CN102188955A - 可光再生的吸附材料及其利用 - Google Patents

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Abstract

本发明在于提供一种实现了各种气体成分(特别是低级醛类)的吸附效率和再生(吸附能力恢复)功能的提高的吸附材料。根据本发明所提供的吸附材料的特征在于，具有能吸附至少一种气体种类的多孔质基材，至少1种碱金属化合物和至少1种光催化剂以相互混合的状态载持于上述多孔质基材。

Description

可光再生的吸附材料及其利用
技术领域
本发明涉及能吸附而除去空气中存在的臭味成分及其它污染气体成分的吸附材料及其用途，以及适合制造该吸附材料的制造方法。详细而言，涉及能通过光催化作用，使气体吸附能力再生(恢复)的吸附材料。
背景技术
为了从空气中(包括例如工厂内封闭的作业气氛气和一般家庭内的划分的室内气氛气。以下相同。)除去形成令人不悦的臭味成分或对健康有害的成分的污染气体，使用了各种内容的吸附材料。例如，自古以来，使用适合于吸附、除去各种气体种类的目的的多孔质体作为吸附材料，例如活性炭、硅胶、活性氧化铝、沸石等矿物类多孔质体。
此外，近年来，为了提高甲醛、乙醛等低级醛或乙酸、丙酸等酸性气体的吸附性能，开发了在上述多孔质体上载持碱金属的吸附材料(例如专利文献1)。
此外，开发了通过在上述多孔质体上载持氧化钛等光催化剂，从而除了多孔质体的吸附作用以外，还可以通过光催化作用将气体成分分解除去的吸附材料(例如专利文献2)。在这样的结构的吸附材料中，吸附于多孔质体上的气体成分通过光照射时的光催化作用而分解，结果，该多孔质体的吸附活性能恢复到吸附前的初期状态，即能够再生(恢复)(专利文献2)。
作为该种吸附材料的其它现有技术，可以列举例如以下专利文献3～6中记载的技术。现在技术文献
专利文献
专利文献1：特开2007-275292号公报
专利文献2：特开平6-170220号公报
专利文献3：特开2006-007156号公报
专利文献4：特开2005-170687号公报
专利文献5：特开2003-199810号公报
专利文献6：特开2000-312809号公报
发明内容
发明所要解决的课题
然而，如上所述的现有的吸附材料对于各种气体成分的吸附效率还存在改善的余地，仍不能说是充分的。特别期望提高醛(例如如甲醛那样对人体有害的低级醛)等对健康不利的气体成分的除去效率。此外，对于提高对气体成分进行吸附处理后的吸附材料的再生(吸附能力恢复)等程度，也存在着改善的余地。
本发明是为了解决该课题而作出的，其目的在于提供一种与目前相比，实现各种气体成分吸附效率(尤其是低级醛类)的提高的吸附材料。此外，另一目的在于提供一种实现吸附作为对象的气体成分后的再生(恢复吸附能力)效率的提高的吸附材料。此外，另一目的在于提供一种适合制造这里所公开的吸附材料的制造方法。此外，另一目的在于提供一种使用这里所公开的吸附材料清洁空气的方法。此外，另一目的在于提供一种是实施使用这样的吸附材料清洁空气的方法的空气清洁装置。
用于解决课题的方法
本发明人从各种角度对构成吸附材料的要素进行了研究，结果创造出了能实现上述目的的本发明。
即，这里所公开的一种吸附材料具有能吸附至少1种气体种类的多孔质基材，其特征在于，至少1种碱金属化合物与至少1种光催化剂以相互混合的状态载持于该多孔质基材。
在这样的结构的吸附材料中，碱金属和光催化剂以相互混合的状态(即，相互不区分存在、相互交互存在的状态)载持于多孔质基材的外表面和/或细孔内壁面。根据这样的结构，能够通过与该碱金属相邻存在的光催化剂有效地分解、除去吸附于碱金属化合物(以下，也称为“碱金属成分”。)的物质(例如，如甲醛那样的低级醛分子)。因此，根据这里所公开的吸附材料，能有效地再生该碱金属成分的吸附效果，长期维持高的吸附能力(特别是对低级醛或乙酸等容易地吸附于碱金属成分的气体种类的吸附能力)。
这里所公开的吸附材料的一个优选方式中，上述载持的光催化剂是平均粒径(典型地为通过光散射法求出的平均粒径。以下相同。)为100nm以下的氧化钛颗粒。
通过采用这样的纳米尺寸的氧化钛颗粒作为光催化剂，能够优选地在多孔质基材的外表面和/或细孔内壁面分散配置(载持)。因此，该结构的吸附材料能发挥优异的光催化剂活性。此外，通过使用纳米颗粒，每单位质量的表面积大于微米尺寸的颗粒的表面积，结果，能提高每多孔质基材的单位容积的光催化剂活性。
这里所公开的吸附材料的一个优选方式中，上述载持的碱金属化合物作为非挥发性的碱成分存在。
通过含有该碱成分，能防止该碱金属成分挥发所引起的吸附材料的光催化性能劣化，提高吸附材料的性能和耐久性。
这里所公开的吸附材料的一个优选方式中，上述载持的碱金属化合物是钠和/或钾的氢氧化物、碳酸氢盐、碳酸盐或硅酸盐。
这样的碱金属化合物是不挥发成分，可以以水溶液的方式容易地向多孔质基材的外表面或细孔内供给。因此，能在该结构的吸附材料中，经过多孔质基材的外表面和/或细孔内壁面的大范围内均匀地配置碱金属成分，通过该碱金属成分能高效地吸附作为捕获对象的气体成分(例如酸性气体)。
