CN1178736C - 光催化剂过滤器 - Google Patents
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Abstract
将光催化剂载在引导激活光催化剂所需的光线的光导体的表面上，所述光催化剂的承载方式以由光导体引导的光线能直接从光导体的表面照射所述光催化剂为准。
Description
技术领域
本发明涉及一种承载光催化剂的玻璃材料，使用该材料的过滤装置以及光照射方法，特别是涉及改善光照射至光催化剂上的效率并促进光催化反应的玻璃材料。
背景技术
光催化反应的特征在于使用在光照射下所产生的强氧化力的氧化反应。因而，人们一直试图在过滤器中利用这种技术，并将此技术应用于水处理和环境净化。
作为利用常规光催化剂的过滤器，通常使用：带有承载在热阻纤维或多孔物质上的TiO2或另外的光催化剂的过滤器，带有承载在金属网等上的TiO2或另外的光催化剂的过滤器。利用来自光源的光线，获得了光催化作用。
作为可行的具体例子有：在反应容器内的具有承载光催化剂的蜂窝状管的过滤器，所述容器包含有反应溶液和反应溶剂以及用于向管内引导光线的光学纤维(文献1.日本专利申请Hei 5-154387)；带有承载在玻璃、陶瓷或另外形式的平坦物质上或承载在玻璃珠或陶瓷球上的二氧化钛半透明薄膜的过滤器，通过将光照射在该薄膜上，将包含在城市废水等中的有毒物质除去(文献2.Hashimoto andFujishima，“水和排水”第36卷，第10号(1994)，第5-11页)；带有将二氧化钛载在设置在光源两侧的蜂窝状载体上的光催化剂的过滤器，用于净化汽车内或其它环境中的空气(文献3.Suzuki，“ToyotaChuo Kenkyusho R&D Review”第28卷，第3号(1993.9)，第47-56页)；带有设置在环状容器内的二氧化钛粒料的过滤器，所述容器中间有光源，该过滤器用于处理三氯乙烷或其它挥发性有机氯化合物(文献4.Yamazaki，“化学和工业”，第47卷，第2号(1994)第152-155页)；等等。
然而，在所述的现有技术中，光催化作用是由稍稍远离光催化剂的光源的光所产生的。因此，通常将出现下面的一些问题。
(1)如果过滤器被污垢，灰尘，淤泥等覆盖，那么光线将很难照射到光催化剂上，由此将减弱催化剂的作用。因此，需要很强的紫外光。尤其在包含大量物质的几乎是黑色的污水的场合，光线不能照射到光催化剂上，因此将使光催化反应钝化，或只是轻度的活化，这将使之不能在实际上使用。
(2)光线只能照射到某些部分上而不能照射到另一些部分上，并且只是光照射的那部分起作用。为了消除这个缺点，通过混合吸收剂和氧化钛制备了混合式光催化剂。没被光线照射的那些部分利用吸收剂收集并移至光照射部分进行分解。但这需要设计一个复杂的系统。
(3)甚至在从光源至光催化剂用光线照射光催化剂时，也只有少量的照射光能照射到光催化剂。绝大多数的光能被浪费。因此，为了进行有效的光照射，装置的设计是很重要的。为此，需要设计具有环状容器的结构或其它复杂的结构，所述环状容器内有光催化剂并且在其中间有光源。
本发明的目的是，通过将光线从承载光催化剂的载体直接照射到光催化剂上的简单的结构而提供一种能解决上述现有技术问题并能有效地产生光催化作用的光催化剂过滤器，光催化过滤装置以及使用该装置的液体处理方法。
另外，为了增加所述光催化剂的处理能力，迄今为止的做法是将大量的光线照射到光催化剂上。
具体地说，通常光催化剂的使用受到下面的各种限制。
(1)为了增加处理能力，要设计大量的光的照射。
(2)为了增加处理能力，要设计光照射方法。
(3)为了增加处理能力，要产生增加的光催化活性。
(4)所述的低处理能力限制了某些常规的应用：例如，除臭(少量处理，扩散是速率控制步骤)；防污处理(在很长时间内进行少量的处理)；抗菌处理(少量处理：不能进行杀菌处理)等。
用这种方法，甚至使用光催化作用，所产生的光量也将限制光催化反应能力的增加。当有大量光解物质时，这些物质不能通过光催化剂的作用进行处理。
在上述背景下开发出了本发明，本发明提供一种能明显增加过滤能力的光催化过滤装置和过滤方法。
在本发明中，作为用于过滤气体、液体或其它已知的流体的过滤器，包括：具有垂直于被处理流体通道的过滤面的过滤器(例如，日本专利申请公开，和7-224632)；具有平行于被处理流体通道的过滤面的过滤器(例如，日本专利申请公开第56-129020号)等。
在前一种过滤器中，为了增加过滤能力，需要增大垂直于通道的过滤面积。然而，如果在过滤器的附近增大所述通道的话，那么将难于均匀地保持施加至过滤器各部分上的压力。因此，收集密度将不利地变得不均匀，并且不能进行有效的过滤。
对于后一种过滤器，由于过滤面平行于通道，因此，在该通道不必增大的情况下仍将是有效的，这是因为这种过滤器与前一种相比具有更大的过滤面积。然而，当被过滤的流体在过滤部分向前推进时，被过滤的流体通常将通过同时也用作通道的过滤面向外排出。因此，在各过滤部分将出现压差，这将使收集密度产生偏差。因此，不能获得充分有效的过滤。
另外，人们一直试图将光催化反应应用于各种水处理、空气处理、以及环境净化。然而，即使在上述过滤器中使用了所述的光催化反应，也很难将光线照射到整个过滤器上。
在上述背景下开发出了本发明，因此，本发明的目的是提供一种过滤装置，该装置能获得有效的过滤作用并且利用光催化反应能有效地得到过滤净化作用。
当打算用过滤器过滤液体时，通常使用下面三种不同类型的过滤器。
第一种过滤器是利用短纤维状纤维的过滤器(下面称之为短纤维过滤器)。
第二种过滤器是利用长纤维状纤维的过滤器(下面称之为长纤维过滤器)。过滤器的基本材料呈长纤维状纤维织造的布的形态。
第三种过滤器是利用颗粒(包括多孔体)，或通过烧结颗粒而形成的多孔体的过滤器。另一可供选择的方案是，通过用颗粒填充过滤器的成形空间而形成的过滤器。
然而，上述常规过滤器的每一种都存在下列问题。它们很难廉价地提供完善的过滤器。
首先，在第一种短纤维过滤器中，主要是通过调节过滤孔(网目)来改变纤维的填充密度。因此很容易由于放置而造成密度差，而且很难精确地控制网目。当流体通过时，网目的构型将发生变化，或将出现其它的问题。因此，这种过滤器的问题是难于获得精细的过滤器。
在第二种长纤维过滤器中，需要一个将长纤维状纤维织造成布的复杂的过程，这将增加成本。另外，可织造纤维的直径有一定的局限性。可得到的网目受到一定的局限。因此，同样存在着难于获得精细的过滤器的问题。
此外，在使用颗粒(包括多孔体)的第三种过滤器中，该过滤器是通过用颗粒填充过滤器的成形空间而形成的。为了获得过滤作用，需要使用大量颗粒。这将出现需要大空间的问题，成本也将增加。
另外，在第三种过滤器中，颗粒是通过烧结或另外的形成用于多孔过滤器的方法而形成的。需要大量的颗粒。这也将产生上述的问题，即需要大的空间并增加成本。另外，还存在将进一步增加成形所需的成本。
通过考虑上述的问题，开发出了本发明，因此，本发明的目的是提供一种过滤材料，其制备方法以及利用该材料的过滤装置等，结果是，廉价地提供了完善的过滤器。
作为上述光催化剂过滤器或另外的光催化剂的载体，使用各种玻璃。
然而，据说，钠钙玻璃基料是不优选的，这是因为其对光催化剂活性有害。这大概是由于在光催化剂进行受热氧化时，钠离子扩散入光催化剂中形成化合物的缘故。
另一方面，石英玻璃没有杂质扩散入光催化剂中，因此作为光催化剂承载基料是完全优选的。然而，对实际应用来说其制造成本很高。另外，如此高软化温度的玻璃很难热加工成各种构型。另外还将进一步增加成本。
另外，还作出了各种尝试，如用石英玻璃涂布钠钙玻璃的表面，以抑制钠的流出。然而，薄膜不能提供有效的作用，而形成薄膜却需要一定的成本，这不是所希望的。
通过考虑上述这些情况，开发出了本发明，因此，本发明的目的是提供一种没有杂质扩散入光催化剂中，并且不会损害其光催化活性的廉价的光催化剂承载玻璃材料。
除上述光催化剂过滤器以外，在利用光的光反应和热反应的场合，或其它场合，光需要有效地照射到被照射的物质上。然而，根据本发明，特别是当光照射到光化学反应体系，或热能传送至化学反应体系上时，可使用光照射方法及其装置。
当光照射该光化学体系时，在绝大多数场合，光从单一方向进行照射。另外，光反应从反应剂表面上的光吸收开始。
在热反应的场合，加热是直接用加热器来完成的，或通过大气加热来完成的。在这两种加热方法中，热反应从接近热源的表面开始。
在燃烧反应的场合，使用火源，或通过大气加热来完成。另外，在这种场合，燃烧反应从接近火源的反应剂部分开始。在大气加热时，反应从反应剂的表面开始。
在常规的光反应场合，由于反应剂的暴露表面受到限制，因此，在接近表面部分和远离表面部分之间所开始的反应将产生延时。另外，由于反应剂的暴露表面有限，因此反应只在表面部分进行。此外，当反应剂的浓度很高时，光线很难照射到反应剂上，因而需要用强光进行照射。另外，当反应剂的每一侧均有固相时，为了将更多的光照射到固相上，需要将光源进行多向排列，或者需要另外复杂的结构。
