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JP3759960B2 - Photocatalyst carrier - Google Patents
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Description

技術分野
本発明は、特に、病院,オフィスおよび自動車に設置される窓ガラスや壁材に適用して、室内空間の空気浄化,抗菌,防汚,防曇等の各種性能を付与することができ、さらに半導体用超クリーン密閉空間や密閉搬送空間,各種用途のクリーンルーム,オフィスビルおよび一般住宅内の壁材やエアフィルターとして使用することにより、室内空間の空気浄化に対して優れた機能を発揮する高活性光触媒担持体に関する。
背景技術
高い光触媒活性を有し、かつ、優れた耐久性を有する酸化チタン、酸化亜鉛、酸化タングステン、酸化鉄等の抗菌性のある酸化物半導体は、固体支持体に固定化した種々の光反応リアクターとして提案されている。例えば、特開昭63−97234号公報には、透明材料の粒子,フレークまたは繊維の表面に、白金,パラジウムなどを添加した酸化チタニウムの薄膜を被覆した固定化光触媒が記載されている。
しかし、さらに高い光反応効率を有する光触媒を担持した物品を開発することにより、抗菌剤としてだけでなく、環境の汚染防止材料としての利用可能性があり、このような光触媒の開発に大きな期待が寄せられている。
また、種々の光触媒材料の中で、最も高い光触媒活性を有し、かつ、優れた耐久性を持つ酸化チタンは微粒子の形で抗菌剤として既に実用化されている。しかし、酸化チタンを励起できるのは紫外光に限られ、実使用条件下で利用できる光量は非常に少ない。従って、室内で光触媒を使用する場合、照明および太陽光の両方を利用できる点で、窓ガラスに応用するのが最も適していると言える。
しかしながら、窓ガラスに応用する場合、膜の透明性が高いことが重要であることから、酸化チタンの微粒子をベースにした材料を使用できない。したがって、高活性−高透明性の光触媒薄膜を得ることができれば、その性能は最大限に発揮され、用途も飛躍的に増大することになる。
また、光触媒薄膜を窓ガラスに応用する場合のもう一つの大きな問題は、ソーダ石灰ガラス基板からのNaイオンの拡散により、その活性が大きく低下することである。対策として、ガラス上にNa拡散防止用のシリカアンダーコートを施すことが検討されている(Pazら、J.Mater.Res.,第10巻,第2842頁、1995年)。この方法により、石英基板上にコーティングした酸化チタン薄膜に近い光触媒活性が得られるとの報告もある。
さらに、近年、半導体分野では素子の高密度化に伴い、クリーンルーム内の微量の有機物からなるガスの素子基材への吸着による歩留まり低下が問題となっている。また、一般住宅においても室内に微量存在する建材から発生するホルムアルデヒド、アセトアルデヒドを初め、各種可塑剤によるアレルギーが深刻化しつつある。
前記酸化チタン等の光触媒は有機物に対して強力な酸化力を有するため、室内に存在する種々の有機物のガスを分解することができるので、前記半導体の歩留まり低下の問題またはアレルギー問題を解決するためのキーマテリアルになる可能性を秘めている。
しかし、光触媒を用いて有機物からなるガスを分解する場合には、その濃度が非常に低いことから、光触媒の本質的な活性を向上させることと同時にその表面積を大きくすることが重要な課題になる。
従来、希薄濃度の有機物のガスを分解する目的で、光触媒を障子紙に担持させたり、ガラス繊維製布の支持体に担持させることが試みられている(例えば、特開平1−139139号公報)。しかし障子紙は表面積が大きいというメリットはあるものの、それ自体が有機物であることから長い間には劣化は避け難く、新たな汚染源につながる可能性もあることから狭い範囲に用途が限定されてしまう。また、ガラス繊維製布に光触媒を直接担持したのでは、高い光触媒活性は得られない。その理由は、光触媒をガラス繊維に固定する過程でガラスから拡散したアルカリ成分が光触媒の結晶性を低下させるからである。
そこで、本発明の課題は、光反応効率が従来の光触媒のそれより高く、耐久性に優れた光触媒担持体を提供することである。
また、本発明の課題は、上記従来技術の問題点を解決し、含アルカリガラス組成を有する基材を用いた場合でも、高い光触媒活性を維持でき、オフィス、病院又は自動車などの室内浄化、抗菌及び防曇性能の優れた光触媒担持体を提供することである。
また、本発明の課題は、上記従来技術の問題点を解決し、半導体用超クリーン密閉空間や密閉搬送空間,各種用途のクリーンルーム,オフィスビル、自動車室内の空気浄化、および一般住宅内の壁材、窓材またはエアフィルターとして使用して、有害有機物のガスの効率的な分解除去ができるだけでなく、抗菌性能、防汚性能、防曇性能が高い光触媒活性を有する光触媒担持体を提供することである。
発明の開示
本発明者らは酸化チタン等の酸化物半導体からなる光触媒層中にフッ素を含有させると当該酸化物の光触媒活性を増大することを見いだした。
本発明の光触媒の材質としては、酸化チタン(TiO2)用いることができる。酸化チタンは活性の高さと優れた物理化学的安定性を有し、現在最も広範に用いられており、例えば真空蒸着法を用いて、酸化チタン結晶薄膜を形成させることができる。
また、本発明の光触媒の光触媒活性はその膜厚または最小寸法(例えば、繊維状の光触媒等は膜厚ではなく最小寸法と言うべきであるが、以下膜厚について述べる)に強く依存する。その膜厚が薄すぎると光を十分に吸収できず、厚すぎるまたは大きすぎると膜中で生じた光キャリヤーが膜の外側表面まで拡散できないために、ともに触媒活性が低下する。使用条件によっても最適な膜厚は異なるが、酸化チタン系光触媒薄膜の場合は、その膜厚は5nm〜2μm、より好ましくは20nm〜1μmの厚み、さらに好ましくは50〜200nmの範囲で良好な光触媒活性を発現させることができる。
本発明の光触媒は、光触媒自体がフィルム状、フレーク状、粒粉状または繊維状の形状を有していてもよい。
また、本発明の光触媒は、真空蒸着法、化学気相蒸着(CVD)法、液相析出法、ゾルゲル法、微粒子焼付け法その他の製造法により製造することができるが、特に、アセチルアセトンのようなキレート化剤でチタンアルコキシドを化学修飾した錯体を原料としてゾルゲル法を用い、焼成条件を制御することにより、光触媒の薄膜を容易に作製することができる。
また、各種基材の表面に被覆して用いることができるが、該基材としては板状、フィルム状、フレーク状、粒子状、棒状、繊維状、その他の形状のものを用いることができる。
このような基材に被覆されていない場合は、光触媒の全表面を反応表面として働かせることが好ましい。
本発明において、光触媒薄膜を基材表面に形成する場合、その基材は、ガラスからなり、板状、フィルム状、フレーク状、粒子状、粉状、棒状、繊維状その他の形状のものを使用することができる。ガラス板基材を窓ガラスとして使用する場合には、光触媒膜を励起することができる光、すなわち紫外光および/または可視光を透過するものであることが好ましく、基材の材料1cmあたり20%以上、より好ましくは50%以上、更に好ましくは90%以上の光透過率を有することが好ましい。
もし、ガラス基材が光を透過しないものであるときには、励起光は、基材内部を通過して裏側の酸化チタン等の光触媒膜に到達することがないので、太陽光の利用効率が低下する。
また上記基材はその表面が平滑であってもよいが、窓ガラスのような透視性が要求されることがないときは、光触媒反応速度を向上させるために、その表面が粗面になっていることが好ましい。この表面粗面化法としては、特に限定されず、HF水溶液による化学的エッチングおよび研磨材による物理的なスリ加工などを用いればよい。凹凸の深さは、紫外光および/または可視光を散乱するために、深さ約200nm以上が好ましい。しかし、凹凸の深さが大きすぎると、基材の機械的強度が小さくなり破損しやすくなる、その結果、上限は0.1mmであることが望ましく、特に0.5〜10μmの範囲が好適である。凹凸のピッチは特に限定されないが、当然凹凸深さによって異なる。通常は凹凸の深さの10倍程度のものが使用される。
本発明の特徴は、光触媒層中にフッ素を含有させることにより、光触媒活性が著しく向上することである。フッ素のドープ量はあまり少なすぎると光触媒活性向上の効果が少ないので、フッ素は前記光触媒層中に0.02〜1.0重量%含有させることが好ましい。光触媒層にフッ素を含有させる方法としては、光触媒層を形成するための材料の中にフッ素化合物を直接添加しておいても良く、また前記各種基材と前記光触媒層の間に予めフッ素含有層を設けておき、光触媒層の焼成時にフッ素含有層から光触媒層へフッ素を拡散移動させるようにしても良い。
