５】
このように構成されるロ材評価用反応器を用い、相対湿度５０％（２５℃）に加湿した１ｐｐｍの空気希釈アセトアルデヒドを０．３Ｌ／分のロ過速度で殺菌灯照射（出力３．６Ｗ）下の光触媒ロ材を通過させると、ロ材下流におけるアセトアルデヒドの除去率（ガスクロマトグラフィーによる）は７５％であった。また、ロ材への面風圧０．７ｍ／秒での圧力損失は３Ｐａであった。
【００２６】
比較例１
実施例１において、金属メッシュ基材上に光触媒の被覆膜状物のみを形成させた光触媒ロ材を得、これについてアセトアルデヒドの分解性能試験を行うと、ロ材下流におけるアセトアルデヒド除去率は５７％で、圧力損失は３Ｐａであった。
【００２７】
比較例２
実施例１において、酸化チタン粉末Ａの代りにゾル溶液乾燥後３００℃の大気中で１時間熱処理して得られた酸化チタンＢ（結晶子径２２ｎｍ）を用いた光触媒ロ材（被覆膜厚さ０．０５μｍ、光触媒担持量７ｍｇ／ｇ基材、微粒子状物含有量９０重量％）についてアセトアルデヒドの分解性能試験を行うと、ロ材下流におけるアセトアルデヒドの除去率は６５％で、圧力損失は３Ｐａであった。
【００２８】
比較例３
実施例１において、酸化チタン粉末Ａの代りにゾル溶液乾燥後６００℃の大気中で１時間熱処理して得られた酸化チタンＣ（結晶子径１３６ｎｍ）を用いた光触媒ロ材（被覆膜厚さ０．０５μｍ、光触媒担持量７ｍｇ／ｇ基材、微粒子状物含有量９０重量％）についてアセトアルデヒドの分解性能試験を行うと、ロ材下流におけるアセトアルデヒドの除去率は６３％で、圧力損失は３Ｐａであった。
【図面の簡単な説明】
【図１】光触媒ロ材のロ材評価用反応器の断面図である。
【符号の説明】
３          光触媒ロ材
７          光源
【図１】
2004160359.tif 000002