另一方面，在与光反应相同方式的常规热反应(燃烧反应)的场合，由于反应剂的暴露表面有限，因此，在接近表面部分和远离表面部分之间所开始的反应将产生延时。另外，由于反应剂的暴露表面有限，因此反应只在表面部分进行。另外，为增加传热效率，总是需要充分的搅拌。当在反应中出现温度梯度时，反应将出现偏差。此外，在常规的热反应场合，由于是利用热传导和热对流完成加热，因此，很难控制恒定的温度。另外也难于形成许多表面。
为解决上述问题，业已开发出了本发明，因此，本发明的目的是提供一种光照射方法及其装置，借助其本身带有光导体(作为照射源)的结构，所述的方法和装置通过光导体基本上能提供光和热，并且能促进光化学反应并有效地传递热能。
本发明的公开
通过在权利要求中引证的本发明的组成实现本发明。在每个权利要求中引证的本发明相互之间有着紧密的联系。
可将权利要求2-12的光催化剂过滤器应用至权利要求1，13-16的过滤装置中。当制备光催化剂过滤器时，可使用权利要求17-21中的承载光催化剂的玻璃材料。
另外，通过所述过滤装置，可实现权利要求22和23的光照射方法。
根据本发明的光催化剂过滤器以如下方式构成：将光催化剂承载于光导体的表面上，所述光导体用于引导活化光催化剂所需的光，并将通过光导体引导的光从光导体的表面直接照射至光催化剂上。
当用活化所需的光照射光催化剂时，光催化剂将产生光催化反应，在其表面产生强的氧化力和还原力，并且使接触光催化剂的大量物质分解并除去。
作为所述的光导体，可使用选自下面的至少一种材料：所述材料包括其本身不与光催化剂反应的玻璃，陶瓷，塑料和晶体。
所述的光导体可以纤维、蜂窝、网目、布、层和棉状中的一种、两种或多种构型来形成。
相对于激活光催化剂所需的光而言，光催化剂优选是透明的，或者可以是不透明的。在不透明光催化剂的场合，将大量光催化剂呈岛状载于光导体的表面上，以使从光导体没有承载光催化剂的表面部分射出的光包围不透明光催化剂的四周。
作为所述的光催化剂，可使用选自下面的一种或多种物质，所述物质包括氧化钛或其它钛化合物，氧化铁或其它铁化合物，氧化锌或其它锌化合物，氧化钌或其它钌化合物，氧化铈或其它铈化合物，氧化钨或其它钨化合物，氧化钼或其它钼化合物，氧化镉或其它镉化合物，以及氧化锶或其它锶化合物。
作为所使用的光催化剂的承载方法，可使用溶胶-凝胶法、全气溶胶法、洗涤/涂布法、蒸发法、喷镀法、热分解法、金属氧化法等。通过使用一种或两种或多种所述的方法，光导体的表面被覆盖1纳米至1毫米厚的薄膜。
另外，可向光催化剂中添加增强光催化剂活性层、增强粘结强度、增加稳定性、增强光反应或提供另外的作用的添加剂；或者将所述添加剂用作底涂层。作为所添加的材料，可使用Cr，Ag，Cu，Au，Pt，Ru，Pd，Rh，Sn，Si，In，Pb，As，Sb，P或另外的金属、其氧化物或其化合物。为了增加粘结强度，可以不添加所述的添加剂，而是作为催化剂层的基层提供Cr，In，Sn，Si，P等。
通过考虑折射率而选择光催化剂材料和光导体材料。与将光封闭在芯中的光学纤维不同，光线需在作为覆盖材料的光催化剂侧射出。当与光导体材料相比时，可选择具有更大折射率的光催化剂。
另外，根据本发明的光催化剂过滤器能以下述方式构成，即在构成所述光导体芯的外周具有包层的光学纤维上部分或全部地形成没有所述包层的芯暴露部分，并且在该芯暴露部分上承载其折射率高于芯折射率的光催化剂。
所述组成的光催化剂过滤器和用于将光射至所述光导体上的光源结合，形成了光催化过滤装置。
当光催化剂是二氧化钛时，光源的波长优选在能激活光催化剂的200-500纳米的紫外光范围内。可使用输出连续光的汞灯或紫外光灯。可以一个方向或两个方向将来自光源的光线照射到光导体上。
根据本发明的光催化过滤装置是如下的光催化过滤装置，该光催化过滤装置通过利用所述光催化剂的光解反应，除去由承载光催化剂的过滤材料组成的过滤器捕获的物质，并且具有加热所述捕获物质和/或所述光催化剂的加热装置。
通过将该过滤装置与将光供至载在所述过滤材料上的光催化剂上的光源相结合，利用所述光催化过滤装置的过滤器过滤待过滤的液体，并且将光从所述光源照射至所述的光催化剂，所述光催化剂用于光解被所述过滤器捕获的物质，与此同时，通过利用所述加热装置加热所述捕获的物质和/或所述光催化剂，使包括在捕获的物质中的碳氧化并汽化，结果是，除去了所捕获的物质。
所述的过滤材料可由选自玻璃、陶瓷、晶体、金属和塑料的一种、两种或多种材料组成。所述加热装置的加热温度通常从50-650℃。当将玻璃用作过滤材料时，所选择的温度是玻璃化转变温度或更低；当使用陶瓷时，所选择的温度为分解点或更低；当使用塑料时，所选择的温度为低于其结晶的熔融点和分解点或更低；当使用金属时，所选择的温度为熔点或更低的温度。
所述过滤材料可用一种或两种或多种构型的结构体构成，所述结构体选自：纤维，蜂窝状物，网目，布，层，棉和颗粒。
另外，根据本发明的过滤装置是这样的过滤装置，该过滤装置使用通过将大量纵向排列的长纤维体扎成捆而形成的聚集体作为过滤材料，结构体是由所述的过滤材料组成，所述过滤材料在其纵向的一端有一开口而另一端封闭，并且开口的尺寸朝着另一端的方向渐渐缩小，被过滤的物流流经所述的开口。
所述长纤维体在纵向部分或全部地形成波纹状。
另外，在所述长纤维体的表面，可形成突起物。
所述长纤维体部分或全部地由光导材料构成，并可以具有部分或全部地形成于其表面上的光催化剂。
此外，通过将来自所述长纤维体一端的光引入到所述长纤维体中并将光线供至在所述长纤维体的表面上形成的光催化剂上，产生了光催化作用，结果是，能分解/除去粘结至所述长纤维体表面上的物质。
该过滤装置可由一种或两种或多种超细玻璃纤维组成，所述超细纤维的直径为1-70微米。
所述超细玻璃纤维可构成一种或两种或多种选自集束、网目、布、层和棒构型的结构体。
此外，在所述过滤装置中，所述超细玻璃纤维的软化点优选为700℃或更高。
此外，在所述的过滤装置中，部分或全部地在所述超细玻璃纤维的表面上形成光催化剂。
此外，在所述过滤装置中，通过将来自所述超细玻璃纤维的一端引入到所述超细玻璃纤维中并将光线供至在所述超细玻璃纤维的表面上形成的光催化剂上，产生了光催化作用，结果是，分解/除去了粘结至所述超细玻璃纤维上的物质。
在所述的过滤装置中，提供第一加热装置，用于加热所述捕获的物质。
根据本发明过滤器的过滤材料具有带有突起物的结构，所述突起物是在过滤基础材料的表面上形成的。
根据本发明过滤材料的制备方法以使突起物形成在过滤基础材料表面上的方式构成。
对于本发明过滤材料的制备方法而言，本发明过滤材料的所述的制备方法包括：
通过将颗粒固着在过滤基础材料的表面上而形成突起物的结构；
通过在过滤基础材料的表面上使用金属铸造而形成突起物的结构；或
通过混合过滤原料并进行定型而在过滤材料的表面上形成突起物的结构。
本发明的过滤装置通过使用过滤材料而构成，所述过滤材料带有在其表面上形成的突起物。
相对于长纤维体的直径d，所述突起物的间距为2d-20d，优选为3d-10d，该突起物的直径从0.3至100微米。
此外，本发明的过滤装置通过使用在其表面上带有突起物的过滤材料而构成，并且所述的过滤材料部分或全部地承载用于促进催化剂或表面反应的物质；或者该过滤装置通过使用具有光导体性能并在其表面带有突起物的过滤材料而构成，所述的过滤材料部分或全部地承载光催化剂，结果是，照射至该过滤材料上并通过该过滤材料的内部引导的光线照射所述的光催化剂。
根据本发明，通过改变突起物的大小或突起物的分布密度，可容易地高精度地控制空隙(网目)。另外，只需通过集束或层合在其上形成有突起物的过滤材料，就能得到过滤器。因此，可廉价地获得非常规的、完善的过滤器。
另外，由于通过在过滤材料的表面上形成的突起物而得到孔，因此，甚至在通过液体时这些孔也保持不变，并且空隙能维持很长的一段时间。因此，作为过滤器其性能能维持很长的一段时间。
此外，在本发明中，基本不需要织造过程。甚至于迄今为止由于其纤维直径而很难用作长纤维过滤器的长纤维状纤维也能用作过滤材料。
另外，与没有突起物的过滤材料相比，由于在过滤材料的表面上形成突起物，因此，在具有净化液体作用的过滤器中通过使用表面反应，可提高过滤效率。
用作本发明过滤装置的过滤器或光导体的承载光催化剂的玻璃材料，以重量％计包含30-80％的二氧化硅和0-10％的碱性成份，并且由低碱性的硅酸盐玻璃，硅铝酸盐玻璃，硼硅酸盐玻璃或非碱性玻璃组成。
另外，以重量％计，本发明的承载光催化剂的玻璃材料包含30-80％的SiO2，1-35％的Al2O3，0-30％B2O3，0-20％MgO，0-20％CaO，0-20％SrO，0-40％BaO，0-20％ZnO，0-10％Li2O，0-10％Na2O，0-10％K2O，0-10％Cs2O，0-10％Li2O+Na2O+K2O+Cs2O和0.1-65％MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO+Li2O+Na2O+K2O+Cs2O。
