JP2005111355A - Photocatalyst, photocatalyst-carried ceramic porous body, decomposition cleaning method for toxic substance and gas cleaning device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、有害物質を分解浄化する光触媒、光触媒担持セラミック多孔体、有害物質の分解浄化方法、および、気体浄化装置に関するものである。 The present invention relates to a photocatalyst that decomposes and purifies harmful substances, a photocatalyst-supported ceramic porous body, a method for decomposing and purifying harmful substances, and a gas purification apparatus.
酸化チタン等に代表される光触媒に、その光触媒が持つバンドギャップ以上のエネルギーを有する光が照射されると光触媒内部で正孔、電子が発生する。これらの正孔、電子が光触媒表面に拡散して、光触媒表面に吸着した物質、あるいは光触媒表面の近傍に存在する物質と反応する。この光触媒の性質を利用した空気浄化装置等が数多く製品化され、また特許出願も数多くなされている。 When a photocatalyst represented by titanium oxide or the like is irradiated with light having energy higher than the band gap of the photocatalyst, holes and electrons are generated inside the photocatalyst. These holes and electrons diffuse to the surface of the photocatalyst and react with a substance adsorbed on the surface of the photocatalyst or a substance existing in the vicinity of the surface of the photocatalyst. Many air purification devices using the properties of this photocatalyst have been commercialized, and many patent applications have been filed.
例えば、図6はオゾンと光触媒とを併用した空気清浄器の平面図である。被処理流体である空気の流路の上流から下流へ向けて、順にフィルタ部、オゾン発生部、光触媒装置および活性炭部を備え光触媒装置は空気の流路を形成するケース部材と、ケース部材の内部に設けられた多数の空孔を有する基体に光触媒機能層を担持させてなる光触媒フィルタと、光触媒フィルタを照射する紫外線照射手段とを有し、処理される空気の全量が光触媒フィルタを透過して流れるように光触媒フィルタが配置されている(例えば、特許文献1参照。)。 For example, FIG. 6 is a plan view of an air cleaner using ozone and a photocatalyst together. A filter member, an ozone generation unit, a photocatalyst device, and an activated carbon unit in order from the upstream to the downstream of the flow path of the air that is the fluid to be treated, the photocatalyst device forming a flow path for the air, and the interior of the case member A photocatalytic filter in which a photocatalytic functional layer is supported on a substrate having a large number of holes, and an ultraviolet irradiation means for irradiating the photocatalytic filter, and the entire amount of air to be processed passes through the photocatalytic filter. A photocatalytic filter is disposed so as to flow (see, for example, Patent Document 1).
また、図7は活性炭、ゼオライトの少なくとも1種を含む吸着剤と光触媒とを併用した空気浄化装置の縦断面図である。光触媒を含む筒状の脱臭フィルタと、脱臭フィルタの上流側に脱臭フィルタに近接して励起光源を配置するとともに、脱臭フィルタを励起光源からの光の照射位置が変化するように回転させる構成とすることにより、脱臭フィルタ全体に吸着したガスを処理分解することができるので脱臭フィルタの再生率を向上させることができ、初期の優れた性能を長期間持続させる構成となっている(例えば、特許文献2参照。)。 FIG. 7 is a vertical cross-sectional view of an air purifying apparatus using an adsorbent containing at least one of activated carbon and zeolite and a photocatalyst. A cylindrical deodorizing filter including a photocatalyst, and an excitation light source disposed in the vicinity of the deodorizing filter on the upstream side of the deodorizing filter, and the deodorizing filter is rotated so that the irradiation position of the light from the excitation light source changes. Therefore, the gas adsorbed on the entire deodorizing filter can be processed and decomposed, so that the regeneration rate of the deodorizing filter can be improved and the initial excellent performance is maintained for a long period of time (for example, patent document) 2).
前記のように光触媒にバンドギャップ以上のエネルギーを持つ光を照射すると、光触媒の価電子帯から伝導帯に電子が励起され、正孔、電子が生成し、この正孔及び励起電子が光触媒表面に拡散し、光触媒表面に吸着した有害ガスや光触媒表面に拡散してきた有害ガスと反応して無害化する。光触媒の中でも、酸化力の強さ、化学的安定性に優れる等の理由から酸化チタン光触媒が最も多く利用されている。酸化チタン光触媒は、約400nm以下の波長の光を吸収することで前記のような光触媒反応が進行する。 When the photocatalyst is irradiated with light having energy greater than the band gap as described above, electrons are excited from the valence band of the photocatalyst to the conduction band, and holes and electrons are generated. These holes and excited electrons are generated on the surface of the photocatalyst. It diffuses and reacts with harmful gases adsorbed on the surface of the photocatalyst and harmful gases diffused on the surface of the photocatalyst to make them harmless. Among photocatalysts, titanium oxide photocatalysts are most frequently used because of their strong oxidizing power and excellent chemical stability. The titanium oxide photocatalyst proceeds with the above photocatalytic reaction by absorbing light having a wavelength of about 400 nm or less.
