JP7615436B2 - Platinum-supported catalyst, air purification system and air purification method - Google Patents
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Description
本発明は、白金担持触媒と、この白金担持触媒を利用した空気浄化システムおよび空気浄化方法に関する。 The present invention relates to a platinum-supported catalyst, and an air purification system and air purification method that utilize this platinum-supported catalyst.
半導体デバイス、ディスプレイ、マイクロマシン、薄膜塗工フィルムなどは、製造時や検査時に気体中の微粒子数や温度、湿度等が制御されており、クリーンルーム内で製造されている。これらの製品は、ナノレベルで制御された加工が行われ、加工時の悪影響を防ぐために、雰囲気中の化学物質濃度を低くすることが求められる場合がある。
例えば、半導体製造工程においては、ウェハが化学物質に汚染されると、レジストの塗工性に影響を及ぼし、レジストの膜厚やレジストとウェハとの密着性が変化し、所望の加工精度が達成できなくなり、歩留まりが低下する場合がある。
Semiconductor devices, displays, micromachines, thin coating films, etc. are manufactured in clean rooms where the number of particles in the gas, temperature, humidity, etc. are controlled during manufacturing and inspection. These products are processed with nano-level control, and in order to prevent adverse effects during processing, it is sometimes necessary to reduce the concentration of chemical substances in the atmosphere.
For example, in the semiconductor manufacturing process, if a wafer is contaminated with chemical substances, it can affect the coatability of the resist, causing changes in the film thickness of the resist and the adhesion between the resist and the wafer, making it impossible to achieve the desired processing accuracy and resulting in a decrease in yield.
雰囲気中の化学物質濃度を制御することが求められる場合、通常、活性炭をベースとしたケミカルフィルターが用いられている。ケミカルフィルターは、化学物質を吸着するものであるため、破過(吸着量が飽和)する前に交換が必要であり、維持するのに手間とコストがかかり、交換の際に、粉塵等が発生してしまうおそれもある。 When it is necessary to control the concentration of chemical substances in the atmosphere, chemical filters based on activated carbon are usually used. Because chemical filters adsorb chemical substances, they need to be replaced before they break through (the amount of adsorption becomes saturated), which requires time and money to maintain, and there is also a risk of dust being generated when replacing them.
本発明者らは、二酸化チタンペレットに含浸法でプラチナを担持したハイブリッド触媒により、紫外線を照射することなくイソプロピルアルコールが酸化されて二次生成物としてアセトンが生成することを報告している(非特許文献1、2)。 The inventors have reported that a hybrid catalyst in which platinum is supported on titanium dioxide pellets by impregnation oxidizes isopropyl alcohol without UV irradiation to produce acetone as a secondary product (Non-Patent Documents 1 and 2).
本発明は、新規な白金担持触媒と、この白金担持触媒を利用した空気浄化システムおよび空気浄化方法を提供することを課題とする。 The objective of the present invention is to provide a novel platinum-supported catalyst and an air purification system and air purification method that utilize this platinum-supported catalyst.
本発明の課題を解決するための手段は以下の通りである。
1.見かけ体積5mm3以上の多孔質担体の表面に、粒径10nm以下の白金ナノ粒子が均一に担持されていることを特徴とする白金担持触媒。
2.白金の担持量が、0.005重量%以上1.2重量%以下であることを特徴とする1.に記載の白金担持触媒。
3.前記多孔質担体の、窒素吸着によるBET比表面積が20m2/g以上であることを特徴とする1.または2.に記載の白金担持触媒。
4.前記多孔質担体が、光触媒能を備える二酸化チタンであることを特徴とする1.~3.のいずれかに記載の白金担持触媒。
5.空気中の化学物質を中間生成物に変換する1.~4.のいずれかに記載の白金担持触媒を備える浄化装置を有することを特徴とする空気浄化システム。
6.前記浄化装置が、イソプロピルアルコール、または、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートを処理することを特徴とする5.に記載の空気浄化システム。
7.前記中間生成物を、二酸化炭素と水を含む最終生成物に分解する光触媒を備える第二浄化装置を有することを特徴とする5.または6.に記載の空気浄化システム。
8.1.~4.のいずれかに記載の白金担持触媒を用いて、空気中の化学物質を他の化学物質に変換するステップを有することを特徴とする空気浄化方法。
The means for solving the problems of the present invention are as follows.
1. A platinum supported catalyst, characterized in that platinum nanoparticles having a particle size of 10 nm or less are uniformly supported on the surface of a porous support having an apparent volume of 5 mm3 or more .
2. The platinum supported catalyst according to 1., characterized in that the amount of platinum supported is 0.005% by weight or more and 1.2% by weight or less.
