環境負荷物質の除去物質
【課題】 比較的低温(常温)でしかも暗所においてもNOXを含む環境負荷物質の吸着・分解能を発揮することができる環境負荷物質の除去物質を提供する。
【解決手段】 例えば、Mo2C,WC,W2C,NbC,ZrC,TaC,B4C,VC,Mn3C,Cr3C2またはTiCにメカニカルミリング(MM)や熱処理などの活性化処理を施し、表面酸化被膜や吸着物質を除去することにより母材が露出したり、新たに粉末表面が形成されることで、高密度のタングリングボンドを持った触媒活性の高い表面を効率的に創製し、環境負荷物質の分解能を増加させる。
【解決手段】 例えば、Mo2C,WC,W2C,NbC,ZrC,TaC,B4C,VC,Mn3C,Cr3C2またはTiCにメカニカルミリング(MM)や熱処理などの活性化処理を施し、表面酸化被膜や吸着物質を除去することにより母材が露出したり、新たに粉末表面が形成されることで、高密度のタングリングボンドを持った触媒活性の高い表面を効率的に創製し、環境負荷物質の分解能を増加させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、窒素酸化物などの環境負荷物質を、常温、暗所であっても吸着・分解・除去するために有用な物質に関する。
【背景技術】
【0002】
窒素酸化物(NOX)、硫黄酸化物(SOX)、二酸化炭素(CO2)、一酸化炭素、炭化水素、ホルムアルデヒド、VOC等は代表的な環境汚染要因物質の1つである。
【0003】
窒素酸化物の分解方法としては、接触還元や接触分解が知られている。自動車のガソリンエンジンの分野では、白金−ロジウム−パラジウムを主体とし、還元剤として排気ガス中のHC,CO,H2を使用し、HCおよびCOと共にNOXを処理する3元触媒が知られているが、所定の空燃比を満足しなければ有効に機能しないので用途が限定され、更に貴金属を使用するため、コストも高くなってしまう。
【0004】
そこで、特許文献1および特許文献2が提案されている。特許文献1には、Mn,Fe,Cr,Ni,Coなどの金属原子の結晶格子の中に炭素原子が侵入する侵入型金属炭化物を、NOxの還元剤とすることが記載されている。この侵入型金属炭化物は低温度において排気ガス中のNOxを直接還元し分解するがNOX分解の触媒ではない。炭化物表面の活性中心がNOXを吸着し中間体を生成し、炭素原子による円滑な還元反応が進行するものである。
【0005】
特許文献2は本発明者らが提案したものであり、この文献には、光の有無を問わずに、良好な吸着分解特性を発揮し得る環境負荷物質の除去触媒として、炭化ケイ素(SiC)を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開2005−125300号公報
【特許文献2】特開2006−175429号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
特許文献1に開示される侵入型金属炭化物はNOX分解の触媒ではなく自らが消費されるため、持続性の面で課題が残る。
【0008】
特許文献2では、炭化ケイ素(SiC)が窒素酸化物(NOX)、ホルムアルデヒドの分解触媒として有効であることが証明されているが、これ以外の金属炭化物の有効性については不明のままである。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記課題を解決するため、本発明に係る環境負荷物質の除去物質は、炭化物(SiCを除く)からなり、常温、暗所であっても環境負荷物質の除去機能を発揮することを特徴とする。
【0010】
前記環境負荷物質としては、窒素酸化物(NOX)、硫黄酸化物(SOX)、二酸化炭素(CO2)、一酸化炭素、ホルムアルデヒド、VOC等が挙げられる。
【0011】
また前記環境負荷物質の除去は、窒素酸化物(NOX)を還元する触媒作用や吸着が挙げられる。例えば、NO2ガスは前記炭化物によって、吸着されたり、NOやN2とO2に還元されると考えられる。
【0012】
また前記炭化物としては、金属炭化物または共有性炭化物が挙げられ、有効比表面積(微粉末表面に存在するダングリングボンドの数と密度)が高いことが好ましい。
【0013】
この有効比表面積を高くする処理としては、熱処理および/またはミリング処理が好ましい。これらの処理により酸化被膜や吸着物質が除去され母材が露出したり、新たに粉末表面が形成されることで、触媒活性の高い表面に不可欠である高密度のタングリングボンドが生じると予測される。微粉末表面に存在するタングリングボンドの数や密度の増加によって環境負荷物質の分解能が増加していると考えられる。