一方、光触媒反応は光触媒の表面あるいは光触媒の表面付近でのみ進行する。このため、ppmまたはppbレベルの極めて希薄な濃度の有害ガスを光触媒により分解浄化する場合には、有害ガスが光触媒表面に拡散する過程が分解浄化反応の律速段階となりやすい。特に、光触媒に対しての吸着性が小さい有害ガスを分解浄化の対象とする場合には、分解浄化速度が顕著に遅くなるという問題がある。 On the other hand, the photocatalytic reaction proceeds only on the surface of the photocatalyst or in the vicinity of the surface of the photocatalyst. For this reason, when decomposing and purifying an extremely dilute harmful gas of ppm or ppb level with a photocatalyst, the process of diffusing the harmful gas on the surface of the photocatalyst tends to be the rate-limiting step of the decomposition and purification reaction. In particular, when a harmful gas having low adsorptivity to the photocatalyst is targeted for decomposition and purification, there is a problem that the decomposition and purification rate is remarkably slowed.
そこで、この問題を解決して光触媒反応による分解浄化速度を高めるために、光触媒と吸着剤とを併用する方法が行われている。例えば、活性炭、ゼオライト、マンガン、銅などの吸着剤粉末を光触媒粉末バインダーとともに混練し、これをハニカム構造体にコーティングした脱臭フィルタを用いる浄化装置が開示されている(例えば、特許文献2参照。)。また、酸化チタンを被覆した活性炭繊維を用いて、有害ガスを吸着浄化し、さらに酸化チタンの光触媒効果により吸着した有害ガスを分解浄化する浄化装置が開示されている(例えば、特許文献3参照。)。
前記活性炭など多くの吸着剤は、酸化チタン光触媒の光触媒反応に必要とされる400nm以下の波長の光を透過しない、または、ほとんど透過しない性質を有している。このため、例えば、活性炭粒子と酸化チタン粒子とを混練した触媒材料では、材料中の活性炭粒子の含有率を増やすと光触媒に届く光の量が減少してしまい、有害物質の分解浄化に必要な光触媒反応が十分に起こらないという問題がある。また、活性炭粒子の含有率を少なくすると、触媒材料に対する有害物質の吸着量が減少してしまい、分解浄化速度が遅くなるという問題がある。また、例えば、活性炭繊維に酸化チタン光触媒をコーティングした場合には、光源方向の繊維表面の光触媒には十分に光が照射され、光触媒反応が進行するが、前記繊維表面の逆側の光触媒には光が届かず、光触媒反応は進行しない。有害物質の吸着量を増やし、分解浄化速度を増加させるためには酸化チタン光触媒をコーティングした活性炭繊維を束ねるなどして浄化装置に組み込む必要があるが、その場合には束内部の光触媒には光照射が届かず、光触媒反応がほとんど進行しないという問題がある。 Many adsorbents such as activated carbon do not transmit light with a wavelength of 400 nm or less required for the photocatalytic reaction of the titanium oxide photocatalyst, or hardly transmit light. For this reason, for example, in a catalyst material in which activated carbon particles and titanium oxide particles are kneaded, increasing the content of activated carbon particles in the material reduces the amount of light reaching the photocatalyst, which is necessary for decomposition and purification of harmful substances. There is a problem that the photocatalytic reaction does not occur sufficiently. Further, when the content of the activated carbon particles is reduced, there is a problem that the amount of harmful substances adsorbed on the catalyst material is reduced, and the decomposition and purification rate is slowed down. For example, when activated carbon fiber is coated with a titanium oxide photocatalyst, the photocatalyst on the fiber surface in the direction of the light source is sufficiently irradiated with light, and the photocatalytic reaction proceeds, but the photocatalyst on the opposite side of the fiber surface The light does not reach and the photocatalytic reaction does not proceed. In order to increase the adsorption amount of harmful substances and increase the decomposition and purification rate, activated carbon fibers coated with a titanium oxide photocatalyst need to be bundled into the purification device. There is a problem that the irradiation does not reach and the photocatalytic reaction hardly proceeds.
本発明はかかる事情に鑑みなされたもので、その目的は、有害物質の分解浄化速度に優れた光触媒、光触媒担持セラミック多孔体、有害物質の分解浄化方法、および、気体浄化装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a photocatalyst excellent in the decomposition and purification rate of harmful substances, a photocatalyst-supported ceramic porous body, a decomposition and purification method for harmful substances, and a gas purification apparatus. is there.