例えば、ゾルゲル原料であるチタンアルコキシドの溶液中にフッ素化合物、例えばトリフルオロ酢酸(TFA)を添加することにより、焼成後の膜中にはフッ素が残留して、その結果、光触媒活性を増大させることができる。
このフッ素化合物は、好ましくはチタンアルコキシドとキレート化剤との錯体を含有する溶液に添加することにより、キレート化剤が存在しないときよりも光触媒活性を顕著に増大させることができる。チタンアルコキシドの濃度およびアセチルアセトンを添加する場合のアセチルアセトンの濃度は前述の濃度条件と同じで、TFA添加量はTiに対してモル比で0.01以上添加すれば良く、さらに0.02〜0.1の範囲が望ましい。焼成後の酸化チタン薄膜の表面ではF/Ti原子数比はゼロに近いが薄膜内部ではF/Ti原子数比は0.05〜0.1となる。
本発明の光触媒用の基材としてガラス繊維、ガラス板等、特に、含アルカリガラス組成を有する基材を用いる場合には、このフッ素含有層としてフッ素を含有する酸化珪素その他の金属酸化物の層とすることにより、この層がアルカリ遮断層としても作用し、ガラス繊維中のアルカリ金属イオン例えばNaイオンが拡散して光触媒層内に移動して光触媒層の光触媒活性を損なうのを防止することができる。
本発明では、TFA以外のフッ素化合物としては、HF、NH4F、フロン等を用いることができる。
本発明において基材表面に光触媒層を被覆する場合には、含アルカリガラス基材表面と前記光触媒層の間に予めフッ素含有層を設けることが本発明の特徴の一つである。その場合には、加熱処理、好ましくは450〜550℃で10分〜2時間、酸化チタン等の光触媒層を加熱することによりアンダーコート層であるフッ素含有層から光触媒層の薄膜中にフッ素が拡散し、その結果光触媒活性が向上する。また、化学気相蒸着(CVD)法やゾルゲル法を用いる場合には、最初に形成された非晶質の酸化チタン等の光触媒層薄膜を結晶化させるための熱処理が必要である。そしてこの結晶化加熱処理は通常450〜550℃で10分〜2時間行われる。アンダーコート層であるフッ素含有層を設ける場合には、この結晶化加熱処理中にフッ素含有層からの上記フッ素拡散が自然に生じる。従ってこの場合には、フッ素拡散のための特別の処理は行わなくてもよい。
フッ素含有層としては、特に限定されないが、安価で得られるフッ素含有シリカ膜を好適に使用することができる。さらに、フッ素含有シリカ膜の作製も特に限定を受けるものではないが、シリカが過飽和状態で存在する珪弗化水素酸溶液からの析出反応を利用した液相製膜法が好ましい。特に、含アルカリガラス繊維からなる布基材を用いる場合は、該基材を構成する含アルカリガラス繊維一本一本を完全に被覆するためには、前記シリカ過飽和珪弗化水素酸溶液を用いる液相製膜法が最も好ましい。
本発明においてフッ素含有層からなるアンダーコートを設けた場合、アンダーコート中に含ませたフッ素が酸化チタン膜中に拡散し、酸化チタンの膜質が改善される。そして、基材がアルカリ金属成分を含有するので、フッ素含有層は上記酸化チタン等の光触媒膜質の改善に加えて、ガラス基板中のアルカリ金属イオン、例えばNaイオンの拡散を防止するアルカリ遮断膜としての機能を奏する。
本発明におけるフッ素含有層の種類は限定されないが、Naイオンその他のアルカリ金属イオンの拡散防止性能の点から、シリカ薄膜、ジルコニア薄膜、アルミナ薄膜のような酸化物薄膜を好適に使用することができる。
フッ素含有層中へフッ素を含有させる方法、すなわちフッ素のドーピング方法は、フッ素含有層の作製方法により異なる。特に、上述のように二酸化珪素(シリカ)を過飽和に含む珪弗化水素酸の水溶液に基材を浸漬して、基材表面に二酸化珪素膜を析出、成長させる方法(液相析出法)により製造されたシリカ薄膜は、低温で成膜できるだけでなく、シリカ薄膜中に自然にフッ素が取り込まれることから、特に本発明の目的のために好適に使用することが可能である。
このシリカ薄膜中にはフッ素は主にSi−F結合の形でドープされていることが、赤外吸収スペクトルから明らかになっている。フッ素含有層中のフッ素ドーピング量は、フッ素含有層の種類、作製方法によっても異なるが、光触媒活性を向上させるためには0.1〜20原子%の範囲、特に2〜10原子%が適当である。フッ素ドーピング量が0.1原子%未満ではフッ素含有層(アルカリ遮断膜)から酸化チタンなどの光触媒薄膜へのフッ素拡散が不十分となり、また逆に20原子%を超えると、アルカリ遮断性能も低下する。フッ素含有層の膜厚は、その材料の持つNaイオンその他のアルカリ金属イオンの拡散防止性能を考えて適当な範囲に設定すれば良い。フッ素含有層がシリカ膜からなる場合には、30nm以上の膜厚が好適であり、コスト−パフォーマンスの点からは、30〜100nmが特に好適である。
その他のフッ素含有層の作製方法としては、真空蒸着法、スパッター法、化学気相蒸着(CVD)法、ゾルゲル法、微粒子のスプレーによる焼き付け法等の公知の方法を用いることができる。
二酸化珪素を過飽和に含む珪弗化水素酸の水溶液に基材を浸漬して、基材表面に二酸化珪素膜を析出、成長させる方法(液相析出法)によりフッ素含有層を作製する場合、二酸化珪素の過飽和状態を作製する手段としては、珪弗化水素酸の二酸化珪素の飽和溶液にホウ酸を水溶液を添加する方法(特公昭63−65620号公報)、珪弗化水素酸の二酸化珪素の飽和溶液にアルミニウム等の物質を添加するする方法(特開昭62−20876号公報)、珪弗化水素酸の二酸化珪素の飽和溶液に水を添加するする方法(特開平3−237012号公報)、および二酸化珪素の珪弗化水素酸への溶解度の温度依存性を利用し、具体的には二酸化珪素の略飽和溶液となった珪弗化水素酸の濃度を上昇させることによって二酸化珪素の過飽和溶液を作製する方法等が知られている(特開昭61−281047号公報、特開平3−112806号公報)が、本発明においてはこれらいずれの方法を用いてもかまわない。
以上は、含アルカリガラス基材の表面と光触媒層の間に予めフッ素含有層を設けておく場合について述べたが、このようなフッ素含有層を設ける代わりに、基材の表面に接触させる光触媒用金属酸化物形成用化合物溶液中にフッ素化合物、例えばトリフルオロ酢酸等を含有させてもよい。すなわち、例えばゾルゲル法による場合には、チタンアルコキシドとキレート化剤との錯体、およびトリフルオロ酢酸を含有する化合物溶液を前記基材表面に被覆し、酸化性雰囲気中で加熱することによりフッ素を含有する金属酸化物光触媒膜が得られる。
酸化チタンのような酸化物系半導体光触媒の作用機構は次のように説明される。光触媒に光が照射されると、その光を吸収した半導体の価電子帯にある電子が伝導帯に励起されることにより発生したフォトキャリヤー(励起電子−正孔対)が、光触媒の内部から表面に拡散し、光触媒表面層に存在する吸着酸素もしくは酸化物ヒドロキシル基と反応する。この反応により、O2-やOH等の活性酸素が生成する。これらの活性酸素が光触媒表面に吸着された有機物を酸化分解する。
本発明によれば、光触媒膜中へのフッ素ドープにより、光触媒の活性が向上する。光触媒膜中へのフッ素ドープにより光触媒活性性能がなぜ向上するかについては現在のところ明らかではない。しかし、酸化チタン等の光触媒層の薄膜内にフッ素がドープされることにより、もともと光透過率が高く無色であった酸化チタン等の光触媒層の薄膜が灰色に着色して光透過率が低く、特に酸化チタン等の光触媒層の光吸収量が増大するために、光の利用効率が高くなるためではないかと推定される。
また、フッ素含有層を設ける場合で、かつ含アルカリガラス基材としてアルカリ金属成分を有するガラス繊維状基材またはガラス板状基材、例えばソーダ石灰珪酸塩ガラス組成を有するガラス繊維状基材またはガラス板状基材が用いられる場合には、フッ素含有層は上記の光触媒活性の向上の他に、基材からのNa拡散防止による酸化チタン薄膜の性能劣化抑制が実現される。すなわち、従来の含アルカリガラス基材を用いた光触媒では、その製造過程で基材中のNaイオンが酸化チタン膜中に入ると、膜の結晶性を阻害したり、Naイオンが励起電子−正孔対の再結合中心として働くためにフォトキャリヤーの光触媒表面への拡散が阻害されて電荷分離効率が低下したりして、性能が劣化すると考えらえる。本発明によれば、含アルカリガラス基材が用いられる場合でも、アルカリ遮断膜(フッ素含有層)により、基材中のアルカリ金属イオンが酸化チタン膜中に入ることが防止されて膜の結晶性が向上し、しかも励起電子−正孔対の再結合中心として働くアルカリ金属イオンが存在しないので電荷分離効率の減少が防止されることにより、光触媒活性の劣化が防止されるものと結論される。
