(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光触媒微粒子と充填補強材とからなり、有機バインダーを含まない粉体を圧縮成型してなる光触媒顆粒体であって、
前記光触媒顆粒体は、錠剤成型器を用いて前記粉体を圧縮する成形工程と、成型された光触媒顆粒体を前記錠剤成型器から取り出す脱型工程とからなる圧縮成型工程を経て得られ、その後その他の工程を経ずに得られるものであり、光触媒微粒子をそのままの形状で含み、かつ多孔質であることを特徴とする光触媒顆粒体。
【請求項２】
充填補強材が天然鉱物を含む無機材料からなり、その形態が粉末、ウィスカー、無機繊維のうちの少なくとも１つを含むものである請求項１に記載の光触媒顆粒体。
【請求項３】
充填補強材がタルクである請求項２に記載の光触媒顆粒体。
【請求項４】
表面が凹凸形状を有する請求項１ないし３のいずれかに記載の光触媒顆粒体。
【請求項５】
光触媒微粒子と充填補強材とからなり、有機バインダーを含まない粉体を混合し、これを圧縮成型する光触媒顆粒体の製造方法であって、
前記圧縮成型は、錠剤成型器を用いて前記粉体を、温度０〜５０℃、圧力１０００〜１００００Ｋｇ／ｃｍ２、加圧時間０．０１〜１０秒の条件で圧縮する成形工程と、成型された光触媒顆粒体を前記錠剤成型器から取り出す脱型工程とからなり、
前記圧縮成型の後はその他の工程を行わないことを特徴とする光触媒顆粒体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光エネルギーを利用して有機物を分解する光触媒顆粒体およびその製造方法に関し、詳しくは光触媒微粒子の持つ大きな表面積、高い光活性を維持したまま、光効率が良く、耐久性に優れ、かつ、取り扱いが容易で固形物上に固定することができる光触媒顆粒体およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光触媒反応は光触媒の存在下、光エネルギーを利用して有機物を分解する反応である。この反応は、太陽光や蛍光灯、白熱灯等の室内照明から発せられる光に含まれる紫外線を利用して有害な有機物を分解する技術として、水や空気の浄化や建材、タイル等の建築材料への応用等広く研究されている。
【０００３】
光触媒としては一般に二酸化チタンが用いられ、有害有機物の存在下、二酸化チタンに紫外線を照射することによって、有機物は分解され、無害化される。二酸化チタンの原料としては二酸化チタンの微粒子や、金属チタンのアルコキシド溶液等が利用されてきた。
二酸化チタン微粒子を使用する場合には、二酸化チタン微粒子をそのまま用いる方法、バインダー等で固形物上に固定して用いる方法、塗料や水和物等に混合した後、固形物上に塗布、乾燥し、固定化して用いる方法等がある。金属チタンのアルコキシド溶液を使用する場合には、固形物上に塗布した後、乾燥、焼成して二酸化チタン薄膜を生成させて使用する、いわゆるゾルゲル法等がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、二酸化チタン微粒子をそのまま用いる場合には、表面積が大きく光活性が高いという長所があるが、一方、微粒子であるために回収困難であり、また、飛散あるいは分散した場合には紫外線を散乱してしまい、受光効率が悪いという問題もある。
バインダー等で固形物上に固定して使用する場合には、微粒子がバインダーに埋没してしまうため、有効な表面積が低下し、その結果、有機物の分解効率が低下してしまうという問題がある。また、バインダー自身が分解するため、有機バインダーは使用できない。
金属チタンのアルコキシド溶液から、ゾルゲル法によって固形物上に薄膜を生成させて使用する場合には、固形物の形態にほとんど影響を与えず、また、わずかな隙間にも膜を形成できるという長所があるが、調製条件の制御が困難である。さらに、薄膜であるために、二酸化チタンの微粒子よりも有機物との接触面積が小さくなるため分解効率が低い、耐久性が低い等の問題がある。
【０００５】