そこで、前記課題を解決するための、請求項1記載の光触媒は、pH調整を施した塩基性、または、酸性の溶液で表面を処理して、気体の吸着能を高めたことを特徴とする。
Accordingly, the photocatalyst according to
請求項1記載の光触媒において、光触媒を塩基性溶液で処理した場合には、光触媒の表面水酸基が塩基性に傾くため、硫化水素等の酸性物質を吸着しやすくなる。また、光触媒を酸性溶液で処理した場合には、光触媒の表面水酸基が酸性に傾くため、アンモニア等の塩基性物質を吸着しやすくなる。
In the photocatalyst according to
また、請求項2に記載の光触媒担持セラミック多孔体は、セラミック多孔体を光触媒のゾル液に浸漬し、焼成することで前記セラミック多孔体に前記光触媒を担持させ、この光触媒を担持したセラミック多孔体を、pH調整を施した塩基性、または、酸性の溶液で浸漬処理したことを特徴とする。
The ceramic porous body supporting a photocatalyst according to
請求項2に記載の光触媒担持セラミック多孔体によれば、光触媒担持セラミック多孔体は通常の光触媒に比べて単位質量当たりの表面積が大きく、多量の物質を吸着することができる。
According to the photocatalyst-supporting ceramic porous body according to
また、請求項3に記載の有害物質の分解浄化方法は、前記請求項1または2に記載の光触媒、または、光触媒担持セラミック多孔体に光照射して光触媒反応を起こさせるとともに、オゾンを併用させて有害物質を分解することを特徴とする。
In addition, the method for decomposing and purifying a harmful substance according to
請求項3に記載の有害物質の分解浄化方法によれば、光触媒反応と、オゾンとにより有害物質を分解浄化することができるので、分解浄化の速度をさらに向上することができる。
According to the method for decomposing and purifying harmful substances according to
また、請求項4に記載の有害物質の分解浄化方法は、pH調整を施した塩基性、または、酸性の溶液で浸漬処理し、気体の吸着能を高めたセラミック多孔体に有害物質を吸着させ、この吸着した有害物質をオゾンで分解することを特徴とする
請求項4に記載の有害物質の分解浄化方法によれば、セラミック多孔体の表面に有害物質が吸着し、これをオゾンにより分解するので光触媒反応を用いなくても有害物質を速やかに分解浄化することができる。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method for decomposing and purifying a harmful substance, wherein the harmful substance is adsorbed on a ceramic porous body that has been subjected to immersion treatment with a basic or acidic solution that has been subjected to pH adjustment to enhance gas adsorption ability. 5. The harmful substance decomposition and purification method according to
また、請求項5に記載の気体浄化装置は、浄化装置本体内に被処理気体を導入し、処理部を通過させて、気体中の有害な物質を分解してから排気する気体浄化装置において、前記処理部にpH調整を施した塩基性、または、酸性の溶液で表面を処理して、気体の吸着能を高めた光触媒と、この光触媒を光照射する光照射手段とを備えたことを特徴とする。
The gas purification device according to
請求項5に記載の気体浄化装置によれば、処理部を通過する有害物質を光触媒反応により分解浄化することができる。また、使用される光触媒は表面処理が施されており、有害物質の吸着能にすぐれるため、分解浄化の速度が大きい。 According to the gas purification device of the fifth aspect, it is possible to decompose and purify harmful substances that pass through the processing section by photocatalytic reaction. In addition, the photocatalyst used is surface-treated and has an excellent ability to adsorb harmful substances, so the decomposition and purification speed is high.
また、請求項6に記載の気体浄化装置は、浄化装置本体内に被処理気体を導入し、処理部を通過させて、気体中の有害な物質を分解してから排気する気体浄化装置において、セラミック多孔体を光触媒のゾル液に浸漬し、焼成することで前記セラミック多孔体に前記光触媒を担持させ、この光触媒を担持したセラミック多孔体を、pH調整を施した塩基性、または、酸性の溶液で浸漬処理した触媒担持セラミック多孔体と、この光触媒担持セラミック多孔体を光照射する光照射手段とを前記処理部に備えたことを特徴とする。 The gas purification device according to claim 6 is a gas purification device that introduces a gas to be treated into the purification device main body, passes the treatment unit, decomposes harmful substances in the gas, and then exhausts the gas. The ceramic porous body is immersed in a sol solution of a photocatalyst and baked to support the photocatalyst on the ceramic porous body, and the ceramic porous body supporting the photocatalyst is subjected to pH adjustment with a basic or acidic solution. And a light irradiating means for irradiating the photocatalyst-supported ceramic porous body with light.
請求項6に記載の気体浄化装置によれば、処理部を通過する有害物質を光触媒反応により分解浄化することができる。また、使用される光触媒担持セラミック多孔体は表面処理が施されており、有害物質の吸着能にすぐれるため、分解浄化の速度が大きい。また、光触媒担持セラミック多孔体は通常の光触媒に比べて単位質量当たりの表面積が大きく、多量の物質を吸着することができるので、さらに分解浄化の速度を向上させることができる。 According to the gas purification device of the sixth aspect, it is possible to decompose and purify harmful substances passing through the processing section by photocatalytic reaction. Further, the photocatalyst-carrying ceramic porous body to be used is surface-treated and has an excellent ability to adsorb harmful substances, so that the decomposition and purification speed is high. The photocatalyst-carrying ceramic porous body has a larger surface area per unit mass than a normal photocatalyst and can adsorb a large amount of substances, so that the speed of decomposition and purification can be further improved.