【0014】
前記炭化物の具体例としては、Mo2C,WC,W2C,NbC,ZrC,TaC,B4C,VC,Mn3C,Cr3C2またはTiCが挙げられる。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、高価な金属触媒に代わり、安価な材料で、常温や暗所であってもNOXを含む環境負荷物質の吸着・分解能を発揮することができる。したがってトンネルの壁面などに適用しても十分に効果を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】Mo2Cに暗所で二酸化窒素を接触させた場合の二酸化窒素および一酸化窒素の経時的濃度変化を示すグラフ。
【図2】WCに暗所で二酸化窒素を接触させた場合の二酸化窒素および一酸化窒素の経時的濃度変化を示すグラフ。
【図3】W2Cに暗所で二酸化窒素を接触させた場合の二酸化窒素および一酸化窒素の経時的濃度変化を示すグラフ。
【図4】NbCに暗所で二酸化窒素を接触させた場合の二酸化窒素および一酸化窒素の経時的濃度変化を示すグラフ。
【図5】B4Cに暗所で二酸化窒素を接触させた場合の二酸化窒素および一酸化窒素の経時的濃度変化を示すグラフ。
【図6】ZrCに暗所で二酸化窒素を接触させた場合の二酸化窒素および一酸化窒素の経時的濃度変化を示すグラフ。
【図7】TaCに暗所で二酸化窒素を接触させた場合の二酸化窒素および一酸化窒素の経時的濃度変化を示すグラフ。
【図8】VCに暗所で二酸化窒素を接触させた場合の二酸化窒素および一酸化窒素の経時的濃度変化を示すグラフ。
【図9】Mn3Cに暗所で二酸化窒素を接触させた場合の二酸化窒素および一酸化窒素の経時的濃度変化を示すグラフ。
【図10】Cr3C2に暗所で二酸化窒素を接触させた場合の二酸化窒素および一酸化窒素の経時的濃度変化を示すグラフ。
【図11】TiCに暗所で二酸化窒素を接触させた場合の二酸化窒素および一酸化窒素の経時的濃度変化を示すグラフ。
【図12】本発明の実験方法を示した説明図。
【発明を実施するための形態】
【0017】
本発明の環境負荷物質の除去触媒である炭化物微粉末(Mo2C,VC,ZrC,TaC,NbC,B4C,WC,W2C,Mn3C,Cr3C2,またはTiC)の平均粒径は、特に拘らないが、0.005〜100μmであることが好ましく、0.005〜1μmであることがより好ましい。また、比表面積は大きいほど好ましいが、0.02〜400m2/gであることが好ましく、10〜400m2/gであることがより好ましい。
【0018】
平均粒径と比表面積を調整することで、環境負荷物質との接触面積を十分にとれ、かつ、同量の吸着・分解量に対して触媒量を減らすことができる。なお、平均粒径は、動的光散乱法、画像処理法、レーザー回折法などの公知の方法により測定して求めることができる。また、比表面積は、吸着種として窒素を用いるBET法により求めることができる。
【0019】
前記炭化物微粉末は粉砕処理が施されてなることが好ましく、これらの処理は非酸化性雰囲気で行なうことがより好ましい。非酸化性雰囲気としては、窒素、アルゴンなど不活性ガス雰囲気下が挙げられる。
【0020】
粉砕処理を行なう際の温度は、一般的に低温のほうが材料が微細になるので表面積も大きくなるという観点から、室温以下のほうが好ましい。
【0021】
測定開始時の二酸化窒素の濃度で規格化した場合の経過時間と酸化窒素濃度との関係では、粉砕処理を行ったほうが二酸化窒素の濃度変化が大きいことが分かった。すなわち、粉砕処理を行った炭化物微粉末ほど、二酸化窒素の吸着量が大きくなった。このような現象が起きるのは、粉砕処理により、炭化物微粉末のダングリングボンドを有する活性化された表面積が増大するからと考えられる。
【0022】
粉砕処理としては、ボールミル粉砕、ジェットミル粉砕、ピンミル粉砕、フレットミル、自動乳鉢等を用いた公知の粉砕処理が挙げられる。これらのうち、適度な大きさの粉砕エネルギーを経済的に与えることができることから、ボールミル粉砕が好適に用いられるが、これに限定されるものではない。
【0023】
ボールミルによる粉砕処理の場合の条件は、粉砕に関わる強度にもよるが、不活性雰囲気(特に、アルゴン雰囲気)で、1時間以上が望ましく、5〜20時間がより望ましい。
【0024】
ボールミルの粉砕処理後における炭化物微粉末の平均粒径は、小さいものほど好ましいが、たとえば、10nm以下が好ましく、5nm以下がより好ましい。また、金属炭化物微粉末の比表面積は、大きいほど好ましいが、1000m2/g以上が好ましく、1500m2/g以上がより好ましく、2000m2/g以上がさらに好ましい