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、光触媒微粒子の大きな表面積、高い光活性を維持したまま、耐久性に優れ、かつ、取り扱いが容易で固形物上に固定することができる光触媒顆粒体を得ることを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明にあっては、光触媒微粒子と充填補強材とからなり、有機バインダーを含まない粉体を圧縮成型してなる光触媒顆粒体であって、前記光触媒顆粒体は、錠剤成型器を用いて前記粉体を圧縮する成形工程と、成型された光触媒顆粒体を前記錠剤成型器から取り出す脱型工程とからなる圧縮成型工程を経て得られ、その後その他の工程を経ずに得られるものであり、光触媒微粒子をそのままの形状で含み、かつ多孔質であることを特徴とする光触媒顆粒体によって解決される。
また、充填補強材には、天然鉱物を含む無機材料からなり、その形態が粉末、ウィスカー、無機繊維のうちの少なくとも１つを含むものであることが好ましく、なかでもタルクが特に好ましい。
更に、光触媒顆粒体には、その表面に凹凸形状があることが好ましい。
【０００７】
請求項５の発明にあっては、光触媒微粒子と充填補強材とからなり、有機バインダーを含まない粉体を混合し、これを圧縮成型する光触媒顆粒体の製造方法であって、前記圧縮成型は、錠剤成型器を用いて前記粉体を、温度０〜５０℃、圧力１０００〜１００００Ｋｇ／ｃｍ２、加圧時間０．０１〜１０秒の条件で圧縮する成形工程と、成型された光触媒顆粒体を前記錠剤成型器から取り出す脱型工程とからなり、前記圧縮成型の後はその他の工程を行わないことを特徴とする光触媒顆粒体の製造方法によって解決される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳しく説明する。
図１は、本発明の光触媒顆粒体の一形態を示す断面図である。この光触媒顆粒体１は光触媒微粒子２と充填補強材３を含む粉体を圧縮成型してなるものである。
本発明で用いられる光触媒微粒子２は、光触媒反応を行うことができるものであれば特に制限はないが、通常、二酸化チタン、酸化亜鉛、セレン化カドミウム、ガリウムヒ素、チタン酸ストロンチウム等の公知の光触媒からなる微粒子であり、好ましくは二酸化チタン微粒子である。さらに好ましくは平均粒径が５〜３００ｎｍで、粒度分布が３〜５００ｎｍである二酸化チタン微粒子である。これは、粒径が３ｎｍより小さいと圧縮成型時にかさ減りが大きくなり、形状保持が難しくなるためである。また、５００ｎｍを越えると二酸化チタン粒子の表面積が小さくなり、光活性が低下するためである。
【０００９】
このような光触媒微粒子２は、光触媒顆粒体１中において微粒子の形状を保持し、そのままの形状で含まれている。そのためこれら微粒子間にには微細な空隙が存在し、本発明の光触媒顆粒体１は多孔質となり、大きな表面積を有するものとなる。
光触媒顆粒体１の空隙率は、通常、４０〜７０％、好ましくは５０〜６０％であり、表面積は通常、１０〜１０００ｃｍ２／ｇ、好ましくは５００〜１０００ｃｍ２／ｇである。
【００１０】
本発明で用いられる充填補強材３は、圧縮成型する際に光触媒微粒子２に添加されることによって、光触媒顆粒体１を錠剤成型器より取り出し易くしたり、割れにくくしたりして、耐久性を向上させるためのものである。このような充填補強材３は、通常、カオリンクレー、クラストナイト、タルク、ネフェリンシナイト、マイカ等の天然鉱物を含む無機材料、または珪酸マグネシウム、珪酸アルミニウム、珪酸カルシウム、炭酸カルシウム、石灰、アルミナなどであって、その物質の形態が粉末、ウィスカー、無機繊維のうち少なくとも１つを含む形態である。好ましくは、安価で入手しやすいため珪酸マグネシウムの粉末が用いられ、特に好ましくはタルクが用いられる。これは、タルクは潤滑性に優れているため、これを用いた光触媒顆粒体１は錠剤成型器より取り出しやすく、賦型性が良好で、形状保持強度が高いため、欠けが少ないものとなる。また、充填補強材３の大きさは特に制限はないが、粉末の場合は平均粒径が通常、０．１〜１００μｍであり、ウィスカーの場合は通常、０．１〜５０μｍの長さであり、無機繊維の場合は通常、１０〜１００μｍの長さである。