クリーンルームや空気清浄機用のエアフィルターは、本発明の含アルカリガラス繊維基材に光触媒層をコートして得られる光触媒担持体の用途として最も重要なものの一つである。エアフィルターではメッシュの目詰まりが起こらないように、前記繊維一本一本に光触媒薄膜を製膜する必要がある。前記繊維製布は目的用途に応じて、そのメッシュサイズを選定すれば良いが、例えば、0.20〜5μmの平均直径を有する前記繊維からなり、0.1〜2mmの厚みと、通過風速が320cm/分の時に3〜50mmH2Oの圧力損失で表される通気抵抗を有する前記繊維製布が好ましく用いられる。含アルカリガラス繊維の材料としては、ソーダ石灰珪酸塩ガラスの繊維を用いることができ、光、特に紫外光を通過することができる材料が好ましい
基材としてガラス繊維状のものは表面積が大きいことにより、その表面にコートされる光触媒の活性はガラス板基材などに比べて向上する。
例えば、酸化チタンを例に基板上にゾルゲル法で光触媒層を形成する例を説明すると、本発明者らは、ゾルゲル原料であるチタンアルコキシドの溶液中にフッ素化合物、例えばトリフルオロ酢酸(TFA)を添加した溶液を基板上に塗布して焼成すると、焼成後の膜中にフッ素が残留して、光触媒活性を増大させることができることを見いだした。また、光触媒活性の向上には、フッ素ドーピングによる電気伝導度の増加も寄与している可能性がある。
本発明で使用される前記チタンアルコキシドとしては下記一般式(1)で表される化合物が挙げられる。
Ti−(OR)4 (1)
(ここで、Rは水素原子および炭素数1〜5の有機基を表わす。)
チタンアルコキシドとしては、具体的には、テトラメトキシチタニウム、テトラエトキシチタニウム、テトライソプロポキシチタニウム、テトライソプロポキシチタニウムイソプロパノール錯体、テトラn−プロポキシチタニウム、テトライソブトキシチタニウム、テトラn−ブトキシチタニウム、テトラsec−ブトキシチタニウム、テトラt−ブトキシチタニウムなどが好便に使用できる。これ以外にも、テトラ(2−エチルヘキシルオキシ)チタン、テトラステアリルオキシチタン、ジ-n-ブトキシ-ビス(トリエタノールアミナート)チタン、チタニウムイソプロポキシオクチレングリコレート、チタニウムステアレートなどを用いてもよい。
一般式(1)で表わされる化合物のアルコキシ基(−OR)の一部が、ハロゲン基で置き換わったチタニウムモノクロリドトリアルコキシド、チタニウムジクロリドジアルコキシドなどのチタンハロゲン化物のアルコキシドなどを使用することもできる。また、上記のチタンアルコキシドのアルコキシ基のうちの少なくとも一つが、酢酸、プロピオン酸、ブタン酸、アクリル酸、メタクリル酸などの有機酸類で置き換わったアルコキシチタニウム有機酸塩類を用いることも可能である。
また本発明において、酸化チタン等の光触媒の表面に白金、金、パラジウム、または銀のような貴金属が担持させることができ、この貴金属の担持により光触媒反応速度を更に向上させることができる。光触媒膜の外側表面に貴金属を担持する方法としては、含浸法、沈澱法、イオン交換法、光電析法、混練法等を用いることができる。貴金属としては白金を最も好適に用いることができる。その担持量は酸化チタン薄膜重量に対して0.01〜20重量%の範囲で用いることが望ましく、さらには0.1〜2.5重量%の範囲が特に好ましい。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の実施の形態を詳細に説明するが、本発明はかかる以下の実施の形態に限定されるものではない。
実施例1
[ソーダライムガラス基板+フッ素含有シリカ膜+フッ素を含有しない酸化チタン膜]
85.6g(0.3モル)のチタンテトライソプロポキシド(Ti(OPr)4)を攪拌しながらこれに60.3g(0.6モル)のアセチルアセトン(AcAc)をビュレットを用いて徐々に滴下し、約1時間攪拌することにより安定なTi(AcAc)2(OPr)2錯体溶液を得た(母液)。得られた母液(Ti(AcAc)2(OPr)2錯体溶液)にエタノールで3.3倍に希釈後、十分撹拌することにより、均一なチタン化合物のコーティング溶液を得た。
次にフッ素含有SiO2膜付きソーダライムガラス基板(基板A)は次のようにして調製した。二酸化珪素を飽和溶解した3.9モル/リットルの弗化水素酸水溶液50mlを35℃に保温し、35℃の水を50ミリリットルを添加して、1.95モル/リットルの二酸化珪素を過飽和に含む珪弗化水素酸の水溶液を作製した。35℃に保持したこの水溶液の浴中にソーダライムガラス基板(後記基板B:寸法20×50×1.0mm)を浸漬し、約2時間維持した後、浴外へ引き出して、両表面がそれぞれ約60nmの厚みのフッ素含有二酸化珪素膜(膜厚60nm、フッ素含有量約5原子%)で覆われたガラス基板(基板A)が得られた。
上記のチタン化合物コーティング溶液の浴中に上記基板Aを浸漬し、3.2cm/minの引き上げ速度で基板を浴から引き上げて基板表面に薄膜を形成させた。約30分放置した後に、500℃で30分間焼成して、基板Aの表面に酸化チタン薄膜を形成させて光触媒を得た。基板Aから得た光触媒試料を試料Bとする。
比較例1
[ソーダライムガラス基板+フッ素を含有しない酸化チタン膜]
基板Bとして無処理のソーダライムガラス基板(組成:SiO2/72.6%、Al23/1.8%、Na2O/13.5、CaO/8.9%、MgO/3.9%、Fe23/0.1%、寸法20×50×1.0mm)を用意し、上記実施例1で得られたチタン化合物コーティング溶液の浴中に上記基板Bを浸漬し、3.2cm/minの引き上げ速度で基板を浴から引き上げて基板表面に薄膜を形成させた。約30分放置した後に、500℃で30分間焼成して、基板Bの表面に酸化チタン薄膜を形成させて光触媒を得た。基板Bから得た光触媒試料を試料Bとする。
比較例2
[ソーダライムガラス基板+シリカ膜+フッ素を含有しない酸化チタン膜]
基板Cとして前記基板Bにゾルゲル法によりSiO2膜(厚み100nm)を両面に付けたソーダライムガラス基板(20×50×1.0mm)を次のように作製した。すなわち、エチルシリケート(コルコート社製「エチルシリケート40」)50gに、0.1N塩酸6gとエチルセルソルブ44gを加え、室温で2時間撹拌して得た溶液をソーダライムガラス基板上に回転数1000rpmで10秒間スピンコーティングを行い、さらに720℃で120秒焼成を行うことにより一方の表面が二酸化珪素膜で覆われたガラス基板が得られた。基板Cの他方表面にも上記操作を繰り返して行い、基板Cの両表面にそれぞれ厚み100nmの二酸化珪素膜を被覆した。
この基板Cに上記実施例1で得られたチタン化合物コーティング溶液の浴中に上記基板Cを浸漬し、3.2cm/minの引き上げ速度で基板を浴から引き上げて基板表面に薄膜を形成させた。約30分放置した後に、500℃で30分間焼成して、各基板Cの表面に酸化チタン薄膜を形成させて光触媒を得た。基板Cから得た光触媒試料を試料Cとする。
これらの試料A〜Cについて走査型電子顕微鏡による酸化チタン薄膜を膜厚分析の結果(測定精度=約10%)、いずれの試料A〜Cも膜厚は約100nmであった。X線回折による測定の結果、全ての膜はアナタース型酸化チタン(TiO2)結晶構造を有していることが明らかになった。
前記実施例1および比較例1、2で得た試料A〜Cの触媒活性を、TMCTSを試料A〜Cの表面に被覆し、それに光を照射して触媒がTMCTSを光分解する速さを測定する方法(多田、Langmuir、第12巻、第4号、第966〜971頁、1996年)により調べた。結果をまとめて表1に示した。