【0025】
測定開始時の二酸化窒素の濃度で規格化した場合の経過時間と酸化窒素濃度との関係では、加熱処理を行ったほうが二酸化窒素の濃度変化が大きいことが分かった。すなわち、加熱処理を行った炭化物微粉末ほど、二酸化窒素の吸着量が大きくなった。このような現象が起きるのは、炭化物微粉末表面にある酸化物などの吸着物が除去できることや、熱膨張によって表面が割れてクラックが生じ、活性面が新生されるからだと予測される。加熱処理については、非酸化性雰囲気(窒素雰囲気やアルゴンなどの不活性ガス雰囲気)とすることが好ましい。
【0026】
本発明の環境負荷物質の除去物質は、触媒担持体として使用することもできる。具体的には、既述の環境負荷物質の除去触媒(窒素酸化物分解用の触媒等)を担持した態様となる。既述の本発明に係る環境負荷物質の除去物質(窒素酸化物分解用触媒)は、微粉末の状態で使用することもできるが、実用上の観点から、当該触媒を適当な樹脂やセラミック材料などに分散担持させた触媒担持体として、使用に供することが好ましい。ペンキなどの樹脂へは、予め液状にて適量混合し、後に溶媒を除去するか重合により固体化して、粉末を固定することもできる。本発明の用途としては、当該触媒を分散させた塗料、コーティング材などの形態として用いることができ、スパッタリングなどの方法により基材に塗布することもできる。
【0027】
具体的には、ガラス、アルミナ、ゼオライト等からなる基材を担体とし、その表面に当該触媒を公知の方法により担持すればよい。当該触媒(触媒担持体)の形態としては、板状やペレット状等種々の形態とすることができる。また、当該触媒は常温暗所で活性を示すことから、自動車からの排ガスが多く暗所であるトンネル内や、窒素酸化物が発生しやすい実験室および工場内、その他、住居空間内などに適用することができる。また、光が存在しないような排ガスが通過するパイプの内側表面に溶射などの手法で固定することもできる。
【0028】
次に、本発明に係る炭化物微粉末(Mo2C,VC,ZrC,TaC,NbC,B4C,WC,W2C,Mn3C,Cr3C2,またはTiC)を用いて、暗所で二酸化窒素を接触させた場合の二酸化窒素および一酸化窒素の経時的濃度変化についての実験について述べる。
【0029】
(実験方法)
28×48×1mm(幅×長さ×高さ)のガラス基板の表面で、各Mo2C,VC,ZrC,TaC,NbC,B4C,WC,W2C,Mn3C,Cr3C2,及びTiC微粉末0.3gをエタノール16mlを用いて均一に分散させた後、80℃で乾燥させてガラス基板上に各炭化物微粉末を担持させた触媒担持体を作製した。
【0030】
この試料片を、天面が近紫外線の吸収が少ない石英ガラス、壁面と底面がNOxの吸着が少ないアクリル樹脂からなる図12に示すReaction container(反応容器)に設置した。反応容器の幅、長さ、高さは、それぞれ50×140×10mmとした。
【0031】
次いで、試験ガスとして加湿した空気に二酸化窒素を加えたもの(二酸化窒素濃度:約1ppm、または、0.9ppm、一酸化窒素濃度:0.05ppm以下)を作製し、それぞれの濃度が安定するまで流量3.0リットル/分でバイパス部に流し続けた。
【0032】
試験片を反応容器内に設置し、容器を密閉し、この状態でバイパスを流れた試験ガスの二酸化窒素および一酸化窒素濃度を5分間測定した。試験ガスの流路をバイパス部から反応容器部に切り替え、この状態で反応容器内を流れたガスの二酸化窒素および一酸化窒素濃度を20分間測定した。最後に試験ガスの流路を反応容器部からバイパス部に切り替え、この状態でバイパスを流れた二酸化窒素および一酸化窒素濃度を5分間測定した。なお、暗室条件下で測定を行うため、測定中は反応容器部を暗幕で覆った。また、ガラス板のみで同様の測定を行ったものをブランクとした。
【0033】
前記ミリング処理は振動式ボールミル装置を使用し、また加熱処理はAr雰囲気中で30分間の加熱を行った。
【0034】
図1はMo2C微粉末(サンプル量:0.1453g、比表面積:0.3598m2/g、平均粒径:3μm)、および、400度加熱処理を行ったMo2C微粉末(0.1812g)に暗所で二酸化窒素を接触させた場合の二酸化窒素および一酸化窒素の経時的濃度変化を示すグラフである。
【0035】
図2はWC微粉末(サンプル量:0.6853g、比表面積:1.203m2/g、平均粒径:1μm)に暗所で二酸化窒素を接触させた場合の二酸化窒素および一酸化窒素の経時的濃度変化を示すグラフである。
【0036】