また、請求項7に記載の気体浄化装置は、前記請求項5または6に記載の気体浄化装置において、前記処理部にオゾン発生手段を設けたことを特徴とする。
The gas purification device according to claim 7 is the gas purification device according to
請求項7に記載の気体浄化装置によれば、前記請求項5または6に記載の気体浄化装置の効果に加え、オゾンにより分解浄化の速度をさらに向上させることができる。 According to the gas purification device of the seventh aspect, in addition to the effect of the gas purification device of the fifth or sixth aspect, the decomposition and purification speed can be further improved by ozone.
また、請求項8に記載の気体浄化装置は、浄化装置本体内に被処理気体を導入し、処理部を通過させて、気体中の有害な物質を分解してから排気する気体浄化装置において、前記処理部にpH調整を施した塩基性、または、酸性の液体で浸漬処理し、気体の吸着能を高めたセラミック多孔体と、オゾン発生手段とを設けたことを特徴とする。 The gas purification device according to claim 8 is a gas purification device that introduces a gas to be treated into the purification device main body, passes the treatment unit, decomposes harmful substances in the gas, and then exhausts the gas. The treatment section is provided with a ceramic porous body that is immersed in a basic or acidic liquid that has been subjected to pH adjustment to enhance gas adsorption ability, and ozone generating means.
請求項8に記載の気体浄化装置によれば、光触媒を用いずに、オゾンにより有害物質を速やかに分解浄化することができる。 According to the gas purification apparatus of the eighth aspect, harmful substances can be promptly decomposed and purified by ozone without using a photocatalyst.
なお、前記光触媒としては、酸化チタン、酸化亜鉛、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム等、または、これらを適宜組み合わせたものを使用することができる。また、前記セラミック多孔体としては、酸化チタン、酸化亜鉛、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、ゼオライト等、または、これらを適宜組み合わせたものを使用することができる。 As the photocatalyst, titanium oxide, zinc oxide, strontium titanate, barium titanate, or the like, or a combination thereof can be used. In addition, as the ceramic porous body, titanium oxide, zinc oxide, strontium titanate, barium titanate, aluminum oxide, silicon oxide, zeolite, or the like, or a combination thereof can be used.
また、pH調整に際しては、水酸化カリウム水溶液等の塩基性溶液、または、硝酸水溶液等の酸性溶液を用いることができる。 In adjusting the pH, a basic solution such as an aqueous potassium hydroxide solution or an acidic solution such as an aqueous nitric acid solution can be used.
また、「特許請求の範囲」にいう光照射とは、光触媒反応を励起させることができる光を照射することである。 In addition, the light irradiation referred to in the “claims” means irradiation with light capable of exciting the photocatalytic reaction.
以上の説明から明らかなように、本発明は、以下の効果を奏する。 As is clear from the above description, the present invention has the following effects.
光触媒を塩基性溶液、または、酸性溶液に浸積処理することで、硫化水素、アンモニア等の有害物質の吸着能を向上させることができるため、吸着剤を用いなくとも有害物質を速やかに分解浄化することができる。また、吸着剤を用いない場合には、吸着剤により光触媒に対する光照射を遮ることがないため、光照射の効率が向上する。 By immersing the photocatalyst in a basic solution or acidic solution, the ability to adsorb harmful substances such as hydrogen sulfide and ammonia can be improved, so that harmful substances can be quickly decomposed and purified without using an adsorbent. can do. Further, when no adsorbent is used, the light irradiation efficiency is improved because the adsorbent does not block light irradiation on the photocatalyst.
光触媒とオゾンとを併用することで、有害物質の分解浄化の速度を向上させることができる。また、塩基性溶液、または、酸性溶液に浸積処理したセラミック多孔体を用いることで、光触媒を用いなくとも、オゾンのみで有害物質を速やかに分解浄化することができ、装置のスケールアップ、省エネルギー化、コストの低減などを実現できる。 By using a photocatalyst and ozone in combination, the speed of decomposition and purification of harmful substances can be improved. In addition, by using a porous ceramic body immersed in a basic solution or acidic solution, it is possible to quickly decompose and purify harmful substances using only ozone, without using a photocatalyst. And cost reduction can be realized.