这里所公开的吸附材料的一个优选方式中，设上述多孔质基材的质量为100质量％时的碱金属化合物的含有比例至少为1质量％(更优选为至少2质量％)，并且设上述多孔质基材的质量为100质量％时的光催化剂的含有比例为0.2～2质量％。
通过以这样含有比例在多孔质基材的外表面和/或细孔内含有碱金属化合物(碱金属成分)和光催化剂(例如氧化钛)，能将该多孔质基材的气体吸附性能维持在优选的程度，同时能有效发挥碱金属成分的气体吸附性能以及光催化剂的光催化剂活性。
这里所公开的吸附材料的一个优选方式中，上述多孔质基材是基于BET法测得的比表面积为900m2/g以上的活性炭。
通过使用这样的表面积大的多孔质基材，能实现更高性能的气体吸附。
此外，这里所公开的吸附材料的一个优选方式中，还具有能吸附低级醛气体的至少1种另外的吸附用物质(以下，也称为“醛吸附用物质”。)。
除了上述结构(多孔质基材、碱金属成分、光催化剂)以外，还具有醛吸附用物质，由此能更高效地吸附、除去甲醛、乙醛等低级醛。
此时，更优选分别准备载持有碱金属化合物和光催化剂的多孔质基材和载持有上述醛吸附用物质的多孔质基材，以适当比例使两者混合而成的吸附材料。
本发明提供了一种用于实现上述目的的吸附材料的制造方法。即，这里所公开的制造方法是制备具有能吸附至少1种气体种类的多孔质基材的吸附材料的制造方法。此外，该吸附材料的制造方法包括对能吸附至少一种气体种类的多孔质基材供给至少1种碱金属化合物和至少1种光催化剂形成混合状态的混合材料，和使上述供给的混合材料中的上述碱金属和上述光催化剂载持于上述多孔质基材的外表面和/或细孔内壁面(典型地为外表面和细孔内壁面两者)。
通过这样构成的制造方法，能优选地制造具有上述作用效果的本发明的吸附材料。
这里所公开的吸附材料制造方法中，优选作为上述混合材料使用使含有光催化剂的颗粒分散于含有水溶性碱金属化合物(典型地为以钠和/或钾作为构成元素的水溶性化合物)的水溶液中而得到的溶胶。
通过向多孔质基材的外表面和/或细孔内供给这样的溶胶(即，在碱水溶液中分散有光催化剂颗粒的胶体状态的混合材料)，能在多孔质基材的外表面和/或细孔内壁面，以更均匀混合的状态容易地基本均匀地分散配置(载持)光催化剂和碱金属成分。
进一步优选上述光催化剂的平均粒径为100nm以下，更优选为5～80nm。特别优选使用这样的平均粒径的氧化钛颗粒。通过使用这样的纳米尺寸的颗粒(纳米颗粒)，能制备更优选形式的溶胶，使在多孔质基材的外表面和/或细孔内壁面基本均匀地分散配置(载持)光催化剂更为容易。此外，通过使用纳米颗粒，每单位质量的表面积大于微米尺寸的颗粒的表面积，结果，能提高每多孔质基材的单位容积的光催化剂活性。
此外，这里所公开的吸附材料制造方法中，优选向多孔质基材的外表面和/或细孔内供给上述混合材料，使得上述多孔质基材的质量为100质量％时的碱金属化合物的含有比例至少为1质量％(更优选为至少2质量％)，并且上述多孔质基材的质量为100质量％时的光催化剂的含有比例为0.2～2质量％。
通过以这样含有率在多孔质基材内含有碱金属化合物(碱金属成分)和光催化剂(例如氧化钛)，能制造能够将该多孔质基材的气体吸附性能维持在优选的程度且能有效发挥碱金属成分的气体吸附性能以及光催化剂的光催化剂活性的材料。
作为多孔质基材，优选使用基于BET法测得的比表面积为900m2/g以上(例如900～2000m2/g左右)的活性炭。这样的表面积尺寸的基材是能实现本发明目的的特别优选的基材。
此外，在这里所公开的吸附材料的制造方法中，优选还包括在载持有上述碱金属化合物和光催化剂的多孔质基材的外表面和/或细孔内，或在没有载持该碱金属化合物和光催化剂的外表面和/或细孔内，供给该碱金属化合物以外的能吸附低级醛气体的至少1种吸附用物质(醛吸附用物质)。
根据这样构成的制造方法，通过在载持碱金属化合物和光催化剂的多孔质基材的外表面或细孔内进一步供给醛吸附用物质(例如对氨基苯甲酸盐或苯胺、对氨基苯磺酸)，或通过将载持有该碱金属化合物和光催化剂的多孔质基材和没有载持该碱金属化合物和光催化剂的多孔质基材的外表面和/或细孔内表面与载持有醛吸附用物质的多孔质基材组合，能制造吸附、除去甲醛或乙醛等低级醛的能力更优异的吸附材料。
此外，本发明提供了一种具有这里所公开的任一吸附材料、或通过这里所公开的制造方法制造的吸附材料的空气清洁装置(空气清洁机)。
根据这样构成的空气清洁装置，能优选地吸附、除去目标气体成分，特别是通过载持于构成吸附材料的上述多孔质基材(例如活性炭)的碱金属成分吸附气体种类(例如NOx、SOx等氧化物、乙酸等酸性气体)，再通过光催化剂作用分解、除去吸附于多孔质基材内的气体成分(分子)，由此能够使多孔质基材或载持于该基材上的碱金属化合物的气体吸附能力再生(恢复)。因此，能实现高耐久性(高寿命)。
此外，本发明提供了一种空气清洁方法，其特征在于，在这里所公开的任一种吸附材料(典型地为通过这里所公开的制造方法制造的任一种吸附材料)中，导入作为处理对象的空气(使其流通)。例如，通过在吸附材料中导入至少包含低级醛气体或酸性气体的空气，从而能优选地除去该气体成分，进行空气的清洁。
附图说明