図3はW2C微粉末(サンプル量:0.7842g)および、7時間ミリング処理を行ったWC微粉末(サンプル量:0.3951g)に暗所で二酸化窒素を接触させた場合の二酸化窒素および一酸化窒素の経時的濃度変化を示すグラフである。
【0037】
図4はNbC微粉末(サンプル量:0.1006g、比表面積:1.884m2/g、平均粒径:2μm)、および、800度加熱処理したNbC微粉末(サンプル量:0.1149g)に暗所で二酸化窒素を接触させた場合の二酸化窒素および一酸化窒素の経時的濃度変化を示すグラフである。
【0038】
図5はB4C微粉末(サンプル量:0.7095g、比表面積:0.0937m2/g、平均粒径:130μm)、800度の加熱処理したB4C微粉末(サンプル量:0.2259g)、7時間ミリング処理したB4C微粉末(比表面積4.489m2/g)に暗所で二酸化窒素を接触させた場合の二酸化窒素および一酸化窒素の経時的濃度変化を示すグラフである。
【0039】
図6はZrC微粉末(サンプル量:0.2626g、比表面積:1.042m2/g、平均粒径:2μm)、または、800度加熱処理したZrC微粉末(サンプル量:0.2478g)に暗所で二酸化窒素を接触させた場合の二酸化窒素および一酸化窒素の経時的濃度変化を示すグラフである。
【0040】
図7はTaC微粉末(サンプル量:0.9192g、比表面積:0.4940m2/g、平均粒径:2μm)に暗所で二酸化窒素を接触させた場合の二酸化窒素および一酸化窒素の経時的濃度変化を示すグラフである。
【0041】
図8はVC微粉末(サンプル量:0.4632g、比表面積:5.492m2/g、平均粒径:2μm)に暗所で二酸化窒素を接触させた場合の二酸化窒素および一酸化窒素の経時的濃度変化を示すグラフである。
【0042】
図9はMn3C微粉末(サンプル量:0.1621g)に暗所で二酸化窒素を接触させた場合の二酸化窒素および一酸化窒素の経時的濃度変化を示すグラフである。
【0043】
図10はCr3C2微粉末(サンプル量:0.6292g、比表面積:0.1938m2/g)、800度加熱処理したCr3C2微粉末(サンプル量:0.2992g)、7時間ミリング処理したCr3C2微粉末(サンプル量:0.4956g、比表面積:1.1052m2/g)に暗所で二酸化窒素を接触させた場合の二酸化窒素および一酸化窒素の経時的濃度変化を示すグラフである。
【0044】
図11はTiC微粉末(サンプル量:0.1556g)、800度加熱処理したTiC微粉末(サンプル量:0.1473g)に暗所で二酸化窒素を接触させた場合の二酸化窒素および一酸化窒素の経時的濃度変化を示すグラフである。
【技術分野】
【0001】
本発明は、窒素酸化物などの環境負荷物質を、常温、暗所であっても吸着・分解・除去するために有用な物質に関する。
【背景技術】
【0002】
窒素酸化物(NOX)、硫黄酸化物(SOX)、二酸化炭素(CO2)、一酸化炭素、炭化水素、ホルムアルデヒド、VOC等は代表的な環境汚染要因物質の1つである。
【0003】
窒素酸化物の分解方法としては、接触還元や接触分解が知られている。自動車のガソリンエンジンの分野では、白金−ロジウム−パラジウムを主体とし、還元剤として排気ガス中のHC,CO,H2を使用し、HCおよびCOと共にNOXを処理する3元触媒が知られているが、所定の空燃比を満足しなければ有効に機能しないので用途が限定され、更に貴金属を使用するため、コストも高くなってしまう。
【0004】
そこで、特許文献1および特許文献2が提案されている。特許文献1には、Mn,Fe,Cr,Ni,Coなどの金属原子の結晶格子の中に炭素原子が侵入する侵入型金属炭化物を、NOxの還元剤とすることが記載されている。この侵入型金属炭化物は低温度において排気ガス中のNOxを直接還元し分解するがNOX分解の触媒ではない。炭化物表面の活性中心がNOXを吸着し中間体を生成し、炭素原子による円滑な還元反応が進行するものである。
【0005】
特許文献2は本発明者らが提案したものであり、この文献には、光の有無を問わずに、良好な吸着分解特性を発揮し得る環境負荷物質の除去触媒として、炭化ケイ素(SiC)を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開2005−125300号公報
【特許文献2】特開2006−175429号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
特許文献1に開示される侵入型金属炭化物はNOX分解の触媒ではなく自らが消費されるため、持続性の面で課題が残る。
【0008】
