JPH08318166A

JPH08318166A - 固定化光触媒及び光触媒の固定化方法

Info

Publication number: JPH08318166A
Application number: JP7126324A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Tanaka; 啓一田中; Teruaki Hisanaga; 輝明久永; Insei Chin; 引生陳
Original assignee: Agency of Industrial Science and Technology
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1995-05-25
Filing date: 1995-05-25
Publication date: 1996-12-03
Also published as: US5658841A

Abstract

(57)【要約】【目的】耐久性が高い上に触媒能も大きい固定化光触
媒及び光触媒の固定化方法を提供する。【構成】粉末状光触媒のケイ酸アルカリ金属塩を結着
剤として支持体上に固定化させたものであって、該ケイ
酸アルカリ金属塩の含有率が粉末状光触媒１００重量部
当り、６〜３２重量部であることを特徴とする固定化光
触媒。１００重量部の粉末状光触媒と６〜３２重量部の
ケイ酸アルカリ金属塩を含む水性液を支持体に塗布し、
硬化させることを特徴とする光触媒の固定化方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、固定化光触媒及び光触
媒の固定化方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】有機化合物や窒素酸化物（ＮＯx）に
は、これに特定波長の光を照射すると分解（光分解）し
たり酸化（光酸化）したりするが、この際に二酸化チタ
ンや酸化ジルコニウム等が触媒になることが知られてい
る。この光反応は環境に有害な化合物の無害化に有用な
ので、太陽光や蛍光灯の光を照射して有害化合物を無害
化する方法が提案されている。例えば、排水中に懸濁さ
せた粉末状光触媒に光を照射して排水中の有害化合物を
無害化する方法が提案されている。しかし、この方法で
は、光触媒が排水中に微粉末となって懸濁されているこ
とから、効率良く触媒を回収するのが困難である。粉末
状光触媒が反応後回収しやすいように、これを結着剤と
しての有機高分子化合物に固定化する方法も提案されて
いるが、この方法では、結着剤が高価な上に結着剤が光
分解や光酸化を受けて劣化しやすい上、触媒表面が結着
剤で被覆されて触媒能が低下する等の欠点がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、耐久性が高
い上に触媒能も大きい固定化光触媒及び光触媒の固定化
方法を提供することをその課題とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記課題
を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成する
に至った。すなわち、本発明によれば、粉末状光触媒の
ケイ酸アルカリ金属塩を結着剤として支持体上に固定化
させたものであって、該ケイ酸アルカリ金属塩の含有率
が粉末状光触媒１００重量部当り、６〜３２重量部であ
ることを特徴とする固定化光触媒が提供される。また、
本発明によれば、１００重量部の粉末状光触媒と６〜３
２重量部のケイ酸アルカリ金属塩を含む水性液を支持体
に塗布し、硬化させることを特徴とする光触媒の固定化
方法が提供される。

【０００５】本発明に用いる光触媒としては、従来公知
の各種のものが用いられる。このような光触媒には、二
酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、酸化タング
ステン等が包含される。また、光触媒の平均粒径は０．
０１〜２μｍ、好ましくは０．１〜０．５μｍである。
光触媒の固定化に使われるケイ酸アルカリ金属塩として
は、ナトリウム塩、カリウム塩、リチウム塩等を単独又
は混合して使うことができる。これらのケイ酸アルカリ
金属塩は、水ガラスの形態で好ましく用いることができ
る。

【０００６】本発明により光触媒を支持体上に固定化さ
せるには、先ず、粉末状光触媒とケイ酸アルカリ金属塩
を含む水性液を用意する。この水性液中の光触媒とケイ
酸アルカリ金属塩の割合は、光触媒１００重量部当り、
ケイ酸アルカリ金属塩６〜３２重量部、好ましくは１０
〜２０重量部の割合である。また、水性液中の光触媒の
濃度は、２０〜７０重量％、好ましくは５０〜６０重量
％である。水性液を構成する媒体は、水単独であっても
よいが、水と有機溶媒（例えば、メタノールやエタノー
ル等）との混合物であってもよい。前記水性液は、水ガ
ラスに対し、光触媒を撹拌下で添加することにより容易
に調製することができる。前記水性液において、ケイ酸
アルカリ金属塩の添加量が過少では支持体から粉末状光
触媒が剥離し易く、過多では支持体上の光触媒層が丈夫
で安定になるが触媒能が低下する。光触媒がアナターゼ
型二酸化チタン粉末の場合、ケイ酸アルカリ金属塩の好
ましい割合は、光触媒に対して８〜２０重量％、好まし
くは１０〜１５重量％である。

