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JP3436267B2 - Purification device and photocatalyst cartridge - Google Patents
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JP3436267B2 - Purification device and photocatalyst cartridge - Google Patents

Purification device and photocatalyst cartridge

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JP3436267B2
JP3436267B2 JP2002232686A JP2002232686A JP3436267B2 JP 3436267 B2 JP3436267 B2 JP 3436267B2 JP 2002232686 A JP2002232686 A JP 2002232686A JP 2002232686 A JP2002232686 A JP 2002232686A JP 3436267 B2 JP3436267 B2 JP 3436267B2
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photocatalyst
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woven fabric
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裕幸 山岡
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば紫外線照射
ランプからの紫外線を光触媒に照射して、光触媒と空
気、水等の処理流体を接触させ、光触媒反応により処理
流体中の有害物質等の分解を行う有害物質処理用の浄化
装置及びそれに使用される光触媒カートリッジに関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention irradiates a photocatalyst with ultraviolet rays from, for example, an ultraviolet ray irradiation lamp to bring the photocatalyst into contact with a treatment fluid such as air or water, and decomposes harmful substances in the treatment fluid by a photocatalytic reaction. The present invention relates to a purifying device for treating harmful substances and a photocatalyst cartridge used therein.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、環境保全に対する関心の高まりと
ともに、大気中及び水中の有害物質を処理する浄化装置
が求められるようになってきた。このような状況の中で
光触媒を用いた浄化装置が注目されている。
2. Description of the Related Art In recent years, as interest in environmental protection has increased, a purification device for treating harmful substances in the atmosphere and water has been required. Under such circumstances, a purifying device using a photocatalyst is receiving attention.

【0003】従来、光触媒を用いた有害物質の浄化は、
光触媒として粉末状の酸化チタンが主として用いられて
きた。しがしながらこれら粉末状の光触媒は、取り扱い
が難しい上、水の浄化においては水中に酸化チタンが混
ざるために処理水から酸化チタンを分離する必要があ
る。
Conventionally, purification of harmful substances using a photocatalyst is
Powdered titanium oxide has been mainly used as a photocatalyst. However, these powdery photocatalysts are difficult to handle, and titanium oxide must be separated from the treated water because titanium oxide is mixed in the water in the purification of water.

【0004】この問題を解決するために、基材に光触媒
粉末を担持させることが行われている。例えば特開平8
−103631号に示されているように、ガラスフィル
ター上に酸化チタンをコーティングすることにより得ら
れるフィルターが提案されている。また、例えば特開平
7−227547号に示されているように、目開きクロ
スに光触媒を担持させた光触媒担持体からなる光触媒カ
ートリッジが提案されている。この光触媒担持体は中空
円錐台形状の一定目開きクロスの積み重ね構造である。
In order to solve this problem, it has been practiced to carry a photocatalyst powder on the substrate. For example, JP-A-8
As disclosed in -1036331, a filter obtained by coating titanium oxide on a glass filter has been proposed. Further, as disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-227547, there is proposed a photocatalyst cartridge including a photocatalyst carrier in which a photocatalyst is supported on an opening cloth. This photocatalyst carrier has a stacking structure of hollow frustoconical constant mesh openings.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、一般に
コーティングによる光触媒粉末の担持では被処理物との
接触等により光触媒粉末が脱落しやすいために処理物に
光触媒粉末が混入するという問題は解決されていない。
また、特開平7−227547号のように、クロスに触
媒を担持する方法では、クロスを構成する繊維同士のブ
リッジングが避けられない。その結果、処理流体が繊維
間を通過することが難しく、圧力損失が大きくなる。こ
の圧力損失を回避するために、ある一定以上の目開きを
規定するか、あるいは上記触媒担持体に意図的に穴を開
けるという方策が取られる。上記特開平7−22754
7号に記載された中空円錐台形状の一定目開きクロスの
積み重ね構造は、上記回避策を講じたものにすぎない。
器壁に単に光触媒をコーティングした浄化装置の構造で
は光触媒と被処理物との接触は非常に悪く、効率の良い
浄化は望めない。光触媒作用による有害物質の浄化にお
いては、光触媒と処理流体との接触を良くすること、す
なわち光触媒と処理流体との有効接触面積をいかに大き
く取るかが極めて重要であり、上記先行特許のように繊
維一本一本の間よりもむしろ、中心部の穴やクロスの目
開き領域を処理流体が優先的に通過する構造では効果的
な光触媒活性は得られない。
However, generally, in the case of carrying the photocatalyst powder by coating, the problem that the photocatalyst powder is mixed into the processed product has not been solved because the photocatalyst powder is likely to fall off due to contact with the processed product. .
Further, in the method of supporting the catalyst on the cloth as in JP-A-7-227547, bridging of the fibers forming the cloth cannot be avoided. As a result, it is difficult for the processing fluid to pass between the fibers, resulting in a large pressure loss. In order to avoid this pressure loss, it is possible to take measures such as defining a certain size or more of openings, or intentionally making holes in the catalyst carrier. JP-A-7-22754
The stacking structure of the hollow frustum-shaped constant-opening cloths described in No. 7 is only the above-mentioned workaround.
In the structure of the purifying device in which the photocatalyst is simply coated on the vessel wall, the contact between the photocatalyst and the object to be treated is very poor, and efficient purifying cannot be expected. In the purification of harmful substances by photocatalysis, it is extremely important to improve the contact between the photocatalyst and the treatment fluid, that is, how large the effective contact area between the photocatalyst and the treatment fluid is. Effective photocatalytic activity cannot be obtained with a structure in which the treatment fluid preferentially passes through the holes in the center or the openings of the cloth, rather than between the individual holes.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、すでに特
願2001−171956に示すように、ブリードアウ
トという自然現象を利用し、前駆体法による光触媒繊維
の開発に成功している。この方法によれば、繊維同士の
ブリッジングが全く無く、一本一本の繊維表面にチタニ
アを始めとする光触媒成分が緻密に析出した構造の光触
媒繊維が得られる。また、この光触媒繊維は、従来のコ
ーティングという手法によらないために繊維表面の光触
媒成分が脱落するという問題点も解決されている。本発
明者らは、この光触媒繊維を用いた有害物質等の処理方
法を検討した結果、この光触媒繊維の不織布の成形物を
用いることにより、穴を開けることなく、円錐形状物の
積み重ね構造体で、低い圧力損失と高い処理流体との接
触効率を達成し、優れた光触媒活性を有する光触媒カー
トリッジの開発に成功した。この不織布の成形物は、繊
維一本一本がある程度の空隙を有して分散した構造にな
っているために、処理流体は繊維一本一本の隙間を通る
ために、処理流体と光触媒との接触面積が非常に大きい
ことが特徴である。
The inventors of the present invention have already succeeded in developing a photocatalyst fiber by a precursor method by utilizing a natural phenomenon of bleed-out, as shown in Japanese Patent Application No. 2001-171956. According to this method, there is no bridging between fibers, and photocatalyst fibers having a structure in which photocatalyst components such as titania are densely deposited on the surface of each fiber can be obtained. In addition, since the photocatalyst fiber does not use a conventional coating method, the problem that the photocatalyst component on the fiber surface falls off has been solved. The present inventors have examined a method for treating harmful substances and the like using this photocatalyst fiber, and as a result, by using a molded article of the non-woven fabric of this photocatalyst fiber, a stacked structure of conical objects can be formed without making holes. We have succeeded in developing a photocatalyst cartridge with excellent photocatalytic activity by achieving low pressure loss and high contact efficiency with the processing fluid. Since this non-woven fabric has a structure in which fibers are dispersed with a certain amount of voids, the treatment fluid passes through the gaps between the fibers, so that the treatment fluid and the photocatalyst It is characterized by a very large contact area.

