(57)【要約】【課題】  光触媒を工業的な排ガス処理や排水処理等に広く利用することができる複合材料を提供する。【解決手段】セラミック繊維の表面に光触媒を担持させた複合材料であって、セラミック繊維が、直径が１μｍ以上の基材繊維と直径が１μｍ以下のウィスカー繊維とが一体化してなる複合繊維から構成される。この複合材料を用いて触媒層を形成することにより、排ガスや排水の処理を、低い圧力損失と高い接触効率で行うことができる。また、セラミック繊維を使用するため、高温での処理が可能であると共に、耐久性に優れた触媒層とすることができる。従って、光触媒を工業的な排ガス処理や排水処理等に広く利用することができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック繊維の表面に光触媒を担持させた複合材料であって、前記セラミック繊維が、直径が１μｍ以上の基材繊維と直径が１μｍ以下のウィスカー繊維とが一体化してなる複合繊維であることを特徴とする複合材料。
【請求項２】
前記基材繊維がアルミニウム又は珪素を含むセラミック繊維である請求項１に記載の複合材料。
【請求項３】
前記ウィスカー繊維がアルミニウム又は珪素を含むセラミック繊維である請求項１又は２に記載の複合材料。
【請求項４】
前記複合材料が織物状である請求項１から３の何れかに記載の複合材料。
【請求項５】
前記複合材料が成型体である請求項１から３の何れかに記載の複合材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光触媒を担持させた複合材料に関し、特に、セラミック繊維に光触媒を担持させた複合材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
光触媒は、紫外線の照射により各種の有機物及び無機物を分解する機能を有するが、その処理能力が低いために、その用途は限られたものとなっている。例えば、車両や建築物の外表面に光触媒を塗布して表面の汚れを防止したり、比較的小さな規模での防臭処理や抗菌処理等である。
【０００３】
光触媒の工業的な利用方法としては、排ガス中に含まれる有害物質や悪臭物質の除去が検討されており、また、排水中の有機物質の除去についても検討されている。
【０００４】
例えば、光触媒を用いたガス処理装置の一例として、光触媒を担持した複数の織布等を触媒層とし、これに微量の揮発性有機化合物を含んだガスを接触させることにより、揮発性有機化合物を分解除去するように構成したガス処理装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−１８５２１９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のような構成のガス処理装置にあっては、ガスと触媒層との接触は、ガスの線速度で０．１ｍ／ｓ、ＳＶ値で６０ｈ-1程度であり、一般的な工業用装置として使用するには非常に効率の悪い装置である。従って、光触媒を工業的に利用するためには、これらの値を１０倍程度又はそれ以上に大きくする必要があり、このためには流体との接触効率に優れた触媒層とすることが必要である。
【０００６】
また、処理する流体の圧力損失が小さい触媒層とすることも必要である。さらに、排ガス処理や排水処理等において、除去する有害物質等が固体粒子である場合にも利用できることが望ましい。すなわち、流体中の固体粒子を光触媒層で濾過すると共に、除去した固体粒子を光触媒の作用によって分解除去することができれば、工業的な利用分野を一層拡大することが可能となる。
【０００７】
本発明は、流体との接触効率に優れると共に、処理流体の圧力損失が少ない触媒層を形成することができる光触媒を担持した複合材料を提供し、これにより光触媒を工業的な排ガス処理や排水処理等に広く利用することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記のような課題を解決するために、本発明の請求項１に係る複合材料は、セラミック繊維の表面に光触媒を担持させた複合材料であって、前記セラミック繊維が、直径が１μｍ以上の基材繊維と直径が１μｍ以下のウィスカー繊維とが一体化してなる複合繊維である手段を採用している。
【０００９】
また、本発明の請求項２に係る複合材料は、請求項１に記載の複合材料であって、前記基材繊維がアルミニウム又は珪素を含むセラミック繊維である手段を採用している。
【００１０】
さらに、本発明の請求項３に係る複合材料は、請求項１又は２に記載の複合材料であって、前記ウィスカー繊維がアルミニウム又は珪素を含むセラミック繊維である手段を採用している。
【００１１】
さらに、本発明の請求項４に係る複合材料は、請求項１から３の何れかに記載の複合材料であって、前記複合材料が織物状である手段を採用している。