此外，以重量％计，本发明的承载光催化剂的玻璃材料包含30-60％的SiO2，1-20％的Al2O3，0-20％B2O3，0-20％MgO，0-20％CaO，0-20％SrO，0-40％BaO，0-20％ZnO，1-60％MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO，0-10％Li2O，0-5％Na2O，0-5％K2O，0-5％Cs2O，0-5％Li2O+Na2O+K2O+Cs2O和1-60％MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO+Li2O+Na2O+K2O+Cs2O。
对于本发明的承载光催化剂的玻璃材料而言，所述的承载光催化剂的玻璃材料包含作为其它组分的至少一种选自：PbO，ZrO，TiO2，As2O3，Sb2O3，SnO2，La2O3，P2O5，WO3，Bi2O3，Ta2O5，Nb2O5，Gd2O3和F材料。
另外，在10毫米厚度时，用于激活光催化剂的波长的透射比为75％或更大。
本发明使用如下玻璃组分，所述玻璃组分没有扩散入光催化剂中的杂质，不会损害光催化剂的活性，可容易地在其上形成光催化剂薄膜，化学耐久性好，透明等，并能廉价地进行制备，因而它适于用作承载光催化剂的玻璃材料。
此外，通过调节该组份，可容易地获得细纤维，并能廉价地获得耐热性能和其它性能优异的承载光催化剂的玻璃材料。
首先，当光需要有效地照射到被照射的物体上时，可使用如上述的光催化剂过滤器，和光照射方法，本发明提供了一种光照射方法，其中，将折射率大于光导体的折射率的高折射率物质载在所述光导体的表面上，并且将由光导体引导并从所述大折射率物质中射出的光线照射到待照射的物体上。
所述光导体由至少一种选自玻璃、陶瓷、塑料和晶体的材料组成。
所述光导体以一种或两种或多种如纤维、蜂窝、网目、布、层和棉的构型来构成。
另外，在本发明的光照射方法中，在芯外周具有包层的光学纤维上部分或全部地形成没有所述包层的芯暴露部分，并且将所述的大折射率物质载在该芯暴露部分上，以使在芯中被引导并从所述大折射率物质中射出的光线照射至待照射的物体上。
所述大折射率物质由至少一种或多种选自玻璃、陶瓷、塑料和晶体的材料组成。
另外，在本发明的光照射装置中，将折射率大于所述光导体的折射率的高折射率物质载在光导体的表面上，并且，使由光导体引导并从所述高折射率物质中射出的光线照射至被照射的物体。
此外，在本发明的过滤装置中，将折射率大于所述光导体的折射率的高折射率物质载在光导体的表面上。
由光导体引导的光线从所述高折射率物质中射出，并且该射出的光线使被收集的物体燃烧。
此外，在本发明的紫外杀菌装置中，将折射率大于所述光导体的折射率的高折射率物质载在光导体的表面上。
由光导体引导的紫外光从所述高折射率物质中射出，并且，该射出的紫外光对待杀菌的物体进行杀菌。
在上述各项发明中，当用各反应所需的光进行照射时，相应于该光线的反应体系产生光反应、热反应、燃烧反应等。作为光源的波长，将可见紫外光用于光反应中，在热反应中主要使用红外光并且在燃烧反应中主要使用强可见红外光。可以从一个方向或两个或多个方向将来自光源的光线照射至光导体中。
作为所使用的高折射率物质的承载方法有：溶胶-凝胶法、全气溶胶法、洗涤/涂布法、蒸发法、喷镀法、热分解法、金属氧化法、双坩埚法、棒管法(rod in tube)等。通过使用一种或两种或多种上述的方法，使光导体的表面覆盖1纳米至1毫米厚的薄膜。
另外，可向高折射率物质中添加增强光选择性、增强粘结强度、增加稳定性，增强光反应或提供另外的作用的添加剂；或者将所述添加剂用作底涂层。作为添加剂，可使用Cr，Ag，Cu，Au，Pt，Ru，Pd，Rh，Sn，Si，In，Pb，As，Sb，P或另外的金属，其氧化物或其化合物。为了增加粘结强度，可以不添加所述的添加剂，而是作为催化剂层的基层提供Cr，In，Sn，Si，P或其它金属、其氧化物或其化合物。
附图的简要说明
图1是显示各种光催化剂过滤器结构的示意图。
图2是显示用于柴油颗粒过滤器的本发明的废气净化装置的示意图。
图3是显示本发明举例性实施方案的光催化剂过滤器的示意图：(a)是基本单元的结构图；(b)是基本过滤器的结构图。
图4是显示本发明举例性实施方案的光催化剂过滤器的示意图。
图5是说明在光催化剂纤维体表面上形成的突起物的视图。
图6是说明呈波纹状的光催化剂纤维体的视图。
图7是说明呈曲线状的并且曲线朝着端部渐渐增大的光催化剂纤维体的视图。
图8是显示本发明光催化过滤装置方式的视图。
图9是显示本发明光催化过滤装置方式的视图。
图10是显示本发明光催化过滤装置方式的视图。
图11是显示本发明光催化过滤装置方式的视图。
图12是显示本发明实施方案的光催化装置结构的视图。
图13是显示承载表中所示的光催化剂的纤维体的组成等的视图。
图14是显示本发明实施方案的过滤装置的透视简图。
图15是本发明实施方案DPF的透视简图。
图16是根据一实施方案、组成DPF的一种过滤器的示意图，该过滤器是织成束的玻璃纤维的结构体。
图17是根据一实施方案、组成DPF的一种过滤器的示意图，该过滤器是在其中有一定间距的织成束的玻璃纤维的结构体。
图18是根据一实施方案、组成DPF的一种过滤器的示意图，该过滤器是这样一种结构体：具有在中央是空的并由玻璃、金属、陶瓷或晶体形成的支撑部分并且四周是织成束的玻璃纤维。
图19是根据一实施方案、组成DPF的一种过滤器的示意图，该过滤器是织成网状结构的玻璃纤维的结构体。
图20是根据一实施方案、组成DPF的一种过滤器的示意图，该过滤器是相对于通道形成层状的玻璃纤维的结构体。
图21是根据一实施方案、组成DPF的一种过滤器的示意图，该过滤器是织成棒状的玻璃纤维的结构体。
图22是根据一实施方案、组成DPF的一种过滤器的示意图，该过滤器是这样一种结构体：具有在中央是烛状空腔的并由玻璃、金属、陶瓷或晶体形成的支撑部分并且四周是织成束的玻璃纤维。
图23是显示本发明实施方案的过滤装置的视图：图(a)是正视图，图(b)是图(a)的纵截面图。
图24是显示本发明实施方案的过滤装置的视图：图(a)是透视图，图(b)是图(a)的纵截面图。
图25是显示本发明实施方案的过滤装置的视图：图(a)是正视图，图(b)是图(a)的横截面图，图(c)是基体的平面图。
图26是显示承载表中所示的光催化剂的纤维体的组成等的视图。
图27是根据本发明实施方案的、紫外光杀菌装置的示意图：图(a)是平面图，图(b)是沿图(a)的x-x线的截面图。
本发明的最佳实施方案
现在将描述本发明的实施方案。图1是显示各种光催化剂过滤器结构的示意图。
(a)是带有光催化剂2的纤维过滤器，所述光催化剂相应于载在光导体1的表面上的包层，所述光导体相应于光学纤维(下文称之为光催化剂纤维或纤维体)的芯；(b)是带有载在成蜂窝状的光导体3的表面上的光催化剂2的过滤器；(c)是具有织成网状的光催化剂过滤层4的过滤器；(d)是成棉花状的光催化剂纤维5的过滤器；(e)是带有载在层状光导体6的片材表面上的光催化剂2的过滤器；(f)是用光催化剂纤维7织成布状的过滤器；(g)是并排成束的光催化剂纤维7的过滤器；和(h)是捆成在其中央部分带有环状间隙部分的光催化剂纤维7的过滤器，以便通过该间隙部分将待过滤的液体引入。
为了形成光催化剂纤维，可使用已知的光学纤维的制备工艺。对于成片状的光导体，可使用已知的玻璃板制造技术。另外，为了形成蜂窝状的光导体，将玻璃等原材料造粒并在蜂窝中压实，或在蜂窝中加工中空的光导体并成形。
对于光催化剂，通常可使用二氧化钛或另外的半导体材料。作为光导体材料，可使用玻璃、陶瓷、塑料或晶体，特别优选的是玻璃。优选的是该玻璃材料具有良好的紫外光透射性，很少量的碱性和良好的耐反玻璃化性。
上述光导体1，3，6和光催化剂纤维4，5，7的两端组成了让光进入的入射部分。将激活光催化剂所需的、来自光源(未示出)的光线，例如可见紫外光照射到该入射部分上。
相对于激活光催化剂2所需的光是透明的光导体1，3，6引导激活光催化剂2所需的光线，同时从光导体的表面发射出部分来自光源的光线。因此，光导体1，3，6是光催化剂2的支撑体，与此同时也是用来传送产生光催化反应的光的导波通道。
光催化过滤装置是由上述光催化剂过滤器和光源组成，并设置在需要进行净化的环境中。然后，在不通过任何空间或碎片下，将从光源引导至光导体并从光导体的表面发射出的光线直接照射至光催化剂2。被光照射到的光催化剂2将产生光催化反应，在其表面产生强氧化和还原力，并且分解和除去由光催化剂从环境中收集到的物质。
作为能被收集进行分解和除去的气体中的物质有：烟雾、尘埃、大气尘埃、香烟烟雾、病毒、细菌等。另外也能除去臭气和毒气。作为包括在溶液中可被除去的物质有：淤泥，有机物质，三卤甲烷等。