【0007】すなわち、本発明は、シリカ成分を主体と
する酸化物相(第1相)とTiを含む金属酸化物相(第
2相)との複合酸化物相からなる繊維であって、第2相
を構成する金属酸化物のTiの存在割合が繊維の表層に
向かって傾斜的に増大しており、光触媒機能を有するシ
リカ基複合酸化物繊維の不織布を用いたことを特徴とす
る処理流体と光触媒との接触効率に優れた浄化装置に関
するものである。また、本発明は、シリカ成分を主体と
する酸化物相(第1相)とTiを含む金属酸化物相(第
2相)との複合酸化物相からなる繊維であって、第2相
を構成する金属酸化物のTiの存在割合が繊維の表層に
向かって傾斜的に増大しており、光触媒機能を有するシ
リカ基複合酸化物繊維の不織布を成形してなり、該不織
布の成形物を反応容器内に着脱可能としたことを特徴と
する処理流体と光触媒との接触効率に優れた光触媒カー
トリッジに関するものである。
That is, the present invention provides a fiber comprising a composite oxide phase of an oxide phase (first phase) mainly containing a silica component and a metal oxide phase (second phase) containing Ti, The treatment fluid is characterized in that a non-woven fabric of silica-based complex oxide fibers having a photocatalytic function is used, in which the proportion of Ti in the metal oxides constituting the two phases increases in a gradient toward the surface layer of the fibers. The present invention relates to a purifying device having excellent contact efficiency with a photocatalyst. Further, the present invention is a fiber comprising a composite oxide phase of an oxide phase (first phase) mainly containing a silica component and a metal oxide phase (second phase) containing Ti, wherein the second phase is The content of Ti in the constituent metal oxides is gradually increasing toward the surface layer of the fiber, and a non-woven fabric of silica-based complex oxide fiber having a photocatalytic function is formed, and the formed product of the non-woven fabric is reacted. The present invention relates to a photocatalyst cartridge having excellent contact efficiency between a processing fluid and a photocatalyst, which is removable in a container.

【0008】本発明のシリカ基複合酸化物繊維におい
て、シリカ成分を主体とする酸化物相(第1相)とは、
非晶質であっても結晶質であっても良く、またシリカと
固溶体或いは共融点化合物を形成し得る金属元素或いは
金属酸化物を含有していても良い。シリカと固溶体を形
成し得る金属元素(A)あるいはその酸化物がシリカと
特定組成の化合物を形成し得る金属元素(B)としては
特に限定されるものではないが、例えば(A)としてチ
タン、また(B)としてアルミニウム、ジルコニウム、
イットリウム、リチウム、ナトリウム、バリウム、カル
シウム、ホウ素、亜鉛、ニッケル、マンガン、マグネシ
ウム、鉄等があげられる。
In the silica-based composite oxide fiber of the present invention, the oxide phase (first phase) having a silica component as a main component means
It may be amorphous or crystalline, and may contain a metal element or a metal oxide capable of forming a solid solution or a eutectic point compound with silica. The metal element (A) capable of forming a solid solution with silica or the metal element (B) whose oxide can form a compound having a specific composition with silica is not particularly limited, but, for example, titanium as (A), Further, as (B), aluminum, zirconium,
Examples thereof include yttrium, lithium, sodium, barium, calcium, boron, zinc, nickel, manganese, magnesium and iron.

【0009】この第1相は、本発明で得られる繊維の内
部相を形成しており、力学的特性を負担する重要な役割
を演じている。繊維全体に対する第1相の存在割合は9
8〜40重量%であることが好ましく、目的とする第2
相の機能を十分に発現させ、なお且つ高い力学的特性を
も発現させるためには、第1相の存在割合を50〜95
重量%の範囲内に制御することが好ましい。
This first phase forms the internal phase of the fibers obtained according to the invention and plays an important role in bearing the mechanical properties. The ratio of the first phase to the whole fiber is 9
It is preferably 8 to 40% by weight, and the target second
In order to fully express the function of the phase and also to express the high mechanical characteristics, the existence ratio of the first phase is 50 to 95.
It is preferable to control within the range of weight%.

【0010】一方、第2相を構成する金属酸化物は、光
触媒機能を発現させる上で重要な役割を演じるものであ
る。金属酸化物相を構成する金属としては、Tiが挙げ
られる。この金属酸化物は、単体でもよいし、その共融
点化合物やある特定元素により置換型の固溶体を形成し
たもの等でもよい。この繊維の表層部を構成する第2相
の存在割合は、酸化物の種類により異なるが、2〜60
重量%が好ましく、その機能を十分に発現させ、また高
強度をも同時に発現させるには5〜50重量%の範囲内
に制御することが好ましい。また、第2相のTiを含む
金属酸化物の結晶粒径は15nm以下、特に10nm以
下が好ましい。
On the other hand, the metal oxide constituting the second phase plays an important role in exhibiting the photocatalytic function. Ti is mentioned as a metal which comprises a metal oxide phase. This metal oxide may be a simple substance, or a eutectic compound or a substitutional solid solution formed of a specific element. The abundance ratio of the second phase constituting the surface layer portion of this fiber varies depending on the type of oxide, but is 2 to 60
It is preferably in the range of 5 to 50% by weight in order to sufficiently develop its function and also to develop high strength at the same time. The crystal grain size of the second phase metal oxide containing Ti is preferably 15 nm or less, and particularly preferably 10 nm or less.

【0011】この第2相を構成する金属酸化物のTiの
存在割合は、繊維の表面に向って傾斜的に増大してお
り、その組成の傾斜が明らかに認められる領域の厚さは
5〜500nmの範囲に制御することが好ましいが、繊
維直径の約1/3に及んでも良い。尚、本発明におい
て、第1相及び第2相の「存在割合」とは、第1相を構
成する金属酸化物と第2相を構成する金属酸化物全体、
即ち繊維全体に対する第1相の金属酸化物及び第2相の
金属酸化物の重量%を意味している。
The proportion of Ti in the metal oxide constituting the second phase increases in a gradient toward the surface of the fiber, and the thickness of the region where the composition gradient is clearly recognized is 5 to 5. It is preferable to control in the range of 500 nm, but it may extend to about 1/3 of the fiber diameter. In the present invention, the “presence ratio” of the first phase and the second phase means the metal oxide forming the first phase and the whole metal oxide forming the second phase,
That is, it means the weight% of the first phase metal oxide and the second phase metal oxide with respect to the entire fiber.

【0012】また、このシリカ基複合酸化物繊維は、光
触媒機能を有すると同時に優れた耐熱性を有している。
例えば、加熱空気中に1時間保持した後に元の繊維強度
の90%以上残存する温度が1000℃である。
Further, this silica-based composite oxide fiber has a photocatalytic function and at the same time has excellent heat resistance.
For example, the temperature at which 90% or more of the original fiber strength remains after being kept in heated air for 1 hour is 1000 ° C.

【0013】次に、本発明のシリカ基複合酸化物繊維の
製造方法について説明する。本発明においては、主とし
て一般式
Next, the method for producing the silica-based composite oxide fiber of the present invention will be described. In the present invention, the general formula

【化1】 (但し、式中のRは水素原子、低級アルキル基又はフェ
ニル基を示す。)で表される主鎖骨格を有する数平均分
子量が200〜10,000のポリカルボシランを、T
iを含む有機金属化合物で修飾した構造を有する変性ポ
リカルボシラン、或いは変性ポリカルボシランとTiを
含む有機金属化合物との混合物を溶融紡糸し、不融化処
理後、空気中又は酸素中で焼成することにより、シリカ
基複合酸化物繊維を製造することができる。
[Chemical 1] (However, R in the formula represents a hydrogen atom, a lower alkyl group or a phenyl group.) Polycarbosilane having a main chain skeleton and a number average molecular weight of 200 to 10,000 is represented by T
A modified polycarbosilane having a structure modified with an organometallic compound containing i or a mixture of a modified polycarbosilane and an organometallic compound containing Ti is melt-spun, and after infusibilization treatment, fired in air or oxygen. As a result, a silica-based composite oxide fiber can be manufactured.