前記多田法は、得られた光触媒試料の触媒活性を、その表面に1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサン(TMCTS)を被覆し、それに光を照射し触媒がTMCTSを光分解する速さを測定する方法(多田、Langmuir、第12巻、第4号、第966〜971頁、1996年)である。上記試料をUV/O3洗浄(50℃−10分間)した後に、真空デシテータ中にセットし、真空ポンプで約10Torrに減圧してから内部温度を80℃に保持した。系を閉じてから、200μLの1、3、5、7−テトラメチルシクロテトラシロキサン(TMCTS)を注射器で注入後、30分間加熱した。さらに、真空ポンプで減圧しながら、100℃に昇温し30分間加熱することにより未反応のTMCTSをコールドトラップした。これにより、各種光触媒薄膜上にTMCTS単分子膜を形成させた。表面が親水性であった上記試料はTMCTS単分子膜の形成により、その表面は撥水性に変化した。2kW高圧水銀灯を光源として20cmの距離へだてた各試料板の酸化チタン膜の膜面に垂直方向に光照射することにより、TMCTS単分子膜のメチル基が酸化分解され、表面の親水性が徐々に増加した。TMCTS単分子膜の酸化分解速度が大きいほど試料の光触媒活性が大きいことを示している。

Figure 0003759960
光触媒活性は、高い方から試料A>試料C>試料Bの順序であることがわかる。フッ素含有アルカリ遮断膜アンダーコートに使用により、ソーダライムガラスを基板として使用しても、優れた光触媒活性を示す結果が得られている。
以上説明したように、本発明により製造した酸化チタン薄膜/フッ素含有アルカリ遮断膜/ガラス基板からなる構成の光触媒は優れた高活性を示す。また、この光触媒は、優れた光透過率を有することから、病院,オフィス,自動車内の空気浄化,さらには抗菌,防汚性能,防曇性能を目的とした窓ガラスに好適に使用することができる。
産業上の利用可能性
本発明により製造された光触媒担持体は、家庭,事務所,病院,あるいは半導体工業,液晶産業,薬品工業,食品工業,農林産業,医薬,精密機械工業等の各種産業におけるクリーンルーム,無菌室等における密閉空間、例えば安全キャビネット,クリーンボックス,貴重品の保管庫,貴重品の密閉搬送空間,クリーンな密閉空間(各種気体の存在下あるいは真空中)の清浄、室内空間の空気浄化、抗菌、防汚、透明板の防曇(親水性維持)等に用いることができる。
また、本発明になる光透過性含アルカリガラス繊維を基材とする光触媒担持体は、極めて優れた希薄有害有機ガスの分解能力を有していることが明かであり、半導体用超クリーン密閉空間や密閉搬送空間、各種用途のクリーンルーム、オフィスビルおよび一般住宅内の壁材やエアフィルターとして好適に使用することが可能である。Technical field
The present invention is particularly applicable to window glass and wall materials installed in hospitals, offices and automobiles, and can provide various performances such as air purification, antibacterial, antifouling, and antifogging in indoor spaces. Highly active that exhibits excellent functions for air purification in indoor spaces by using it as an ultra-clean sealed space for semiconductors, a sealed transfer space, clean rooms for various uses, wall materials in office buildings and ordinary houses, and air filters. The present invention relates to a photocatalyst carrier.
Background
Antibacterial oxide semiconductors such as titanium oxide, zinc oxide, tungsten oxide, iron oxide, etc., which have high photocatalytic activity and excellent durability, can be used as various photoreaction reactors immobilized on solid supports. Proposed. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-97234 discloses an immobilized photocatalyst in which the surface of transparent material particles, flakes or fibers is coated with a thin film of titanium oxide to which platinum, palladium or the like is added.
However, by developing an article carrying a photocatalyst having higher photoreaction efficiency, it can be used not only as an antibacterial agent but also as an environmental pollution prevention material. It is sent.
Among various photocatalytic materials, titanium oxide having the highest photocatalytic activity and excellent durability has already been put into practical use as an antibacterial agent in the form of fine particles. However, titanium oxide can be excited only by ultraviolet light, and the amount of light that can be used under actual use conditions is very small. Therefore, when a photocatalyst is used indoors, it can be said that it is most suitable to apply to a window glass in that both illumination and sunlight can be used.
However, when it is applied to a window glass, it is important that the film has high transparency. Therefore, a material based on fine particles of titanium oxide cannot be used. Therefore, if a highly active-highly transparent photocatalytic thin film can be obtained, its performance will be maximized and the use will be dramatically increased.
In addition, another major problem when the photocatalytic thin film is applied to a window glass is that its activity is greatly reduced by diffusion of Na ions from the soda-lime glass substrate. As a countermeasure, it has been studied to apply a silica undercoat for preventing Na diffusion on glass (Paz et al., J. Mater. Res., Vol. 10, p. 2842, 1995). There is also a report that this method can provide photocatalytic activity close to that of a titanium oxide thin film coated on a quartz substrate.
