JP2010000430A - Photocatalyst/activated carbon-combined sheet and method for producing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光触媒効果の優れた光触媒・活性炭複合シートおよびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a photocatalyst / activated carbon composite sheet having an excellent photocatalytic effect and a method for producing the same.
脱臭やVOC(揮発性有機化合物)吸着除去などに従来から活性炭がよく利用されているが、欠点として時間とともに吸着性能が低下してくることが挙げられる。この欠点を補うために活性炭表面に光触媒粒子を皮膜状に担持した複合体が提案されている。
このような複合体を作る方法として、活性炭粒子に対して光触媒の溶液をコーティング、塗布、スプレー等により皮膜形成する方法が一般に行なわれている。あるいは、活性炭と光触媒にバインダーを加えてよく混合して塗料として基材に塗布するなどの方法がある。 As a method for producing such a composite, a method of forming a film by coating, applying, spraying or the like with a solution of a photocatalyst on activated carbon particles is generally performed. Alternatively, there is a method in which a binder is added to activated carbon and a photocatalyst and mixed well and applied to a substrate as a paint.
しかしながら、多孔質である活性炭の表面に光触媒を主成分とする皮膜を形成することにより活性炭の有効表面のかなりの部分が閉塞状態となり、吸着能力が阻害されることになる。
通常使用される光触媒粒子は10nm〜100nm程度とされている。 Normally used photocatalyst particles are about 10 to 100 nm.
従来の方法では、図2に示すように、活性炭の全周囲にわたって光触媒の皮膜4が形成される。実際の使用形態は、同図に示すように光は通常1方向からのみ到達するので、活性炭粒子の光到達側の裏面6では光触媒は機能しないことが判る。それにも拘わらず裏面でも光触媒皮膜4が存在するために活性炭の吸着能力が阻害されるという欠点があるのが大きな課題である。
In the conventional method, as shown in FIG. 2, a
通常、光触媒粒子径が10nm〜100nm程度と小さいため、皮膜の厚さ(数マイクロメートル)に対して図3のように皮膜厚さの中に光触媒粒子がほぼ埋もれたような状況となり、光触媒として機能できる部分(空気または液体に接触できる部分)がわずかになっている。 Usually, since the photocatalyst particle diameter is as small as about 10 nm to 100 nm, the photocatalyst particles are almost buried in the film thickness as shown in FIG. 3 with respect to the film thickness (several micrometers). There are few functional parts (parts that can come into contact with air or liquid).
本発明は、このような従来の方式における課題を解決しようとするものであり、活性炭の性能低下を低減して長期間使用できる光触媒・活性炭複合シートおよびその製造方法を提供しようとするものである。 The present invention is intended to solve such problems in the conventional system, and to provide a photocatalyst / activated carbon composite sheet that can be used for a long period of time with reduced performance degradation of activated carbon, and a method for producing the same. .
請求項1記載の製造方法は、基材にシリコン系バインダーを均一に塗布し、粒子状活性炭を散布して圧着固定した後に、アナターゼ型酸化チタンの過酸化水素水溶液を噴霧・乾燥させる工程を複数回行なう光触媒・活性炭複合シートの製造方法。
The manufacturing method according to
請求項2の製造方法は、請求項1において光触媒粒子は平均粒子径0.5マイクロメートル以上であり、かつ粒子状活性炭は平均粒子径0.5mm以上である光触媒・活性炭複合シートの製造方法。
The production method of
請求項3の製造方法は、基材はPET(ポリエチレンテレフタレート)である請求項2の光触媒・活性炭複合シートの製造方法。
The manufacturing method of
請求項4の装置は、本発明による光触媒・活性炭複合シート(請求項1〜3の内のいずれか)を(担持した面を内側にして)円筒状に彎曲配置し、その中央部に棒状の光触媒励起用光源を配し、円筒空間部の上流側もしくは下流側に空気送出用ファンまたは液体送出ポンプを配置した浄化装置。
The apparatus of
本発明によれば、光触媒と粒子状活性炭との複合効果により空気または液体中の有害成分の吸着・分解性にすぐれた光触媒・活性炭複合シートおよびその製造方法を得ることができる。
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the photocatalyst and activated carbon composite sheet excellent in the adsorption | suction and decomposability | decomposability of the harmful component in air or a liquid by the composite effect of a photocatalyst and particulate activated carbon, and its manufacturing method can be obtained.