【０００７】次に、前記の水性液は、これを支持体上に
塗布し、硬化させる。この場合の塗布法としては、浸漬
法やスプレー法、ローラ法、ハケ塗り法等の各種の方法
を採用することができる。塗布温度は、常温であるが、
場合によっては３０〜６０℃の加温を採用することもで
きる。支持体上に形成された水性液からなる塗布層を硬
化させるには、その塗布層を１００〜１５０℃、好まし
くは１１０〜１３０℃で３０分〜３時間程度乾燥した
後、４００〜５００℃で焼結する方法を採用することが
できる。また、塗布層を硬化させる他の方法として、水
性液中に水ガラス硬化剤を添加する方法を採用すること
ができる。この方法によると、水ガラス硬化剤を含む塗
布層は、これを常温に放置することによって硬化させる
ことができるが、好ましくは３０〜８０℃の温度に加熱
することによって硬化させることができる。また、硬化
後、必要に応じ、４００〜５００℃に焼結することもで
きる。硬化剤としては、リン酸やホウ酸等の無機酸及び
その塩、ケイフッ化ナトリウム等のケイフッ化物、酸化
亜鉛や酸化マグネシウム等の金属酸化物、炭酸カルシウ
ムや硫酸カルシウム等の金属塩等が挙げられる。硬化剤
の添加量は、ケイ酸アルカリ金属塩の１０〜２５重量％
程度である。

【０００８】本発明で支持体上に形成される光触媒層の
厚みは制約されないが、照射光が充分吸収されるように
１００〜５００μｍ程度とするのが好ましい。また、支
持体形状は板状、球状、顆粒状、円筒状、繊維状、織布
状、不織布状等の任意の形状であることができる。また
装置の内壁を支持体とすることもできる。支持体の材質
は、光触媒を固定化する際の加熱温度により制約を受け
るが、一般的には、プラスチック、ガラス、金属、セラ
ミックス等であることができる。

【０００９】本発明の固定化光触媒を用いて有害化合物
を分解又は光酸化するには、近紫外光照射下に有害化合
物を前記光触媒層に接触させればよい。照射光の波長は
触媒種によって変えるのが好ましい。例えば、触媒が二
酸化チタンの場合は３９０ｎｍ以下の光を含む近紫外光
が好ましいから、光源には高圧又は低圧水銀灯、キセノ
ンランプ或いはブラックライト等を使うのが好ましい。
触媒が酸化タングステンの場合は、前記のほかタングス
テンランプも好ましい光源となる。なお、太陽光も照射
光として有効である。本発明の固定化光触媒は、従来の
粉末状光触媒と同様に、各種の有害化合物を分解無害化
することができる。例えば、排水中のピクリン酸やフェ
ノール類等の芳香族化合物、有機塩素化合物、農薬、界
面活性剤等；並びに汚染空気中のベンゼン、トルエン、
ＮＯx等を分解無害化することができる。

【００１０】

【実施例】次に、本発明を実施例によって更に詳細に説
明するが、本発明はこの実施例によって限定されるもの
ではない。

【００１１】実施例１５２〜５７重量％のケイ酸ナトリウムを含む市販水ガラ
ス０．０９ｇに精製水２ｇを加えて均一液とし、これに
富士チタン社製アナターゼ型二酸化チタンＴＰ−２を
０．４５ｇ加えて均一に混合し。この混合物を、厚み１
ｍｍで４５×４０ｍｍのガラス板に均一に塗布してから
室温で４０分間乾燥し、次いで１２０℃の恒温槽内で３
時間乾燥後に５００℃に保った電気炉内で１時間焼結
し、厚み２００μｍの二酸化チタン触媒層を持つガラス
板を作製した。上記の触媒層を持つガラス板を厚み１０
ｍｍで側面が４８×４７ｍｍのパイレックスガラス製セ
ルに入れ、このセルに４５．８ｐｐｍ（２×１０^-4モル
／リットル）のピクリン酸を含む水溶液１５ミリリット
ルを加え、セルの外部から厚み１００ｍｍの水フィルタ
ーを通して５００Ｗの超高圧水銀灯の光を照射した。そ
の結果、１時間の照射で水溶液中のピクリン酸の７５％
が分解し、２時間照射では水溶液中のピクリン酸のほぼ
全量が分解することが分かった。また、前記の照射実験
を５回繰り返して行ったがガラス板からの触媒層剥離は
認められなかった。