3. The platinum supported catalyst according to 1. or 2., wherein the porous carrier has a BET specific surface area determined by nitrogen adsorption of 20 m 2 /g or more.
4. The platinum supported catalyst according to any one of 1. to 3., wherein the porous carrier is titanium dioxide having photocatalytic activity.
5. An air purification system comprising a purification device equipped with the platinum supported catalyst according to any one of 1. to 4. above, which converts chemical substances in the air into intermediate products.
6. The air purification system according to 5., wherein the purification device processes isopropyl alcohol or propylene glycol monomethyl ether acetate.
7. The air purification system according to 5. or 6., further comprising a second purification device equipped with a photocatalyst that decomposes the intermediate product into an end product containing carbon dioxide and water.
8. An air purification method comprising a step of converting chemical substances in the air into other chemical substances using the platinum-supported catalyst according to any one of 1. to 4.
含浸法は、熱処理により白金を析出させるものであるが、先に熱が伝わる外側で析出し、熱が伝わるに連れて内側で析出するため、白金粒子の分布は不均一となってしまう。また、外側で析出した白金が凝集して細孔を塞いでしまう場合がある。それに対し、本発明の白金担持触媒は、その表面に活性点が均一に存在し、その細孔も白金で塞がれていないため、反応性に優れている。さらに、本発明の白金担持触媒は、多孔質担体の細孔内に化学物質を吸着・濃縮し、細孔内に担持された白金と細孔内に濃縮された化学物質とが反応するため、低濃度の化学物質も効率的に処理することができる。本発明の白金担持触媒は、担体が粉末状でないため、取り扱い性に優れており、空調ユニット等に組み込んだり、使用後に回収したりすることが容易である。また、含浸法で製造したハイブリッド触媒は、白金が2~5重量%程度必要であり高コストであるが、本発明の白金担持触媒は、粒径10nm以下の白金ナノ粒子を担持するため、少ない担持量でも十分な触媒能を発揮することができ、低コストである。 In the impregnation method, platinum is precipitated by heat treatment, but it precipitates first on the outside where heat is transmitted, and then on the inside as heat is transmitted, resulting in an uneven distribution of platinum particles. In addition, platinum precipitated on the outside may aggregate and block the pores. In contrast, the platinum-supported catalyst of the present invention has excellent reactivity because active sites are uniformly present on its surface and the pores are not blocked by platinum. Furthermore, the platinum-supported catalyst of the present invention adsorbs and concentrates chemical substances in the pores of the porous carrier, and the platinum supported in the pores reacts with the chemical substances concentrated in the pores, so that even low-concentration chemical substances can be efficiently treated. The platinum-supported catalyst of the present invention has excellent handleability because the carrier is not powdery, and it is easy to incorporate into air conditioning units, etc., and to recover after use. In addition, hybrid catalysts produced by the impregnation method require about 2 to 5% by weight of platinum, making them expensive, but the platinum-supported catalyst of the present invention supports platinum nanoparticles with a particle size of 10 nm or less, so it can exert sufficient catalytic activity even with a small amount of support, making it low cost.
この白金担持触媒を用いた本発明の空気浄化システムは、空気中の化学物質を、中間生成物に分解することができ、さらに光触媒と組み合わせることにより二酸化炭素と水を含む最終生成物にまで分解することができる。本発明の空気浄化システムは、白金担持触媒により分解されやすい中間生成物に変換できるため、光触媒のみを用いた場合と比較して触媒量を減らすことができ、低容量化、低コスト化を達成できる。本発明の空気浄化システムは、既存の空調機の配管に後設することができる。本発明の空気浄化システムは、様々な化学物質を分解することができるため、半導体デバイスやディスプレイ等のクリーンルームでの空気浄化に好適に用いることができる。また、化学工場、印刷工場等から発生する化学物質を含む排気の処理にも好適に用いることができる。 The air purification system of the present invention using this platinum-supported catalyst can decompose chemical substances in the air into intermediate products, and further decompose them into final products containing carbon dioxide and water by combining with a photocatalyst. The air purification system of the present invention can convert chemical substances into intermediate products that are easily decomposed by the platinum-supported catalyst, so the amount of catalyst can be reduced compared to when only a photocatalyst is used, achieving low volume and low cost. The air purification system of the present invention can be installed in the piping of an existing air conditioner. Since the air purification system of the present invention can decompose various chemical substances, it can be suitably used for purifying air in clean rooms for semiconductor devices, displays, etc. It can also be suitably used for treating exhaust gas containing chemical substances generated from chemical plants, printing plants, etc.