以下、本発明の実施形態を説明する。酸化チタン光触媒を含む金属酸化物の表面には化学吸着水が存在する。この化学吸着水は解離した状態で金属酸化物表面に吸着しており、M−OH(Mは金属を表す。)のように金属酸化物表面に水酸基を形成している。この表面水酸基により、金属酸化物表面は固体酸、固体塩基の両方の性質を発現する。固体酸の性質は下記の化1のように表面水酸基がプロトンを放出する反応に起因し、固体塩基の性質は下記の化2のように表面水酸基がプロトンを受け取る反応に起因する。
Embodiments of the present invention will be described below. Chemisorbed water is present on the surface of the metal oxide containing the titanium oxide photocatalyst. This chemically adsorbed water is adsorbed on the surface of the metal oxide in a dissociated state, and forms a hydroxyl group on the surface of the metal oxide like M-OH (M represents a metal). Due to this surface hydroxyl group, the surface of the metal oxide exhibits both properties of a solid acid and a solid base. The property of the solid acid is attributed to a reaction in which the surface hydroxyl group releases a proton as shown in the following
金属酸化物表面の水酸基は、金属の電気陰性度、配位数などによってその解離度等が異なり、表面水酸基の固体酸、固体塩基の性質もこの金属の電気陰性度、配位数などによって異なる。通常の酸化チタン光触媒では、主に2種類の表面水酸基が存在しており、解離定数がそれぞれpKa=12.7、pKa=2.9と報告されている(清野学著、「酸化チタン」、技報堂、参照。)。しかし、実際には表面構造の違いなどによって前記表面水酸基以外にも、様々な性質の表面水酸基が存在していると考えられる。 The hydroxyl group on the surface of the metal oxide varies in degree of dissociation depending on the electronegativity and coordination number of the metal, and the properties of the solid acid and solid base of the surface hydroxyl group also vary depending on the electronegativity and coordination number of the metal. . In ordinary titanium oxide photocatalysts, there are mainly two types of surface hydroxyl groups, and the dissociation constants are reported as pKa = 12.7 and pKa = 2.9, respectively (Satoru Kiyono, “Titanium oxide”, (Refer to Gihodo.) However, it is considered that surface hydroxyl groups having various properties exist in addition to the surface hydroxyl groups due to differences in surface structure.
本発明では、この表面水酸基を酸性溶液、または、塩基性溶液で処理することで、表面水酸基に有害物質を吸着しやすくし、浄化処理速度の向上を実現する。 In the present invention, this surface hydroxyl group is treated with an acidic solution or a basic solution, thereby facilitating adsorption of harmful substances to the surface hydroxyl group and realizing an improvement in purification treatment speed.
具体的には、酸化チタン光触媒を塩基性溶液に浸漬すると、酸化チタンの表面水酸基は下記の化3のようにプロトンを放出し、塩基性の酸化チタン表面を得ることができる。この塩基性の表面は硫化水素等の酸性ガスを吸着しやすい性質を持っており、塩基性溶液で酸化チタン光触媒を表面処理することで酸性ガスの浄化速度を向上させることができる。また、酸化チタン光触媒を酸性溶液に浸漬すると、酸化チタンの表面水酸基は下記の化4のようにプロトンを受け取り、酸性の酸化チタン表面を得ることができる。この酸性の表面はアンモニア等の塩基性ガスを吸着しやすい性質を持っており、酸性溶液で酸化チタン光触媒を表面処理することで塩基性ガスの浄化速度を向上させることができる。
Specifically, when the titanium oxide photocatalyst is immersed in a basic solution, the surface hydroxyl group of titanium oxide releases protons as shown in the following
本実施の形態では、光触媒への光の到達を妨害する吸着剤を使用していないので、光触媒反応を誘起するのに十分な光を光触媒に照射することができ、前記表面処理により、有害物質を光触媒表面に吸着することができるので、有害物質の浄化速度を向上できる。 In this embodiment, since an adsorbent that prevents light from reaching the photocatalyst is not used, the photocatalyst can be irradiated with sufficient light to induce a photocatalytic reaction. Can be adsorbed on the surface of the photocatalyst, so that the purification rate of harmful substances can be improved.
なお、本発明の光触媒には、酸化チタンの他に、酸化亜鉛、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム等を用いることができる。 In addition to titanium oxide, zinc oxide, strontium titanate, barium titanate, or the like can be used for the photocatalyst of the present invention.