图1是示意性说明一个实施方式的空气清洁装置的大致结构的图。
图2是表示一个实施例的吸附材料的照射紫外线(UV)前后的乙醛除去率(％)变化的图。
图3是表示不含碱金属成分的吸附材料的氧化钛载持量(横轴：％)与光再生能力(纵轴：恢复程度，即由后述的UV照射之后的乙醛除去率(％)单纯地减去UV照射前(劣化处理后)的乙醛除去率(％)的数值)关系的图。
图4是表示添加碱金属成分的吸附材料的氧化钛载持量(横轴：％)与光再生能力(纵轴：恢复程度(％))的关系的图。
图5是表示吸附材料的碱金属化合物载持量(横轴：％)与光再生能力(纵轴：恢复程度(％))的关系的图。
图6是表示在几个实施例的吸附材料与比较例的吸附材料之间的光再生能力(纵轴：恢复程度(％))的不同的图。
图7是表示在一个实施例的吸附材料与一个比较例的吸附材料之间的光催化剂效果的耐久性能的不同的图，在纵轴表示基于日本电机工业会规格(JEM1467)测得的除去率(从5根香烟的总除去率)，在横轴表示基于JEM1467的气体吸附处理的循环(重复)数。
图8是表示多个实施例的吸附材料的气体吸附性能与氧化钛含有率的关系的图表，在纵轴表示基于日本电机工业会规格(JEM1467)测得的总除去率(％)，在横轴表示相对于全部吸附材料的氧化钛含有率(质量％)。
图9是表示多个实施例的吸附材料的光再生能力(纵轴：恢复程度(％))和氧化钛含有率(横轴：质量％)的关系的图表。
具体实施方式
以下，对本发明的优选实施方式进行说明。另外，本发明中特别提及的事项(例如，吸附材料的组成或吸附物质的种类)以外的、且是本发明实施必须的事项(例如，如涉及空气清洁装置的结构或组装方法的一般事项)可以基于该领域的现有技术，作为本领域技术人员的设计事项掌握。本发明能够基于本说明书公开的内容和该领域的技术常识实施。
这里所公开的吸附材料为上述构成，特征在于：具有能吸附至少1种气体种类的多孔质基材，至少1种碱金属化合物和至少1种光催化剂以相互混合的状态(即，相互不区分、相互交互存在的状态)载持于该多孔质基材的外表面和/或细孔内壁面(典型地为外表面和细孔内壁面两者)。
作为这样的形成吸附材料主体的多孔质基材，是能吸附目标气体成分(构成气体种类的分子)的多孔质体，只要是能在其细孔内壁面(典型地为除了细孔内以外，还在多孔质体的外表面上)载持碱金属成分和光催化剂(典型地为纳米颗粒状的光催化剂)的材料即可，能够没有限制地使用各种性状的基材。
例如，作为构成这里所公开的吸附材料的多孔质基材，优选活性炭、沸石等矿物类多孔质体。其中，活性炭由于具有非常大的比表面积(例如，基于BET法测得的比表面积值为500m2/g以上)，因此是特别优选的基材。例如，优选基于BET法测得的比表面积值为900m2/g以上，例如900～2000m2/g左右的活性炭。例如，椰子壳活性炭具有这样较大的比表面积且硬度也较高，因此是优选的材料。此外，比表面积自身稍低于椰子壳活性炭(例如为500～900m2/g)，除了孔尺寸低于约2nm的微孔以外还高比例含有比该孔尺寸大的中孔(例如孔尺寸为2nm以上、低于50nm)或大孔(例如孔尺寸为50nm以上)的煤活性炭能容易地向细孔内供给(导入)光催化剂颗粒或碱金属化合物，从这个观点出发，是优选的。
另外，使用的活性炭等多孔质基材的形状可以根据目的而不同，没有特别的限制。例如，能够使用粉末状(颗粒状)、颗粒状、丸状、片状、蜂窝结构体等形状的多孔质基材。
另外，作为载持于多孔质基材的外表面和/或细孔内壁面的碱金属化合物，只要具有吸附酸性气体或低级醛等气体的性能即可，能够使用各种组成的物质。例如，优选为处理比较容易且廉价的钠化合物或钾化合物。特别优选钠化合物。
化合物的种类没有特别的限定，从能容易地形成与光催化剂混合状态的混合材料且能容易地向活性炭等多孔质基材的外表面或细孔内供给该混合材料的观点出发，优选水溶性的化合物。例如，优选以钠和/或钾为构成金属元素的氢氧化物、碳酸盐、碳酸氢盐、硅酸盐等。特别优选如氢氧化钠或氢氧化钾那样的碱金属的氢氧化物。通过使用该类的水溶性化合物，从而能使溶液的pH由中性转移至碱性区域(例如pH为8以上，典型地为pH为8～13，例如pH为8～11左右)。通过使用该pH由中性区域转移至碱性区域的混合材料(例如上述溶胶)，能提高在多孔质基材上载持的光催化剂的光催化剂活性。
另一方面，用于构成这里所公开的吸附材料的光催化剂，只要是目前确认能作为光催化剂的物质即可，能够没有特别限制地使用，作为优选的光催化剂，可以列举氧化钛(也称为二氧化钛：TiO2)。特别是通过以高比例使用锐钛矿型结晶结构的氧化钛，能提高光催化剂活性，故而优选。但是，并没有否认金红石型结晶结构的氧化钛的使用。优选全部质量的50％以上为锐钛矿型结晶结构，特别优选全部的70～100％为锐钛矿型。
此外，作为使用的光催化剂，优选平均粒径小的所谓纳米尺寸的超微颗粒(纳米颗粒)形状。从能向多孔质基材、尤其是细孔内供给光催化剂的观点出发，优选使用在适当的介质(典型地为水)中分散该光催化剂颗粒形成的溶胶(胶体)。
例如，优选使用基于例如激光衍射式粒度测定装置那样的光散射法进行测定而求出的平均粒径为100nm以下(更优选为5～80nm)的氧化钛等光催化剂(典型地为以溶胶的形式使用)。