如上所述，根据本发明的实施方案，光催化剂直接从作为其支撑体的光导体中接收光线，而不是从远离光催化剂的外面接收光线，以便产生光催化反应。因此，甚至过滤器被灰尘，污垢，淤泥等覆盖时，光线也能照射光催化剂。因此，在不损害催化剂功能条件下甚至在处理黑色废液时，也能进行净化处理。另外，与光线从外面进行照射相比，由于光线通过光导体照射到光催化剂上，因此，绝大多数来自光源的光能可有效地照射到光催化剂上。此外，不需要强紫外光，或者不需要大规模的光源。
另外，当将薄层光催化剂载在光导体表面上时，光线可照射所有光催化剂，以致使能简单和容易地设计该系统。此外，只需延光导体进行延伸，可使光源固定，并能可靠地进行照射，由此可简化过滤装置的结构。
下一个例子将描述其中光催化剂过滤器用于柴油颗粒的过滤器(DPF)。
柴油机的废气包含由黑烟组成的固体颗粒物质(颗粒)、未燃烧的烃和润滑油。这些颗粒是由燃料中烃的不完全燃烧所产生的。如果这些颗粒存在于废气中，那么将变成黑烟并且将大量地排放至大气中，这对环境将是不利的。因此，为了除去废气中的颗粒或使之变得最少，用适当的过滤器来收集这些颗粒。在本例的实施方案中，将上述的光催化剂过滤器用于此目的。
如图2所示，将光催化剂过滤器10放置于柴油机8排气部分后面的排气管9的中部。
放置于排气管9中的光催化剂过滤器10由各基本单元复合而成。如图3(a)所示，将纤维切成预定的长度，并象挡板似的排列形成光催化剂纤维。许多光催化剂纤维11，用于支撑许多光催化剂纤维11一端的支撑体12，和用于将激活光催化剂所需的光照射至光催化剂纤维11支撑端的光源13组成了过滤器。
如图3(b)所示，其中两个基本单元成90度角或适当的角度，并且以光催化剂纤维11形成防护栅的方式进行排列，所述防护栅是基本过滤器。为增加表面积和收集比率，可用一个或两个或多个基本过滤器来组成DPF。
对于构成光催化剂纤维11的光导体而言，可使用耐高温(100-700℃)废气的硅铝酸盐玻璃(玻璃化转变温度为500-800℃)，或使用石英玻璃(玻璃化转变温度约1100℃)。所述光催化剂纤维的直径约在1微米和10微米之间。对于光催化剂，通常使用二氧化钛。对于光源13，使用能激活二氧化钛的可见紫外光，以及发射对人体无毒害的、300-400纳米连续光线的紫外灯。
光源13安装在排气管9的外面。在这种场合，该光源13需要安置在光催化剂纤维11的附近。在这种场合，光导体需要从光源的位置延伸至排气管9中光催化剂纤维11。在延伸期间，如果光线泄漏，那么将产生缺点。因此，为了进行延伸，用折射率低于光导体的折射率的包层覆盖光导体的外表面，结果是，象通常的由芯和包层构成的光学纤维结构一样构成了光催化剂过滤器。在这种结构中，光源的位置不受限制，因此，对系统的设计有利。
然而，对于激活光催化剂所需的光线，可以使用其中具有光线易于射出的结构的光学纤维(由芯和包层组成)。另外，只需将待载的光催化剂置于光学纤维的特定部位上，便能构成光催化剂过滤器。因此，可进一步简化系统的设计。
上述光催化剂纤维11例如可按如下进行制备。将利用高纯度原料的硅铝酸盐玻璃熔在铂坩埚中。用推挤法将熔融的玻璃成形成纤维。随后，用溶胶-凝胶法对该玻璃纤维覆盖二氧化钛薄膜。在这种场合，通过添加粘结增强剂，可增强二氧化钛薄膜对光导体表面的粘结强度，并增强对二氧化钛薄膜的保护作用。将薄膜的厚度调节至0.5微米。如图4所示，制备光催化剂纤维的结构。
在可见紫外光范围内，二氧化钛的折射率在2.1和2.6之间，而硅铝酸盐玻璃的折射率约为1.5。因而，相应于包层的二氧化钛薄膜的折射率更高。因此，从光源射至光催化剂纤维11上并从光导体1的表面射出的光线直接照射光催化剂2。为了增加从光导体表面射出的光线，该光导体被有效地进行弯曲。
如上所述，当在DPF中使用光催化剂过滤器时，将增加催化剂的作用，将能十分有效地收集废气中的黑烟、未燃烧的燃料和润滑油，并且还将减少黑烟量。另外，可通过二氧化钛的氧化作用分解由光照射而收集到的黑烟，由此将消除堵塞。因此，无需进行常规DPF必不可少的回用燃烧，由此提供了简单和廉价的机械结构。可实现不需养护的耐久的DPF。此外，由于过滤器由玻璃组成，因此，它可耐柴油机废气的高温。
如果要增加净化作用，可升高温度；要增加催化反应，可同时存在铂或另外的催化剂，或者如果要增加收集效率，可同时存在沸石，活性炭等；如果使待结合的单元中的光催化剂纤维的直径不同，那么可形成粗糙的或精细的过滤器；如果增加光密度、此外如果以多个步骤排列光催化剂过滤器，那么，便可获得进一步的作用。
另外，在上例的实施方案中，将光催化过滤装置应用于废气净化装置，以便从柴油机的废气中除去颗粒。本发明可应用于另外的处理气体的过滤器(例如清洁房间用的空气过滤器，空气净化器)、处理液体的过滤器(净化淡水或海水的过滤器)或用来处理另外的环境问题。
光导体除了只由玻璃构成以外，该光导体可是玻璃、陶瓷、塑料或晶体的复合物。
与光线从稍稍远离光催化剂的外面照射至光催化剂上的常规结构相比，根据该实施方案具有一简单的结构，即其中光线从承载光催化剂的光导体内部直接照射至光催化剂上。因此增强了光催化反应。另外，由于在光催化剂和发射光部分的光导体表面之间没有间隙或碎片，因此甚至在与黑色液体接触时也能将光线照射至光催化剂上。
尤其是，当光催化剂过滤器以如下方式构成时，即光催化剂承载于光学纤维的芯暴露部分上，该光催化剂过滤器可进行延伸并且光源可方便地进行固定。
另外，当光催化剂的折射率高于光导体的折射率时，光线可从光导体中大量地射出。因此，可进一步增加光催化反应。
此外，当在流体处理方法中使用光催化过滤装置时，被处理的物质能够被分解，借此可实现无需养护及长寿命。
现在将描述本发明的第二个实施方案。
在本发明第二实施方案的光催化过滤装置中，当将激活所需的光线照射光催化剂时，产生了光催化反应，在其表面上产生了强氧化力和还原力，并且分解并除去了接触光催化剂的物质。光催化过滤装置备有加热机械，以加热捕获到的物质和光催化剂。
该实施方案的第一个特征在于，在利用借助光催化剂的光解反应的光催化过滤装置中，通过升高光催化反应的温度，可促进光解反应。具体地说，根据S.A.Arrhenius示出的方程式可知道，即反应温度越高，反应速率就越快。
k＝A·e-E/RT (1)
(前提条件是，在该方程式中，k表示反应常数，A表示频率因子，E表示活化能，R是气体常数，T是反应温度。)
因此，在所述实施方案中，通过对过滤器和/或捕获的物质进行加热，升高了反应温度，并提供了对光解反应的促进作用(下文称之为光解促进作用)。
在所述实施方案中，对光催化剂没有特别的限制。例如，可从二氧化钛或其化合物，氧化铁或其化合物，氧化锌或其化合物，氧化钌或其化合物，氧化铈或其化合物，氧化钨或其化合物，氧化钼或其化合物，氧化镉或其化合物，以及氧化锶或其化合物中选用一或二或多种化合物。
另外，可向光催化剂中添加增强光催化剂活性层、增强粘结强度、增强光反应或提供另外的作用的添加剂；或者将所述添加剂用作底涂层。作为添加剂，可使用Cr，Ag，Cu，Au，Pt，Ru，Pd，Rh，Sn，Si，In，Pb，As，Sb，P或另外的金属，其氧化物或其化合物。为了增加粘结强度，可以不添加所述的添加剂，而是作为催化剂层的基层提供Cr，In，Sn，Si，P等。
可以将光催化剂均匀地包括在过滤材料中，优选载在由光导体构成的过滤材料的表面上。在后一种场合，由光导体引导的光线可从光导体表面射出，并直接照射光催化剂，借此增强了光解作用。
作为所使用的光催化剂的承载方法有：溶胶-凝胶法，全气溶胶法，洗涤/涂布法，蒸发法，喷镀法，热分解法，金属氧化法等。可使用一种或两种或多种上述的方法。当将光催化剂载在光导体表面上时，优选在光导体的表面上覆盖1纳米至1毫米厚的薄膜。
相对于激活光催化剂所需的光而言，光催化剂优选是透明的，或者可以是不透明的。在不透明光催化剂的场合，将大量光催化剂呈岛状载于光导体的表面上，以使从光导体没有承载光催化剂的表面部分射出的光包围不透明光催化剂的四周。
当光催化剂是二氧化钛时，光源的波长优选在能激活光催化剂的200-500纳米的紫外光范围内。作为光源，可使用输出连续光的汞灯或紫外光灯。
从光源来的光线可以从一个方向或两个或多个方向照射至光导体上。当过滤材料由长纤维构成时，通过将光照射至长纤维的一端，光线就能通过长纤维照射到所有的光催化剂，光催化剂可从作为其支撑体的光导体的内部直接接收光线，并产生光催化作用。
在本实施方案中所使用的过滤材料可根据其用途进行适当选择。优选，所述光导体在下面所述的加热温度下不会软化分解、熔融或软化，并且不会与光催化剂发生反应。作为光导体材料，可使用玻璃、陶瓷、晶体和塑料。
此外，在本实施方案中光催化过滤装置的材料优选是不会降低光催化剂活性的材料。所述的不降低光催化剂活性的材料没有扩散入光催化剂中的杂质，不会对光催化剂的活性损害，可容易地在其上形成光催化剂薄膜，化学耐久性好，透明等，并且易于加工。