(試料1の調製)
試料1の調製を図1により説明する。まず、浸漬工程1において、コージライトからなる空孔径2〜3mmのセラミック多孔体を酸化チタンのゾル溶液に浸漬した。
(Preparation of sample 1)
The preparation of
セラミック多孔体をゾル溶液から引き上げた後、除去工程2において、孔内部に残存するゾル溶液をブロアで除去した。
After the ceramic porous body was pulled up from the sol solution, in the
孔内部のゾル溶液を除去したセラミック多孔体を、焼成工程3において、500℃で焼成し、酸化チタン担持セラミック多孔体(以下、酸化チタン多孔体と称す。)を得た。
The ceramic porous body from which the sol solution inside the pores was removed was fired at 500 ° C. in the
この酸化チタン多孔体を、第2浸漬工程4において、pHを9.6に調整した塩基性水に1時間浸漬した。なお、塩基性水は、蒸留水に水酸化カリウム水溶液を添加して所定のpHになるよう調整を行った。
This titanium oxide porous body was immersed in basic water whose pH was adjusted to 9.6 in the
浸漬後の酸化チタン多孔体を、乾燥工程5において、110℃で2時間ほど乾燥させ、試料1である塩基処理酸化チタン多孔体1を完成させた。
The titanium oxide porous body after immersion was dried at 110 ° C. for about 2 hours in the drying
(試料2の調製)
前記試料1の調製において、第2浸漬工程4の塩基性水のpHを8.4に調整し、他の工程は前記試料1の調製と同様の操作を行い試料2である塩基処理酸化チタン多孔体2を完成させた。
(Preparation of sample 2)
In the preparation of the
(試料3の調製)
前記試料1の調製において、第2浸漬工程4の塩基性水のpHを7.4に調整し、他の工程は前記試料1の調製と同様の操作を行い試料3である塩基処理酸化チタン多孔体3を完成させた。
(Preparation of sample 3)
In the preparation of the
(試料4の調製)
前記試料1の調製において、第2浸漬工程4に用いる塩基性水に換えて、蒸留水に硝酸水溶液を添加してpHを5.7に調整した酸性水を用い、他の工程は前記試料1の調製と同様の操作を行い試料4である酸処理酸化チタン多孔体1を完成させた。
(Preparation of sample 4)
In the preparation of the
(試料5の調製)
前記試料1の調製において、第2浸漬工程4に用いる塩基性水に換えて、水道水(pH=6.7)を用い、他の工程は前記試料1の調製と同様の操作を行い試料5である酸処理酸化チタン多孔体2を完成させた。
(Preparation of sample 5)
In the preparation of the
(試料6の調製)
前記試料1の調製において、第2浸漬工程4を行わず、他の工程は前記試料1の調製と同様の操作を行い試料6である酸化チタン多孔体を完成させた。
(Preparation of sample 6)
In the preparation of the
(実施例1)
前記各試料1〜6を、それぞれ、縦40mm、横40mm、高さ25mmの大きさに調製し、容積1Lのパイレックス(登録商標)製のガラス容器に入れ、ガラス容器を密閉した。密閉を保持した状態で、硫化水素の濃度が2ppmになるように容器に硫化水素を導入した。硫化水素導入後、光を遮断した暗条件で1時間放置し、酸化チタン多孔体に対する硫化水素の吸着が平衡に達するに十分な条件を満たしたところで、容器内の硫化水素の濃度を検知管を用いて測定した。また、前記試験結果と比較するために、酸化チタン多孔体を入れないガラス容器についても同様の試験(ブランク試験)を行い、硫化水素濃度を測定した。
(Example 1)
Each of the
硫化水素濃度の測定結果を図2に示す。試料1〜5を用いたガラス容器からは硫化水素は検出されなかった。また、試料6を用いたガラス容器からは、ブランク試験よりも低い濃度の硫化水素を検出した。 The measurement result of the hydrogen sulfide concentration is shown in FIG. Hydrogen sulfide was not detected from the glass containers using Samples 1-5. Moreover, from the glass container using the sample 6, the hydrogen sulfide of the density | concentration lower than a blank test was detected.
前記化3で示したように、塩基性水で処理した酸化チタン多孔体は塩基性の表面を有しており、この塩基性の酸化チタン多孔体表面に酸性の硫化水素が吸着しやすいため、試料1〜3の酸化チタン多孔体は硫化水素の吸着能に優れていると考えられる。また、酸性水で処理した多孔体は、多孔体表面の弱酸性点が反応し、塩基性点に転換したため、試料4、5は硫化水素の吸着能に優れていると考えられる。
As shown in
前記結果から、塩基性水、または、酸性水により表面処理を行った酸化チタン多孔体は、硫化水素の吸着能に優れることが示された。 From the above results, it was shown that the titanium oxide porous body that was surface-treated with basic water or acidic water was excellent in hydrogen sulfide adsorption ability.
(実施例2)
前記各試料1〜6を、それぞれ、縦227mm、横227mm、高さ20mmの大きさに調製し、図3に示す脱臭装置内に設置した。図3において、脱臭装置は、ファン31の回転により気体を吸い込み口32から導入し、前記各試料1〜6からなる酸化チタン多孔体33を通過させてから排気口34より排気する。なお、ブラックライト35により酸化チタン多孔体33を光照射することで、通過する気体に対して光触媒反応による浄化を行うことができる。
(Example 2)
Each of the
この脱臭装置を容積1m3のアクリル試験室に設置し、アクリル試験室を密閉した。脱臭装置のスイッチをOFFにした状態で、硫化水素の濃度が120ppbになるように試験室に硫化水素を導入した。硫化水素導入後、2分間放置し、脱臭装置のスイッチをONにして、酸化チタン多孔体33の光触媒反応による浄化処理を開始した。処理中の硫化水素の濃度を連続測定し、各試料1〜6について硫化水素浄化速度(擬一次反応速度定数)を求めた。結果を表1に示す。 This deodorizing apparatus was installed in an acrylic test chamber having a volume of 1 m 3 and the acrylic test chamber was sealed. With the deodorizer switch turned off, hydrogen sulfide was introduced into the test chamber so that the hydrogen sulfide concentration was 120 ppb. After introducing hydrogen sulfide, it was allowed to stand for 2 minutes, the deodorizing device was turned on, and the purification treatment by the photocatalytic reaction of the titanium oxide porous body 33 was started. The concentration of hydrogen sulfide during the treatment was continuously measured, and the hydrogen sulfide purification rate (pseudo first-order reaction rate constant) was obtained for each sample 1-6. The results are shown in Table 1.