Furthermore, in recent years, in the semiconductor field, with the increase in the density of elements, there is a problem of yield reduction due to adsorption of a gas composed of a small amount of organic substance in a clean room to the element substrate. In general houses, allergies caused by various plasticizers such as formaldehyde and acetaldehyde generated from building materials present in a small amount in the room are becoming serious.
Since the photocatalyst such as titanium oxide has a strong oxidizing power against organic matter, it can decompose various organic matter gases present in the room, so as to solve the problem of lowering the yield of the semiconductor or the allergy problem. It has the potential to become a key material.
However, when decomposing organic gas using a photocatalyst, its concentration is very low, so it is important to improve the essential activity of the photocatalyst and simultaneously increase its surface area. .
Conventionally, for the purpose of decomposing a dilute organic gas, attempts have been made to carry a photocatalyst on a shoji paper or a glass fiber cloth support (for example, JP-A-1-139139). . However, although shoji paper has the advantage of a large surface area, it is organic in itself, so deterioration is unavoidable for a long time, and it can lead to new sources of contamination, so its use is limited to a narrow range . In addition, when a photocatalyst is directly supported on a glass fiber cloth, high photocatalytic activity cannot be obtained. The reason is that the alkali component diffused from the glass in the process of fixing the photocatalyst to the glass fiber reduces the crystallinity of the photocatalyst.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a photocatalyst carrier having a photoreaction efficiency higher than that of conventional photocatalysts and excellent durability.
In addition, the problem of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art and maintain high photocatalytic activity even when a base material having an alkali-containing glass composition is used. And providing a photocatalyst carrier excellent in antifogging performance.
Also, the object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art and to provide a semiconductor ultra-clean sealed space and sealed transfer space, clean rooms for various uses, office buildings, air purification in automobile interiors, and wall materials in ordinary houses By providing a photocatalyst carrier that can be used as a window material or an air filter to efficiently decompose and remove harmful organic gases, and has high antibacterial performance, antifouling performance, and antifogging performance. is there.
Disclosure of the invention
The present inventors have found that when fluorine is contained in a photocatalytic layer made of an oxide semiconductor such as titanium oxide, the photocatalytic activity of the oxide is increased.
The material of the photocatalyst of the present invention is titanium oxide (TiO2) Can be used. Titanium oxide has high activity and excellent physicochemical stability and is currently most widely used. For example, a titanium oxide crystal thin film can be formed by using a vacuum evaporation method.
The photocatalytic activity of the photocatalyst of the present invention strongly depends on the film thickness or the minimum dimension (for example, the fibrous photocatalyst should be referred to as the minimum dimension instead of the film thickness, but the film thickness will be described below). If the film thickness is too thin, light cannot be absorbed sufficiently, and if it is too thick or too large, the photocarriers generated in the film cannot diffuse to the outer surface of the film, so that the catalytic activity decreases. Although the optimum film thickness varies depending on the use conditions, in the case of a titanium oxide photocatalyst thin film, the film thickness is 5 nm to 2 μm, more preferably 20 nm to 1 μm, and even more preferably 50 to 200 nm. The activity can be expressed.
In the photocatalyst of the present invention, the photocatalyst itself may have a film shape, flake shape, granular powder shape, or fiber shape.
The photocatalyst of the present invention can be produced by a vacuum vapor deposition method, a chemical vapor deposition (CVD) method, a liquid phase deposition method, a sol-gel method, a fine particle baking method, or other production methods, particularly acetylacetone. A thin film of a photocatalyst can be easily prepared by using a sol-gel method using a complex in which titanium alkoxide is chemically modified with a chelating agent as a raw material and controlling the firing conditions.
Moreover, it can coat | cover and use on the surface of various base materials, However, As this base material, the thing of plate shape, film shape, flake shape, particle shape, rod shape, fiber shape, and other shapes can be used.
When not covered with such a base material, it is preferable to make the whole surface of a photocatalyst work as a reaction surface.
In the present invention, when the photocatalytic thin film is formed on the substrate surface,Material, GalaOrIt is possible to use plates, films, flakes, particles, powders, rods, fibers, and other shapes. When a glass plate substrate is used as a window glass, it is preferable to transmit light that can excite the photocatalytic film, that is, ultraviolet light and / or visible light, and 20% per 1 cm of the material of the substrate. As described above, the light transmittance is preferably 50% or more, and more preferably 90% or more.
If the glass base material does not transmit light, the excitation light does not pass through the inside of the base material and reach the photocatalyst film such as titanium oxide on the back side, so the utilization efficiency of sunlight is reduced. .
The surface of the base material may be smooth. However, when transparency such as a window glass is not required, the surface becomes rough to improve the photocatalytic reaction rate. Preferably it is. The surface roughening method is not particularly limited, and chemical etching using an HF aqueous solution and physical abrasion using an abrasive may be used. The depth of the unevenness is preferably about 200 nm or more in order to scatter ultraviolet light and / or visible light. However, if the depth of the unevenness is too large, the mechanical strength of the base material becomes small and is easily damaged. As a result, the upper limit is preferably 0.1 mm, and particularly preferably in the range of 0.5 to 10 μm. is there. The pitch of the unevenness is not particularly limited, but naturally varies depending on the depth of the unevenness. Usually, about 10 times the depth of the unevenness is used.
The feature of the present invention is that the photocatalytic activity is remarkably improved by containing fluorine in the photocatalytic layer. If the fluorine doping amount is too small, the effect of improving the photocatalytic activity is small. Therefore, it is preferable to contain 0.02 to 1.0% by weight of fluorine in the photocatalytic layer. As a method for containing fluorine in the photocatalyst layer, a fluorine compound may be added directly to the material for forming the photocatalyst layer, and a fluorine-containing layer is previously provided between the various substrates and the photocatalyst layer. The fluorine may be diffused and transferred from the fluorine-containing layer to the photocatalyst layer during firing of the photocatalyst layer.
For example, by adding a fluorine compound, for example, trifluoroacetic acid (TFA), to a solution of titanium alkoxide, which is a sol-gel raw material, fluorine remains in the film after baking, thereby increasing the photocatalytic activity. Can do.
The fluorine compound is preferably added to a solution containing a complex of titanium alkoxide and a chelating agent, so that the photocatalytic activity can be remarkably increased as compared with the case where no chelating agent is present. The concentration of titanium alkoxide and the concentration of acetylacetone in the case of adding acetylacetone are the same as those described above, and the TFA addition amount may be 0.01 or more in terms of molar ratio with respect to Ti. A range of 1 is desirable. The F / Ti atomic ratio is close to zero on the surface of the titanium oxide thin film after firing, but the F / Ti atomic ratio is 0.05 to 0.1 inside the thin film.
When using a base material having an alkali-containing glass composition, such as glass fiber and glass plate, as the base material for the photocatalyst of the present invention, a silicon oxide layer or other metal oxide layer containing fluorine as the fluorine-containing layer. By this, this layer also acts as an alkali blocking layer, and it is possible to prevent alkali metal ions such as Na ions in the glass fiber from diffusing and moving into the photocatalyst layer to impair the photocatalytic activity of the photocatalyst layer. it can.
In the present invention, fluorine compounds other than TFA include HF, NHFourF, Freon, or the like can be used.