能够使用如上所述的材料制造吸附材料。优选制备含有适当的光催化剂和碱金属化合物的混合材料，向作为对象的多孔质基材(活性炭等)供给该混合材料。
供给的方式根据多孔质基材的组成或形状而不同，因此没有特别的限定，作为优选的供给方式，可以列举例如在水等介质中分散平均粒径100nm以下的光催化剂颗粒而形成的胶体的形态，可以列举上述溶胶或浆液的形态。例如，使用氢氧化钠等水溶性化合物而预先制备含有碱金属离子的水溶液，在该水溶液中添加适当尺寸的颗粒状光催化剂，从而制备溶胶或浆液。或者，还可以在预先制备的光催化剂的溶胶或浆液中添加水溶性的碱金属化合物(例如，钠或钾的氢氧化物、碳酸氢盐、碳酸盐、硅酸盐)。
由此，能够制备pH由中心区域转移至碱性区域(例如pH为8以上，典型地为pH8～13，例如pH为8～10)的水系光催化剂溶胶或浆液。通过使用该高pH的混合材料，与pH为7以下的酸性区域的材料相比，能提高在多孔质基材上载持的光催化剂的光催化剂活性。
此外，进行向作为对象的多孔质基材供给制备的混合材料的工序。作为供给方法，没有特别的限定，除了通常的通过喷雾供给以外，还优选在基材的细孔内充分分散混合材料(即光催化剂与碱金属化合物)的方法。例如，使多孔质基材的细孔内部形成负压状态，向该基材供给规定量的溶胶或浆液，由此能高效地向多孔质基材的外表面和细孔内供给水系介质以及光催化剂和碱金属化合物(典型地为离子方式)。此外，还可以将多孔质基材浸渍在制备的浆液或溶胶中，通过毛细管现象等导入细孔内。这样的供给方法自身没有特别的限定，能够根据混合材料或多孔质基材的性状、或使用量等适当选择。
供给量没有特别的限定，设作为供给对象的多孔质基材的质量为100质量％时的碱金属化合物的含有比例优选至少为1质量％(例如约1～10质量％)，优选至少为2质量％(例如约2～10质量％，更优选为2～5质量％)。此外，可以向多孔质基材的细孔内供给上述混合材料，使得设多孔质基材的质量为100质量％时光催化剂的含有比例优选约为0.1～5质量％，优选为约0.2～2质量％，
在上述混合材料的供给结束后，进行将多孔质基材干燥而除去混合材料中所含的水分的处理。在该干燥工序的过程中，光催化剂和碱金属化合物(典型地为钠离子、钾离子等碱金属成分)载持(固定)于多孔质基材的外表面或细孔内壁面。干燥工序根据多孔质基材的性状，可以在室温条件下进行，或在加热下(典型地为50～150℃左右，例如100～130℃)下进行。使用活性炭或沸石等矿物类多孔质基材时，优选通过加热干燥实现牢固的载持。
此外，为了提高气体吸附性能，优选加入另外的至少1种吸附用物质。例如优选在多孔质基材上载持碱金属成分以及能有效吸附低级醛(典型地为指碳原子数为5以下的醛类。)、例如甲醛或乙醛的物质(醛吸附用物质)。
作为该物质，可以列举对氨基苯甲酸、苯胺、己二酸二酰肼、乙醇胺或甲胺盐酸盐等胺类物质、碳酸胍或磷酸胍等胍化合物、酰肼、氢醌、对氨基苯磺酸或其铵盐等作为优选例。
这样的添加的吸附物质(典型地为上述醛吸附用物质)能够通过同样的方法，向如上所述操作而已经载持有碱金属化合物和光催化剂的多孔质基材的外表面和/或细孔内供给、载持。例如，能够通过向该多孔质基材供给含有醛吸附用物质的溶液或分散液，进行干燥处理，从而在该基材的外表面和/或细孔内壁面载持。此外，还可以在含有碱金属化合物和光催化剂的混合材料中预先混合醛吸附用物质等添加的吸附物质。醛吸附用物质等添加的吸附物质的载持量没有特别的限定，能够根据目的或根据所用物质的性状适当选择。
此外，还可以另外准备没有载持碱金属化合物和光催化剂的多孔质基材，向该基材的外表面和/或细孔内供给含有醛吸附用物质等添加的物质的溶液或分散液，进行干燥处理，由此在该基材的外表面和/或细孔内壁面载持醛吸附用物质等添加的吸附物质。在该情况下，通过按照规定的比例混合载持有碱金属化合物和光催化剂的多孔质基材与载持有上述醛吸附用物质等添加的吸附物质的多孔质基材，能够制备优选的吸附材料。由此，分别制造载持有碱金属化合物和光催化剂的多孔质基材和载持有上述醛吸附用物质等添加的吸附物质而以规定比例混合的方式，能够防止醛吸附用物质等添加的吸附物质与光催化剂相互反应，预先回避光催化剂对醛吸附用物质等添加的吸附物质的吸附性能的影响，能够良好地维持该吸附物质的吸附性能，故而特别优选。
在该情况下，载持有碱金属化合物和光催化剂的多孔质基材和载持有上述醛吸附用物质等添加的吸附物质的多孔质基材的混合比没有特别的限定。例如，特别是在使用粉末状、颗粒状或纤维状多孔质基材(活性炭等)的情况下，能够以各种混合比将两者混合。优选地，载持有碱金属化合物和光催化剂的多孔质基材相对于通过与载持有上述醛吸附用物质等添加的吸附物质的多孔质基材的混合而供给的全部吸附材料能够以相当于全部的10质量％以上、典型地以10质量％～90质量％(例如为10～50质量％或以上)的量混合。