基材としては、金属板、ガラス板、セラミック板、プラスチック板、プラスチックフィルムなどがあるがここではPETフィルムを最良の形態として採用する。 As the substrate, there are a metal plate, a glass plate, a ceramic plate, a plastic plate, a plastic film, and the like. Here, a PET film is adopted as the best mode.
まず、図5のようにPETフィルムにシリコンバインダーを薄く塗布し、乾燥しないうちに比較的大粒の粒子状活性炭3をすき間無く散布する。散布が完了したら、薄紙7等を載せて軽く圧着・固定し、温風にて乾燥・固着させる。
First, as shown in FIG. 5, a silicon binder is thinly applied to a PET film, and relatively large granular activated
次に光触媒(アナターゼ型酸化チタン)の過酸化水素水溶液を図6のPETフィルムの垂直面から少量スプレーし温風で乾燥する。この操作を複数回繰返し行なう。光触媒シートの完成状態を図1に示す。 Next, a small amount of a hydrogen peroxide aqueous solution of a photocatalyst (anatase type titanium oxide) is sprayed from the vertical surface of the PET film in FIG. 6 and dried with warm air. This operation is repeated several times. The completed state of the photocatalyst sheet is shown in FIG.
上記により製造した光触媒・活性炭複合シートを(担持した面を内側にして)円筒状に彎曲配置し、その中央部に棒状の光触媒励起用光源12を配し、円筒空間部の上流側もしくは下流側に空気送出用ファン9または液体送出ポンプを配置した浄化装置。
The photocatalyst / activated carbon composite sheet produced as described above is bent in a cylindrical shape (with the supported surface on the inside), and a rod-shaped photocatalyst
以下、図1より図10の図面に基づき本発明の第1の実施形態について具体的に説明する。 Hereinafter, the first embodiment of the present invention will be specifically described with reference to FIGS. 1 to 10.
図1は、本発明の実施例としての光触媒・活性炭複合シートの構造を模式化した図面である。 FIG. 1 is a drawing schematically showing the structure of a photocatalyst / activated carbon composite sheet as an example of the present invention.
本発明者は、前記の課題を解決するために思考を重ねた結果、活性炭の光触媒皮膜を光照射側のみに限定して付加すればよいとの考えに至った。
シート状の光触媒部材を製造する場合、図1のように通常光触媒の担持側面の正面・垂直位置から光が照射されるので、活性炭の光照射面のみに光触媒を付加すればよい。
The present inventor has come up with the idea that the activated carbon photocatalyst film may be added only to the light irradiation side as a result of thinking to solve the above problems.
When manufacturing a sheet-like photocatalyst member, light is irradiated from the front / vertical position of the side surface on which the normal photocatalyst is supported as shown in FIG.
以下、光触媒・活性炭複合シートの製造手順について説明する。
まず、基材となるPETフィルム1(板圧0.3mm)にシリコーンバインダー2を20〜50マイクロメートル程度塗布し、乾燥しないうちに平均粒子径1mm前後の活性炭3をすき間無く散布する。散布が完了したら、図5のように薄紙7等を載せて軽く圧着・固定した後、約100度の温風にて乾燥・固着させる。
Hereinafter, the manufacturing procedure of the photocatalyst / activated carbon composite sheet will be described.