【0014】第1工程は、シリカ基複合繊維を製造する
ための出発原料として使用する数平均分子量が1,00
0〜50,000の変性ポリカルボシランを製造する工
程である。上記変性ポリカルボシランの基本的な製造方
法は、特開昭56−74126号に極めて類似している
が、本発明では、その中に記載されている官能基の結合
状態を注意深く制御する必要がある。これについて以下
に概説する。
In the first step, the number average molecular weight used as a starting material for producing a silica-based composite fiber is 1,00.
This is a step of producing 0 to 50,000 modified polycarbosilane. The basic method for producing the modified polycarbosilane is very similar to that in JP-A-56-74126, but in the present invention, it is necessary to carefully control the bonding state of the functional groups described therein. is there. This is outlined below.

【0015】出発原料である変性ポリカルボシランは、
主として一般式
The modified polycarbosilane which is the starting material is
Mainly general formula

【化2】 (但し、式中のRは水素原子、低級アルキル基又はフェ
ニル基を示す。)で表される主査骨格を有する数平均分
子量が200〜10,000のポリカルボシランと、一
般式、M(OR')n或いはMR''m(Mは少なくともT
i、R'は炭素原子数1〜20個を有するアルキル基ま
たはフェニル基、R"はアセチルアセトナート、mとn
は1より大きい整数)を基本構造とするTiを含む有機
金属化合物(以下、単に有機金属化合物という)とから
誘導されるものである。
[Chemical 2] (However, R in the formula represents a hydrogen atom, a lower alkyl group or a phenyl group.) A polycarbosilane having a main skeleton represented by a number average molecular weight of 200 to 10,000 and a general formula, M (OR ') n or MR''m (M is at least T
i and R'are alkyl or phenyl groups having 1 to 20 carbon atoms, R "is acetylacetonate, m and n
Is derived from a Ti-containing organometallic compound (hereinafter simply referred to as an organometallic compound) having a basic structure of an integer greater than 1.

【0016】ここで、本発明の傾斜組成を有する繊維を
製造するには、上記有機金属化合物の一部のみがポリカ
ルボシランと結合を形成する緩慢な反応条件を選択する
必要がある。その為には280℃以下、好ましくは25
0℃以下の温度で不活性ガス中で反応させる必要があ
る。この反応条件では、上記有機金属化合物はポリカル
ボシランと反応したとしても、1官能性重合体として結
合(即ちペンダント状に結合)しており、大幅な分子量
の増大は起こらない。この有機金属化合物が一部結合し
た変性ポリカルボシランは、ポリカルボシランと有機金
属化合物の相溶性を向上させる上で重要な役割を演じ
る。
Here, in order to produce the fiber having the graded composition of the present invention, it is necessary to select a slow reaction condition in which only a part of the above-mentioned organometallic compound forms a bond with polycarbosilane. Therefore, 280 ° C or lower, preferably 25
It is necessary to react in an inert gas at a temperature of 0 ° C or lower. Under this reaction condition, even if the organometallic compound is reacted with polycarbosilane, it is bonded (that is, pendantly bonded) as a monofunctional polymer, and a large increase in molecular weight does not occur. The modified polycarbosilane in which the organometallic compound is partially bonded plays an important role in improving the compatibility between the polycarbosilane and the organometallic compound.

【0017】尚、2官能以上の多くの官能基が結合した
場合は、ポリカルボシランの橋掛け構造が形成されると
共に顕著な分子量の増大が認められる。この場合は、反
応中に急激な発熱と溶融粘度の上昇が起こる。一方、上
記1官能しか反応せず未反応の有機金属化合物が残存し
ている場合は、逆に溶融粘度の低下が観察される。
When a large number of bifunctional or higher functional groups are bonded, a polycarbosilane bridge structure is formed and a marked increase in the molecular weight is observed. In this case, a rapid heat generation and a rise in melt viscosity occur during the reaction. On the other hand, when only the above-mentioned monofunctional compound is reacted and the unreacted organometallic compound remains, a decrease in melt viscosity is observed.

【0018】本発明では、未反応の有機金属化合物を意
図的に残存させる条件を選択することが望ましい。本発
明では、主として上記変性ポリカルボシランと未反応状
態の有機金属化合物或いは2〜3量体程度の有機金属化
合物が共存したものを出発原料として用いるが、変性ポ
リカルボシランのみでも、極めて低分子量の変性ポリカ
ルボシラン成分が含まれる場合は、同様に本発明の出発
原料として使用できる。
In the present invention, it is desirable to select conditions under which unreacted organometallic compound is intentionally left. In the present invention, the above modified polycarbosilane and an unreacted organometallic compound or an organometallic compound in the range of about 2-3 trimers are mainly used as a starting material, but the modified polycarbosilane alone has an extremely low molecular weight. When the modified polycarbosilane component of 1 is contained, it can be similarly used as the starting material of the present invention.

【0019】第2工程においては、前記第1工程で得ら
れた変性ポリカルボシラン、或いは変性ポリカルボシラ
ンと低分子量の有機金属化合物の混合物(以下前駆体ポ
リマーという)を溶融させて紡糸原液を造り、場合によ
ってはこれをろ過してミクロゲル、不純物等の紡糸に際
して有害となる物質を除去し、これを通常用いられる合
成繊維紡糸用装置により紡糸する。紡糸する際の紡糸原
液の温度は原料の変性ポリカルボシランの軟化温度によ
って異なるが、50〜200℃の温度範囲が有利であ
る。上記紡糸装置において、必要に応じてノズル下部に
加湿加熱筒を設けても良い。尚、繊維径は、ノズルから
の吐出量と紡糸機下部に設置された高速巻き取り装置の
巻き取り速度を変えることにより調整される。
In the second step, the modified polycarbosilane obtained in the first step or a mixture of the modified polycarbosilane and a low molecular weight organometallic compound (hereinafter referred to as a precursor polymer) is melted to prepare a spinning solution. In the production, in some cases, this is filtered to remove substances harmful to the spinning such as microgels and impurities, and this is spun by a commonly used synthetic fiber spinning device. The temperature of the spinning dope during spinning depends on the softening temperature of the modified polycarbosilane as the raw material, but a temperature range of 50 to 200 ° C. is advantageous. In the above spinning device, a humidification heating cylinder may be provided below the nozzle, if necessary. The fiber diameter is adjusted by changing the discharge amount from the nozzle and the winding speed of a high-speed winding device installed below the spinning machine.

【0020】第2工程は、前記溶融紡糸の他に、前記第
1工程で得られた前駆体ポリマーを、例えばベンゼン、
トルエン、キシレンあるいはその他前駆体ポリマーを溶
融することのできる溶媒に溶解させ、紡糸原液を造り、
場合によってはこれをろ過してマクロゲル、不純物等紡
糸に際して有害な物質を除去した後、前記紡糸原液を通
常用いられる合成繊維紡糸装置により乾式紡糸法により
紡糸し、巻き取り速度を制御して目的とする繊維を得る
ことができる。
In the second step, in addition to the melt spinning, the precursor polymer obtained in the first step is treated with, for example, benzene,
Toluene, xylene or other precursor polymer is dissolved in a solvent capable of melting to prepare a spinning dope,
In some cases, this is filtered to remove harmful substances such as macrogels and impurities during spinning, and then the spinning solution is spun by a dry spinning method using a synthetic fiber spinning device that is usually used, and the winding speed is controlled to achieve the purpose. The fiber which does can be obtained.