表1に示すように、試料1の浄化速度が最も高く、また、塩基性水、または、酸性水により表面処理を行った酸化チタン多孔体(試料1〜5)は、未処理の酸化チタン多孔体(試料6)よりも顕著に浄化速度が向上しており、浄化速度向上に対する表面処理の有効性が示された。
As shown in Table 1, the
(実施例3)
前記実施例1及び2の結果から、塩基性水、または、酸性水による浸漬処理によって、酸化チタン多孔体表面による硫化水素の吸着能が向上することが明らかとなった。一方、酸化チタン多孔体表面に硫化水素分子が吸着した場合は、光触媒による硫化水素の分解反応が終了するまでは、該表面に次の硫化水素分子は吸着することができない。そこで、吸着した硫化水素分子を速やかに分解するために、オゾンガスと光触媒反応との併用試験を行った。
Example 3
From the results of Examples 1 and 2, it was revealed that the adsorption ability of hydrogen sulfide on the surface of the porous titanium oxide body is improved by the immersion treatment with basic water or acidic water. On the other hand, when hydrogen sulfide molecules are adsorbed on the surface of the titanium oxide porous body, the next hydrogen sulfide molecules cannot be adsorbed on the surface until the decomposition reaction of hydrogen sulfide by the photocatalyst is completed. Therefore, in order to quickly decompose the adsorbed hydrogen sulfide molecules, a combined test of ozone gas and photocatalysis was performed.
前記実施例2の試験において、試験室内にオゾン発生装置を設置し、脱臭装置のスイッチをONにすると同時にオゾン発生装置からオゾンを発生させるようにして試験を行い、硫化水素の濃度変化を測定した。 In the test of Example 2, an ozone generator was installed in the test chamber, the deodorizer was switched on and at the same time the ozone was generated from the ozone generator, and the change in hydrogen sulfide concentration was measured. .
試験結果を図4に示す。光触媒とオゾンとを併用した場合(O3/TiO2/BL)には、オゾンを併用しない場合(TiO2/BL)よりも硫化水素濃度の低下速度が大きく、光触媒とオゾンとを併用することで硫化水素の浄化速度が向上することが示された。また、浸漬処理を行っていない酸化チタン多孔体とオゾンとを併用した場合(図示省略)と、浸漬処理を行っていない酸化チタン多孔体のみの場合(図示省略)との差違は認められなかった。従って、浸漬処理を行って吸着能を向上させた酸化チタン多孔体にのみ、オゾン併用の効果があることが示された。 The test results are shown in FIG. When photocatalyst and ozone are used together (O 3 / TiO 2 / BL), the rate of decrease in hydrogen sulfide concentration is greater than when ozone is not used together (TiO 2 / BL), and photocatalyst and ozone are used in combination. It was shown that the purification rate of hydrogen sulfide was improved. In addition, there was no difference between the case where the titanium oxide porous body not subjected to the immersion treatment and ozone were used in combination (not shown) and the case of only the titanium oxide porous body not subjected to the immersion treatment (not shown). . Therefore, it was shown that only the titanium oxide porous body that has been subjected to immersion treatment to improve the adsorption ability has the effect of combined use with ozone.
(実施例4)
前記実施例3では、脱臭装置のスイッチをONにすると同時にオゾンを発生させた。これに対し実施例4では、予めオゾンを実験室内に発生させ、酸化チタン多孔体にオゾンを吸着させた状態にしておき、この状態で脱臭装置のスイッチをONにして、硫化水素の浄化を開始した。なお、脱臭装置のスイッチをONにした後は、オゾンの発生は行わなかった。結果を図4(プレO3/TiO2/BL)に示す。本実施例のように、実験室にオゾンを予め発生させておくことで硫化水素の浄化速度を向上できることが示された。
Example 4
In Example 3, ozone was generated simultaneously with turning on the switch of the deodorizing device. On the other hand, in Example 4, ozone was generated in the laboratory in advance, and the ozone was adsorbed to the titanium oxide porous body. In this state, the deodorizer was turned on to start purification of hydrogen sulfide. did. Note that no ozone was generated after the deodorizer was turned on. The results are shown in FIG. 4 (pre-O 3 / TiO 2 / BL). It was shown that the purification rate of hydrogen sulfide can be improved by previously generating ozone in the laboratory as in this example.