以重量％计，该材料包含30-80％的二氧化硅和0-10％的碱性成份。其例子有：低碱性的硅酸盐玻璃、硅铝酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃和非碱性玻璃组成。尤其是，优选用作不降低光催化剂活性的材料的玻璃材料以重量％计包含30-80％的SiO2，1-35％的Al2O3，0-30％B2O3，0-20％MgO，0-20％CaO，0-20％SrO，0-40％BaO，0-20％ZnO，0-10％Li2O，0-10％Na2O，0-10％K2O，0-10％Cs2O，0-10％Li2O+Na2O+K2O+Cs2O和0.1-65％MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO+Li2O+Na2O+K2O+Cs2O。
限制每一种组成的理由如下所述。
此外，为改善耐反玻璃化性、熔融性能、化学耐久性等或作为澄清剂、除上述组成以外，还可向不降低光催化剂活性的上述玻璃材料中添加不损害上述性能的一定量的材料，如：PbO，ZrO2，TiO2，As2O3，Sb3O3，SnO2，La2O3，P2O5，WO3，Bi2O3，Ta2O5，Nb2O5，Gd2O3，F等材料。
在本发明的制造方法中，对玻璃材料没有限制。例如，将上述各组分的分批原料置于铂坩埚内或其它的耐热容器中，并于1200-1650℃加热熔融约2-4小时。通过搅拌、澄清使熔融的玻璃均匀化，然后倒入渐渐冷却进行制备的铸塑模具中。
对于用于玻璃材料中的玻璃原料而言，其中每种组分可适当地使用通常用作玻璃材料的氢氧化物、碳酸盐、硝酸盐、硫化物、氧化物、氮化物等。
在实施方案中构成光催化剂过滤器装置的过滤器结构体与图1所示的相同。
对于将光催化剂纤维体形成波纹状或在表面上形成突起物而言，可使用在各领域中的各种已知的技术。
另外，当形成光催化剂纤维时，可使用制造光催化剂纤维体的已知的技术。对于片状的光导体，可使用制造玻璃板的已知方法。另外，为了形成蜂窝状的光导体，使玻璃原料等成粒并压实成蜂窝状，或者使中空的光导体加工并成形成蜂窝状。
接着，本发明实施方案的第二个特征在于，通过对捕获的物质进行加热，使捕获的物质热分解或气化，以从过滤器中除去。具体地说，作为通常可通过光催化作用而分解的物质，可分解烟雾、灰尘、大气灰尘、香烟烟尘、颗粒、病毒、细菌、有毒气体、污泥、三卤甲烷等。同时，当这些物质在高温进行加热时，它们将被热分解。另外，通过与氧气氛等的反应，可使这些物质气化。因而，在本发明中，通过将这些捕获的物质加热至热分解和气化温度(下面将热分解或气化称之为“热反应”)，提供了使捕获的物质产生热分解反应的作用(下面称之为“热反应产生作用”)。在本发明中，热反应还表示，有机物质被加热碳化后的热分解或气化。所述加热通过设置在光催化过滤装置中的加热装置来进行。
对加热装置没有特别的限制。例如可使用加热器加热、燃烧加热、反应热加热、微波加热、线圈加热、灯加热、电阻加热或另外常用的加热装置。对于直接加热过滤器而言，将加热装置连接至过滤器上，或者设置成通过水或其它的液体、大气、氧化物或其它的气体或其它的介质(下面只称之为“介质”)进行加热。
加热温度需保持在过滤器不丧失其作为光催化过滤装置的作用的范围内。具体地说，加热温度如下：在该温度时过滤材料不丧失起过滤器的作用，并且通过与介质的反应，载在过滤器上的光催化剂既不热分解，也不气化，另外该光催化剂也不会损失，而且还不会受损害。
当该温度处于过滤材料不会丧失过滤作用时的温度时，加热温度为过滤材料不与介质发生反应的温度。当过滤材料为玻璃时，该温度为玻璃化转移点或更低。在陶瓷的情况下，该温度为分解温度或更低。在晶体或塑料的场合，该温度为其晶体的熔融点和分解点或更低的温度。在金属的场合，该温度需是熔融点或更低。如果该加热温度超过所述的温度，该过滤器将熔化、变形或损坏，而且该过滤器将丧失其过滤作用。具体地说，加热温度为50-650℃、尤其优选的是350-500℃。如果加热温度低于50℃，上述光解反应促进作用的程度将大大地减小，并且在实际使用中这将与不进行加热的场合没有区别。另一方面，如果加热温度超过650℃，那么所捕获的物质等将产生燃烧反应，因此存在着温度无法控制的可能性。在本发明中，该加热温度是当进行加热时过滤器或捕获的物质所能达到的最大温度。可从上述温度范围内适当地选择加热温度。就热反应产生作用而言，加热温度需是捕获物质的热反应起始温度或更低。为降低捕获物质的热反应起始温度，优选将氧等包括入气化的介质中。另外，在催化剂方面，光催化剂具有降低热反应起始温度的作用。
在光线照射光催化剂的同时，通过加热提供了光解反应促进作用，而当捕获的物质通过过滤器进行捕集时，提供了热反应产生作用。因而，在捕集捕获到的物质时，可适当地选择加热时间。
对于本发明实施方案的光催化过滤装置而言，通过应用各种加热方法，可构成无需养护的光催化过滤装置。
图8-11是显示根据本发明的光催化过滤装置各种实施方案的视图。
在示于图8的例子中，加热器15排列在光催化剂片材6的层合体的各层之间。
在示于图9的例子中，加热器15和光催化过滤部分20依次排列在被过滤物质的通道(18)中。
在示于图10的例子中，将光催化过滤部分20、加热器15和搅拌捧19安装在包含混浊液16(作为被过滤的物质)的容器17中，其安装方式如下，即搅拌混浊液16，以便通过光催化过滤部分20，同时通过加热器加热该混浊液16。
在示于图11的例子中，将燃烧器用作加热装置，而不使用加热器15。
如上所述，在本发明实施方案中的光催化过滤装置促进了光催化剂的光解反应，并能进一步使捕获到的物质热分解或气化。为此，本发明的光催化过滤装置能处理大体积的捕获物质。因而，将本发明的光催化过滤装置与照射光线的光源结合以提供光催化作用的光催化过滤装置可用作具有大量捕获物质的过滤器，或可用作仅用光催化剂的光解作用不能进行处理的过滤装置，或甚至于在废气净化装置(DPF)中用来除去包括在柴油机废气中的，由黑烟、未燃烧的烃和润滑油组成的固体颗粒物质(颗粒)，由此，充分发挥了其作用。
另外，如上所述，本发明实施方案中的光催化过滤装置具有大的除去捕获物质的能力，并且还具有使光照射至光催化剂上的光源以及产生热反应的加热装置，此外由于其大的除去捕获物质的能力，还形成了无需养护的过滤装置。因此，为了过滤流体，甚至当被过滤的物质连续地流动时，在本发明光催化过滤装置的使用方法中，也无需中断过滤操作来除去捕获的物质。因此，当将该过滤装置用作清洁房间的空气过滤器、空气清洁器等的处理气体的过滤器，或过滤流体的淡水或海水净化过滤器或处理另外的溶液的过滤器，尤其是循环过滤器时，该装置可在没有养护下几乎永久地过滤流体。
在下面，还将基于一实施方案详细地描述本发明的第二实施方式。
在该实施方案中，将本发明第二实施方式的光催化过滤装置用于DPF中。
如图12所示，在该实施方案的光催化过滤装置中，在柴油机22的排气部分后面的排气管18a中安装过滤部分20a，该过滤部分20a具有加热器51，而且还提供光照射装置13a，以便将光线照射至激活光催化剂的过滤部分20a上。
过滤部分20a通过如下步骤而形成：将含有图13的表中示出的组分的玻璃加工成直径5微米的长纤维，将该长纤维织成能捕获柴油机废气中的颗粒的、在图1(e)中示出的过滤片，再将二氧化钛施加至该过滤片的表面上。另外，作为过滤部分20a，可使用一束带有在其表面上形成的光催化剂的光催化剂纤维体。该束的一端通至外面，在此处可提供光线。在这种场合，对于布置在外面的部分，为了防止光线的泄漏，只是该外面部分能用光学纤维来制成。
另外，作为过滤部分20a，可使用图1(h)中示出的结构。当使用图1(h)中示出的结构的过滤器时，通过开口引入废气。在聚集部分，没有任何光催化剂载在光导纤维体的表面上，而是用光学纤维形成包层材料。接着使该聚集部分朝外，由此可提供激活的光线。
加热器51缠绕在被整个充分地加热的过滤部分20a的四周。如果需要，该加热器51可在不妨碍被过滤流体流动和光照射下加热过滤部分20a，并可具有耐久性等。
光照射装置13a由带有光学纤维束的紫外灯(未示出)来引导光线，并且以光线能完全照射至过滤部分20a的方式使该光发射端的面积增大。作为光照射装置13a，只要能使光线充分照射整个过滤部分20a，当然也可使用另外的系统。
在上述装置中，通过驱动柴油机22，废气颗粒以0.01g/s的排放速率排出。当开始驱动时，开始将光线照射至过滤器上并用绕在过滤器四周的加热线圈进行加热，直到光催化过滤部分20a和废气颗粒达到图13的表中示出的试验加热温度为止。保持该温度直到发动机关闭为止。在这种场合，可将加热线圈的热量和废气的热量用作加热装置。作为光源，使用连续发射300-400纳米光线的紫外灯。在发动机停止后，对过滤器进行检测。结果发现，几乎没有废气颗粒粘附于过滤器上，并且，该光催化过滤装置能以0.01g/s或更大的速率除去捕获的废气颗粒。