【００１２】実施例２１２０℃での乾燥時間を３０分間とした以外は実施例１
と同様にして触媒層を持つガラス板を作製し、このガラ
ス板を使って実施例１と同様なピクリン酸の分解実験を
行ったところ、照射時間１時間でピクリン酸の５７％が
分解し、照射時間２時間ではピクリン酸の８０％が分解
した。また、照射実験終了後のガラス板を精製水で良く
洗浄してから再度同一実験を行ったところ、前記と同様
な結果が得られた。そして、実験後の液やガラス板の洗
浄液中には固形物が認められなかったから、照射実験中
や実験終了後のガラス板の洗浄時に触媒層は剥離しない
と言える。

【００１３】実施例３１２０℃で乾燥時間を９０分とした以外は実施例１と同
様にして作製した触媒層を持つガラス板を使い、１８．
８ｐｐｍ（２×１０^-4モル／リットル）のフェノールを
含む水溶液を試料として、実施例１の場合と同じ照射実
験を行ったところ、照射時間３０分で水溶液中のフェノ
ールの５３％が分解し、１時間の照射ではフェノールの
７３％が分解下。そして、この実験でも実施例１及び２
の場合と同様に、照射実験中や実験終了後のガラス板洗
浄時に触媒層が剥離することはなかった。

【００１４】実施例４５×５×１０ｍｍの石英セルの側面に、実施例１でガラ
ス板に塗布した混合物と同じ組成の混合物を均一に塗布
し、これを室温で４０分間乾燥してから１２０℃の恒温
槽で３時間乾燥させ、次いで５００℃に保った電気炉内
に１時間保持して焼結した。このようにして製造された
厚み４００μｍの光触媒槽を持つ石英セルに１０．８３
３ｐｐｍ〔０．４８６ミリモル／リットル〕のベンゼン
蒸気を含む空気を入れてシリコンゴムセプタム付きの栓
をした。これに、管球が合成石英ガラス製の４０Ｗ低圧
水銀灯の光を、セル側面から５５ｍｍ離れた場所から照
射した。この照射を２０分間続けるとベンゼン含有量は
１６００ｐｐｍまで低下し、さらに３０分間照射すると
ベンゼン含有量がほぼ０になった。そして、この実験で
発生した二酸化炭素量をガスクロマトグラム法で分析す
ると、二酸化炭素の生成量はベンゼンが完全に酸化分解
した場合の６８％であった。すなわち、６０分間の低圧
水銀灯照射によってベンゼンの６８％は無機物となり、
３２％は無害化された有機中間体になることが分かる。
この有機中間体の一部は光触媒層の表面に付着するが、
これは水洗によってほぼ完全に除去された。また、水洗
によって光触媒層が剥離するような現象は見られなかっ
た。

【００１５】

【発明の効果】本発明の固定化光触媒は、高性能な粉末
状を保ったまま支持体上に固定化された光触媒であり、
長時間安定して有害化合物を分解することができる光触
媒である。また、使用時や洗浄時に支持体から剥離する
ことの少ない固定化光触媒であり、排水や汚染空気中の
有害化合物を自動化装置で分解無害化する際に好ましい
触媒である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】粉末状光触媒をケイ酸アルカリ金属塩を
結着剤として支持体上に固定化させたものであって、該
ケイ酸アルカリ金属塩の含有率が粉末状光触媒１００重
量部当り、６〜３２重量部であることを特徴とする固定
化光触媒。
【請求項２】１００重量部の粉末状光触媒と６〜３２
重量部のケイ酸アルカリ金属塩を含む水性液を支持体上
に塗布し、硬化させることを特徴とする光触媒の固定化
方法。