【００１２】
さらに、本発明の請求項５に係る複合材料は、請求項１から３の何れかに記載の複合材料であって、前記複合材料が成型体である手段を採用している。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、前記のように構成して、セラミック繊維に光触媒を担持させた複合材料としたことにより、この複合材料を用いて触媒層を形成することにより、排ガスや排水の処理を、低い圧力損失と高い接触効率で行うことができる。また、セラミック繊維を使用するため、高温での処理が可能であると共に、耐久性に優れた触媒層とすることができる。従って、光触媒を工業的な排ガス処理や排水処理等に広く利用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
本発明の複合材料は、セラミック繊維に光触媒を担持させたものであり、触媒の担体となるセラミック繊維として、直径が１μｍ以上の基材繊維と直径が１μｍ以下のウィスカー繊維とが一体化した複合繊維を用いることを特徴としている。複合繊維の一例を図１に示す。
【００１５】
この複合繊維からなる織物、成型体等は、大きな比表面積を備えると共に、大きな開気孔率と小さな開気孔径を同時に備えることが可能となる。例えば、図１に示す複合材料では、基材繊維の比表面積が０．２１ｍ2／ｇであるのに対して、複合材料の比表面積は２．３ｍ2／ｇであり、約１０倍の値となっている。このため、本発明の複合材料は、流体の処理において高い接触効率を得ることができる。
【００１６】
また、複合繊維からなる織布又は成型体の開気孔は、直径が１μｍ以下のウィスカーで構成されることになり、流体が通過できるウィスカー間の隙間は、１０μｍ以下とすることが可能である。従って、流体が通過できる個々の開気孔径は非常に小さいが、流通断面全体の開気孔率は非常に大きくすることができる。このため、本発明の複合材料は、流体の処理において低い圧力損失で行うことができる。
【００１７】
本発明で使用する基材繊維は、セラミックであれば特に限定されないが、アルミナ、アルミナ−シリカ、アルミナ−シリカ−ボリア、又は炭化珪素質繊維（チラノ繊維（登録商標；宇部興産株式会社）、ニカロン（登録商標；日本カーボン株式会社）等が好ましい。すなわち、構成元素としてＡｌ又は／及びＳｉを含むものが好ましい。また、ウィスカー繊維も特に限定されないが、アルミナ、アルミナ−シリカ、又は炭化珪素が好ましい。すなわち、構成元素としてＡｌ又は／及びＳｉを含むものが好ましい。
【００１８】
本発明の複合繊維は、基材繊維にウィスカー繊維を形成して一体化したものである。ウィスカー繊維の形成は、基材繊維の繊維束を対象として行うことができる他、基材繊維を素材とする糸、織物、編み物に対しても行うことができる。また、これらの繊維束、糸、織物、編み物を素材として形成した成型体に対しても、同様に行うことができる。従って、得られる複合繊維の形態としては、繊維束、糸、織物、編み物又は成型体とすることができる。
【００１９】
ウィスカー繊維を形成する方法は、特に限定されないが、例えば、アルミナウィスカーの場合には、酸化物セラミックからなる容器中に基材繊維とアルミナ粉末を入れ、ＡＩＦ3を介在させた酸化雰囲気で、１１００℃付近で０．５〜３時間程度保持することにより形成することができる。また、アルミナ−シリカウィスカーの場合は、アルミナ粉末の代わりにアルミナ−シリカの粉末を用いて、同様な処理により形成することができる。
【００２０】
このようなウィスカー繊維の形成方法においては、ウィスカーの最先端部分が成長点となって、処理時間と共に長く成長する特徴がある。従って、得られる複合繊維に光触媒を担持させた場合には、この最先端部分が、特に高い触媒活性を備えることになる。また、この方法において形成されるウィスカーは、その誘電率を４〜１００の範囲とすることが可能であり、電気絶縁性に優れると共に、放電を用いた励起による光触媒の活性化に最適な材料とすることができる。
【００２１】
本発明に用いる光触媒としては、酸化チタン（ＴｉＯ2）、酸化チタンストロンチウム（ＳｒＴｉＯ3）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）等、種々の半導体物質を用いることができるが、化学的に安定で安全性の高い酸化チタンが特に好ましい。これらの光触媒は、短波長の光（３８０ｎｍ以下）を受けることによって励起状態となり、空気中の酸素から原子状の酸素を発生させるので、強い酸化力を示すものである。
【００２２】
光触媒は、塗料に類似した液体状（ゾル状）で市販されている。従って、複合繊維に光触媒を担持させる方法としては、ディッピング、スプレー、刷毛塗り、インクジェット等の方法を採用することが可能であり、光触媒の種類や複合繊維の形態などによって適宜選択することができる。