First, about 20-50 micrometers of
次にアモルファス型酸化チタン微粒子0.5gに対し、31%過酸化水素水溶液70mlの割合で調整した溶液をPH4に調整した後、温度90度以上の水浴に10時間保つことにより、酸化チタンをアナターゼ型へと結晶化させる方法で、平均粒子径0.5マイクロメートル以上の水溶液を製造した。詳細は
次にこの光触媒水溶液を基材1の垂直方向から少量スプレーし温度100度で30分乾燥する。この操作を4回繰返し行なう。光触媒シートの完成状態を図1に示す。
Next, a small amount of this photocatalyst aqueous solution is sprayed from the vertical direction of the
一般的な光触媒粒子径は10nm〜100nm程度と小さいため光触媒皮膜を拡大すると図3のように、光触媒粒子の大部分が皮膜の中に埋もれた状況になっている。一方、本実施例においては、活性炭3の表面側に付与された光触媒皮膜4は平均粒子径0.5マイクロメートル以上の光触媒を使用したため、皮膜の拡大図は図4のようになり、皮膜表面部が凹凸状態で光触媒粒子が表面に多数露出した状態であり、気体中の有害成分との接触面積が大きくなっている。
Since the general photocatalyst particle diameter is as small as about 10 nm to 100 nm, when the photocatalyst film is enlarged, most of the photocatalyst particles are buried in the film as shown in FIG. On the other hand, in this example, since the
また、活性炭の裏面側では図1の6のように光触媒の皮膜はほとんど付加されていないため、本来の活性炭の多孔質部が損なわれないため、吸着作用が阻害されずに機能している。 In addition, since the photocatalyst film is hardly added as shown in 6 of FIG. 1 on the back surface side of the activated carbon, the porous portion of the original activated carbon is not damaged, and the adsorption function is not hindered.
次にこの光触媒・活性炭複合シートを組み込んだ液体用浄化装置ユニットを図7に示す。円筒状ガラス容器14の内側に、円筒状に加工した上述の光触媒・活性炭複合シート10を配置してあり、円筒の中心部には光触媒励起用の光源12を、また、その外側には筒状の石英ガラス管11を設置している。石英ガラス管11の役割は、光源12を循環液体から隔離するとともに、光は効率よく透過させることである。9は円筒内の液体を循環させるためのポンプである。
Next, FIG. 7 shows a liquid purification device unit incorporating this photocatalyst / activated carbon composite sheet. The above-mentioned photocatalyst / activated
光源12は、近紫外線(波長352nm)のブラックライトであり、光触媒を励起させるための光源である。また、液体循環用ポンプ9は石英ガラス管11と光触媒・活性炭複合シートとの空間の液体を高速で循環させる役割である。
The
試験試料水15は、500mlの水中に2,4ジニトロフェノールを初濃度10mg/lに調整したものである。
図9は、図7の装置を使用して、2,4ジニトロフェノールの吸着・分解性能を試験したデータである。
この試験データには、本発明による光触媒・活性炭複合シートaのデータをTiO2.ACで表し、また対比試験のために,光触媒のみのシートbをTiO2、活性炭のみのシートcをACで表示している。
グラフの縦軸は2,4ジニトロフェノール濃度であり、横軸は経過時間(分)である。
FIG. 9 shows data obtained by testing the adsorption / decomposition performance of 2,4 dinitrophenol using the apparatus of FIG.
In this test data, the data of the photocatalyst / activated carbon composite sheet a according to the present invention is included in TiO2. It is represented by AC, and for the comparison test, the sheet b with only the photocatalyst is displayed with
The vertical axis of the graph is 2,4 dinitrophenol concentration, and the horizontal axis is elapsed time (minutes).