・白金担持触媒
白金担持触媒は、見かけ体積5mm3以上の多孔質担体の表面に、粒径10nm以下の白金ナノ粒子が均一に担持されている。見かけ体積とは、多孔質担体の多孔質部分を含む体積を意味する。見かけ体積が5mm3以上の多孔質担体は、粉末ほど細かくないため、取り扱い性に優れており、空調ユニット等に組み込んだり、使用後に回収したりすることが容易である。また、見かけ体積が5mm3以上であると、粉塵が発生しにくいため、クリーンルームへの清浄空気の供給に好適に用いることができる。見かけ体積は5mm3以上であれば特に限定されないが、10mm3以上であることが好ましい。見かけ体積が大きすぎると担体間の空隙が大きくなり、また、多孔質担体の内部まで気体が到達しにくくなる。そのため、多孔質担体の見かけ体積は、8000mm3以下であることが好ましく、4000mm3以下であることがより好ましい。
Platinum-supported catalyst The platinum-supported catalyst is a catalyst in which platinum nanoparticles having a particle size of 10 nm or less are uniformly supported on the surface of a porous carrier having an apparent volume of 5 mm 3 or more. The apparent volume means the volume including the porous part of the porous carrier. A porous carrier having an apparent volume of 5 mm 3 or more is not as fine as a powder, so it is easy to handle and can be easily incorporated into an air conditioning unit or collected after use. In addition, if the apparent volume is 5 mm 3 or more, dust is unlikely to be generated, so it can be suitably used to supply clean air to a clean room. The apparent volume is not particularly limited as long as it is 5 mm 3 or more, but it is preferably 10 mm 3 or more. If the apparent volume is too large, the gap between the carriers will become large, and it will be difficult for the gas to reach the inside of the porous carrier. Therefore, the apparent volume of the porous carrier is preferably 8000 mm 3 or less, and more preferably 4000 mm 3 or less.
本発明で使用する多孔質担体の窒素吸着によるBET比表面積は、反応性の点から、20m2/g以上であることが好ましく、30m2/g以上であることがより好ましい。このBET比表面積が広くなるほど反応性は向上するが、強度が低下して脆くなるため、破損して粉塵が発生しやすくなる。そのため、粉塵の発生を抑えることが要求されるクリーンルームへの清浄空気の供給に用いる場合は、このBET比表面積は、200m2/g以下であることが好ましく、100m2/g以下であることがより好ましい。
多孔質担体の材質は特に制限されず、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化鉄等の金属酸化物、炭素等が挙げられる。光触媒能を備える二酸化チタンを用いることにより、白金を活性点とする触媒能に加えて、光触媒能を発揮することもできる。
The BET specific surface area by nitrogen adsorption of the porous carrier used in the present invention is preferably 20 m 2 /g or more, more preferably 30 m 2 /g or more, from the viewpoint of reactivity. The larger the BET specific surface area, the higher the reactivity, but the lower the strength and the more brittle the carrier becomes, so that it is more likely to break and generate dust. Therefore, when used to supply clean air to a clean room where it is required to suppress the generation of dust, the BET specific surface area is preferably 200 m 2 /g or less, more preferably 100 m 2 /g or less.
The material of the porous carrier is not particularly limited, and examples thereof include metal oxides such as titanium oxide, aluminum oxide, silicon oxide, and iron oxide, carbon, etc. By using titanium dioxide having photocatalytic activity, it is possible to exhibit photocatalytic activity in addition to the catalytic activity with platinum as the active site.
白金ナノ粒子の粒径は、表面を撮像して得た電子顕微鏡画像から、面積円相当径を算出することにより求めることができる。電子顕微鏡画像を画面処理して得られた100個以上の白金ナノ粒子のうち、粒径(面積円相当径)10nm以下のものが90%以上であることが好ましく、95%以上であることがより好ましく、99%以上であることが更に好ましく、100%であることが最も好ましい。また、白金ナノ粒子が表面に均一に担持されているかも、この電子顕微鏡画像から確認することができる。本発明において、白金ナノ粒子は、電子顕微鏡画像の200nm×200nm以上である任意の3箇所以上の領域に存在する白金ナノ粒子の個数が、その平均値の±20%以内であることが好ましく、±10%以内であることがより好ましく、±5%以内であることが更に好ましい。さらに、白金担持触媒を破砕して、断面に露出した細孔を電子顕微鏡画像で観察することにより、細孔表面に担持された白金ナノ粒子を確認することができる。 The particle size of platinum nanoparticles can be determined by calculating the equivalent circle diameter from an electron microscope image obtained by imaging the surface. Of the 100 or more platinum nanoparticles obtained by screen processing of the electron microscope image, those with a particle size (equivalent circle diameter) of 10 nm or less are preferably 90% or more, more preferably 95% or more, even more preferably 99% or more, and most preferably 100%. In addition, it can be confirmed from this electron microscope image whether the platinum nanoparticles are uniformly supported on the surface. In the present invention, the number of platinum nanoparticles present in any three or more regions of 200 nm x 200 nm or more in the electron microscope image is preferably within ±20% of the average value, more preferably within ±10%, and even more preferably within ±5%. Furthermore, the platinum nanoparticles supported on the pore surface can be confirmed by crushing the platinum-supported catalyst and observing the pores exposed on the cross section with an electron microscope image.