【0021】これらの紡糸工程において、必要ならば、
紡糸装置に紡糸筒を取り付け、その筒内の雰囲気を前記
溶媒のうち少なくとも1つの気体との混合雰囲気とする
か、或いは空気、不活性ガス、熱空気、熱不活性ガス、
スチーム、アンモニアガス、炭化水素ガス、有機ケイ素
化合物ガスの雰囲気とすることにより、紡糸筒中の繊維
の固化を制御することができる。
In these spinning steps, if necessary,
A spinning cylinder is attached to the spinning device, and the atmosphere in the cylinder is a mixed atmosphere with at least one gas of the solvents, or air, an inert gas, hot air, a heat inert gas,
By setting the atmosphere of steam, ammonia gas, hydrocarbon gas, and organosilicon compound gas, the solidification of the fibers in the spinning cylinder can be controlled.

【0022】第3工程においては、前記紡糸繊維を酸化
雰囲気中で、張力または無張力の作用の下で予備加熱を
行い、前記紡糸繊維の不融化を行う。この工程は、後工
程の焼成の際に繊維が溶融せず、且つ隣接繊維と接着し
ないことを目的として行うものである。処理温度並びに
処理時間は、組成により異なり、特に規定しないが、一
般に50〜400℃の範囲内で、数時間〜30時間の処
理上条件が選択される。また、上記酸化雰囲気中には、
水分、窒素酸化物、オゾン等、紡糸繊維の酸化力を高め
るものが含まれていても良く、酸素分圧を意図的に変え
ても良い。
In the third step, the spun fiber is infusibilized by preheating the spun fiber under an action of tension or no tension in an oxidizing atmosphere. This step is performed for the purpose of preventing the fibers from being melted and adhering to the adjacent fibers at the time of firing in the subsequent step. The treatment temperature and the treatment time differ depending on the composition and are not particularly specified, but generally, a treatment condition of several hours to 30 hours is selected within the range of 50 to 400 ° C. Also, in the oxidizing atmosphere,
It may contain water, nitrogen oxides, ozone, etc. that enhance the oxidizing power of the spun fiber, and the oxygen partial pressure may be intentionally changed.

【0023】ところで、原料中に含まれる低分子量物の
割合によっては、紡糸繊維の軟化温度が50℃を下回る
場合もあり、その場合は、あらかじめ上記処理温度より
も低い温度で、繊維表面の酸化を促進する処理を施す場
合もある。尚、同第3工程並びに第2工程の際に、原料
中に含まれている低分子量化合物の繊維表面へのブリー
ドアウトが進行し、目的とする傾斜組成の下地が形成さ
れるものと考えている。
By the way, depending on the proportion of low molecular weight substances contained in the raw material, the softening temperature of the spun fiber may be lower than 50 ° C. In that case, oxidation of the fiber surface should be carried out at a temperature lower than the above treatment temperature in advance. In some cases, a process for promoting It is considered that, in the third step and the second step, bleeding out of the low molecular weight compound contained in the raw material to the fiber surface progresses to form an underlayer having a desired gradient composition. There is.

【0024】第4工程においては、前記不融化した繊維
を、張力または無張力下で、500〜1800℃の温度
範囲で酸化雰囲気中において焼成し、目的とする、シリ
カ成分を主体とする酸化物相(第1相)とTiを含む金
属酸化物相(第2相)との複合酸化物相からなり、表層
に向かって第2相を構成する金属酸化物のTiの存在割
合が傾斜的に増大するシリカ基複合酸化物繊維を得る。
この工程において、不融化繊維中に含まれる有機物成分
は基本的には酸化されるが、選択する条件によっては、
炭素や炭化物として繊維中に残存する場合もある。この
ような状態でも、目的とする機能に支障を来さない場合
はそのまま使用されるが、支障を来す場合は、更なる酸
化処理が施される。その際、目的とする傾斜組成並びに
結晶構造に問題が生じない温度、処理時間が選択されな
ければならない。
In the fourth step, the infusibilized fiber is fired under tension or no tension in an oxidizing atmosphere in a temperature range of 500 to 1800 ° C. to obtain a desired oxide mainly composed of a silica component. Phase (first phase) and a metal oxide phase containing Ti (second phase), which is a composite oxide phase, and the proportion of Ti in the metal oxide forming the second phase gradually increases toward the surface layer. Increased silica-based complex oxide fibers are obtained.
In this step, the organic component contained in the infusibilized fiber is basically oxidized, but depending on the selected conditions,
It may remain in the fiber as carbon or carbide. Even in such a state, if the intended function is not hindered, it is used as it is, but if it is hindered, further oxidation treatment is performed. At that time, the temperature and the treatment time must be selected so that the intended graded composition and crystal structure do not cause any problems.

【0025】本発明においては、上記製法により得られ
た光触媒機能を有するシリカ基複合酸化物繊維を短繊維
にした後、ニードルパンチを行うことにより不織布とす
る。不織布の目付けや厚みについては特に限定は無いが
通常、目付けが50〜500g/m、厚みが0.5〜
20mmのものが用いられるが、必要に応じてこの不織
布を必要な厚みになるように積層しても良い。
In the present invention, the silica-based composite oxide fiber having a photocatalytic function obtained by the above production method is made into a short fiber and then needle punched to obtain a nonwoven fabric. The basis weight and thickness of the non-woven fabric are not particularly limited, but usually, the basis weight is 50 to 500 g / m 2 , and the thickness is 0.5 to
Although the thickness of 20 mm is used, this non-woven fabric may be laminated so as to have a required thickness if necessary.

【0026】また、本発明のシリカ基複合酸化物繊維の
不織布は、メルトブロー法を用いて、前記前駆体ポリマ
ーを溶融し、溶融物を紡糸ノズルから吐出すると共に、
前記紡糸ノズルの周囲から加熱窒素ガスを噴出させて紡
糸し、紡糸ノズルの下部に配置した受器に紡糸繊維を捕
集することにより不織布を形成させ、次いで、該不織布
を不融化処理後、酸化雰囲気中で焼成することにより製
造することができる。
The non-woven fabric of the silica-based composite oxide fiber of the present invention uses the melt blow method to melt the precursor polymer and discharges the melt from the spinning nozzle.
A heated nitrogen gas is spouted from the periphery of the spinning nozzle to perform spinning, and the nonwoven fabric is formed by collecting the spun fibers in a receiver arranged below the spinning nozzle. Then, the nonwoven fabric is infusibilized and then oxidized. It can be manufactured by firing in an atmosphere.

【0027】紡糸ノズルの直径は通常100〜500μ
m程度のものを用いる。窒素ガス噴出速度は30〜30
0m/sの程度であり、速度が速いほど細い繊維が得ら
れる。また、窒素ガスの加熱温度は、所望の紡糸繊維が
得られれば、特に制限はないが、通常500℃程度に加
熱した窒素ガスを噴出させる。従来、一般的なメルトブ
ロー法では、噴出ガスとして空気が用いられているが、
前記前駆体ポリマーを紡糸するには窒素を用いる必要が
ある。噴出ガスとして窒素を用いることにより、安定し
て紡糸を行うことができる。
The diameter of the spinning nozzle is usually 100 to 500 μm.
The thing of about m is used. Nitrogen gas ejection speed is 30-30
It is about 0 m / s, and finer fibers can be obtained as the speed increases. The heating temperature of the nitrogen gas is not particularly limited as long as the desired spun fiber can be obtained, but the nitrogen gas heated to about 500 ° C. is usually ejected. Conventionally, in a general melt blow method, air is used as a jet gas,
Nitrogen must be used to spin the precursor polymer. By using nitrogen as the jet gas, stable spinning can be performed.