【００１１】
これら充填補強材３は、一種単独または二種以上を混合して用いることができ、混合して用いる場合、その混合割合は任意に選択することができる。光触媒顆粒体１中の充填補強材３の含有率については特に制限はないが、通常、１〜６０重量％であり、補強と潤滑性の観点から好ましくは２０〜４０重量％である。これは、１重量％より小さいと充填補強材の添加効果が現われないためであり、６０重量％を越えると相対的に光触媒微粒子の含有率が低くなり、単位重量あたりの光活性が低下するためである。
【００１２】
光触媒微粒子２と充填補強材３を含む粉体を圧縮成型する場合には吸着機能剤４を添加することができる。本発明で用いられる吸着機能剤４は、有機物を吸着する機能を持ち、光触媒微粒子２と充填補強材３を含む粉体を圧縮成型する際に添加されることによって、有機物を光触媒微粒子２の近傍に保持し、有機物の分解効率を向上させるためのものである。このような吸着機能剤４は、有機物を吸着する物質であれば特に制限はないが、通常、無機多孔質体が用いられ、好ましくは活性炭、ゼオライト、シリカゲルが用いられる。また、吸着機能剤４の大きさは特に制限はないが、平均粒径が通常１０〜１００μｍのものが用いられる。
【００１３】
これら吸着機能剤４は、一種単独または二種以上を混合して用いることができ、混合して用いる場合、その混合割合は任意に選択することができる。光触媒顆粒体１中の吸着機能剤４の含有率については特に制限はないが、通常０〜２０重量％であり、好ましくは５〜１０重量％である。
【００１４】
次に、光触媒顆粒体１の製造方法について説明する。
図２（ａ）（ｂ）は本発明の光触媒顆粒体１を製造する際の圧縮成型の工程を示すものであり、光触媒微粒子２と充填補強材３を含む粉体混合物８を上杵５、下杵６と臼７からなる錠剤成型器を用いて圧縮する成型工程（図２（ａ））と、成型された光触媒顆粒体１を錠剤成型器から取り出す脱型工程（図２（ｂ））からなる。
具体的には、成型工程（図２（ａ））は、光触媒微粒子２と充填補強材３を含む粉体を、粉体混合機によって充分混合し、得られた粉体混合物８を錠剤成型器の臼７の中に投入し、上部から上杵５、下部から下杵６を用いて挟み込み、上杵５を一定時間加圧して、粉体混合物８が錠剤状に成型されることからなる。
脱型工程（図２（ｂ））は、成型工程（図２（ａ））によって成型された光触媒顆粒体１が、上杵５と下杵６が上昇し、下杵６によって持ち上げられて臼７の上部から外部に出て、その後、水平方向からの力を受け、錠剤成型器から取り外されることからなる。以上の２工程を繰り返し行うことによって、本発明の光触媒顆粒体１が連続的に製造される。
なお、前記圧縮成型の後はその他の工程を行わない。
【００１５】
圧縮成型は、通常、大気中、真空中または不活性ガス中で行われ、好ましくは真空中で行われる。圧縮成型の際の雰囲気の温度は、通常、０〜５０℃、好ましくは２０〜３０℃で行われる。
圧縮成型の圧力の大きさは、通常、１０００〜１００００ｋｇ／ｃｍ２、好ましくは２０００〜５０００ｋｇ／ｃｍ２である。これは、１０００ｋｇ／ｃｍ２未満では、成型された光触媒顆粒体は割れやすく、耐久性が充分でなく、連続的に製造することが難しいためである。また、１００００ｋｇ／ｃｍ２を超えると、上杵５、下杵６、臼７への付着等により、光触媒顆粒体が割れ易くなるためである。
加圧時間は、通常、０．０１〜１０秒、好ましくは０．１〜１秒である。これは、０．０１秒未満では光触媒顆粒体内の空気が十分に抜けず、顆粒体としての強度が弱くなり割れやすくなるためである。１０秒を超えると生産性が悪くなり好ましくない。
このような条件で圧縮成型を行うことによって、割れにくく、耐久性に優れた光触媒顆粒体１が連続的に得られる。
【００１６】