此外，光催化剂的含量(含有比例)相对于通过上述混合供给的全部吸附材料，优选为0.03质量％～1.8质量％(优选为0.04质量％～1质量％，例如为0.05质量％～0.8质量％)。此外，碱金属化合物的含量(含有比例)相对于上述混合后的全部吸附材料，优选为0.05质量％以上(例如为0.05质量％～3质量％，优选为0.1质量％～2质量％)。通过使光催化剂和碱金属化合物的含量在上述范围内，能够获得碱金属成分和光催化剂的气体吸附性能与醛吸附用物质等添加的吸附物质的气体吸附性能的平衡，能够高效净化各种臭味成分等污染气体成分(例如低级醛、乙酸等。)。另外，通过在该范围内，显示利用UV光照射的高的气体吸附性能恢复能力。
这里所公开的吸附材料能在各种环境中、例如在家庭内、工厂内、进行各种试验的研究设施内等，以各种方式使用。
例如，如图1示意性所示，能够用作构成空气清洁装置1中气体成分除去部4的材料。即，在图1所示的空气清洁装置1中，利用设置于框体(Casing)2的内部的送风用风扇8的作用，通过设置于框体2的前方部的集尘过滤器(例如HEPA过滤器)3而向框体2内导入的空气被导入气体成分除去部4。在该气体成分除去部4中填充有例如粉末状的本发明的吸附材料，由此能够吸附、除去导入空气中的有害气体成分。进而通过气体成分除去部4的空气(净化空气)利用送风用风扇8的作用，从设置于框体2的后方的排出部2A向外部排出。
这里，如图所示，在靠近气体成分除去部4的部位中，设置具有用于激发光催化剂的放出光能量的灯(典型地为发出紫外光的UV灯)7A的光源部7。通过从该光源部7的灯7A照射的光(典型地为UV光)，能够激发在气体成分部4中填充的吸附材料中含有的光催化剂，将吸附于该吸附材料中的多孔质基材的气体成分(例如低级醛)分解除去。因此，在如图1所示的空气清洁装置1中，进行规定时间的空气净化后，开灯，将捕获(吸附)的气体成分分解，由此能够使吸附材料的气体吸附能力的功能再生(恢复)。
另外，在图1中没有示出与本发明的技术内容(技术思想)没有直接关系的电源电路或用于适当运行该装置的控制部(微机部、气体传感器部等)，但是具有这样的电源电路或适当的控制部可以与目前的空气清洁装置相同。
以下，对本发明的一个实施例进行说明，但并不意味着本发明受到该实施例的限定。
<吸附材料的制造例(1)>
作为光催化剂，使用以浓度10～45质量％含有市售的锐钛矿型氧化钛微粒(基于光散射法测得的平均粒径为5～50nm左右的纳米颗粒)的溶剂为水系的溶胶。具体而言，使用以浓度30质量％含有氧化钛颗粒的溶胶。
作为多孔质基材，使用市售的颗粒状椰子壳活性碳(粒度：4～8目)。此外，作为碱金属成分，使用氢氧化钠(NaOH)。
在本实施例中，设使用的椰子壳活性碳量为100质量％，将该活性碳所含(载持)的氢氧化钠的含量(含有比例)设定为相当于椰子壳活性碳使用量的2质量％。此外，设使用的椰子壳活性碳量为100质量％，将该活性碳所含(载持)的氧化钛的含量(含有比例)设定为相当于椰子壳活性碳使用量的0.6质量％。
具体而言，相对于100质量份椰子壳活性碳，供给2质量份上述溶胶(即0.6质量份氧化钛)和2质量份试剂特级水平的氢氧化钠，以水稀释相当于该质量份量的溶胶和氢氧化钠而制备pH大约为10～14的混合材料。
接着，通过用100质量份的椰子壳活性炭吸收全部所得的混合材料，以上述质量比，将光催化剂(氧化钛)和氢氧化钠在碱性条件(高pH条件下)向活性炭外表面和/或细孔内供给。
然后，在110℃的烘箱内干燥活性炭，使供给的光催化剂和碱金属成分(Na离子)搭载于活性炭。
将通过上述一系列的工序制造的吸附材料作为实施例1的吸附材料。
此外，作为比较对象，除了不添加氢氧化钠以外，通过与上述实施例1同样的方法，制备不含碱金属成分的吸附材料(比较例1)。
此外，作为不同的比较对象，除了不使用上述溶胶以外，通过与上述实施例1同样的方法，制备相对于100质量份椰子壳活性炭载持有2质量份氢氧化钠的吸附材料(比较例2)。即，比较例2的吸附材料是仅载持有碱金属成分(氢氧化钠)的吸附材料。
<性能评价试验(1)>
使用如上操作而制造的实施例1以及比较例1和2的吸附材料，评价特征在于光催化剂和碱金属成分以相互混合的状态载持于载体上的实施例的1的吸附材料的紫外线(UV)照射的气体吸附性能恢复能力。
即，在规定尺寸的圆筒形柱中填充实施例1、比较例1或比较例2的吸附材料。接着，将在空气中混入10ppm乙醛气体的试验用气体在室温条件下通过上述柱，使各吸附材料的性能劣化，直至基于气相色谱装置的分析值乙醛气体除去率(％)为40～45％。
接着，从各柱取出吸附材料，对该吸附材料照射能激发氧化钛的波长区域的UV光6小时。
这样的UV光照射处理后，再将吸附材料放回柱中，向柱中导入上述试验气体，通过气相色谱装置求出室温条件下的乙醛气体除去率。在表1和图2中表示结果。另外，表1中的恢复程度是单纯将UV照射之后的乙醛除去率(％)减去UV照射前(上次劣化处理后)的乙醛除去率(％)的数值。
表1
Figure BSA00000477307300141
由表1和图2中所示的结果可知，实施例1的吸附材料在上述UV光照射后，乙醛除去率恢复至94％。另一方面，在比较例1和比较例2的吸附材料中，无法确认这样高程度的恢复。这表示在光催化剂与碱金属成分以相互混合的状态载持于活性炭上的实施例1的吸附材料中，吸附的醛通过碱金属成分和光催化剂被分解，碱金属成分的吸附活性得到再生。因此，根据这里所公开的吸附材料，能够实现优异的耐久性(长寿命性)。