図9左図は、光源をOFF状態にしたときのデータであるが、bにおいては当然ながら時間経過にかかわらず、2,4ジニトロフェノールの濃度変化は出ていない。aとcにおいては、いずれもほぼ同一の曲線でcがわずかに良い特性を示している。本来なら、図1のように光触媒皮膜がある分だけaの性能が低下するはずであるが、その差がわずかであることは特筆に価する。特に図2のような光触媒皮膜であれば、明らかに大きな性能差がでるのは当然である。 The left diagram in FIG. 9 shows data when the light source is turned off. In b, naturally, no change in the concentration of 2,4 dinitrophenol occurs regardless of the passage of time. In both a and c, the curves are almost the same, and c shows slightly better characteristics. Originally, the performance of a should be reduced by the amount of the photocatalytic film as shown in FIG. 1, but it is worth mentioning that the difference is slight. In particular, in the case of the photocatalyst film as shown in FIG.
このようにaとcの差が少ない原因として、二つの要因が考えられる。その1は、図1において活性炭の裏側にはほとんど光触媒皮膜が形成されていないため、活性炭粒子のスキマから裏側に回り込んだ2,4ジニトロフェノールが吸着されたものと考えられる。その2は、図4のように光触媒粒子が大きいために光触媒皮膜部にも凹凸とともに多くの亀裂によるスキマがあり、そこからも2,4ジニトロフェノールが内部に浸透しているものと想定する。 There are two possible causes for the small difference between a and c. The first is considered to be that the photocatalyst film was hardly formed on the back side of the activated carbon in FIG. 1, so that 2,4 dinitrophenol wrapping around from the gap of the activated carbon particles to the back side was adsorbed. As for No. 2, it is assumed that since the photocatalyst particles are large as shown in FIG. 4, the photocatalyst film portion also has unevenness and a lot of cracks due to cracks, and 2,4 dinitrophenol permeates into the inside.
図9右図は、光源をONにしたときの濃度変化を示す。bにおいては、光触媒が活性化するために、2,4ジニトロフェノールの濃度低減が観測された。また、aとcとの比較においては、aの性能が高くなり、cとの差が拡大していることが読み取れる。 The right figure of FIG. 9 shows the density change when the light source is turned on. In b, since the photocatalyst was activated, a decrease in the concentration of 2,4 dinitrophenol was observed. Moreover, in the comparison between a and c, it can be seen that the performance of a increases and the difference from c increases.
図9も図8と同様に縦軸は2,4ジニトロフェノール濃度であり、横軸は経過時間(分)である。
図9は、図8の実験を繰り返し行なったときの経過的な性能変化を表している。
経過時間が長くなるに従って、活性炭のみのシートcは性能が低下しているが、本発明による光触媒・活性炭複合シートaにおいては、性能低下が少ないことが読み取れる。
In FIG. 9, as in FIG. 8, the vertical axis represents 2,4 dinitrophenol concentration, and the horizontal axis represents elapsed time (minutes).
FIG. 9 shows a change in performance over time when the experiment of FIG. 8 is repeated.
As the elapsed time becomes longer, the performance of the activated carbon-only sheet c decreases, but it can be seen that the performance degradation is small in the photocatalyst / activated carbon composite sheet a according to the present invention.
(0026)〜(0033)における実施例は液体の浄化ユニットの事例である。空気の浄化においても例示していないがまったく同様の効果となることを確認している。 The embodiments in (0026) to (0033) are examples of liquid purification units. Although not illustrated in air purification, it has been confirmed that the same effect is obtained.
1 基材(PETフィルム)
2 シリコンバインダー
3 粒子状活性炭
4 光触媒皮膜
5 光触媒粒子
6 活性炭裏面
7 薄紙
8 スプレー
9 液体循環用ポンプ
10 湾曲加工した光触媒・活性炭複合シート
11 石英ガラス管
12 ブラックライト(光触媒励起用光源)
13 液体循環部
14 円筒状ガラス容器
1 Base material (PET film)
2
13
Claims (4)
The photocatalyst / activated carbon composite sheet according to the present invention (any one of claims 1 to 3) is arranged in a cylindrical shape (with the supported surface inside), and a rod-shaped photocatalyst excitation light source is arranged at the center. A purification device in which an air delivery fan or a liquid delivery pump is arranged upstream or downstream of the cylindrical space.
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