本発明の白金担持触媒は、この触媒により促進される反応であれば特に制限されず、様々な反応に用いることができる。例えば、エタノール、イソプロピルアルコール、酢酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)、トルエン、アンモニア等の化学物質の水素化反応、脱水素化反応、酸化反応、CO等の無機化合物の酸化反応等が挙げられる。
本発明の白金担持触媒は、多孔質担体の細孔内に化学物質が吸着するため、細孔内に化学物質が濃縮される。そして、本発明の白金担持触媒は、表面のみならず、細孔内にも白金ナノ粒子が担持されているが、細孔内に担持された白金ナノ粒子が、細孔内に濃縮された化学物質に作用するため、低濃度の化学物質と効率的に反応することができる。
The platinum-supported catalyst of the present invention can be used in various reactions without any particular limitation as long as the reaction is promoted by the catalyst, for example, hydrogenation reaction, dehydrogenation reaction, oxidation reaction of chemical substances such as ethanol, isopropyl alcohol, ethyl acetate, propylene glycol monomethyl ether (PGME), propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA), toluene, and ammonia, and oxidation reaction of inorganic compounds such as CO, etc.
In the platinum-supported catalyst of the present invention, chemical substances are adsorbed in the pores of the porous support, so that the chemical substances are concentrated in the pores. In the platinum-supported catalyst of the present invention, platinum nanoparticles are supported not only on the surface but also in the pores, and the platinum nanoparticles supported in the pores act on the chemical substances concentrated in the pores, so that the catalyst can efficiently react with low-concentration chemical substances.
・白金担持触媒の製造方法
本発明の白金担持触媒は、多孔質担体の表面に、粒径10nm以下の白金ナノ粒子が均一に担持されている。このような白金担持触媒は、例えば、放射線法により製造することができる。放射線法とは、担体を分散させた金属イオン水溶液(本発明の場合は白金イオン水溶液)に、放射線を照射し、水の放射線分解により生成した還元種により、金属イオンを還元し、ナノ粒子を析出させ、析出したナノ粒子を担体に担持させる方法である。放射線法により均一にナノ粒子が析出し、析出したナノ粒子は担体表面に均一に担持される。
- Manufacturing method of platinum supported catalyst In the platinum supported catalyst of the present invention, platinum nanoparticles having a particle size of 10 nm or less are uniformly supported on the surface of a porous support. Such a platinum supported catalyst can be manufactured, for example, by a radiation method. The radiation method is a method in which a metal ion aqueous solution (a platinum ion aqueous solution in the present invention) in which a support is dispersed is irradiated with radiation, the metal ions are reduced by reducing species generated by radiolysis of water, nanoparticles are precipitated, and the precipitated nanoparticles are supported on the support. Nanoparticles are uniformly precipitated by the radiation method, and the precipitated nanoparticles are uniformly supported on the surface of the support.
使用する放射線は、特に制限されないが、透過性と安全性とから、γ線、X線、または電子線を用いることが好ましい。放射線は、吸収線量1J/kg以上、好ましくは1J/kg以上1,000,000J/kg以下の条件で照射できる。特に、電離放射線としてγ線を利用する場合、γ線は、線量1Gy以上の条件で照射するのが好ましい。γ線照射の好ましい具体例としては、放射線源としてコバルト60γ線源(γ線光量子のエネルギー:1.25MeV)を用いて、線量率約3kGy/h、照射時間1-18時間の条件で実施する例を挙げることができる。 The radiation used is not particularly limited, but in view of transparency and safety, it is preferable to use gamma rays, X-rays, or electron beams. Radiation can be irradiated under conditions of an absorbed dose of 1 J/kg or more, preferably 1 J/kg or more and 1,000,000 J/kg or less. In particular, when gamma rays are used as the ionizing radiation, it is preferable to irradiate with a gamma ray dose of 1 Gy or more. A specific example of a preferable gamma ray irradiation is one in which a cobalt 60 gamma ray source (energy of gamma ray photon: 1.25 MeV) is used as the radiation source, and the irradiation is carried out under conditions of a dose rate of about 3 kGy/h and an irradiation time of 1 to 18 hours.