特許文献2では、炭化ケイ素(SiC)が窒素酸化物(NOX)、ホルムアルデヒドの分解触媒として有効であることが証明されているが、これ以外の金属炭化物の有効性については不明のままである。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記課題を解決するため、本発明に係る環境負荷物質の除去物質は、炭化物(SiCを除く)からなり、常温、暗所であっても環境負荷物質の除去機能を発揮することを特徴とする。
【0010】
前記環境負荷物質としては、窒素酸化物(NOX)、硫黄酸化物(SOX)、二酸化炭素(CO2)、一酸化炭素、ホルムアルデヒド、VOC等が挙げられる。
【0011】
また前記環境負荷物質の除去は、窒素酸化物(NOX)を還元する触媒作用や吸着が挙げられる。例えば、NO2ガスは前記炭化物によって、吸着されたり、NOやN2とO2に還元されると考えられる。
【0012】
また前記炭化物としては、金属炭化物または共有性炭化物が挙げられ、有効比表面積(微粉末表面に存在するダングリングボンドの数と密度)が高いことが好ましい。
【0013】
この有効比表面積を高くする処理としては、熱処理および/またはミリング処理が好ましい。これらの処理により酸化被膜や吸着物質が除去され母材が露出したり、新たに粉末表面が形成されることで、触媒活性の高い表面に不可欠である高密度のタングリングボンドが生じると予測される。微粉末表面に存在するタングリングボンドの数や密度の増加によって環境負荷物質の分解能が増加していると考えられる。
【0014】
前記炭化物の具体例としては、Mo2C,WC,W2C,NbC,ZrC,TaC,B4C,VC,Mn3C,Cr3C2またはTiCが挙げられる。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、高価な金属触媒に代わり、安価な材料で、常温や暗所であってもNOXを含む環境負荷物質の吸着・分解能を発揮することができる。したがってトンネルの壁面などに適用しても十分に効果を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】Mo2Cに暗所で二酸化窒素を接触させた場合の二酸化窒素および一酸化窒素の経時的濃度変化を示すグラフ。
【図2】WCに暗所で二酸化窒素を接触させた場合の二酸化窒素および一酸化窒素の経時的濃度変化を示すグラフ。
【図3】W2Cに暗所で二酸化窒素を接触させた場合の二酸化窒素および一酸化窒素の経時的濃度変化を示すグラフ。
【図4】NbCに暗所で二酸化窒素を接触させた場合の二酸化窒素および一酸化窒素の経時的濃度変化を示すグラフ。
【図5】B4Cに暗所で二酸化窒素を接触させた場合の二酸化窒素および一酸化窒素の経時的濃度変化を示すグラフ。
【図6】ZrCに暗所で二酸化窒素を接触させた場合の二酸化窒素および一酸化窒素の経時的濃度変化を示すグラフ。
【図7】TaCに暗所で二酸化窒素を接触させた場合の二酸化窒素および一酸化窒素の経時的濃度変化を示すグラフ。
【図8】VCに暗所で二酸化窒素を接触させた場合の二酸化窒素および一酸化窒素の経時的濃度変化を示すグラフ。
【図9】Mn3Cに暗所で二酸化窒素を接触させた場合の二酸化窒素および一酸化窒素の経時的濃度変化を示すグラフ。
【図10】Cr3C2に暗所で二酸化窒素を接触させた場合の二酸化窒素および一酸化窒素の経時的濃度変化を示すグラフ。
【図11】TiCに暗所で二酸化窒素を接触させた場合の二酸化窒素および一酸化窒素の経時的濃度変化を示すグラフ。
【図12】本発明の実験方法を示した説明図。
【発明を実施するための形態】
【0017】
本発明の環境負荷物質の除去触媒である炭化物微粉末(Mo2C,VC,ZrC,TaC,NbC,B4C,WC,W2C,Mn3C,Cr3C2,またはTiC)の平均粒径は、特に拘らないが、0.005〜100μmであることが好ましく、0.005〜1μmであることがより好ましい。また、比表面積は大きいほど好ましいが、0.02〜400m2/gであることが好ましく、10〜400m2/gであることがより好ましい。
【0018】
平均粒径と比表面積を調整することで、環境負荷物質との接触面積を十分にとれ、かつ、同量の吸着・分解量に対して触媒量を減らすことができる。なお、平均粒径は、動的光散乱法、画像処理法、レーザー回折法などの公知の方法により測定して求めることができる。また、比表面積は、吸着種として窒素を用いるBET法により求めることができる。
【0019】
前記炭化物微粉末は粉砕処理が施されてなることが好ましく、これらの処理は非酸化性雰囲気で行なうことがより好ましい。非酸化性雰囲気としては、窒素、アルゴンなど不活性ガス雰囲気下が挙げられる。
【0020】