<参考例>
接着，作为参考试验，根据与上述比较例1同样的制造方法(即，没有添加氢氧化钠等碱金属化合物)，制造氧化钛的载持量不同的多个吸附材料。
具体而言，制造设使用的椰子壳活性炭量为100质量％时的载持于该活性炭的氧化钛量相当于椰子壳活性炭使用量的0.2质量％(比较例3)、0.6质量％(比较例4，即与比较例1相同)、1.2质量％(比较例5)、和2.0质量％(比较例6)的4种吸附材料。一并制造没有载持氧化钛而仅为活性炭的吸附材料(比较例7)。
接着，使用这样的5种吸附材料(比较例3～7)，进行与上述性能评价试验(1)相同的试验。在表2和图3中表示结果。
由表2和图3中所示的结果可知，设活性炭量为100质量％时的优选的光催化剂载持量(含有比例)为相当于该活性炭使用量的约0.2～2.0质量％的量。在该参考例中，特别优选为0.4～1.2质量％(例如0.6～0.8质量％)。
表2
Figure BSA00000477307300151
<性能评价试验(2)>
接着，对于以规定含有率含有碱金属成分的活性炭，研究改变添加的氧化钛量时的气体吸附性能恢复能力的变化。即，在与上述实施例1相同的制造方法中，制造相对于上述活性炭量的氧化钛的载持量不同的多个吸附材料。此时，对于在该制造方法中与光催化剂同时载持的碱金属成分，使相对于该活性炭量的碱金属成分的载持量恒定。
具体而言，将设使用的椰子壳活性炭量为100质量％时的载持于该活性炭的碱金属成分(Na离子)量设定在相当于1.9～2.1质量％的量的范围内，制造载持于该活性炭的氧化钛量为相当于0.2质量％(实施例2)、0.6质量％(即上述实施例1)、1.2质量％(实施例3)、2.0质量％(实施例4)和2.3质量％(实施例5)的量的总计5种吸附材料。
接着，使用该5种吸附材料，进行与上述性能评价试验(1)相同的试验。在表3和图4中表示结果。
由表3和图4中所示的结果可知，对于在活性炭上载持有光催化剂和碱金属成分的吸附材料，设该活性炭量为100质量％时的载持有相当于2.0质量％的碱金属成分的情况下的优选光催化剂载持量(含有比例)为相当于该活性炭使用量的约0.2～2.0质量％的量。在该试验结果中，特别优选为0.4～1.2质量％(例如0.6～1.2质量％左右)。
表3
<性能评价试验(3)>
接着，对于以规定含有率含有氧化钛的活性炭，研究改变添加的碱金属化合物量时气体吸附性能恢复能力的改变。即，在与上述实施例1相同的制造方法中，制造相对于所用规定量的椰子壳活性炭量的碱金属成分的载持量不同的多个吸附材料。此时，对于在该制造方法中与碱金属成分同时载持的氧化钛，使其相对于该活性炭量的氧化钛的载持量恒定。
具体而言，将设使用的椰子壳活性炭量为100质量％时的载持于该活性炭的氧化钛量设定为相当于0.6质量％的量，制造载持于该活性炭的碱金属成分为相当于1.0质量％(实施例6)、2.0质量％(即上述实施例1)、3.0质量％(实施例7)、4.0质量％(实施例8)和6.0质量％(实施例9)的量的总计5种吸附材料。此外，一并将没有载持碱金属成分的吸附材料(即上述比较例1)作为比较对象。
接着，使用该6种吸附材料进行与上述性能评价试验(1)相同的试验。在表4和图5中表示结果。
由表4和图5中所示的结果可知，对于在活性炭上载持有光催化剂和碱金属成分的吸附材料，设该活性炭量为100质量％时的载持有相当于0.6质量％的氧化钛的情况下，只要相对于该活性炭量的碱金属成分载持量为1质量％以上的范围内，则恢复程度基本稳定，能够维持充分的光再生能力。因此，可知该情况下的优选碱金属成分载持量(含有比例)为该活性炭使用量的约1质量％以上。
表4
Figure BSA00000477307300171
<性能评价试验(4)>
另外，对研究在活性炭上载持有光催化剂和碱成分时的由碱成分的不同引起气体吸附性能恢复能力的不同。即，在与上述实施例1同样的方法中，作为碱成分，选择多个碱性不同的碱金属化合物、或不是碱金属化合物但是挥发性碱成分等各种性质不同的碱成分，制造多个吸附材料。
具体而言，除了使用氢氧化钾(实施例10)、碳酸钾(实施例11)、碳酸氢钾(实施例12)代替实施例1的制造方法中用作碱金属成分的氢氧化钠、改变该碱金属成分种类以外，通过与实施例1同样的制造方法和质量比，制造载持有光催化剂和碱金属成分的吸附材料。此外，一并制造实施例1的吸附材料。
另外，在上述实施例1的制造方法中，除了使用氨水(比较例8)代替氢氧化钠而改变该碱金属成分种类以外，通过与实施例1同样的制造方法和质量比，制造载持有光催化剂和碱金属成分(氨)的吸附材料。
在这些情况下，按照在活性碳量为100重量％时的氧化钛载持量和碱金属成分载持量为0.6质量％和2.0质量％进行制备。此外，为了进行比较，制造不添加任何的碱成分，除此以外根据与实施例1相同的方法制造的吸附材料(即上述比较例1)。
使用这样的6种吸附材料，进行与上述性能评价试验(1)相同的试验。在表5和图6中表示结果。