本発明の白金担持触媒において、多孔質担体に担持される白金の量は、白金イオン水溶液中の白金濃度、放射線強度、放射線照射時間等により調整することができる。本発明の白金担持触媒は、白金ナノ粒子を均一に担持させることができるため、白金の量が少なくとも高い活性を備えている。本発明の白金担持触媒における白金の量は、1.2重量%以下であることが好ましく、1.0重量%以下であることがより好ましく、0.8重量%以下であることが更に好ましい。また、白金の量の下限は、触媒活性を示す限り特に制限されないが、0.005重量%以上であることが好ましく、0.01重量%以上であることが好ましい。 In the platinum-supported catalyst of the present invention, the amount of platinum supported on the porous carrier can be adjusted by the platinum concentration in the platinum ion aqueous solution, the radiation intensity, the radiation exposure time, etc. The platinum-supported catalyst of the present invention can support platinum nanoparticles uniformly, so that it has high activity even with a small amount of platinum. The amount of platinum in the platinum-supported catalyst of the present invention is preferably 1.2 wt% or less, more preferably 1.0 wt% or less, and even more preferably 0.8 wt% or less. In addition, the lower limit of the amount of platinum is not particularly limited as long as it exhibits catalytic activity, but is preferably 0.005 wt% or more, and preferably 0.01 wt% or more.
・空気浄化システム
本発明の空気浄化システムは、空気中の化学物質を中間生成物に変換する白金担持触媒を備える浄化装置を有する。本発明の空気浄化システムは、白金担持触媒を備える浄化装置の下流に、この浄化装置で生成した中間生成物を二酸化炭素と水を含む最終生成物に分解する光触媒を備える第二の浄化装置を有することができる。
第二の浄化装置に使用する光触媒は、従来公知のものを特に制限することなく使用することができるが、二酸化チタンの多孔質体であることが好ましい。多孔質体は、細孔内に中間生成物を吸着、濃縮することができるため、効率的に分解することができる。二酸化チタンの多孔質体は、白金担持触媒の多孔質担体と同じく、見かけ体積が5mm3以上であることが好ましく、その上限は8000mm3以下であることが好ましく、4000mm3以下であることがより好ましい。また、窒素吸着によるBET比表面積が20m2/g以上であることが好ましく、30m2/g以上であることがより好ましく、200m2/g以下であることが好ましく、100m2/g以下であることがより好ましい。また、本発明の空気浄化システムは、白金担持触媒の多孔質担体として光触媒能を備える二酸化チタンを用いることにより、白金を活性点とする浄化装置と光触媒による第二の浄化装置とを一体化することもできる。
Air Purification System The air purification system of the present invention has a purification device equipped with a platinum-supported catalyst that converts chemical substances in the air into intermediate products. The air purification system of the present invention can have a second purification device downstream of the purification device equipped with a platinum-supported catalyst, the second purification device equipped with a photocatalyst that decomposes the intermediate products generated in the purification device into final products containing carbon dioxide and water.
The photocatalyst used in the second purifier can be any conventionally known photocatalyst without any particular limitations, but is preferably a titanium dioxide porous body. The porous body can adsorb and concentrate the intermediate product in the pores, so that it can be decomposed efficiently. The titanium dioxide porous body preferably has an apparent volume of 5 mm 3 or more, and the upper limit is preferably 8000 mm 3 or less, and more preferably 4000 mm 3 or less, like the porous carrier of the platinum-supported catalyst. In addition, the BET specific surface area by nitrogen adsorption is preferably 20 m 2 /g or more, more preferably 30 m 2 /g or more, preferably 200 m 2 /g or less, and more preferably 100 m 2 /g or less. In addition, the air purification system of the present invention can also integrate the purification device using platinum as an active site and the second purification device using a photocatalyst by using titanium dioxide having photocatalytic ability as the porous carrier of the platinum-supported catalyst.
図1に、本発明の空気浄化システムの一実施態様の概略図を示す。
一実施態様である空気浄化システム1は、クリーンルームの空調システムに設置されている。
クリーンルーム内のイソプロピルアルコール(IPA)を含む空気は、換気ダクト(RA)から取り込まれ、一部が排気され、残りは空調機(AHU)で外気と混合されて温湿度等が調整された後、空気浄化システム1で浄化される。空気浄化システム1は、白金担持触媒を備える第一の浄化装置11と、光触媒を備える第二の浄化装置12とを有する。IPAは、第一の浄化装置11でアセトン(ACT)に変換され、アセトンは第二の浄化装置12で二酸化炭素と水とに分解される。空気浄化システム1でIPAが取り除かれた空気は、HEPAフィルタで異物が取り除かれた後に、還気ダクト(SA)からクリーンルーム内へ戻される。
FIG. 1 shows a schematic diagram of one embodiment of an air purification system of the present invention.
An air purification system 1 according to one embodiment is installed in an air conditioning system of a clean room.