粉砕処理を行なう際の温度は、一般的に低温のほうが材料が微細になるので表面積も大きくなるという観点から、室温以下のほうが好ましい。
【0021】
測定開始時の二酸化窒素の濃度で規格化した場合の経過時間と酸化窒素濃度との関係では、粉砕処理を行ったほうが二酸化窒素の濃度変化が大きいことが分かった。すなわち、粉砕処理を行った炭化物微粉末ほど、二酸化窒素の吸着量が大きくなった。このような現象が起きるのは、粉砕処理により、炭化物微粉末のダングリングボンドを有する活性化された表面積が増大するからと考えられる。
【0022】
粉砕処理としては、ボールミル粉砕、ジェットミル粉砕、ピンミル粉砕、フレットミル、自動乳鉢等を用いた公知の粉砕処理が挙げられる。これらのうち、適度な大きさの粉砕エネルギーを経済的に与えることができることから、ボールミル粉砕が好適に用いられるが、これに限定されるものではない。
【0023】
ボールミルによる粉砕処理の場合の条件は、粉砕に関わる強度にもよるが、不活性雰囲気(特に、アルゴン雰囲気)で、1時間以上が望ましく、5〜20時間がより望ましい。
【0024】
ボールミルの粉砕処理後における炭化物微粉末の平均粒径は、小さいものほど好ましいが、たとえば、10nm以下が好ましく、5nm以下がより好ましい。また、金属炭化物微粉末の比表面積は、大きいほど好ましいが、1000m2/g以上が好ましく、1500m2/g以上がより好ましく、2000m2/g以上がさらに好ましい
【0025】
測定開始時の二酸化窒素の濃度で規格化した場合の経過時間と酸化窒素濃度との関係では、加熱処理を行ったほうが二酸化窒素の濃度変化が大きいことが分かった。すなわち、加熱処理を行った炭化物微粉末ほど、二酸化窒素の吸着量が大きくなった。このような現象が起きるのは、炭化物微粉末表面にある酸化物などの吸着物が除去できることや、熱膨張によって表面が割れてクラックが生じ、活性面が新生されるからだと予測される。加熱処理については、非酸化性雰囲気(窒素雰囲気やアルゴンなどの不活性ガス雰囲気)とすることが好ましい。
【0026】
本発明の環境負荷物質の除去物質は、触媒担持体として使用することもできる。具体的には、既述の環境負荷物質の除去触媒(窒素酸化物分解用の触媒等)を担持した態様となる。既述の本発明に係る環境負荷物質の除去物質(窒素酸化物分解用触媒)は、微粉末の状態で使用することもできるが、実用上の観点から、当該触媒を適当な樹脂やセラミック材料などに分散担持させた触媒担持体として、使用に供することが好ましい。ペンキなどの樹脂へは、予め液状にて適量混合し、後に溶媒を除去するか重合により固体化して、粉末を固定することもできる。本発明の用途としては、当該触媒を分散させた塗料、コーティング材などの形態として用いることができ、スパッタリングなどの方法により基材に塗布することもできる。
【0027】
具体的には、ガラス、アルミナ、ゼオライト等からなる基材を担体とし、その表面に当該触媒を公知の方法により担持すればよい。当該触媒(触媒担持体)の形態としては、板状やペレット状等種々の形態とすることができる。また、当該触媒は常温暗所で活性を示すことから、自動車からの排ガスが多く暗所であるトンネル内や、窒素酸化物が発生しやすい実験室および工場内、その他、住居空間内などに適用することができる。また、光が存在しないような排ガスが通過するパイプの内側表面に溶射などの手法で固定することもできる。
【0028】
次に、本発明に係る炭化物微粉末(Mo2C,VC,ZrC,TaC,NbC,B4C,WC,W2C,Mn3C,Cr3C2,またはTiC)を用いて、暗所で二酸化窒素を接触させた場合の二酸化窒素および一酸化窒素の経時的濃度変化についての実験について述べる。
【0029】
(実験方法)
28×48×1mm(幅×長さ×高さ)のガラス基板の表面で、各Mo2C,VC,ZrC,TaC,NbC,B4C,WC,W2C,Mn3C,Cr3C2,及びTiC微粉末0.3gをエタノール16mlを用いて均一に分散させた後、80℃で乾燥させてガラス基板上に各炭化物微粉末を担持させた触媒担持体を作製した。
【0030】
この試料片を、天面が近紫外線の吸収が少ない石英ガラス、壁面と底面がNOxの吸着が少ないアクリル樹脂からなる図12に示すReaction container(反応容器)に設置した。反応容器の幅、長さ、高さは、それぞれ50×140×10mmとした。
【0031】
次いで、試験ガスとして加湿した空気に二酸化窒素を加えたもの(二酸化窒素濃度:約1ppm、または、0.9ppm、一酸化窒素濃度:0.05ppm以下)を作製し、それぞれの濃度が安定するまで流量3.0リットル/分でバイパス部に流し続けた。
【0032】