In the present invention, when the photocatalytic layer is coated on the substrate surfaceAlkaline glassIt is one of the features of the present invention that a fluorine-containing layer is provided in advance between the substrate surface and the photocatalyst layer. In that case, fluorine diffuses into the thin film of the photocatalyst layer from the fluorine-containing layer which is an undercoat layer by heating the photocatalyst layer such as titanium oxide at a heat treatment, preferably 450 to 550 ° C. for 10 minutes to 2 hours. As a result, the photocatalytic activity is improved. In addition, when a chemical vapor deposition (CVD) method or a sol-gel method is used, a heat treatment is required for crystallizing the initially formed photocatalyst layer thin film such as amorphous titanium oxide. And this crystallization heat processing are normally performed at 450-550 degreeC for 10 minutes-2 hours. When a fluorine-containing layer that is an undercoat layer is provided, the fluorine diffusion from the fluorine-containing layer naturally occurs during the crystallization heat treatment. Therefore, in this case, it is not necessary to perform a special treatment for fluorine diffusion.
Although it does not specifically limit as a fluorine-containing layer, The fluorine-containing silica membrane obtained at low cost can be used conveniently. Further, the production of the fluorine-containing silica film is not particularly limited, but a liquid phase film forming method using a precipitation reaction from a hydrofluoric acid solution in which silica exists in a supersaturated state is preferable. In particular,Alkali-containing glassWhen using a fabric substrate made of fiber, configure the substrate.Alkali-containing glassIn order to completely cover each fiber, the liquid phase film forming method using the silica supersaturated hydrofluoric acid solution is most preferable.
In the present invention, when an undercoat composed of a fluorine-containing layer is provided, the fluorine contained in the undercoat diffuses into the titanium oxide film, and the film quality of titanium oxide is improved. And the base material contains an alkali metal componentBecauseIn addition to improving the photocatalytic film quality such as titanium oxide, the fluorine-containing layer functions as an alkali blocking film that prevents the diffusion of alkali metal ions such as Na ions in the glass substrate.
Although the kind of fluorine-containing layer in the present invention is not limited, an oxide thin film such as a silica thin film, a zirconia thin film, or an alumina thin film can be suitably used from the viewpoint of preventing the diffusion of Na ions and other alkali metal ions. .
The method of incorporating fluorine into the fluorine-containing layer, that is, the fluorine doping method differs depending on the method for producing the fluorine-containing layer. In particular, as described above, by immersing the substrate in an aqueous solution of hydrosilicofluoric acid containing silicon dioxide (silica) in supersaturation, and depositing and growing a silicon dioxide film on the substrate surface (liquid phase deposition method) The produced silica thin film not only can be formed at a low temperature, but also fluorine is naturally taken into the silica thin film, so that it can be suitably used particularly for the purpose of the present invention.
From the infrared absorption spectrum, it is clear that fluorine is doped mainly in the form of Si-F bonds in the silica thin film. The fluorine doping amount in the fluorine-containing layer varies depending on the type of fluorine-containing layer and the production method, but in order to improve the photocatalytic activity, a range of 0.1 to 20 atomic%, particularly 2 to 10 atomic% is appropriate. is there. If the fluorine doping amount is less than 0.1 atomic%, the fluorine diffusion from the fluorine-containing layer (alkali blocking film) to the photocatalytic thin film such as titanium oxide becomes insufficient. Conversely, if the fluorine doping amount exceeds 20 atomic%, the alkali blocking performance also decreases. To do. The film thickness of the fluorine-containing layer may be set to an appropriate range in consideration of the diffusion prevention performance of Na ions and other alkali metal ions possessed by the material. When the fluorine-containing layer is composed of a silica film, a film thickness of 30 nm or more is suitable, and from 30 to 100 nm is particularly suitable from the viewpoint of cost-performance.
As other methods for producing the fluorine-containing layer, known methods such as a vacuum deposition method, a sputtering method, a chemical vapor deposition (CVD) method, a sol-gel method, and a baking method by spraying fine particles can be used.
When a fluorine-containing layer is produced by a method (liquid phase deposition method) in which a substrate is immersed in an aqueous solution of hydrofluoric acid containing supersaturated silicon dioxide to deposit and grow a silicon dioxide film on the substrate surface, As a means for producing a supersaturated state of silicon, a method of adding an aqueous solution of boric acid to a saturated solution of hydrofluoric acid silicon dioxide (Japanese Patent Publication No. 63-65620), A method of adding a substance such as aluminum to a saturated solution (Japanese Patent Laid-Open No. 62-20876), a method of adding water to a saturated solution of silicon hydrofluoric acid (Japanese Patent Laid-Open No. 3-237002) And by using the temperature dependence of the solubility of silicon dioxide in hydrofluoric acid, specifically, by increasing the concentration of hydrofluoric acid in a substantially saturated solution of silicon dioxide, the supersaturation of silicon dioxide Make a solution The method or the like is known to be (JP 61-281047 and JP Hei 3-112806), but may be used any of these methods in the present invention.
The above isAlkaline contentGlass baseMaterialAlthough the case where a fluorine-containing layer is previously provided between the surface and the photocatalyst layer has been described, instead of providing such a fluorine-containing layer, in the compound solution for forming a metal oxide for photocatalyst to be brought into contact with the surface of the substrate A fluorine compound such as trifluoroacetic acid may be contained. That is, for example, in the case of the sol-gel method, the substrate surface is coated with a compound solution containing a complex of titanium alkoxide and a chelating agent, and trifluoroacetic acid, and contains fluorine by heating in an oxidizing atmosphere. A metal oxide photocatalyst film is obtained.
The mechanism of action of the oxide-based semiconductor photocatalyst such as titanium oxide is explained as follows. When the photocatalyst is irradiated with light, photocarriers (excited electron-hole pairs) generated by excitation of electrons in the valence band of the semiconductor that has absorbed the light to the conduction band are generated from the inside of the photocatalyst to the surface. And react with adsorbed oxygen or oxide hydroxyl groups present in the surface layer of the photocatalyst. This reaction results in O2-And active oxygen such as OH is generated. These active oxygens oxidize and decompose organic substances adsorbed on the surface of the photocatalyst.
According to the present invention, the photocatalytic activity is improved by fluorine doping into the photocatalytic film. It is not clear at present why the photocatalytic activity performance is improved by doping fluorine into the photocatalytic film. However, by doping fluorine in the thin film of the photocatalyst layer such as titanium oxide, the thin film of the photocatalyst layer such as titanium oxide that was originally high in light transmittance is colored gray and has low light transmittance. In particular, it is presumed that the light absorption efficiency of the photocatalyst layer of titanium oxide or the like increases, so that the light use efficiency is increased.
In the case of providing a fluorine-containing layer, andAlkali-containing glassWhen a glass fiber substrate or glass plate substrate having an alkali metal component as the substrate is used, for example, a glass fiber substrate or glass plate substrate having a soda-lime silicate glass composition, a fluorine-containing layer In addition to the above-described improvement in photocatalytic activity, the performance deterioration of the titanium oxide thin film can be suppressed by preventing Na from diffusing from the substrate. That is, in a conventional photocatalyst using an alkali-containing glass substrate, if Na ions in the substrate enter the titanium oxide film during the production process, the crystallinity of the film is inhibited, or the Na ions are excited electrons-positive. Since it acts as a recombination center of the hole pair, it is considered that the performance is deteriorated because the diffusion of the photocarrier to the photocatalyst surface is inhibited and the charge separation efficiency is lowered. According to the present invention, even when an alkali-containing glass substrate is used, the alkali-blocking film (fluorine-containing layer) prevents alkali metal ions in the substrate from entering the titanium oxide film, and the crystallinity of the film It is concluded that, since there is no alkali metal ion that acts as a recombination center of excited electron-hole pairs, a decrease in charge separation efficiency is prevented, thereby preventing deterioration of photocatalytic activity.