(実施例5)
実施例5では、前記実施例3において、濃度が70ppbになるように硫化水素を実験室内に導入し、脱臭装置のスイッチをONにすると同時にオゾンを発生させ、図3の脱臭装置内のブラックライト35による光照射は行わずに実験を行った。また、比較実験として、ブラックライト35による光照射を行う実験、及び、脱臭装置を用いないで、オゾンのみによる浄化を行う実験を実施した。
(Example 5)
In Example 5, hydrogen sulfide is introduced into the laboratory so that the concentration becomes 70 ppb, and ozone is generated simultaneously with turning on the switch of the deodorizer, and the black light in the deodorizer of FIG. The experiment was conducted without light irradiation by 35. Moreover, as a comparative experiment, an experiment in which light was irradiated by the
結果を図5に示す。ブラックライト35による光照射を行わない場合(O3/TiO2/Dark)には、ブラックライト35による光照射を行った場合(O3/TiO2/BL)よりもさらに浄化速度が向上することが示された。また、オゾンのみの実験の場合(O3)よりも高い浄化速度が得られている。
The results are shown in FIG. When light irradiation by the
これらの結果から、酸化チタン多孔体を浸漬処理することで酸化チタン多孔体表面に対する硫化水素とオゾンの吸着能が向上し、酸化チタン多孔体表面で硫化水素とオゾンとが効率よく反応し浄化速度が向上すると考えられる。また、これら結果から、浸漬処理した酸化チタン多孔体では光触媒反応による浄化反応を用いなくても速やかに硫化水素を浄化できることが示された。 From these results, it is possible to improve the adsorption rate of hydrogen sulfide and ozone on the surface of the titanium oxide porous body by immersing the titanium oxide porous body, and the hydrogen sulfide and ozone react efficiently on the surface of the titanium oxide porous body. Is thought to improve. In addition, these results indicate that hydrogen sulfide can be quickly purified without using a purification reaction by a photocatalytic reaction in the immersion-treated titanium oxide porous body.
なお、本実施例には前記酸化チタンの他に、酸化亜鉛、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、ゼオライト等の表面水酸基を有する金属酸化物を用いることができる。 In addition to the titanium oxide, a metal oxide having a surface hydroxyl group such as zinc oxide, strontium titanate, barium titanate, aluminum oxide, silicon oxide, or zeolite can be used in this embodiment.
1…浸漬工程
2…除去工程
3…焼成工程
4…第2浸漬工程
5…乾燥工程
31…ファン
32…吸い込み口
33…酸化チタン多孔体
34…排気口
35…ブラックライト
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記処理部にpH調整を施した塩基性、または、酸性の溶液で表面を処理して、気体の吸着能を高めた光触媒と、この光触媒を光照射する光照射手段とを備えたことを特徴とする気体浄化装置。 In the gas purification apparatus that introduces the gas to be treated into the purification apparatus body, passes the treatment section, decomposes harmful substances in the gas, and then exhausts the gas,
The processing unit is provided with a photocatalyst whose surface has been treated with a basic or acidic solution whose pH has been adjusted to improve the gas adsorption ability, and a light irradiation means for irradiating the photocatalyst with light. Gas purification device.
セラミック多孔体を光触媒のゾル液に浸漬し、焼成することで前記セラミック多孔体に前記光触媒を担持させ、この光触媒を担持したセラミック多孔体を、pH調整を施した塩基性、または、酸性の溶液で浸漬処理した触媒担持セラミック多孔体と、この光触媒担持セラミック多孔体を光照射する光照射手段とを前記処理部に備えたことを特徴とする気体浄化装置。 In the gas purification apparatus that introduces the gas to be treated into the purification apparatus body, passes the treatment section, decomposes harmful substances in the gas, and then exhausts the gas,
The ceramic porous body is immersed in a sol solution of a photocatalyst and baked to support the photocatalyst on the ceramic porous body, and the ceramic porous body supporting the photocatalyst is subjected to pH adjustment with a basic or acidic solution. A gas purification apparatus comprising: a catalyst-carrying ceramic porous body that has been soaked in step 1; and a light irradiation means that irradiates the photocatalyst-supported ceramic porous body with light.
前記処理部にオゾン発生手段を設けたことを特徴とする気体浄化装置。 In the gas purification apparatus according to claim 5 or 6,
A gas purification apparatus characterized in that an ozone generating means is provided in the processing section.
前記処理部にpH調整を施した塩基性、または、酸性の液体で浸漬処理し、気体の吸着能を高めたセラミック多孔体と、オゾン発生手段とを設けたことを特徴とする気体浄化装置。
In the gas purification apparatus that introduces the gas to be treated into the purification apparatus body, passes the treatment section, decomposes harmful substances in the gas, and then exhausts the gas,
A gas purification apparatus comprising a ceramic porous body that has been immersed in a basic or acidic liquid that has been subjected to pH adjustment in the treatment section to enhance gas adsorption ability, and ozone generation means.
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