【0028】また、前記前駆体ポリマーを紡糸し、紡糸
ノズルの下部に配置した受器に紡糸繊維を捕集する際、
吸引可能な受器を用いて、受器の下側から吸引しながら
行うことが好ましい。吸引することにより、繊維が効果
的にからまり、高強度の不織布が得られる。吸引速度は
2〜10m/s程度の範囲が好ましい。
When the precursor polymer is spun and the spun fiber is collected in a receiver arranged below the spinning nozzle,
It is preferable to use a suction-capable receiver while suctioning from the lower side of the receiver. By suctioning, the fibers are effectively entangled and a high-strength nonwoven fabric is obtained. The suction speed is preferably in the range of 2 to 10 m / s.

【0029】次に、得られた不織布に上記溶融紡糸の場
合と同様の不融化処理及び焼成を行うことにより、本発
明のシリカ基複合酸化物繊維の不織布が得られる。上記
メルトブロー法により製造されるシリカ基複合酸化物繊
維は、平均繊維径が1〜20μm、好ましくは、1〜8
μm、より好ましくは、2〜6μmと、溶融紡糸法で製
造される繊維に比べてより細いものとすることができ
る。これにより、繊維の表面積も大きくでき、触媒活性
が増大する。また、メルトブロー法により製造される不
織布は、溶融紡糸法で製造された長さ40〜50μm程
度の短繊維をニードルパンチ法で不織布としたものに比
べて、繊維が長いものとなる。その結果、不織布は強度
が高く(引張強度2N以上)、フィルター等に加工する
際に、十分なプリーツ加工性を有する。
Next, the non-woven fabric of the present invention is obtained by subjecting the obtained non-woven fabric to infusibilization treatment and firing similar to those in the above-mentioned melt spinning. The silica-based composite oxide fiber produced by the melt-blowing method has an average fiber diameter of 1 to 20 μm, preferably 1 to 8
μm, and more preferably 2 to 6 μm, which is thinner than the fiber produced by the melt spinning method. As a result, the surface area of the fiber can be increased and the catalytic activity is increased. Further, the nonwoven fabric produced by the melt blow method has longer fibers than the nonwoven fabric produced by the melt spinning method and having a length of about 40 to 50 μm by the needle punch method. As a result, the non-woven fabric has high strength (tensile strength of 2 N or more) and has sufficient pleating workability when processed into a filter or the like.

【0030】次いで、上記により得られた不織布を所望
の形状に成形することにより、反応容器内に着脱可能で
ある光触媒カートリッジが得られる。成形方法について
は、特に制限はないが、例えばステンレス製の金網等を
サポート材として特定形状物に成形することができる。
Next, the non-woven fabric obtained above is molded into a desired shape to obtain a photocatalyst cartridge that can be attached to and detached from the reaction container. The forming method is not particularly limited, but a specific shape can be formed using, for example, a stainless steel wire net as a support material.

【0031】本発明の光触媒カートリッジは、図1に示
すように、前記不織布の成形物を円錐形状とし、処理流
体の流れに沿ってある間隔を空けて反応容器内に多段に
配置することができる。多段に配置することにより光触
媒と処理流体との接触面積をさらに増加させることが可
能であり、さらに光触媒を円錐形状とすることにより、
光触媒反応に必要な紫外光を有効に光触媒に照射するこ
とが可能である。
In the photocatalyst cartridge of the present invention, as shown in FIG. 1, the molded article of the non-woven fabric has a conical shape and can be arranged in multiple stages in the reaction vessel at a certain interval along the flow of the processing fluid. . It is possible to further increase the contact area between the photocatalyst and the treatment fluid by arranging the photocatalyst in multiple stages, and by making the photocatalyst into a conical shape,
It is possible to effectively irradiate the photocatalyst with the ultraviolet light necessary for the photocatalytic reaction.

【0032】また、図2に示すように、前記不織布の成
形物を中空円錐台状とし、多段に配置することにより、
中心部に紫外線ランプを配置可能とすることもできる。
また、この光触媒カートリッジにおいて、多段の成形物
を枠体等を用いて連結構造とすることで反応容器への脱
着を容易にすることもできる。
Further, as shown in FIG. 2, the molded article of the non-woven fabric is formed into a hollow truncated cone shape and arranged in multiple stages,
It is also possible to arrange an ultraviolet lamp in the center.
Further, in this photocatalyst cartridge, it is possible to facilitate the attachment / detachment to / from the reaction container by forming a multi-stage molded product into a connection structure using a frame body or the like.

【0033】[0033]

【実施例】以下、本発明を実施例により説明する。 参考例1 5リットルの三口フラスコに無水トルエン2.5リット
ルと金属ナトリウム400gとを入れ窒素ガス気流下で
トルエンの沸点まで加熱し、ジメチルジクロロシラン1
リットルを1時間かけて滴下した。滴下終了後、10時
間加熱還流し沈殿物を生成させた。この沈殿をろ過し、
まずメタノールで洗浄した後、水で洗浄して、白色粉末
のポリジメチルシラン420gを得た。ポリジメチルシ
ラン250gを水冷還流器を備えた三口フラスコ中に仕
込み、窒素気流下、420℃で30時間加熱反応させて
数平均分子量が1200のポリカルボシランを得た。
EXAMPLES The present invention will be described below with reference to examples. Reference Example 1 2.5 liters of anhydrous toluene and 400 g of sodium metal were placed in a 5 liter three-necked flask and heated to the boiling point of toluene under a nitrogen gas stream, and dimethyldichlorosilane 1 was added.
L was added dropwise over 1 hour. After completion of dropping, the mixture was heated under reflux for 10 hours to generate a precipitate. This precipitate is filtered,
First, it was washed with methanol and then with water to obtain 420 g of white powdery polydimethylsilane. 250 g of polydimethylsilane was charged into a three-necked flask equipped with a water-cooled reflux device, and heated and reacted at 420 ° C. for 30 hours under a nitrogen stream to obtain polycarbosilane having a number average molecular weight of 1200.

【0034】実施例1 参考例1の方法により合成されたポリカルボシラン16
gにトルエン100gとテトラブトキシチタン64gを
加え、100℃で1時間予備加熱させた後、150℃ま
でゆっくり昇温してトルエンを留去させてそのまま5時
間反応させ、更に250℃まで昇温して5時間反応して
変性ポリカルボシランを合成した。この変性ポリカルボ
シランに意図的に低分子量の有機金属化合物を共存させ
る目的で5gのテトラブトキシチタンを加えて、変性ポ
リカルボシランと低分子量有機金属化合物の混合物を得
た。
Example 1 Polycarbosilane 16 synthesized by the method of Reference Example 1
To 100 g of toluene, 100 g of toluene and 64 g of tetrabutoxytitanium were added, preheated at 100 ° C. for 1 hour, then slowly heated to 150 ° C., toluene was distilled off, the reaction was continued for 5 hours, and further heated to 250 ° C. And reacted for 5 hours to synthesize a modified polycarbosilane. To this modified polycarbosilane, 5 g of tetrabutoxytitanium was intentionally added for the purpose of allowing a low-molecular weight organometallic compound to coexist to obtain a mixture of the modified polycarbosilane and the low-molecular weight organometallic compound.

【0035】この変性ポリカルボシランと低分子量有機
金属化合物の混合物をトルエンに溶解させたのちガラス
製の紡糸装置に仕込み、内部を十分に窒素置換してから
昇温してトルエンを留去させて、180℃で溶融紡糸を
行った。紡糸繊維を、空気中、段階的に150℃まで加
熱し不融化させた後、1200℃の空気中で1時間焼成
を行いチタニア/シリカ繊維を得た。
A mixture of this modified polycarbosilane and a low molecular weight organometallic compound was dissolved in toluene and charged into a glass spinning device, and the interior was sufficiently replaced with nitrogen, and then the temperature was raised to distill off the toluene. Melt spinning was performed at 180 ° C. The spun fiber was heated in air stepwise to 150 ° C. to make it infusible and then fired in air at 1200 ° C. for 1 hour to obtain a titania / silica fiber.