由表5和图6所示的结果可知，在作为碱成分，选择碱金属化合物的情况下，即在使用氢氧化钠(实施例1)、氢氧化钾(实施例10)、碳酸钾(实施例11)和碳酸氢钾(实施例12)的情况下，与不含有碱成分的吸附材料(比较例1)和使用氨水作为碱成分的吸附材料(比较例8)相比，显示显著的高恢复性能。因此，作为本发明实施中采用的碱成分，无论是碱性的强度，即强碱化合物或弱碱化合物，均可以列举碱金属化合物，只要是任一种碱金属化合物即可，均能发挥出充分的恢复效果。例如，作为优选的碱成分，可以列举钠或钾的氢氧化物、碳酸氢盐、碳酸盐或硅酸盐等碱金属化合物。此外，在使用这些碱金属化合物的情况下，与使用氨水的情况(比较例8)相比，恢复性能优异，因此更优选的碱成分为非挥发性的碱成分。
表5
Figure BSA00000477307300181
<吸附材料的制造例(2)>
接着，制造除了光催化剂和碱金属成分以外还具有醛吸附用物质的吸附材料。
即，通过浸渍法，在上述活性碳上载持相当于整体的约4质量％量的作为醛吸附用物质的对氨基苯甲酸盐，制造载持有对氨基苯甲酸的活性碳。然后，将该载持有对氨基苯甲酸的活性碳(A)与实施例1的吸附材料(B)按照质量比A∶B为7∶3进行混合，制造实施例13的吸附材料。
此外，作为比较对象，使用上述比较例2的吸附材料(即没有载持作为光催化剂的氧化钛的吸附材料)代替上述实施例1的吸附材料，按照与上述相同的质量比与载持有对氨基苯甲酸的活性碳混合，制造比较例9的吸附材料。
<性能评价试验(5)>
使用如上操作制造的实施例13和比较例9的吸附材料，评价紫外线(UV)照射的气体吸附性能恢复能力。
即，在本试验中，在平板状的过滤盒中填充40g供试验材料，制备简易过滤器。在1m3容积的腔式盒中装入该简易过滤器，根据社团法人日本电机工业会的JEM1467测定气体吸附性能(除去率)。
具体而言，在腔式盒中注入含有规定量的香烟的气体，用风扇充分搅拌后测定腔式盒内的气体浓度，换算5根香烟中所含的气体成分，计算出总除去率。重复该操作12次，研究各吸附材料(实施例13、比较例9)的劣化程度。在该重复的过程中，在重复该处理3次(循环数3)后(换算香烟根数为5×3＝15根)、重复6次(循环数6)后(换算香烟根数：30根)以及重复9次(循环数9)后(换算香烟根数：45根)时，吸附材料照射能激发氧化钛的波长区域的UV光6小时。在图7中表示该照射后的气体吸附处理(即，循环数4，7，10)的结果。
由图7所示的图表可知，比较例9的吸附材料没有受到照射UV光的影响，气体吸附能力缓慢降低，循环10次后，除去率降低至55％左右。
另一方面，具有光再生能力的实施例13的吸附材料通过UV光照射，气体吸附能力明显恢复，能够实现长寿命。即，即使在循环10次后，也能维持70～75％的除去率。
<性能评价试验(6)>
另外，分别改变载持有碱金属成分和光催化剂的多孔质基材与载持有醛吸附用物质的多孔质基材的混合比，制造吸附材料，对气体吸附性能和UV光照射的气体吸附性能回复能力进行评价。
即，在与上述实施例13相同的制造方法(吸附材料的制造例(2))中，将上述载持有对氨基苯甲酸的活性炭(A)与实施例的吸附材料(B)按照质量比A∶B为9∶1(实施例14)、7∶3(即上述实施例13)、1∶9(实施例15)混合，从而制造总计3种的吸附材料(实施例13～15)。
此外，还制造将上述载持有对氨基苯甲酸的活性炭(A)与上述实施例4的吸附材料(C)混合的吸附材料。
即，将在上述实施例13的制造方法中制备的上述载持有对氨基苯甲酸的活性炭(A)与实施例4的吸附材料(C)按照质量比A∶C为9∶1(实施例16)、5∶5(实施例17)、1∶9(实施例18)混合，从而制造总计3种的吸附材料(实施例16～18)。此外，为了进行比较，制造不混合上述载持有对氨基苯甲酸的活性炭(A)的实施例4的吸附材料。
在表6中表示得到的各吸附材料中载持有对氨基苯甲酸的活性炭(A)和实施例1或4的吸附材料(B或C)的混合比(质量％)。另外，还在表6中表示相对于全部吸附材料(即，A+B或A+C)的氧化钛含有率(质量％)和碱金属成分的含有率(质量％)。
表6
Figure BSA00000477307300201
此外，使用这样的7种吸附材料(实施例4、13～18)，与上述性能评价试验(5)同样，根据社团法人日本电机工业会的JEM1467，测定气体吸附性能(除去率)。
具体而言，在与上述性能评价试验(5)相同的评价装置内设置各吸附材料(实施例4、13～18)，在该评价装置内注入含有规定量香烟的气体，使该气体吸附于吸附材料，重复此处理3次(循环数3)(换算香烟数：15根)。然后，测定评价装置内的气体浓度，通过与上述性能评价试验(5)同样的方法，计算出总和除去率(％)。在表7中示出该循环3次的总净化率的结果，并在图8中表示该结果与相对于全部吸附材料的氧化钛含有率(％)的关系。
表7
  总除去率(％)   恢复程度(％)
  实施例14   65   1
  实施例13   73   4
  实施例15   75   4
  实施例16   74   4
  实施例17   70   5
  实施例18   65   5
  实施例4   58   5