試験片を反応容器内に設置し、容器を密閉し、この状態でバイパスを流れた試験ガスの二酸化窒素および一酸化窒素濃度を5分間測定した。試験ガスの流路をバイパス部から反応容器部に切り替え、この状態で反応容器内を流れたガスの二酸化窒素および一酸化窒素濃度を20分間測定した。最後に試験ガスの流路を反応容器部からバイパス部に切り替え、この状態でバイパスを流れた二酸化窒素および一酸化窒素濃度を5分間測定した。なお、暗室条件下で測定を行うため、測定中は反応容器部を暗幕で覆った。また、ガラス板のみで同様の測定を行ったものをブランクとした。
【0033】
前記ミリング処理は振動式ボールミル装置を使用し、また加熱処理はAr雰囲気中で30分間の加熱を行った。
【0034】
図1はMo2C微粉末(サンプル量:0.1453g、比表面積:0.3598m2/g、平均粒径:3μm)、および、400度加熱処理を行ったMo2C微粉末(0.1812g)に暗所で二酸化窒素を接触させた場合の二酸化窒素および一酸化窒素の経時的濃度変化を示すグラフである。
【0035】
図2はWC微粉末(サンプル量:0.6853g、比表面積:1.203m2/g、平均粒径:1μm)に暗所で二酸化窒素を接触させた場合の二酸化窒素および一酸化窒素の経時的濃度変化を示すグラフである。
【0036】
図3はW2C微粉末(サンプル量:0.7842g)および、7時間ミリング処理を行ったWC微粉末(サンプル量:0.3951g)に暗所で二酸化窒素を接触させた場合の二酸化窒素および一酸化窒素の経時的濃度変化を示すグラフである。
【0037】
図4はNbC微粉末(サンプル量:0.1006g、比表面積:1.884m2/g、平均粒径:2μm)、および、800度加熱処理したNbC微粉末(サンプル量:0.1149g)に暗所で二酸化窒素を接触させた場合の二酸化窒素および一酸化窒素の経時的濃度変化を示すグラフである。
【0038】
図5はB4C微粉末(サンプル量:0.7095g、比表面積:0.0937m2/g、平均粒径:130μm)、800度の加熱処理したB4C微粉末(サンプル量:0.2259g)、7時間ミリング処理したB4C微粉末(比表面積4.489m2/g)に暗所で二酸化窒素を接触させた場合の二酸化窒素および一酸化窒素の経時的濃度変化を示すグラフである。
【0039】
図6はZrC微粉末(サンプル量:0.2626g、比表面積:1.042m2/g、平均粒径:2μm)、または、800度加熱処理したZrC微粉末(サンプル量:0.2478g)に暗所で二酸化窒素を接触させた場合の二酸化窒素および一酸化窒素の経時的濃度変化を示すグラフである。
【0040】
図7はTaC微粉末(サンプル量:0.9192g、比表面積:0.4940m2/g、平均粒径:2μm)に暗所で二酸化窒素を接触させた場合の二酸化窒素および一酸化窒素の経時的濃度変化を示すグラフである。
【0041】
図8はVC微粉末(サンプル量:0.4632g、比表面積:5.492m2/g、平均粒径:2μm)に暗所で二酸化窒素を接触させた場合の二酸化窒素および一酸化窒素の経時的濃度変化を示すグラフである。
【0042】
図9はMn3C微粉末(サンプル量:0.1621g)に暗所で二酸化窒素を接触させた場合の二酸化窒素および一酸化窒素の経時的濃度変化を示すグラフである。
【0043】
図10はCr3C2微粉末(サンプル量:0.6292g、比表面積:0.1938m2/g)、800度加熱処理したCr3C2微粉末(サンプル量:0.2992g)、7時間ミリング処理したCr3C2微粉末(サンプル量:0.4956g、比表面積:1.1052m2/g)に暗所で二酸化窒素を接触させた場合の二酸化窒素および一酸化窒素の経時的濃度変化を示すグラフである。
【0044】
図11はTiC微粉末(サンプル量:0.1556g)、800度加熱処理したTiC微粉末(サンプル量:0.1473g)に暗所で二酸化窒素を接触させた場合の二酸化窒素および一酸化窒素の経時的濃度変化を示すグラフである。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
炭化物(SiCを除く)からなり、常温、暗所であっても環境負荷物質の除去機能を発揮することを特徴とする環境負荷物質の除去物質。
【請求項2】
炭化物(SiCを除く)からなり、常温、暗所で環境負荷物質の除去機能を発揮することを特徴とする環境負荷物質の除去物質。
【請求項3】
請求項1または2に記載の環境負荷物質の除去物質であって、前記環境負荷物質は、窒素酸化物(NOX)、硫黄酸化物(SOX)、二酸化炭素(CO2)、一酸化炭素、ホルムアルデヒド、VOCであることを特徴とする環境負荷物質の除去物質。
【請求項4】