【0036】得られた繊維(平均直径:13μm)は、
X線回折の結果、非晶質シリカとアナターゼのチタニア
からなっており、繊維全体のTi/Si(モル比)は
0.17であった。また、EPMAによる構成原子の分
布状態を調べたところ、最外周部から1μmの領域でT
i/Si(モル比)=0.87、最外周から3〜4μm
の領域でTi/Si(モル比)=0.15、中心部でT
i/Si(モル比)=0.04と、表面に向ってチタン
が増大する傾斜組成になっていることを確認した。同繊
維の引張り強度は1.5GPaで、従来知られているゾ
ルゲル法により得られたアナターゼ型チタニア/シリカ
繊維に比べて極めて高強度を示すものであった。
The obtained fiber (average diameter: 13 μm) is
As a result of X-ray diffraction, it consisted of amorphous silica and titania of anatase, and the Ti / Si (molar ratio) of the whole fiber was 0.17. Moreover, when the distribution state of constituent atoms by EPMA was examined, it was found that T
i / Si (molar ratio) = 0.87, 3 to 4 μm from the outermost periphery
In the region of Ti / Si (molar ratio) = 0.15, T in the center
It was confirmed that i / Si (molar ratio) = 0.04 and the composition was graded such that titanium increased toward the surface. The tensile strength of the fiber was 1.5 GPa, which was significantly higher than that of the anatase-type titania / silica fiber obtained by the conventionally known sol-gel method.

【0037】得られたチタニア/シリカ繊維を長さ50
mmの短繊維にした後、ニードルパンチを行うことによ
り目付け100g/m、厚さ1mmのチタニア/シリ
カ繊維製フェルトを得た。
The titania / silica fiber obtained was made to have a length of 50.
After making the fiber into mm short fibers, needle punching was performed to obtain a titania / silica fiber felt having a basis weight of 100 g / m 2 and a thickness of 1 mm.

【0038】このチタニア/シリカ繊維製フェルトを1
0枚積層し、約10mmの厚みとし、これをステンレス
製の金網(線径1mm、3メッシュ)をサポート材とし
て直径130mm、高さ65mmの円錐形状物に成型
し、光触媒カートリッジ(1)とした。これを図1に示
すように反応容器(2)に多段で配置した。図1におい
て、反応容器の寸法は特に限定されるものではないが、
本実施例では内径130mm、高さ600mmとした。
この反応容器の材質は、紫外光を透過し、且つ処理流体
中に成分が溶出しない物質が望ましい。本実施例の場合
は透明石英を用いた。この反応容器の外側に40Wの紫
外線ランプ(3)を4本配置してある。紫外線を照射し
ながら、反応容器入口(4)から500ppbのトリク
ロロエチレンを含む水を0.3m/sの流速で流した。
反応容器出口(5)の水をサンプリングしてトリクロロ
エチレン濃度をガスクロで分析した結果、5ppb以下
であった。
This titania / silica fiber felt 1
0 sheets were laminated to have a thickness of about 10 mm, and this was molded into a conical shape with a diameter of 130 mm and a height of 65 mm using a stainless wire mesh (wire diameter: 1 mm, 3 mesh) as a support material to obtain a photocatalyst cartridge (1). . This was arranged in multiple stages in the reaction vessel (2) as shown in FIG. In FIG. 1, the size of the reaction container is not particularly limited,
In this embodiment, the inner diameter is 130 mm and the height is 600 mm.
The material of this reaction container is preferably a substance that transmits ultraviolet light and does not elute the components in the processing fluid. In this example, transparent quartz was used. Four 40 W ultraviolet lamps (3) are arranged outside the reaction vessel. Water containing 500 ppb of trichlorethylene was caused to flow from the reaction vessel inlet (4) at a flow rate of 0.3 m / s while irradiating with ultraviolet rays.
As a result of sampling water at the outlet of the reaction vessel (5) and analyzing the trichlorethylene concentration by gas chromatography, it was 5 ppb or less.

【0039】また、紫外線を照射しながら、反応容器入
口(4)から50ppmのアセトアルデヒド含む空気を
3m/sの流速で流した。反応容器出口(5)の空気を
サンプリングしてアセトアルデヒド濃度をガスクロで分
析した結果、1ppm以下であった。
Further, while irradiating with ultraviolet rays, air containing 50 ppm of acetaldehyde was caused to flow from the reaction vessel inlet (4) at a flow rate of 3 m / s. As a result of sampling the air at the outlet (5) of the reaction vessel and analyzing the acetaldehyde concentration by gas chromatography, it was 1 ppm or less.

【0040】実施例2 実施例1で得られたチタニア/シリカ繊維製フェルトを
10枚積層し、約10mmの厚みとし、これをステンレ
ス製の金網(線径1mm、3メッシュ)をサポート材と
して直径180mm、高さ90mmで中央部に直径30
mmの穴を開けた中空円錐台形状物に成型し、光触媒カ
ートリッジ(6)とした。これを図2に示すように反応
容器(7)に多段で配置した。図2において、反応容器
の寸法は特に限定されるものではないが、本実施例では
内径180mm、高さ600mmとした。この反応容器
の材質は、処理流体中に成分が溶出しない物質が望まし
い。本実施例の場合はステンレスを用いた。この反応容
器の中心部に60Wの紫外線ランプ(8)を1本配置し
てある。この紫外線ランプ(8)は、紫外光を透過し、
且つ処理流体中に成分が溶出しない物質でできた直径3
0mmの保護管(9)に挿入されている。本実施例で
は、透明石英製の保護管を用いた。光触媒カートリッジ
(6)は、反応容器(7)内面および保護管(9)と密
着した構造となっている。紫外線を照射しながら、反応
容器入口(10)から1000個/mlの大腸菌を含む
水を0.3m/sの流速で流した。反応容器出口(1
1)の水をサンプリングして大腸菌数を測定した結果、
大腸菌は認められなかった。
Example 2 Ten pieces of the titania / silica fiber felt obtained in Example 1 were laminated to have a thickness of about 10 mm, and this was used as a support material with a stainless steel wire mesh (wire diameter 1 mm, 3 mesh) as a support material. 180mm, height 90mm, diameter 30 in the center
A photocatalyst cartridge (6) was obtained by molding into a hollow truncated cone shape with a hole of mm. This was arranged in multiple stages in the reaction vessel (7) as shown in FIG. In FIG. 2, the dimensions of the reaction vessel are not particularly limited, but in this example, the inner diameter was 180 mm and the height was 600 mm. The material of the reaction vessel is preferably a substance that does not elute the components in the processing fluid. In this example, stainless steel was used. One 60 W ultraviolet lamp (8) is arranged in the center of this reaction vessel. This UV lamp (8) transmits UV light,
And diameter 3 made of a substance that does not elute components in the processing fluid
It is inserted in a 0 mm protective tube (9). In this example, a protective tube made of transparent quartz was used. The photocatalyst cartridge (6) is in close contact with the inner surface of the reaction container (7) and the protective tube (9). While irradiating with ultraviolet rays, water containing 1000 cells / ml of Escherichia coli was caused to flow from the reaction vessel inlet (10) at a flow rate of 0.3 m / s. Reaction vessel outlet (1
As a result of sampling the water of 1) and measuring the number of E. coli,
No E. coli was found.

【0041】比較例1 目開き0.5mm、ピッチ2mm、厚さ0.5mmのガ
ラスクロスに光触媒成分としてTiO(チタニア)を
特開平5―97280記載の薄膜形成法で担持させた。
担持量は、40g/mとした。
Comparative Example 1 TiO 2 (titania) as a photocatalyst component was supported on a glass cloth having an opening of 0.5 mm, a pitch of 2 mm and a thickness of 0.5 mm by the thin film forming method described in JP-A-5-97280.
The supported amount was 40 g / m 2 .