Air containing isopropyl alcohol (IPA) in the clean room is taken in through a ventilation duct (RA), a portion of it is exhausted, and the remainder is mixed with outside air in an air conditioner (AHU) to adjust the temperature, humidity, etc., and then purified by an air purification system 1. The air purification system 1 has a first purification device 11 equipped with a platinum-supported catalyst and a second purification device 12 equipped with a photocatalyst. IPA is converted into acetone (ACT) in the first purification device 11, and the acetone is decomposed into carbon dioxide and water in the second purification device 12. The air from which IPA has been removed by the air purification system 1 is returned to the clean room through a return air duct (SA) after foreign matter is removed by a HEPA filter.
本発明の空気浄化システムは、光触媒を備える第二の浄化装置の上流に、白金担持触媒を備える第一の浄化装置を備えており、第一の浄化装置が事前に化学物質を中間生成物に変換するため、光触媒のみで化学物質を最終生成物に分解する空気浄化システムと比較して、浄化性能に優れている。本発明の空気浄化システムは、浄化対象である気体の単位時間あたりの流量に対して必要な触媒量が少ないため、浄化システムを低容量化、低コスト化することができる。 The air purification system of the present invention is equipped with a first purification device equipped with a platinum-supported catalyst upstream of a second purification device equipped with a photocatalyst, and since the first purification device converts chemical substances into intermediate products in advance, it has superior purification performance compared to air purification systems that decompose chemical substances into final products using only photocatalysts. The air purification system of the present invention requires a small amount of catalyst per unit time of the flow rate of the gas to be purified, making it possible to reduce the capacity and cost of the purification system.
「実施例1」
二酸化チタンからなる多孔質担体(Evonik社、Aerolyst7711、見かけ体積11.3mm3(φ1.7mm×5mmの円柱)、BET比表面積35~55m2/g)2.0gを、白金イオン含有の水溶液(H2PtCl6:1mM、イソプロピルアルコール:1vol%)100mLに分散させ、アルゴンガスで15分バブリングした後、真空引きをして細孔内に水溶液を充填させた。その後、撹拌しながらコバルト60γ線源からγ線を(25kGy、2.5時間 → 15kGy、1.5時間)照射し、白金担持触媒1を得た。白金の担持量は、約0.2重量%であった。
"Example 1"
2.0 g of a porous support made of titanium dioxide (Evonik, Aerolyst 7711, apparent volume 11.3 mm 3 (φ1.7 mm × 5 mm cylinder), BET specific surface area 35-55 m 2 /g) was dispersed in 100 mL of an aqueous solution containing platinum ions (H 2 PtCl 6 : 1 mM, isopropyl alcohol: 1 vol%), and after bubbling with argon gas for 15 minutes, the solution was filled into the pores by evacuation. Thereafter, the mixture was irradiated with gamma rays from a cobalt 60 gamma ray source (25 kGy, 2.5 hours → 15 kGy, 1.5 hours) while stirring, to obtain platinum-supported catalyst 1. The amount of platinum supported was about 0.2 wt%.
「比較例1」
酸化チタンからなる多孔質担体(Evonik社、Aerolyst7711)10gを白金イオン含有の水溶液(H2PtCl6:1mM)100mLに分散させ、アルゴンガスで15分バブリングした後、真空引きをして細孔内に水溶液を充填させた。濾過して余分な水溶液を取り除いた後、5%水素ガス雰囲気下で500℃、2時間焼成し、白金担持触媒2を得た。白金の担持量は、約0.2重量%であった。
"Comparative Example 1"
10 g of a porous support made of titanium oxide (Evonik, Aerolyst 7711) was dispersed in 100 mL of an aqueous solution containing platinum ions (H 2 PtCl 6 : 1 mM), and argon gas was bubbled for 15 minutes, after which the solution was evacuated to fill the pores. After filtering to remove excess aqueous solution, the catalyst was calcined at 500° C. for 2 hours in a 5% hydrogen gas atmosphere to obtain platinum-supported catalyst 2. The amount of platinum supported was about 0.2% by weight.
「比較例2」
二酸化チタン粉末からなる担体(CIKナノテック株式会社、Nano Tek TiO2、平均粒子径約50nmの真球状粒子、かさ密度0.33g/cm3、BET比表面積50m2/g)を用いた以外は実施例1と同様にして、白金担持触媒3を得た。白金の担持量は、約1重量%であった。
"Comparative Example 2"
A platinum-supported catalyst 3 was obtained in the same manner as in Example 1, except that a carrier made of titanium dioxide powder (CIK Nano Tek Co., Ltd., Nano Tek TiO 2 , spherical particles with an average particle diameter of about 50 nm, bulk density of 0.33 g/cm 3 , BET specific surface area of 50 m 2 /g) was used. The amount of platinum supported was about 1 wt %.