Air filters for clean rooms and air purifiers areAlkali-containing glassThis is one of the most important applications of a photocatalyst carrier obtained by coating a fiber base material with a photocatalyst layer. Air filter should not clog the meshThe aboveIt is necessary to form a photocatalytic thin film on each fiber.SaidThe fiber cloth may have a mesh size selected according to the intended use. For example, it has an average diameter of 0.20 to 5 μm.SaidIt is made of fiber and has a thickness of 0.1 to 2 mm, and 3 to 50 mmH when the passing wind speed is 320 cm / min.2Ventilation resistance expressed by pressure loss of OSaidFiberClothPreferably used.Alkali-containing glassAs the material of the fiber, soda lime silicate glassSusA material that can use fibers and can pass light, particularly ultraviolet light, is preferable..
As a base materialGlassSince the fibrous material has a large surface area, the activity of the photocatalyst coated on the surface is improved as compared with a glass plate substrate or the like.
For example, an example of forming a photocatalytic layer on a substrate by sol-gel method using titanium oxide as an example will be described. It has been found that when the added solution is applied on a substrate and baked, fluorine remains in the baked film and the photocatalytic activity can be increased. In addition, an increase in electrical conductivity due to fluorine doping may contribute to the improvement of the photocatalytic activity.
Examples of the titanium alkoxide used in the present invention include compounds represented by the following general formula (1).
Ti- (OR)Four  (1)
(Here, R represents a hydrogen atom and an organic group having 1 to 5 carbon atoms.)
Specific examples of the titanium alkoxide include tetramethoxytitanium, tetraethoxytitanium, tetraisopropoxytitanium, tetraisopropoxytitanium isopropanol complex, tetra n-propoxytitanium, tetraisobutoxytitanium, tetra n-butoxytitanium, tetra sec- Butoxytitanium, tetra-t-butoxytitanium, etc. can be used conveniently. In addition, tetra (2-ethylhexyloxy) titanium, tetrastearyloxytitanium, di-n-butoxy-bis (triethanolaminato) titanium, titanium isopropoxyoctylene glycolate, titanium stearate, etc. may be used. Good.
A titanium halide alkoxide such as titanium monochloride trialkoxide or titanium dichloride dialkoxide in which a part of the alkoxy group (—OR) of the compound represented by the general formula (1) is replaced with a halogen group can also be used. . Moreover, it is also possible to use alkoxytitanium organic acid salts in which at least one of the alkoxy groups of the titanium alkoxide is replaced with organic acids such as acetic acid, propionic acid, butanoic acid, acrylic acid, and methacrylic acid.
In the present invention, a noble metal such as platinum, gold, palladium, or silver can be supported on the surface of a photocatalyst such as titanium oxide, and the photocatalytic reaction rate can be further improved by supporting the noble metal. As a method for supporting a noble metal on the outer surface of the photocatalyst film, an impregnation method, a precipitation method, an ion exchange method, a photodeposition method, a kneading method, or the like can be used. Platinum can be most preferably used as the noble metal. The supported amount is preferably in the range of 0.01 to 20% by weight, more preferably in the range of 0.1 to 2.5% by weight, based on the weight of the titanium oxide thin film.
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail, but the present invention is not limited to the following embodiments.
Example 1
[Soda lime glass substrate + fluorine-containing silica film + titanium oxide film not containing fluorine]
85.6 g (0.3 mol) of titanium tetraisopropoxide (Ti (OPr)Four60.3 g (0.6 mol) of acetylacetone (AcAc) was gradually added dropwise to the mixture using a burette and stirred for about 1 hour to stabilize Ti (AcAc).2(OPr)2A complex solution was obtained (mother liquor). The mother liquor obtained (Ti (AcAc)2(OPr)2The complex solution was diluted 3.3 times with ethanol and then sufficiently stirred to obtain a uniform coating solution of a titanium compound.
Next, fluorine-containing SiO2A soda-lime glass substrate with a film (substrate A) was prepared as follows. 50 ml of a 3.9 mol / liter hydrofluoric acid aqueous solution in which silicon dioxide is saturated and dissolved is kept at 35 ° C., and 50 ml of 35 ° C. water is added to supersaturate 1.95 mol / liter of silicon dioxide. An aqueous solution of hydrosilicofluoric acid was prepared. A soda lime glass substrate (Substrate B: dimension 20 × 50 × 1.0 mm) is immersed in a bath of this aqueous solution maintained at 35 ° C., maintained for about 2 hours, and then pulled out of the bath. A glass substrate (substrate A) covered with a fluorine-containing silicon dioxide film having a thickness of about 60 nm (film thickness 60 nm, fluorine content about 5 atomic%) was obtained.
The substrate A was immersed in a bath of the above titanium compound coating solution, and the substrate was lifted from the bath at a pulling rate of 3.2 cm / min to form a thin film on the substrate surface. After leaving it for about 30 minutes, it was baked at 500 ° C. for 30 minutes to form a titanium oxide thin film on the surface of the substrate A to obtain a photocatalyst. A photocatalyst sample obtained from the substrate A is designated as sample B.
Comparative Example 1
[Soda lime glass substrate + titanium oxide film not containing fluorine]
Untreated soda lime glass substrate as substrate B (composition: SiO2/72.6%, Al2OThree/1.8%, Na2O / 13.5, CaO / 8.9%, MgO / 3.9%, Fe2OThree/0.1%, 20 × 50 × 1.0 mm), and the substrate B is immersed in the titanium compound coating solution bath obtained in Example 1, and the pulling rate is 3.2 cm / min. The substrate was lifted from the bath to form a thin film on the substrate surface. After leaving it for about 30 minutes, it was baked at 500 ° C. for 30 minutes to form a titanium oxide thin film on the surface of the substrate B to obtain a photocatalyst. A photocatalyst sample obtained from the substrate B is designated as sample B.
Comparative Example 2
[Soda lime glass substrate + silica film + titanium oxide film not containing fluorine]
As the substrate C, the substrate B is made of SiO by a sol-gel method.2A soda lime glass substrate (20 × 50 × 1.0 mm) with a film (thickness 100 nm) on both sides was prepared as follows. That is, to 50 g of ethyl silicate (“ethyl silicate 40” manufactured by Colcoat Co., Ltd.), a solution obtained by adding 6 g of 0.1N hydrochloric acid and 44 g of ethyl cellosolve and stirring for 2 hours at room temperature was placed on a soda lime glass substrate at 1000 rpm. The glass substrate with one surface covered with a silicon dioxide film was obtained by performing spin coating for 10 seconds at 720 and further baking at 720 ° C. for 120 seconds. The above operation was repeated on the other surface of the substrate C to coat each surface of the substrate C with a silicon dioxide film having a thickness of 100 nm.
The substrate C was immersed in the titanium compound coating solution bath obtained in Example 1 on the substrate C, and the substrate was lifted from the bath at a pulling rate of 3.2 cm / min to form a thin film on the substrate surface. . After leaving it to stand for about 30 minutes, it was baked at 500 ° C. for 30 minutes to form a titanium oxide thin film on the surface of each substrate C to obtain a photocatalyst. A photocatalyst sample obtained from the substrate C is designated as sample C.
As a result of the film thickness analysis of the titanium oxide thin film by a scanning electron microscope for these samples A to C (measurement accuracy = about 10%), the thickness of each sample A to C was about 100 nm. As a result of measurement by X-ray diffraction, all films were anatase type titanium oxide (TiO 2).2) It became clear that it had a crystal structure.
The catalyst activity of the samples A to C obtained in Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 was coated with TMCTS on the surfaces of the samples A to C, and irradiated with light so that the catalyst photolyzed TMCTS. It investigated by the method (Tada, Langmuir, 12th volume, No. 4, pp.966-971, 1996) to measure. The results are summarized in Table 1.