【0042】このチタニアを担持したガラスクロスを用
いて、実施例1の場合と同様に、直径130mm、高さ
65mmの円錐形状の光触媒カートリッジとして、図1
と同様の装置に多段で設置し、実施例1と同様に水中の
トリクロロエチレンと空気中のアセトアルデヒドの浄化
評価を行った。しかしながらいずれの評価においても光
触媒の圧力損失が大きく、評価は実施不能であった。
Using this glass cloth carrying the titania, as in the case of Example 1, a conical photocatalyst cartridge having a diameter of 130 mm and a height of 65 mm was prepared as shown in FIG.
The apparatus was installed in multiple stages in the same apparatus as in Example 1 and the evaluation of purification of trichlorethylene in water and acetaldehyde in air was performed in the same manner as in Example 1. However, in any of the evaluations, the pressure loss of the photocatalyst was large, and the evaluation could not be performed.

【0043】比較例2 光触媒の圧力損失を低減するために、比較例1で得た円
錐形状の光触媒カートリッジの中央部に直径30mmの
穴を開け、図1と同様に多段で設置し、実施例1と同様
に水中のトリクロロエチレンと空気中のアセトアルデヒ
ドの浄化評価を行った。比較例1の場合と比較して、圧
力損失は低減されていたが、水中のトリクロロエチレン
濃度は、装置入口濃度500ppbに対して出口濃度は
200ppb、空気中のアセトアルデヒド濃度は、入口
濃度50ppmに対して出口濃度は20ppmと、実施
例1の場合と比較して浄化能力は著しく低かった。
Comparative Example 2 In order to reduce the pressure loss of the photocatalyst, a hole having a diameter of 30 mm was opened in the central portion of the conical photocatalyst cartridge obtained in Comparative Example 1, and the multi-stage installation was performed as in FIG. In the same manner as in 1, purification evaluation of trichlorethylene in water and acetaldehyde in air was performed. Although the pressure loss was reduced as compared with the case of Comparative Example 1, the trichloroethylene concentration in water was 200 ppb at the outlet concentration for the device inlet concentration of 500 ppb, and the acetaldehyde concentration in the air was at 50 ppm for the inlet concentration. The outlet concentration was 20 ppm, which was significantly lower than the purification capacity of Example 1.

【0044】本発明者らは、このような浄化能力の違い
を調べるために、流体解析ソフトSTAR CDを用い
て反応容器内の流体の流れを解析した。その結果を図3
に示す。すなわち、本発明で提案される光触媒は、繊維
同士のブリッジングが全く無く、一本一本の繊維表面に
チタニアを始めとする光触媒成分が緻密に析出した構造
の光触媒繊維を用いて、フェルト形状物にしたものを用
いている。このフェルト形状物は、繊維一本一本がある
程度の空隙を有して分散した構造になっているために、
処理流体は繊維一本一本の隙間を通るために、圧力損失
が小さく、また処理流体と光触媒との接触面積を非常に
大きくすることができる。その結果として非常に高い浄
化能力が得られる。一方、ガラスクロスに光触媒を担持
した構造のものは圧力損失が大きいために比較例2のよ
うに一部に穴を開けた構造にせざるを得ない。しかしな
がら、このような構造の場合、処理流体はガラスクロス
内を流れるよりもむしろ、ガラスクロス表面を流れるた
めに、光触媒と処理流体との接触効率は極めて悪くなっ
ている。そのために浄化能力が低くなっていると考えら
れる。
The present inventors analyzed the flow of the fluid in the reaction vessel by using the fluid analysis software STAR CD in order to investigate such a difference in the purifying ability. The result is shown in Figure 3.
Shown in. That is, the photocatalyst proposed in the present invention has no bridging between fibers, and uses a photocatalyst fiber having a structure in which photocatalyst components such as titania are densely deposited on the surface of each fiber, and has a felt shape. I use what I made. This felt-shaped material has a structure in which fibers are dispersed with some voids,
Since the treatment fluid passes through the gaps between the fibers one by one, the pressure loss is small, and the contact area between the treatment fluid and the photocatalyst can be made very large. As a result, a very high purification capacity is obtained. On the other hand, since the structure in which the photocatalyst is supported on the glass cloth has a large pressure loss, it is unavoidable to form the structure in which a hole is partially formed as in Comparative Example 2. However, in the case of such a structure, since the treatment fluid flows on the surface of the glass cloth rather than on the inside of the glass cloth, the contact efficiency between the photocatalyst and the treatment fluid is extremely poor. Therefore, it is considered that the purification capacity is low.

【0045】実施例3 参考例1の方法により合成されたポリカルボシラン16
gにトルエン100gとテトラブトキシチタン64gを
加え、100℃で1時間予備加熱させた後、150℃ま
でゆっくり昇温してトルエンを留去させてそのまま5時
間反応させ、更に250℃まで昇温して5時間反応して
変性ポリカルボシランを合成した。この変性ポリカルボ
シランに意図的に低分子量の有機金属化合物を共存させ
る目的で5gのテトラブトキシチタンを加えて、変性ポ
リカルボシランと低分子量有機金属化合物の混合物を得
た。
Example 3 Polycarbosilane 16 synthesized by the method of Reference Example 1
To 100 g of toluene, 100 g of toluene and 64 g of tetrabutoxytitanium were added, preheated at 100 ° C. for 1 hour, then slowly heated to 150 ° C., toluene was distilled off, the reaction was continued for 5 hours, and further heated to 250 ° C. And reacted for 5 hours to synthesize a modified polycarbosilane. To this modified polycarbosilane, 5 g of tetrabutoxytitanium was intentionally added for the purpose of allowing a low-molecular weight organometallic compound to coexist to obtain a mixture of the modified polycarbosilane and the low-molecular weight organometallic compound.

【0046】この変性ポリカルボシランと低分子量有機
金属化合物の混合物をトルエンに溶解させたのちガラス
製の紡糸装置に仕込み、内部を十分に窒素置換してから
昇温してトルエンを留去させて、180℃に溶融させた
後、直径300μmの紡糸ノズルから吐出すると共に、
前記紡糸ノズルの周囲から500℃に加熱した窒素ガス
を約50m/sの速度で噴出させて紡糸し、紡糸ノズル
の下部に配置した受器に、受器の下側から約5m/sの
吸引速度で吸引しながら紡糸繊維を捕集することにより
フェルトを形成させた。このフェルトを、空気中、段階
的に150℃まで加熱し不融化させた後、1200℃の
空気中で1時間焼成を行い、目付け100g/m、厚
さ1mmのチタニア/シリカ繊維製フェルトを得た。ま
た、このチタニア/シリカ繊維の直径は5μmであり、
実施例1の溶融紡糸で得られたチタニア/シリカ繊維の
8μmと比較して細く、そのため比表面積は約2倍とな
った。また、このフェルトから幅5cm、長さ20cm
の試験片を切り取り、長さ方向に引張試験を行ったとこ
ろ、引張強度は5Nであった。
A mixture of this modified polycarbosilane and a low molecular weight organometallic compound was dissolved in toluene and charged into a glass spinning device, and the inside was sufficiently replaced with nitrogen, and then the temperature was raised to distill off the toluene. , Melted at 180 ° C., discharged from a spinning nozzle having a diameter of 300 μm,
Nitrogen gas heated to 500 ° C. was spouted from the periphery of the spinning nozzle at a speed of about 50 m / s for spinning, and a receiver arranged at the lower part of the spinning nozzle suctioned from the lower side of the receiver at about 5 m / s. The felt was formed by collecting spun fibers while aspirating at a speed. This felt was heated to 150 ° C. in air in stages to make it infusible, and then fired in air at 1200 ° C. for 1 hour to obtain a titania / silica fiber felt having a basis weight of 100 g / m 2 and a thickness of 1 mm. Obtained. The diameter of this titania / silica fiber is 5 μm,
The titania / silica fiber obtained by melt spinning in Example 1 was thinner than 8 μm, and therefore the specific surface area was doubled. Also, this felt is 5 cm wide and 20 cm long.
When the tensile strength was 5 N when the test piece of was cut out and the tensile test was done in the length direction.