此外，当需要增加光源至实际提供过滤作用的部分的距离时，作为示于图2的光催化剂纤维体11，只需对相应于进行过滤作用的部分，在光导纤维的表面部分上形成光催化剂。对于其它部分，当将光导纤维用作芯时，将包层材料形成于光导纤维的表面上，以便构成光学纤维。由此，能在没有中间泄漏的情况下将发自光源的光线有效地照射到光催化剂上。
光催化剂纤维体11通过如下步骤制得：将使用高纯度原料的硅铝酸盐熔于铂坩埚中；利用挤推法将该熔融的玻璃成形为纤维体；利用溶胶-凝胶法用二氧化钛薄膜覆盖该玻璃纤维体。将二氧化钛薄膜的厚度调节至0.5微米。
在本发明中，在可见紫外光范围内，二氧化钛的折射率在2.1-2.6之间，而硅铝酸盐的折射率约为1.5。因此，在该纤维体中，相应于包层的部分具有比相应于芯的部分更高的折射率。
通过使用所述的光催化过滤部分20a的结构来代替示于图11中的光催化过滤部分20a，制得了DPF装置。通过使用该DPF装置，当开动柴油机时将光线照射光催化剂。与此同时，将加热线圈固定在被加热的过滤器上，直至光催化过滤部分20a和废气颗粒达到图13的表中的试验加热温度为止。保持该温度直到发动机关闭为止。在发动机停止后，对过滤器进行检测。结果发现，几乎没有废气颗粒粘附于过滤器上，并且，该DPF能以0.01g/s或更大的速率除去捕获的废气颗粒。
在上述实施方案中，将本实施方式中的光催化过滤装置应用于DPF中。作为构成光催化过滤装置的过滤器，通过使用由网状结构体形成的过滤器(通过编织如图1(c)中示出的光催化剂纤维体4)，或如示于图1(d)的棉花状光催化剂纤维体5形成的过滤器，例如可构成“杀菌装置”，“污泥、三卤甲烷除去装置”等。在这种场合，可得到这样的装置，其处理能力远远超过常规的无加热装置的装置。此外，该装置在除去死细菌等方面，具有特别优异的清洁能力。
上述实施方案的光催化过滤装置通过升高反应温度的光催化剂促进了光解反应。因此，当与其中只是增加光导入量的常规系统相比，该光催化过滤装置提供了显著增加的光催化作用，并增加捕获物质的除去量。另外，在本实施方式的光催化装置中，过滤器捕获的物质能通过热分解或气化而除去。还有，在本实施方式的光催化过滤装置中，就通过过滤器捕获的物质而言，不仅提供了上述的光解促进作用，而且提供了热反应产生作用。因此，当通过过滤器捕获要被捕获的物质时，可除去大量要被捕获的物质，由此实现了无需养护的过滤器。因此，在该实施方式中，可实现无需养护的光催化过滤装置。使用本实施方式的光催化过滤装置的、被过滤流体物质的处理方法，与常规的过滤器不同，本过滤方法无需中断，以便除去捕获的物质。甚至当被过滤的物质是连续的流体时，几乎可永久地进行处理。
现在描述本发明的第三实施方式。
图14是根据本发明第三实施方式的过滤装置100的简图。在下面将参考图13来描述该第三实施方式。
通过将大量长纤维体7进行集束形成过滤材料聚集体，构成了本实施方式的过滤装置。构成过滤材料的长纤维体7材料例如是玻璃、陶瓷、玻璃陶瓷、金属、塑料、晶体等。尤其是，只要该材料是能用作过滤材料的光导体，那么对该材料就没有限制。
可适当地选择该长纤维体7的直径，该直径优选从1-200微米。如果该直径小于1微米，那么该纤维本身的强度将不足。当从一面导入光线时，其效率将受损害。另一方面，如果直径例如超过200微米，那么提供过滤作用的表面积与过滤器所占体积的比率将明显减少，这将是不切合实际的。
对长纤维体7的长度和数量没有特别的限制，可根据用途进行适当选择。另外，所有长纤维体7的长度可以相同，或可根据需要而改变。
在本实施方式的过滤装置中，大量长纤维体7在一端形成开口30作为被过滤物质的进口部分，而在另一集束端形成聚集部分31。因此，在根据本实施方式的过滤装置中，从开口30至聚集部分31形成的围绕的空隙部分32(下面被称之为“空隙部分”)构成了提供过滤作用的过滤部分。
当构成过滤装置的过滤材料的结构如上所述时，该过滤部分33的过滤面积能够增加。当作为被过滤流体通道的空隙部分32朝着其深度方向渐渐变窄时，流动流体的压差将得到一定程度的补偿，并且，还将降低过滤部分33内表面上各部分之间的压差。因此，能有利地减轻收集时的偏差。
作为长纤维体7的集束方法，首先可利用夹具12等将长纤维体捆紧，利用粘合剂等使它们彼此粘结、热熔融等。然而，所述的方法并不局限于这些方法。
在过滤部分33中，长纤维体7可以是基本直的或弯曲的。就均匀收集效率而言，优选基本直的构型。另外，可适当选择在过滤部分33中长纤维体7相对于聚集部分长纤维体中心轴向的弯曲角度θ(下面将简称为“弯曲角θ”)。具体地说，获得最大收集效率时的θ角将随压力损失的幅度而改变。然而，过大的弯曲角将导致过多的光线泄漏，而过小的θ角将增大装置的尺寸。因此，优选该弯曲角从5-15度。
另外，该开口30可以是圆形、椭圆形、多边形或其它的构型。当该开口为圆形时，该过滤部分具有基本上圆锥形的侧壁，这将增加收集效率。通过形成如星形、尤其是多边星形这样的开口，可增大过滤部分的表面积，并降低压力损失。但这种开口并不是必需的。
作为具有开口30的空隙部分32的成形方法，将骨架材料例如具有圆锥形或角锥形侧壁的网状体、圆形或多边圆环形材料或螺旋形骨架材料插入长纤维体7的集束体中。该方法并不是限制性的。具体地说，只要能在集束的长纤维体的聚集体中提供开口部分30，并且能在没有任何阻碍下使被过滤的物质通过该过滤材料，那么就可将任何方法应用于本实施方式的过滤装置。
在本发明中，作为具有低压力损失和高过滤能力的过滤器，通过将相对大直径(约100微米)的纤维用作长纤维体7，将大大地增大过滤部分中长纤维体的空隙。长纤维体层合层的厚度被增加。另外，通过使用直径为70微米或更细的超细纤维，形成了类似多角星形横截面的开口，由此增大了过滤部分的表面积。
长纤维体的直径优选从0.1-150微米，更优选从0.1-100微米，尤其优选从1.0-30微米。如果该直径小于0.1微米，其制备将有困难，而且加工也将有困难。另一方面，如果直径超过150微米，那么纤维的制备将发生困难，而且，对于过滤器，其收集效率将明显下降。
长纤维体的长度和数量没有特别的限制，并且可根据其用途进行适当选择。另外，所有长纤维体的长度可以相同或可根据需要而改变。
当将光直接从光导体照射至光催化剂上时，在如示于图6的纵向、以波纹状形成的长纤维体7是有利的。另外，作为过滤器，更为优选的是示于图5的纤维结构体，所述结构体带有在光导体1表面上形成的载在突起物14上的光催化剂。此外，如图7所示，该结构体以曲率半径朝其未端渐渐变小的曲线构型构成，光线泄漏量可在纵向得以均匀，由此提供了均匀的光催化作用。
通过使用光催化剂纤维体，通过简单地将光催化剂纤维体进行集束或层合而得到具有足够空隙的过滤材料。另外，甚至当通过流体时，该空隙也不会改变，并且可在很长一段时间内保持足够的空隙。此外还可在不进行纺丝过程的情况下使用过滤材料。甚至可使用迄今为止很难构成过滤材料的光催化剂纤维体。另外，由于增大了过滤部分的表面积，因此，当通过利用表面反应对流体进行净化时，可增加净化效率。
所述空隙可根据波纹或突起物的大小或间距、长纤维体的层合间隙等任意地改变。
虽然对形成在长纤维体上的突起物的间距没有特别的限制，但优选该间隙为直径的约2-20倍，更优选为3-30倍。如果间隙为纤维直径的两倍或更小，那么，由于通道的减少，将增大阻力损失。另一方面，如果间隙超过纤维直径20倍，那么将很难保持纤维之间的空隙，并且可能会降低过滤作用。突起物的直径优选为0.3-100微米。
例如，可以圆形、未定形、棒形、鳞片形、纤维、多孔或另外的构型形成突起物。所有突起物的尺寸可以相同，但就收集效率而言，在入射面的尺寸增大，并延着发射面减小。因此，分散了收集密度，增加了收集效率和过滤寿命。对突起物的分布密度没有特别的限制，并可根据需要，通过考虑间隙、压力损失、流体的压力或量、过滤材料的强度、直径和厚度、所希望的收集效率等进行适当的设计。作为突起物的材料，例如可使用陶瓷、玻璃、陶瓷玻璃、金属、树脂、晶体等。用作过滤材料的材料可以与在其表面上形成的突起物的材料相同或不同。
此外，如图7所示，当将光导体用作长纤维体7时，该结构体以曲率半径渐渐变小(同时其曲线增大)的曲线构型构成。在长纤维体近端具有大量光线的部分和在远端具有少量光线的部分之间，光线泄漏量几乎相同。光线能有效地供至光催化剂上。
当通过长纤维体承载光催化剂时，本发明的过滤器可利用光催化反应。
承载光催化剂的长纤维体材料和光催化剂材料与第二实施方式所述的材料相同。
在其中将光线射到过滤材料未端上的过滤装置中，由光导体组成的长纤维体是光催化剂的支撑体，并且还用作传送光线的导波通道，以便增加光催化反应。为此，需要将长纤维体的弯曲角θ设置成不丧失导波通道作用的程度。具体地说，该角度优选为15度或更小。