In the Tada method, the catalytic activity of the obtained photocatalyst sample is coated with 1,3,5,7-tetramethylcyclotetrasiloxane (TMCTS) on the surface, and the catalyst is irradiated with light to photolyze TMCTS. This is a method for measuring speed (Tada, Langmuir, Vol. 12, No. 4, 966-971, 1996). The above sample is UV / OThreeAfter washing (50 ° C. for 10 minutes), it was set in a vacuum desiccator, and the pressure was reduced to about 10 Torr with a vacuum pump, and then the internal temperature was maintained at 80 ° C. After closing the system, 200 μL of 1,3,5,7-tetramethylcyclotetrasiloxane (TMCTS) was injected with a syringe and heated for 30 minutes. Furthermore, while reducing the pressure with a vacuum pump, the temperature was raised to 100 ° C. and heated for 30 minutes to cold trap unreacted TMCTS. Thereby, a TMCTS monomolecular film was formed on various photocatalytic thin films. The sample having a hydrophilic surface changed to water repellency by the formation of the TMCTS monomolecular film. By irradiating light to the surface of the titanium oxide film of each sample plate at a distance of 20 cm using a 2 kW high pressure mercury lamp as a light source, the methyl group of the TMCTS monomolecular film is oxidized and decomposed, and the hydrophilicity of the surface gradually increases. Increased. The higher the oxidative decomposition rate of the TMCTS monomolecular film, the greater the photocatalytic activity of the sample.
Figure 0003759960
Sample with higher photocatalytic activityA>It can be seen that the order of sample C> sample B is satisfied. Even when soda lime glass is used as a substrate, a result showing excellent photocatalytic activity is obtained by using the fluorine-containing alkali barrier film undercoat.
As described above, the photocatalyst having a structure comprising the titanium oxide thin film / fluorine-containing alkali barrier film / glass substrate produced according to the present invention exhibits excellent high activity. Moreover, since this photocatalyst has excellent light transmittance, it can be suitably used for window glass for purifying air in hospitals, offices and automobiles, and for antibacterial, antifouling and antifogging performances. it can.
Industrial applicability
The photocatalyst carrier produced according to the present invention is used in clean rooms, aseptic rooms, etc. in various industries such as homes, offices, hospitals, semiconductor industry, liquid crystal industry, pharmaceutical industry, food industry, agriculture and forestry industry, medicine, precision machinery industry, etc. Sealed space such as safety cabinets, clean boxes, storage of valuables, sealed transport space for valuables, clean sealed spaces (in the presence of various gases or in vacuum), air purification of indoor spaces, antibacterial, antifouling It can be used for anti-fogging (maintaining hydrophilicity) of a transparent plate.
Moreover, it becomes this inventionLight transmissive alkali-containing glassIt is clear that the photocatalyst carrier based on fiber has an extremely excellent ability to decompose dilute toxic organic gases. Ultra-clean sealed space and sealed transport space for semiconductors, clean rooms for various applications, office buildings And it can be suitably used as a wall material or an air filter in a general house.

Claims (9)

光透過性含アルカリガラス基材である基材表面にフッ素含有膜を設け、該フッ素含有膜上にフッ素をドープさせた酸化チタンからなる光触媒膜を設けたことを特徴とする光触媒担持体。 A photocatalyst carrier comprising a fluorine-containing film provided on the surface of a base material that is a light-transmitting alkali-containing glass substrate, and a photocatalyst film made of titanium oxide doped with fluorine on the fluorine-containing film. 前記基材は板状、フィルム状、フレーク状、粒子状、粉状、棒状または繊維状の形状を有する請求項1記載の光触媒担持体。The substrate is plate-like, film-like, flake-like, particulate, powder, photocatalyst carrier according to claim 1 having a rod-like or fibrous shape. 基材がソーダ石灰珪酸塩ガラス組成を有するガラス繊維からなることを特徴とする請求項2記載の光触媒担持体。3. The photocatalyst carrier according to claim 2, wherein the substrate is made of glass fibers having a soda lime silicate glass composition. 光触媒膜中のフッ素は基材表面と光触媒膜の間に設けたフッ素含有膜から拡散移動させたものであることを特徴とする請求項1ないしのいずれかに記載の光触媒担持体。The photocatalyst carrier according to any one of claims 1 to 3 , wherein fluorine in the photocatalyst film is diffused and moved from a fluorine-containing film provided between the substrate surface and the photocatalyst film. フッ素含有膜はアルカリ成分の拡散の遮断性を有するものであることを特徴とする請求項1ないしのいずれかに記載の光触媒担持体。The photocatalyst carrier according to any one of claims 1 to 4 , wherein the fluorine-containing film has a barrier property against diffusion of an alkali component. アルカリ遮断膜は基材をシリカを過飽和に含有する珪弗化水素酸水溶液に所定時間浸漬することにより析出させたフッ素含有シリカ薄膜であることを特徴とする請求項1ないしのいずれかに記載の光触媒担持体。Claims 1, wherein the alkali shut-off film is a fluorine-containing silica film was deposited by a predetermined time immersed in hydrosilicofluoric acid solution containing the substrate in a supersaturated silica according to any one of 5 Photocatalyst carrier. アルカリ遮断膜が30〜100nmの厚みを有することを特徴とする請求項記載の光触媒担持体。6. The photocatalyst carrier according to claim 5, wherein the alkali blocking film has a thickness of 30 to 100 nm. アルカリ遮断膜にはフッ素が0.1〜20原子%の量で含まれることを特徴とする請求項記載の光触媒担持体。6. The photocatalyst carrier according to claim 5, wherein the alkali blocking film contains 0.1 to 20 atomic% of fluorine. フッ素含有膜がシリカを主成分とする膜からなることを特徴とする請求項記載の光触媒担持体。6. The photocatalyst carrier according to claim 5, wherein the fluorine-containing film comprises a film containing silica as a main component.
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08252461A (en) * 1995-03-17 1996-10-01 Ebara Corp Preparation of photocatalyst
JPH09249418A (en) * 1996-01-12 1997-09-22 Matsushita Electric Works Ltd Forming of photocatalyst-active titanium oxide
JPH09308833A (en) * 1996-05-21 1997-12-02 Matsushita Electric Works Ltd Manufacture of fiber composite containing photocatalyst
JPH1071336A (en) * 1996-08-30 1998-03-17 Matsushita Electric Works Ltd Preparation of photocatalyst body
JPH10158014A (en) * 1996-11-26 1998-06-16 Matsushita Electric Works Ltd Production of titanium dioxide coating film
JPH11512337A (en) * 1995-09-15 1999-10-26 サン−ゴバン ビトラージュ Substrate with photocatalytic coating
JP2002028494A (en) * 1997-04-02 2002-01-29 Nippon Sheet Glass Co Ltd Photocatalyst carrier, and producing method thereof

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08252461A (en) * 1995-03-17 1996-10-01 Ebara Corp Preparation of photocatalyst
JPH11512337A (en) * 1995-09-15 1999-10-26 サン−ゴバン ビトラージュ Substrate with photocatalytic coating
JPH09249418A (en) * 1996-01-12 1997-09-22 Matsushita Electric Works Ltd Forming of photocatalyst-active titanium oxide
JPH09308833A (en) * 1996-05-21 1997-12-02 Matsushita Electric Works Ltd Manufacture of fiber composite containing photocatalyst
JPH1071336A (en) * 1996-08-30 1998-03-17 Matsushita Electric Works Ltd Preparation of photocatalyst body
JPH10158014A (en) * 1996-11-26 1998-06-16 Matsushita Electric Works Ltd Production of titanium dioxide coating film
JP2002028494A (en) * 1997-04-02 2002-01-29 Nippon Sheet Glass Co Ltd Photocatalyst carrier, and producing method thereof

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