・SEM観察
製造した白金担持触媒1の表面をSEMで観察した。図2にSEM画像を示す。
白金担持触媒1は、多孔質担体の表面に、粒径10nm以下の白金ナノ粒子が均一に担持されていることが確認できた。なお、白金担持触媒3は、白金担持触媒1と同じく放射線法で製造したため、担体表面に粒径10nm以下の白金ナノ粒子が均一に担持されていると推測される。
SEM Observation The surface of the produced platinum-supported catalyst 1 was observed by SEM. FIG. 2 shows an SEM image.
It was confirmed that platinum nanoparticles with a particle size of 10 nm or less were uniformly supported on the surface of the porous carrier in platinum-supported catalyst 1. Note that platinum-supported catalyst 3 was produced by the same radiation method as platinum-supported catalyst 1, and therefore it is presumed that platinum nanoparticles with a particle size of 10 nm or less were uniformly supported on the carrier surface.
実験1:IPA分解
100ml容のバイアル瓶に、白金担持触媒1~3を0.1g入れ、イソプロピルアルコール(IPA)を65.8μmol/Lとなるように注入した。また、注入して90分経過後に、30分間UV(253.7nm)を照射した。
注入してから30分、60分、90分、3時間、24時間経過後に、バイアル瓶中の気体をシリンジで抜き出し、ガスクロマトグラフ(島津製作所製、GC-2014、検出器FID)によりイソプロピルアルコール(IPA)とアセトン(ACT)の濃度を測定した。結果を図3~5に示す。
Experiment 1: IPA decomposition 0.1 g of each of the platinum supported catalysts 1 to 3 was placed in a 100 ml vial, and isopropyl alcohol (IPA) was poured in to give a concentration of 65.8 μmol/L. After 90 minutes had passed since the pouring, the mixture was irradiated with UV (253.7 nm) for 30 minutes.
30 minutes, 60 minutes, 90 minutes, 3 hours, and 24 hours after injection, the gas in the vial was extracted with a syringe, and the concentrations of isopropyl alcohol (IPA) and acetone (ACT) were measured using a gas chromatograph (Shimadzu Corporation, GC-2014, detector FID). The results are shown in Figures 3 to 5.
白金担持触媒3は、注入してから60分はIPA濃度が低下したが、その後はほとんど変化せず、注入24時間後もIPAが高濃度で検出された。アセトンは、UV照射後にのみ検出され、UVを照射しないとその濃度が変化しなかった。このことから、白金担持触媒3は、IPAを吸着しているのみであり、IPAの分解はUVを照射しないと進行しないことが確認できた。 Platinum-supported catalyst 3 showed a decrease in IPA concentration for 60 minutes after injection, but there was little change thereafter, and IPA was still detected at a high concentration 24 hours after injection. Acetone was only detected after UV irradiation, and its concentration did not change without UV irradiation. This confirmed that platinum-supported catalyst 3 only adsorbs IPA, and that decomposition of IPA does not proceed without UV irradiation.
本発明である白金担持触媒1は、注入30分後にIPAが検出されず、高濃度のアセトンが検出された。
白金担持触媒2は、注入3時間後にIPAが検出されなくなった。注入30分後からアセトンは検出されたが、アセトン濃度は実施例1と比較して低く、経時で徐々に高くなったが、実施例1には及ばなかった。
In the case of the platinum supported catalyst 1 of the present invention, 30 minutes after injection, IPA was not detected, but a high concentration of acetone was detected.
In the case of the platinum-supported catalyst 2, IPA was no longer detected 3 hours after injection. Acetone was detected 30 minutes after injection, but the acetone concentration was lower than that in Example 1 and gradually increased over time, but did not reach that of Example 1.
実験2:PGMEA分解
100ml容のバイアル瓶に、白金担持触媒1を0.1g入れ、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)を367μmol/Lとなるように注入した。注入してから48時間経過後に、バイアル瓶中の気体をシリンジで抜き出し、ガスクロマトグラフ(島津製作所製、GC-2014、検出器FID)を用いて分析した。結果を図6に示す。
PGMEA以外の低分子化合物が検出された。このことから、白金担持触媒1が、PGMEAを分解でき、何らかの化学物質が生成したことが確認できた。
Experiment 2: PGMEA decomposition 0.1 g of platinum supported catalyst 1 was placed in a 100 ml vial, and propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA) was injected to a concentration of 367 μmol/L. After 48 hours had passed since the injection, the gas in the vial was extracted with a syringe and analyzed using a gas chromatograph (Shimadzu Corporation, GC-2014, detector FID). The results are shown in FIG. 6.
Low molecular weight compounds other than PGMEA were detected. This confirmed that the platinum supported catalyst 1 was able to decompose PGMEA and generate some chemical substances.