在其中将光线射到过滤材料未端上的过滤装置中，即使过滤材料被污垢、灰尘、污泥等覆盖，光线也能照射光催化剂。因此，不会损害催化剂的作用。另外，与通过外部进行照射相比，由于光线通过光导体射到光催化剂上，因此，绝大多数来自光源的光能能有效地照射到光催化剂上。因此，无需强紫外光或大尺寸的光源。
在这种场合，当光线沿聚集方向照射到过滤材料的末端上时，作为优选的结构，在过滤材料聚集部分处的入射光几乎不会泄漏至长纤维体的外面。相反，在过滤部分处的入射光能容易地泄漏至长纤维体的外面。在这种结构中，即使光源不能设置在过滤部分的附近，也能使用该实施方式的过滤器。另外，还能将所有的入射光照射光至催化剂。
为此，承载过滤材料聚集部分的长纤维体部分构成了光学纤维，而相应于过滤材料过滤部分的长纤维体的其它部分优选构成一材料，通过该材料，光线在供至光催化剂之前泄漏出，而不是使用承载光学纤维的包层的材料而泄漏出。
作为能用于本发明的包层材料，例如，可使用石英玻璃或其它低折射率的玻璃，有机树脂等。另外，在过滤部分中，不提供任何包层，但芯优选是暴露的。尤其优选的是，将折射率高于芯的折射率的光催化剂载在芯暴露部分的表面上。
如上所述，本实施方式的过滤装置可用于废气净化装置，用来除去包括在柴油机废气中的、由黑烟、未燃烧的烃和润滑油组成的固体颗粒物质(颗粒)；用于清洁房间的空气过滤器；用于清洁空气等的处理气体的过滤器；淡水或海水的净化过滤器或处理另外的溶液的过滤器或其它的各种应用。
下面，将基于一实施方案更详细地描述第三实施方式。
图15是显示将本实施方式中的过滤装置应用于柴油颗粒过滤器(DPF)的视图。
在直径为30微米长度为600毫米的长纤维体上，以约100微米的间距将直径为30微米的突起物形成于形成过滤部分的部分上，将0.1微米厚的二氧化钛薄膜固着在表面上，并将石英玻璃包层形成于形成聚集部分的该部分的表面上。通过将8000×338根长纤维体进行集束，用夹具12将该束的一端固定，并从另一端，将具有圆锥形侧壁(顶角约90度)的不锈钢网插入该长纤维体束的中心部分，形成一开口，由此形成了过滤器。在本发明中，作为长纤维体的材料，使用能耐高温(100-700℃)的硅铝酸盐玻璃(玻璃化转移温度为100-700℃)。另外，还能使用石英玻璃(玻璃化转移温度为1100℃)等。
通过用不锈钢外壳材料40覆盖过滤器，并排列在过滤材料的开口侧，外流圆柱50连接至外壳材料40上，而内流圆柱35在插入外流圆柱50的位置连接至过滤材料的开口30上，将废气的内流口31和外流口51固定。此外，通过安装在聚集部分的一端照射紫外光的光源60，构成了DPF。
在该实施方案的DPF中，如图15中箭头所示，通过入口圆柱35从内流口31进入过滤材料的开口20的废气到达过滤部分的内壁。在该达到位置，废气以横切构成过滤材料的长纤维体70的方向穿过该过滤器，与此同时，通过该长纤维体除去了颗粒。接着，穿过过滤器的废气通过过滤器和外流口51外面的外壳材料之间的空隙通道52排出。在这种场合，在该实施方案中，过滤器的空隙部分沿其深度方向渐渐变窄。因此，补偿了流动废气的压差，通过该过滤器均匀地过滤了废气，并且在没有收集偏差下有效地收集了颗粒。
在该DPF的实施方案中，在到达聚集部分之前，使已通入过滤器的废气完全穿过该过滤器，并通过过滤器和外壳材料40之间的空隙通道52排出。除内流口和外流口以外，将外壳材料40内的空间封闭。因此，气流方向朝着外流口51的方向改变，并且气体立即从该外流口51排出。
用这种方式，在DPF的实施方案中，由于废气通道完全与光源分开，因此，不存在任何设计上的困难。该DPF是特别有用的。
在DPF的实施方案中，通过从过滤材料70聚集部分达一端将光线射至长纤维体上，从过滤部分的长纤维体中射出的光线借助光催化作用而使粘附在长纤维体上的颗粒发生光学分解。
在本实施方式的过滤器中，仅仅是通过将光线照射至处于聚集部分的长纤维体的横截面上，便能容易地将光线引入到所有的长纤维体上。由于长纤维体的长度几乎相同，因此，在横截面方向上几乎没有光解能力的差别。另外，由于各长纤维体的弯曲角θ较小，各长纤维的弯曲角差也较小，因此，在长纤维体之中引入的光线的射入量也只有很小的差别。因此产生了均匀有效的光解作用。
如上所述，根据本实施方案的DPF的结构具有简单和廉价的机械装置，与此同时，能实现无需养护的长寿的过滤器。
根据该实施方案，增大了过滤部分的面积，并且能获得具有良好收集效率的过滤器。
另外，在过滤材料中，当空隙部分从开口起渐渐变窄时，进入的流体的压差将得到一定程度的补偿。这将减少过滤器内周表面上各部分的压差。因此，将有利地减轻收集偏差。
此外，作为长纤维体，通过使用在纵向以波纹状形成的长纤维体，或者使用带有在其表面上形成的突起物的长纤维体，只需集束或层合该长纤维体，便能形成具有足够空隙的过滤材料。另外，甚至当通过流体时，该空隙也将保持不变。在该过滤器中，在很长一段时间内能保持适当的空隙。此外，由于增大了过滤部分的表面积，因此，当利用表面反应净化流体时，增加了净化效率。
另外，当将该实施方式的过滤器用作利用光解作用的过滤器时，光线能引入所有的长纤维体内。光线能充分并均匀地到达光催化剂。因此，能提供无需养护的长寿的过滤装置。
此外，通过在本实施方式的过滤装置中提供加热装置，还能提供第二实施方式的作用。
现在对本发明第四实施方式进行描述，在这一实施方式中，本发明应用于柴油颗粒的过滤器(DPF)。该过滤装置的实施方式将参考附图进行详细说明。
该实施方式的最佳特征部分在于，该DPF由一种或两种或多种超细玻璃纤维组成，纤维的直径在1微米和70微米之间。
就过滤理论而言，用于收集柴油颗粒的超细玻璃纤维的直径优选在1-70微米之间。此外，优选该超细玻璃纤维的直径为5-50微米，更优选为5-30微米。为形成具有所述直径的超细玻璃纤维，可使用已知的光学纤维的制造技术。可容易地获得预定直径和长度的超细玻璃纤维。通过利用直径为1-50微米的超细玻璃纤维，能减小装置，而增大表面积，由此增加了净化能力。
另外，在本实施方式中，为了获得高的热耐久性，优选使用玻璃化转变温度为700℃或更高的超细玻璃纤维。对于超细玻璃纤维，可使用硅铝酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃、石英玻璃等。
图16-22示出了根据本实施方式的各种DPF的结构。
图16示出了织成束的玻璃纤维80。在该例子中，通过使用不同直径的玻璃纤维，将大直径的纤维布置在中心部分而将小直径纤维布置在四周。然而，所有的纤维也可具有相同的直径。另外，纤维的直径也可从中心部分朝着外周方向渐渐增加。
图17示出了在它们之间有一定空间81的织成束的玻璃纤维80。用与图16相同的方式，使玻璃纤维80的直径具有各种结构图案。
在图18中，为了使中心部分成中空，支撑部分82由玻璃，金属，陶瓷或晶体组成。在该中心部分四周，将玻璃纤维80织成束。用与图16和17相同的方式，使玻璃纤维80的直径具有各种结构图案。
在图19(a)和(b)中，将玻璃纤维85，85a和85b织成网状结构。用与图16和17相同的方式，使玻璃纤维的直径具有各种结构图案。另外，甚至当将玻璃纤维织成布时，也能形成与网相同的结构。
在图20(a)和(b)中，将玻璃纤维80形成作为过滤器的结构的相对于通道的若干层。
图21示出了其中玻璃纤维绕成棒的结构。另外，在该结构中，纤维的直径可以改变。
在图22中，为了使棒状结构的中心部分成中空，支撑部分82由玻璃、金属、陶瓷或晶体组成。将玻璃纤维80绕在该中心部分四周。另外，在该结构中，纤维直径也能改变。
另外，可将光催化剂有效地形成于部分或全部的超细玻璃纤维表面上。在这种场合，通过从超细玻璃纤维的一端将光线引入到超细玻璃纤维中，光线被供至在超细玻璃纤维表面上形成的光催化剂上，由此增加了光催化作用。因此，能分解/除去粘附于超细玻璃纤维上的物质。
此外，还有效地提供了加热光催化剂和DPF捕获的物质(黑烟，未燃烧的烃、润滑油等)的加热装置。因此，能有效地燃烧掉油烟。另外，通过对光催化剂的加热，能增加借助于光催化剂的光解反应的反应速率。
上述实施方式涉及DPF。本发明可应用于例如用于清洁房间的空气过滤器或用作空气清洁器的其它的过滤器或相同方式的其它的过滤器。
现在将描述本发明第五实施方式的过滤装置中使用的过滤材料。
本发明过滤材料的特征在于，将突起物形成在过滤器基料的表面上。
在本发明中，对过滤器基料的构型、材料等没有特别的限制。可使用各种已知的过滤器基料。
作为过滤器基料的构型，例如，可使用纤维、板、棒、珠、布、颗粒(包括多孔体)或其它已知的构型。然而，当考虑到只需通过集束或层合过滤材料便可得到廉价过滤器时，优选纤维构型或板状构型。
作为过滤材料的材料，例如，可使用陶瓷、玻璃、玻璃陶瓷、金属、金属网、树脂、塑料、晶体等。
对在过滤基料表面上形成的突起物的构型和材料没有特别的限制。可使用各种材料和构型。
例如，可以球形、无定形、棒形、鳞片形、纤维、多孔形或其它的形状形成突起物。