得られた光触媒顆粒体１の表面形状については、特に制限はないが、凹凸形状を有してもよい。凹凸形状は光触媒顆粒体１の表面積を大きくし、有機物の分解効率を向上させるためのものであって、通常エンボス、レリーフ等の形状である。このような凹凸形状は、エンボス、レリーフ等の模様をほどこした上杵５や下杵６を錠剤成型器に装着して粉体を圧縮成型したり、得られた光触媒顆粒体１の表面に機械加工、サンドブラスト処理等をほどこしたりすることによって形成することができる。
【００１７】
光触媒顆粒体１の大きさは、扱いやすい大きさであれば特に制限はないが、通常、最大長さが１〜２０ｍｍ、最小長さが０．５〜５ｍｍであり、好ましくは最大長さが５〜１０ｍｍ、最小長さが１〜３ｍｍである。
【００１８】
このようにして得られた光触媒顆粒体１は、光触媒微粒子２をそのままの形状で含んでいるために高い表面積、高い光活性を有し、また、顆粒状であるために、光効率に優れ、かつ、取り扱いが容易で固形物上に固定することができるものである。また、充填補強材３を含んでいるために耐久性に優れており、連続的に製造することができる。
【００１９】
【実施例】
以下、本発明を実施例をあげて詳しく説明する。
【００２０】
実施例１
図１に示す光触媒顆粒体１を次のようにして製造した。
光触媒微粒子２として平均粒径が７ｎｍ、粒度分布が５〜２０ｎｍである二酸化チタン微粉末６７部、充填補強材３として平均粒径が１００μｍであるタルク３３部を粉体混合機で充分混合した。得られた粉体混合物８を、図２に示すように菊水製作所製の錠剤成型器の直径５ｍｍの円形の臼７に投入し、上部から上杵５、下部から下杵６を用いて挟み込み、大気中で上杵５を４０００ｋｇ／ｃｍ2 の力で０．２５秒間加圧した。その後、下杵６は上昇し、成型された光触媒顆粒体１は持ち上げられ、臼７の上部から外部に出た後、水平方向からの力を受けて錠剤成型器から取り外された。このようにして得られた光触媒顆粒体１は連続的に製造することが可能な直径５ｍｍ、厚さ２ｍｍ、球面による丸み付けのされた錠剤であった。表面形状はなめらかであり、キャッピングやラミネーティングは起こしていなかった。また、この光触媒顆粒体１を入れた閉鎖系反応器に２０μｌ（１．８９×１０-4ｍｏｌ）のトルエンを投入し、４００Ｗ紫外線を照射してトルエンを分解したところ、４０分後にはトルエンが検出されなかった。また、トルエンの分解により生成した二酸化炭素量を測定したところ、１．３３×１０-3ｍｏｌであり、理論値と一致し、トルエン分解率は１００％であった。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の光触媒顆粒体は、光触媒微粒子と充填補強材とからなり、有機バインダーを含まない粉体が、成型工程及び脱型工程からなる圧縮成型を経ることによって得られたものであって、光触媒微粒子をそのままの形状で含み、かつ多孔質であるので、光触媒微粒子の大きな表面積、高い光活性を維持したまま、光効率が良く、耐久性に優れ、かつ、取り扱いが容易で固形物上に固定できるものとすることができる。
また、請求項５の光触媒顆粒体の製造方法は、光触媒微粒子と充填補強材とからなり、有機バインダーを含まない粉体を混合し、これを錠剤成型器によって温度０〜５０℃、圧力１０００〜１００００Ｋｇ／ｃｍ２、加圧時間０．０１〜１０秒の条件で圧縮して成型し、成型された光触媒顆粒体を前記錠剤成型器から取り出し、その後はその他の工程を行わないので、光触媒微粒子の大きな表面積、高い光活性を維持したまま、光効率が良く、耐久製に優れ、かつ、取り扱いが容易で固形物上に固定できる光触媒顆粒体を連続的に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光触媒顆粒体の一形態を示す概略断面図である。
【図２】本発明の光触媒顆粒体の製造における圧縮成型工程の概略図である。
【符号の説明】
１  光触媒顆粒体
２  光触媒微粒子
３  充填補強材
４  吸着機能剤
５  上杵
６  下杵
７  臼
８  （光触媒微粒子と充填補強剤を含む）粉体混合物
【図１】
0003964081.tif 000002
【図２】
0003964081.tif 000003