20ml容のバイアル瓶に、白金担持触媒1を0.02g入れ、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)を184μmol/Lとなるように注入した。注入してから7時間経過後に、ガスクロマトグラフ質量分析装置(島津製作所、GCMS-QP2010)により分析し、プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)を検出した。
100ml容のバイアル瓶に、白金担持触媒1を0.1g入れ、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)を367μmol/Lとなるように注入した。注入してから48時間分経過後に、超純水3ml入れ、4時間経過後に、高速液体クロマトグラフィー(Waters2965他)により分析したところ、酢酸が検出できた。
0.02 g of platinum supported catalyst 1 was placed in a 20 ml vial, and propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA) was injected to a concentration of 184 μmol/L. Seven hours after the injection, the mixture was analyzed using a gas chromatograph mass spectrometer (Shimadzu Corporation, GCMS-QP2010) to detect propylene glycol monomethyl ether (PGME).
0.1 g of platinum supported catalyst 1 was placed in a 100 ml vial, and propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA) was poured in to give a concentration of 367 μmol/L. 48 hours after the pouring, 3 ml of ultrapure water was added, and after 4 hours, analysis was performed by high performance liquid chromatography (Waters 2965 or the like), whereby acetic acid was detected.
このことから、白金担持触媒1が、PGMEAを分解し、中間生成物としてPGMEと酢酸が生成したことが確認できた。 From this, it was confirmed that platinum-supported catalyst 1 decomposed PGMEA, producing PGME and acetic acid as intermediate products.
「実施例2」
白金イオン含有水溶液中の白金イオン濃度を実施例1の1/10(H2PtCl6:0.1mM)とし、アルゴンガスによるバブリングも真空引きも行わない以外は、実施例1と同様にしてガンマ線を照射し、白金担持触媒4を得た。白金の担持量は約0.02重量%であった。
"Example 2"
Except for changing the platinum ion concentration in the platinum ion-containing aqueous solution to 1/10 of that in Example 1 (H 2 PtCl 6 : 0.1 mM) and not performing argon gas bubbling or evacuation, gamma rays were irradiated in the same manner as in Example 1 to obtain platinum supported catalyst 4. The amount of platinum supported was about 0.02 wt %.
実験3:IPA分解
100ml容のバイアル瓶に、白金担持触媒1、4を0.1g入れ、イソプロピルアルコール(IPA)を24.4μmol/Lとなるように注入した。また、注入直後から、UV(253.7nm)を照射した。
注入して2分後から8分間隔で58分まで、その後、90分、120分、150分、180分に、バイアル瓶中の気体をシリンジで抜き出し、ガスクロマトグラフ(島津製作所製、GC-2014、検出器FID)によりイソプロピルアルコール(IPA)とアセトン(ACT)の濃度を測定した。結果を図6、7に示す。
Experiment 3: IPA decomposition 0.1 g of each of the platinum supported catalysts 1 and 4 was placed in a 100 ml vial, and isopropyl alcohol (IPA) was poured therein to a concentration of 24.4 μmol/L. Immediately after the pouring, the mixture was irradiated with UV (253.7 nm).
The gas in the vial was extracted with a syringe at 8-minute intervals from 2 minutes after injection until 58 minutes, and then at 90 minutes, 120 minutes, 150 minutes, and 180 minutes, and the concentrations of isopropyl alcohol (IPA) and acetone (ACT) were measured using a gas chromatograph (Shimadzu Corporation, GC-2014, detector FID). The results are shown in Figures 6 and 7.
実施例2で作成した白金担持触媒4は、製造時にアルゴンガス置換、真空引きを行っておらず、さらに白金の担持量が僅か0.02重量%であるにも関わらず、白金担持触媒1と同等の触媒活性を有していた。 The platinum-supported catalyst 4 produced in Example 2 had catalytic activity equivalent to that of platinum-supported catalyst 1, even though argon gas replacement and vacuum drawing were not performed during production and the amount of platinum supported was only 0.02% by weight.
1 空気浄化システム
11 第一の浄化装置
12 第二の浄化装置
1 Air purification system 11 First purification device 12 Second purification device
Claims (8)
前記多孔質担体は、金属酸化物のみからなり、
前記白金ナノ粒子は、電子顕微鏡画像の200nm×200nm以上である任意の3箇所以上の領域に存在する白金ナノ粒子の個数が、その平均値の±20%以内であることを特徴とする白金担持触媒。 A porous carrier having an apparent volume of 5 mm3 or more has platinum nanoparticles with a particle size of 10 nm or less supported on its surface ,
The porous support is composed only of a metal oxide,
The platinum nanoparticles are characterized in that the number of platinum nanoparticles present in any three or more regions of 200 nm x 200 nm or more in an electron microscope image is within ±20% of the average value .
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