【００２３】
本発明の複合材料は、基材繊維とウィスカー繊維とが一体化した複合繊維に光触媒を担持させたものである。従って、本発明の複合材料の形態としては、繊維束、糸、織物、編み物等のフレキシビリティーに富んだ形態とすることが可能であり、或いは、任意の形状を持つ成型体とすることも可能である。従って、工業的な排ガス処理や排水処理において、光触媒を利用した処理を広く行うことができる。
【実施例】
【００２４】
（１）実施例１
複合繊維の製造
基材繊維として、組成がアルミナ７０質量％−シリカ３０質量％のアルミナ−シリカ繊維クロス（（株）ニチビ製  アルミナ−シリカ繊維２６２６Ｐ）を用意し、これを大気雰囲気中において、８００℃で５時間加熱して脱脂した。
【００２５】
一方、ウィスカー繊維を形成するための原料を次の方法で作成した。
１）硝酸アルミニウム９水和物１０１重量部に無水エタノール３３０重量部を加えて溶解した。
２）これにテトラエトキシシラン２１重量部と、フッ化アルミニウム２．５重量部とを添加して、窒素気流中で１時間撹拌した後、アンモニア水溶液１０ｍｌを加えて加水分解した。
３）さらに、減圧してエタノールを除去した後、３００℃で乾燥し、粉末化したものを得た。
４）この粉末を先の脱脂済みクロスに０．０７６ｇ／ｃｍ2の量で塗布し、密閉容器の中において、１２００℃で２時間焼成することにより複合繊維とした。得られた、複合繊維のＳＥＭ顕微鏡写真を、図１に示す。
基材繊維の比表面積が０．２１ｍ2／ｇであるのに対して、複合繊維の比表面積は２．３ｍ2／ｇであり、約１０倍の値となっていた。
【００２６】
複合材料の製造
得られた複合繊維（クロス）を１００ｃｍ2の大きさに切り取り、これを酸化チタン前駆体溶液（三井鉱山（株）販売「ミラクルチタン」）に浸漬後、乾燥し、５００℃にて焼成することにより、複合繊維の表面に光触媒を担持させた複合材料を得た。
【００２７】
ガス処理試験
図２に示すように、紫外線ランプ（東芝ブラックライト１０Ｗ、２本）、及び撹拌用のファンを備えたガラス容器（３０リットル）を用意し、上記の複合材料を入れて密閉後、アセトアルデヒドを所定量注入し、紫外線照射とファンによる撹拌をしながら、アセトアルデヒドの濃度変化を測定した。図３にアセトアルデヒドが時間とともに減少してゆく様子を示す。
【００２８】
（２）比較例１
実施例１で用いたアルミナ−シリカ繊維クロスにウィスカーを形成することなく、そのまま実施例１と同様にして光触媒を担持させ、実施例１と同様のガス処理試験を行った。その結果を図３に示す。図３に示される実施例と比較例の結果から、明らかに本発明の複合材料の方が優れたガス処理性能を有している。
【００２９】
（３）実施例２
内径１５０ｍｍのガラス管内に、実施例１と同様の方法で作製した複合材料を円筒状（内径８０ｍｍ、長さ３５０ｍｍ）にして挿入し、さらにその内部に実施例１と同じ紫外線ランプを設けて密閉し、ガス処理用の反応器とした。この反応器にトルエン濃度１００ｐｐｍを含む空気を連続的に流通し、トルエンの除去率とＳＶ値との関係を測定した。ここで、ＳＶ値は流通ガス量（ｍ3／ｈ）を反応器体積（ｍ3）で除去した値である。測定結果を図４に示す。
【００３０】
（４）比較例２
実施例１で用いたアルミナ−シリカ繊維クロスにウィスカーを形成することなく、そのまま実施例１と同様にして光触媒を担持させ、実施例２と同様のガス処理試験を行った。その結果を図４に示す。図４に示される実施例と比較例の結果から、明らかに本発明の複合材料の方が優れたガス処理性能を有している。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明による複合材料の複合繊維の一例を示したＳＥＭ顕微鏡写真図である。
【図２】ガス処理試験装置の概略図である。
【図３】実施例１及び比較例１のガス処理試験の結果を示した説明図であって、アセトアルデヒドの濃度変化を示した説明図である。
【図４】実施例２及び比較例２のガス処理試験の結果を示した説明図であって、トルエンの除去率とＳＶ値との関係を示した説明図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  ガス処理試験装置
２  ガラスボックス
３  アセトアルデヒド注入及びガスサンプリング口
４  ファン
５  紫外線ランプ
１０  複合材料
【図１】
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【図２】
2005211830.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005211830.tif 000006