請求項1乃至請求項3の何れかに記載の環境負荷物質の除去物質であって、前記環境負荷物質の除去は触媒作用および/または吸着によることを特徴とする環境負荷物質の除去物質。
【請求項5】
請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の環境負荷物質の除去物質であって、前記炭化物は金属炭化物または共有性炭化物であることを特徴とする環境負荷物質の除去物質。
【請求項6】
請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の環境負荷物質の除去物質であって、前記炭化物は有効比表面積(微粉末表面に存在するダングリングボンドの数と密度)が高いことを特徴とする環境負荷物質の除去物質。
【請求項7】
請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の環境負荷物質の除去物質であって、熱処理および/またはミリング処理を施したことを特徴とする環境負荷物質の除去物質。
【請求項8】
請求項1乃至請求項7のいずれかに記載の環境負荷物質の除去物質であって、前記炭化物はMo2C,WC,W2C,NbC,ZrC,TaC,B4C,VC,Mn3C,Cr3C2またはTiCの少なくとも一種を含むことを特徴とする環境負荷物質の除去物質。
【請求項1】
炭化物(SiCを除く)からなり、常温、暗所であっても環境負荷物質の除去機能を発揮することを特徴とする環境負荷物質の除去物質。
【請求項2】
炭化物(SiCを除く)からなり、常温、暗所で環境負荷物質の除去機能を発揮することを特徴とする環境負荷物質の除去物質。
【請求項3】
請求項1または2に記載の環境負荷物質の除去物質であって、前記環境負荷物質は、窒素酸化物(NOX)、硫黄酸化物(SOX)、二酸化炭素(CO2)、一酸化炭素、ホルムアルデヒド、VOCであることを特徴とする環境負荷物質の除去物質。
【請求項4】
請求項1乃至請求項3の何れかに記載の環境負荷物質の除去物質であって、前記環境負荷物質の除去は触媒作用および/または吸着によることを特徴とする環境負荷物質の除去物質。
【請求項5】
請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の環境負荷物質の除去物質であって、前記炭化物は金属炭化物または共有性炭化物であることを特徴とする環境負荷物質の除去物質。
【請求項6】
請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の環境負荷物質の除去物質であって、前記炭化物は有効比表面積(微粉末表面に存在するダングリングボンドの数と密度)が高いことを特徴とする環境負荷物質の除去物質。
【請求項7】
請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の環境負荷物質の除去物質であって、熱処理および/またはミリング処理を施したことを特徴とする環境負荷物質の除去物質。
【請求項8】
請求項1乃至請求項7のいずれかに記載の環境負荷物質の除去物質であって、前記炭化物はMo2C,WC,W2C,NbC,ZrC,TaC,B4C,VC,Mn3C,Cr3C2またはTiCの少なくとも一種を含むことを特徴とする環境負荷物質の除去物質。
【図3】
【図10】
【図1】
【図2】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図11】
【図12】
【図10】
【図1】
【図2】
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【図7】
【図8】
【図9】
【図11】
【図12】
【公開番号】特開2010−269238(P2010−269238A)
【公開日】平成22年12月2日(2010.12.2)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−122767(P2009−122767)
【出願日】平成21年5月21日(2009.5.21)
【出願人】(504132272)国立大学法人京都大学 (1,269)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成22年12月2日(2010.12.2)
【国際特許分類】
【出願日】平成21年5月21日(2009.5.21)
【出願人】(504132272)国立大学法人京都大学 (1,269)
【Fターム(参考)】
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