由图8中所示的结果可知，对于将载持有碱金属成分和光催化剂的多孔质基材与醛吸附用物质的多孔质基材混合制备的吸附材料，显示优异气体吸附性能的优选氧化钛含有率为0.03质量％～1.8质量％。可以认为，在上述氧化钛含有率多于1.8质量％的情况下，相对而言，吸附材料中的醛吸附用物质的绝对量不足，醛除去率降低引起总除去率降低。此外，可以认为，在上述氧化钛含有率低于0.03质量％的情况下，与氧化钛联用的碱金属成分的含有率也降低，因此乙酸气体等酸性气体的除去率降低引起总除去率降低。
接着，为了评价通过照射UV光的吸附材料的气体吸附恢复能力，测定各吸附材料(实施例4、13～18)的UV光照射后的气体恢复性能。
具体而言，对于上述性能评价试验中循环数3(换算香烟根数：15根)的气体吸附后的各吸附材料(实施例4、13～18)，照射能激发氧化钛的波长区域的UV光6小时，对于该照射后的吸附材料，再进行气体吸附处理(即，循环数4次)，计算出总除去率(％)。由通过上述试验计算出的UV光照射后的总除去率(％)(即，循环数4次的除去率)单纯减去UV光照射前的总除去率(即，循环数3次的除去率)，将该数值作为恢复程度(％)算出。在表7和图9中表示该恢复程度的结果。
由图9中所示的结果可知，对于将载持有碱金属成分和光催化剂的多孔质基材与载持有醛吸附用物质的多孔质基材混合制备的吸附材料，以氧化钛含有率在0.06质量％以上显示出良好的恢复程度。
工业上的可利用性
如以上说明的，本申请公开的吸附材料通过碱金属化合物(碱金属成分)与光催化剂以相互混合的状态载持于多孔质基材的外表面和/或细孔内壁面，通过与该碱金属成分相邻存在的光催化剂能高效地分解、除去吸附的气体种类，特别是如甲醛那样的低级醛。因此，能够长期维持较高的吸附能力(特别是对于低级醛、酸性气体等容易被碱金属成分吸附的气体种类的吸附能力)。因此，通过使用该吸附材料，能提供一种能够长期维持高气体吸附能力的空气清洁装置(气体吸附装置)。
符号说明
1   空气清洁装置
2   框体
2A  排出部
3   集尘过滤器
4   气体成分除去部
7   光源部
7A  灯
8   送风用风扇

Claims (16)

1.一种吸附材料，其特征在于：
具有能吸附至少1种气体种类的多孔质基材，
至少1种碱金属化合物与至少1种光催化剂以相互混合的状态载持于该多孔质基材。
2.如权利要求1所述的吸附材料，其特征在于：
所述载持的光催化剂是平均粒径为100nm以下的氧化钛颗粒。
3.如权利要求1所述的吸附材料，其特征在于：
所述载持的碱金属化合物作为非挥发性的碱成分存在。
4.如权利要求1所述的吸附材料，其特征在于：
所述载持的碱金属化合物是钠和/钾的氢氧化物、碳酸氢盐、碳酸盐或硅酸盐。
5.如权利要求1所述的吸附材料，其特征在于：
还具有与上述碱金属化合物不同的吸附低级醛气体的至少1种另外的吸附用物质。
6.一种吸附材料的制造方法，所述吸附材料中，碱金属化合物与光催化剂以相互混合的状态载持于所述多孔质基材，该制造方法的特征在于，包括：
对能吸附至少一种气体种类的多孔质基材供给至少1种所述碱金属化合物和至少1种所述光催化剂形成混合状态的混合材料，和
使所述供给的混合材料中的所述碱金属化合物和所述光催化剂载持于所述多孔质基材的外表面和/或细孔内壁面。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于：
作为所述混合材料，使用使含有光催化剂的颗粒分散于含有水溶性碱金属化合物的水溶液中而得到的溶胶，向所述多孔质基材的细孔内供给该溶胶。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于：
作为所述光催化剂，使用平均粒径为100nm以下的氧化钛颗粒。
9.如权利要求6所述的方法，其特征在于：
向所述多孔质基材内供给所述混合材料，使得设所述多孔质基材的质量为100质量％时的所述碱金属化合物的含有比例至少为1质量％，并且设该多孔质基材的质量为100质量％时的所述光催化剂的含有比例为0.2～2质量％。
10.如权利要求6所述的方法，其特征在于：
作为所述多孔质基材，使用基于BET法测得的比表面积为900m2/g以上的活性炭。
11.如权利要求6所述的方法，其特征在于：
还包括在载持有所述碱金属化合物和光催化剂的多孔质基材的外表面和/或细孔内，或在没有载持所述碱金属化合物和光催化剂的多孔质基材的外表面和/或细孔内，供给该碱金属化合物以外的能吸附低级醛气体的至少1种吸附用物质。
12.一种空气清洁装置，其特征在于：
具有权利要求1所述的吸附材料。
13.一种空气清洁装置，其特征在于：
具有根据权利要求6记载的方法制得的吸附材料。
14.一种空气清洁方法，其特征在于：
在权利要求1所述的吸附材料中，导入处理对象的空气。
15.一种空气清洁方法，其特征在于：
在根据权利要求6记载的方法制得的吸附材料中，导入作为处理对象的空气。
16.如权利要求14或15所述的空气清洁方法，其特征在于：
将至少含有低级醛气体或酸性气体的空气导入所述吸附材料中。
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