【0047】実施例1の場合と同様に、このチタニア/
シリカ繊維製フェルトを10枚積層し、約10mmの厚
みとし、これをステンレス製の金網(線径1mm、3メ
ッシュ)をサポート材として直径130mm、高さ65
mmの円錐形状物に成型し、光触媒カートリッジ(1)
とし、図1に示す反応容器(2)に多段で配置した。こ
の反応容器に紫外線を照射しながら、反応容器入口
(4)から500ppbのトリクロロエチレンを含む水
を0.3m/sの流速で流した。反応容器出口(5)の
水をサンプリングしてトリクロロエチレン濃度をガスク
ロで分析した結果、1ppb以下であった。
As in the case of Example 1, this titania /
10 sheets of felt made of silica fiber are laminated to have a thickness of about 10 mm, and this is 130 mm in diameter and 65 in height with stainless steel wire mesh (wire diameter 1 mm, 3 mesh) as a support material.
Photocatalyst cartridge (1) molded into mm-shaped cone
, And arranged in multiple stages in the reaction vessel (2) shown in FIG. While irradiating the reaction container with ultraviolet rays, water containing 500 ppb of trichlorethylene was caused to flow from the reaction container inlet (4) at a flow rate of 0.3 m / s. As a result of sampling the water at the outlet (5) of the reaction container and analyzing the trichlorethylene concentration by gas chromatography, it was 1 ppb or less.

【0048】また、紫外線を照射しながら、反応容器入
口(4)から50ppmのアセトアルデヒド含む空気を
3m/sの流速で流した。反応容器出口(5)の空気を
サンプリングしてアセトアルデヒド濃度をガスクロで分
析した結果、100ppb以下であった。
While irradiating with ultraviolet rays, air containing 50 ppm of acetaldehyde was caused to flow from the inlet (4) of the reaction vessel at a flow rate of 3 m / s. As a result of sampling the air at the outlet (5) of the reaction container and analyzing the acetaldehyde concentration by gas chromatography, it was 100 ppb or less.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】図1は、実施例1の光触媒カートリッジを組み
込んだ浄化装置の概略図である。
FIG. 1 is a schematic diagram of a purifying device in which a photocatalyst cartridge of Example 1 is incorporated.

【図2】図2は、実施例2の光触媒カートリッジを組み
込んだ浄化装置の概略図である。
FIG. 2 is a schematic view of a purifying device incorporating the photocatalyst cartridge of the second embodiment.

【図3】図3は、反応容器内の処理流体の流れの解析結
果を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing an analysis result of a flow of a processing fluid in a reaction container.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 光触媒カートリッジ 2 反応容器 3 紫外線ランプ 4 反応容器入口 5 反応容器出口 6 光触媒カートリッジ 7 反応容器 8 紫外線ランプ 9 保護管 10 反応容器入口 11 反応容器出口 1 Photocatalyst cartridge 2 reaction vessels 3 UV lamp 4 Reaction vessel inlet 5 Reaction vessel outlet 6 Photocatalyst cartridge 7 Reaction vessel 8 UV lamp 9 Protection tube 10 Reaction vessel inlet 11 Reaction vessel outlet

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI C02F 1/72 101 A61L 9/00 C // A61L 9/00 9/20 9/20 B01D 53/36 J (56)参考文献 特開 平11−269725(JP,A) 特開 平7−227547(JP,A) 特開 平10−141044(JP,A) 特開2000−86497(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B01J 21/00 - 38/74 B01D 53/86 B01D 53/94 JICSTファイル(JOIS)─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI C02F 1/72 101 A61L 9/00 C // A61L 9/00 9/20 9/20 B01D 53/36 J (56) References JP-A-11-269725 (JP, A) JP-A-7-227547 (JP, A) JP-A-10-141044 (JP, A) JP-A-2000-86497 (JP, A) (58) Fields investigated ( Int.Cl. 7 , DB name) B01J 21/00-38/74 B01D 53/86 B01D 53/94 JISST file (JOIS)

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】シリカ成分を主体とする酸化物相(第1
相)とTiを含む金属酸化物相(第2相)との複合酸化
物相からなる繊維であって、第2相を構成する金属酸化
物のTiの存在割合が繊維の表層に向かって傾斜的に増
大しており、光触媒機能を有するシリカ基複合酸化物繊
維の不織布を用いたことを特徴とする処理流体と光触媒
との接触効率に優れた浄化装置。
1. An oxide phase mainly comprising a silica component (first
Phase) and a metal oxide phase (second phase) containing Ti, which is a composite oxide phase, and is a metal oxide that constitutes the second phase.
The Ti content of the material gradually increases toward the surface layer of the fiber.
In general, a purification device excellent in contact efficiency between a processing fluid and a photocatalyst is characterized by using a non-woven fabric of silica-based composite oxide fiber having a photocatalytic function.
【請求項2】シリカ成分を主体とする酸化物相(第1
相)とTiを含む金属酸化物相(第2相)との複合酸化
物相からなる繊維であって、第2相を構成する金属酸化
物のTiの存在割合が繊維の表層に向かって傾斜的に増
大しており、光触媒機能を有するシリカ基複合酸化物繊
維の不織布を成形してなり、該不織布の成形物を反応容
器内に着脱可能としたことを特徴とする処理流体と光触
媒との接触効率に優れた光触媒カートリッジ。
2. An oxide phase mainly comprising a silica component (first
Phase) and a metal oxide phase (second phase) containing Ti, which is a composite oxide phase, and is a metal oxide that constitutes the second phase.
The Ti content of the material gradually increases toward the surface layer of the fiber.
In addition, a non-woven fabric of silica-based complex oxide fiber having a photocatalytic function is formed, and the formed product of the non-woven fabric is detachable in the reaction vessel, which is excellent in contact efficiency between the processing fluid and the photocatalyst. Photocatalyst cartridge.
【請求項3】前記不織布の成形物が円錐形状であり、該
円錐形状の成形物が多段に配置されていることを特徴と
する請求項2記載の光触媒カートリッジ。
3. The photocatalyst cartridge according to claim 2, wherein the molded article of the non-woven fabric has a conical shape, and the conical molded articles are arranged in multiple stages.
【請求項4】前記不織布の成形物が中空円錐台状であ
り、該中空円錐台状の成形物が多段に配置されており、
中心部に紫外線ランプが配置可能であることを特徴とす
る請求項2記載の光触媒カートリッジ。
4. The non-woven fabric molded article is in the shape of a hollow truncated cone, and the hollow truncated cone shaped articles are arranged in multiple stages,
The photocatalyst cartridge according to claim 2, wherein an ultraviolet lamp can be arranged in the central portion.
【請求項5】繊維全体に対する第1相の存在割合が98
〜40重量%、第2相の存在割合が2〜60重量%であ
る請求項2記載の光触媒カートリッジ。
5. The abundance ratio of the first phase to the whole fiber is 98.
The photocatalyst cartridge according to claim 2, wherein the content of the second phase is 2 to 60% by weight.
【請求項6】第2相を構成する金属酸化物のTiの存在
割合の傾斜が、繊維表面から5〜500nmの深さで存
在する請求項2記載の光触媒カートリッジ。
6. The photocatalyst cartridge according to claim 2, wherein the gradient of the abundance of Ti in the metal oxide forming the second phase is present at a depth of 5 to 500 nm from the fiber surface.
【請求項7】第2相の金属酸化物がチタニアであり、そ
の結晶粒径が15nm以下である請求項2記載の光触媒
カートリッジ。
7. The photocatalyst cartridge according to claim 2, wherein the second-phase metal oxide is titania, and the crystal grain size thereof is 15 nm or less.
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