作为突起物的材料，例如，可使用陶瓷、玻璃、玻璃陶瓷、金属、树脂、晶体(例如氧化铝、氧化锆、氧化钛、富铝红柱石、堇青石、氧化镁、钛酸钡等)颗粒(例如，玻璃状、结晶和其它的颗粒)。该玻璃基料可与玻璃基料表面上形成的突起物的材料相同，或与之不同。
对突起物的形成方法没有特别的限制。
对该突起物的分布密度没有特别的限制，并且根据需要，通过考虑空隙(网目)、压差、液体的压力和量、基料的强度、直径和厚度、收集效率等，能适当地进行设计。
现在对本发明过滤材料的制造方法进行描述。
本发明过滤材料的制造方法的特征在于，将突起物形成在过滤基料的表面上。
作为在该表面上的突起物的形成技术，在各领域的各种技术均是已知的。这些技术均可使用。
下面，将描述突起物各种方式的形成方法。
第一种方式是通过将颗粒附着在光催化剂纤维体基料的表面上的形成方法。还包括下面的各种方式。在本发明中，光催化剂纤维体基料是没有承载任何光催化剂的基料。将颗粒附着在没有承载任何光催化剂的光催化剂纤维体基料的表面上，以形成突起物，并且将光催化剂形成在该突起物上。由于就光催化剂的表面积、突起物的强度等而言较为有利，因此使用该方法。
(1)将由颗粒混合、分散或悬浮于粘合剂组分中形成的涂布液施加至光催化剂纤维体基料的表面上的方法。
(2)将粘合剂组分施加至光催化剂纤维体基料的表面上并在该粘合剂组分固化前与颗粒混合的方法。
(3)热熔化光催化剂纤维体基料和颗粒的方法。在该方法中，这两种物质可同时进行加热，可将颗粒分散在加热的光催化剂纤维体基料的表面上，或可将加热的颗粒或熔融的颗粒分散在光催化剂纤维体基料的表面上。
(4)将固化后可形成颗粒的液体分散或喷射至光催化剂纤维体基料的表面上进行固化的方法。
(5)利用试剂等改变光催化剂纤维体基料表面的质量，将颗粒附着至该表面上并进行固化的方法。具体地说，例如，在利用有机溶剂使丙烯酸树脂或其它有机树脂的表面熔融之后，将颗粒附着至该表面上，再进行固化。
对于上述方式(1)-(5)中使用的颗粒，例如可使用玻璃状的或结晶的颗粒。作为玻璃状颗粒，可使用石英玻璃、钠钙硅酸盐玻璃和非碱性玻璃。有许多结晶颗粒，但通常是氧化铝、氧化锆、氧化钛、富铝红柱石、堇青石、氧化镁、钛酸钡等。
第二种方式是在光催化剂纤维体基料的表面上的突起物的形成方法，还包括下面的各种方式。
(1)通过使用金属模具在在光催化剂纤维体基料的表面上形成突起物的方法。
(2)通过将金属模具的构型转移至光催化剂纤维体基料的表面上而形成突起物的方法。
(3)通过蚀刻光催化剂纤维体基料的表面而形成突起物的方法。在该方法中，通过使用已知的石印技术，可形成矩形的、任意排列和亚微型分布密度的突起物。能制备出超精细的过滤器。
第三种方式是通过将颗粒与光催化剂纤维体基料进行混合并成形而在光催化剂纤维体基料的表面上形成突起物的方法。
现在描述根据本发明的过滤装置。
本发明过滤装置的特征在于，使用带有在其表面上形成的突起物的过滤材料。
由于在上面已经描述了带有在其表面上形成的突起物的过滤材料，因此进一步的说明将被省略。
当通过使用本发明的过滤材料构成过滤器时，可根据过滤器的材料、构型等使用过滤器的已知的组成方式。
此外，当通过使用带有在其表面上形成的突起物的纤维来构成过滤器时，只需将许多纤维集束并在相同的方向固定，即可构成带有所需空隙(网目)的过滤器。可根据突起物的大小、间隙、分布密度等任意地改变网目的粗糙度。
图23(a)和(b)示出了具体的例子。示于该图中的过滤装置由外壳101和成束纤维的过滤器102构成。
外壳101由外框103和在进口和出口侧构成通风面的、具有粗糙网目结构的通风元件104组成。在外壳101内部，均匀且几乎平行地排列纤维102，并且通过压缩其相对于通风元件104的两侧而固定。
纤维102是带有突起物的长纤维状纤维，所述突起物具有所需的尺寸，并且在其表面上以一定的间隔形成。网目的粗糙度可根据纤维表面上的突起物的尺寸而任意改变。例如，当使用带有在其表面上形成的粒径为1微米的突起物的直径为5微米的纤维作过滤材料时，可捕获超细的颗粒。
此外，当纤维表面上所有颗粒的尺寸均相同时，将增加入口侧的收集效率，但该收集效率并不优越。然而，通过增加入口侧突起物的尺寸，并减小通向出口侧的突起物的尺寸，将分散收集密度，由此增加收集效率和过滤器的寿命。
当将带有在其表面上形成的突起物的基材用作过滤材料形成过滤器时，只需简单地对许多基材进行层合和固着，便可形成具有所需空隙(网目)的过滤器。另外，在这种场合，网目的粗糙度可根据突起物的尺寸、空隙和分布密度、基材的空隙等进行任意改变。
可将催化剂(包括表面反应促进物质)载在构成本发明过滤装置的过滤材料的表面上。
在这种场合，根据本发明，当与没有突起物的过滤材料相比时，由于突起物形成在过滤材料的表面上，因此，增大了表面积，并因此增加了具有利用表面反应而净化流体的功能的过滤器的效率。
在本发明中，对催化剂(包括表面反应促进物质)没有特别的限制，可使用具有流体净化功能的任何物质。
在本发明中，将过滤材料用作光导体，以引导激活光催化剂所需波长的光线。所述光催化剂被载在该过滤材料的表面上。被光导体引导的光线从光导体的表面发射出，并射到光催化剂上。由此组成了所述的光催化过滤装置。
在这种场合，在过滤材料表面上的突起物可由具有光催化作用的颗粒构成。此外，包括突起物的过滤材料的整个表面可用具有光催化作用的薄膜覆盖。另外，具有由透明颗粒、不透明颗粒或光催化剂颗粒组成的突起物的过滤材料的整个表面可用具有光催化作用的薄膜覆盖。
作为光导体材料，例如可使用玻璃、陶瓷、塑料、晶体等。可单独使用其中之一的物质，或者可混合或复合(例如键合等)两种或多种材料。
作为光导体的构型，例如，可使用纤维、蜂窝、网、布、层、棉花状等。可单独使用其中之一的构型，或者可复合(例如键合等)两种或多种构型。
作为光催化剂，可使用氧化钛或其化合物、氧化铁或其化合物、氧化锌或其化合物、氧化钌或其化合物、氧化铈或其化合物、氧化钨或其化合物、氧化钼或其化合物、氧化镉或其化合物、以及氧化锶或其化合物。可单独使用其中之一的光催化剂，或者混合或复合(例如共存等)两种或多种光催化剂。
作为所使用的光催化剂的承载方法，例如，可使用溶胶-凝胶法、全气溶胶法、洗涤/涂布法、蒸发法、喷镀法、热分解法、金属氧化法等。薄膜的厚度例如约在1纳米至1毫米之间。
另外，可向光催化剂中添加增强光催化剂活性层、增强粘结强度、增加稳定性、增强光反应、增强吸收性或提供另外的作用的添加剂；或者将所述添加剂用作底涂层。作为底涂层材料，可使用Cr，Ag，Cu，Au，Pt，Ru，Pd，Rh，Sn，Si，In，Pb，As，Sb，P或另外的金属，其氧化物或其化合物。
对于照射光催化剂的光线，其波长、密度等，可根据光催化剂的种类适当地选择。例如，当光催化剂是二氧化钛时，优选能激活光催化剂的200纳米至500纳米的紫外光。作为光源，可使用汞灯、汞氙灯等。
另外，通过考虑折射率，可选择光催化剂和光导体材料。由于与在其芯中包围光线的光学纤维不同，光线需要从作为覆盖材料的光催化剂侧射出，因此，可选择与光导体材料相比具有更高折射率的光催化剂。
另外，通过使用在芯的四周备有包层的光学纤维，形成没有包层的芯暴露部分，并且将折射率高于该芯的光催化剂载在该芯暴露部分上。
优选可将上述的光催化过滤装置用作柴油颗粒过滤器(DPF)，以除去包括在柴油机废气中的由黑烟、未燃烧烃和润滑油组成的固体颗粒物质(颗粒)；用作处理气体的过滤器(例如用于清洁房间的空气过滤器)，用作处理液体的过滤器(例如淡水或海水净化过滤器)等。
下面，将以实施例更为详细地描述本发明。
实施例1
将平均粒径为5微米的石英玻璃填料悬浮于通过四乙氧基硅的水解而制备的溶胶溶液中，以制得涂布液。
在使用浸涂法将该涂布液涂布至直径为125微米的玻璃纤维上之后，于450℃进行热处理1小时。
在所得到的纤维表面上粘附大量的颗粒。可获得具有不规则表面的纤维。此外，甚至当对该纤维进行强摩擦时，粘附至该表面上的颗粒也不会被分开。
实施例2
将平均粒径为2微米的富铝红柱石颗粒悬浮于通过四乙氧基硅的水解而制备的溶胶溶液中，以制得涂布液。
在使用浸涂法将该涂布液涂布至直径为250微米的不锈钢纤维上之后，于400℃进行热处理1小时。
在该得到的纤维表面上粘附大量的颗粒。可获得具有不规则表面的纤维。此外，甚至当对该纤维进行强摩擦时，粘附至该表面上的颗粒也不会被分开。
实施例3
通过网版印刷，将紫外光硬化树脂印刷在氧化铝基板的表面上。向印刷了紫外光硬化树脂的这部分上分散平均粒径为0.1mm的钠钙玻璃珠。然后，照射紫外光，以使该树脂硬化。
将大量颗粒粘附至所得到的氧化铝基材的表面上。得到了具有不规则表面的基材。此外，甚至当对该基材进行强摩擦时，粘附至该表面上的颗粒也不会被分开。
实施例4
将平均粒径为0.1毫米、经加热的不锈钢颗粒分散至聚乙烯板材的表面上。
经加热的颗粒使该基材的表面熔融，并粘附至该表面上。此外，甚至当对该基材的表面进行强摩擦时，粘附至该表面上的颗粒也不会被分开。
实施例5
在将热硬化环氧树脂喷涂至氧化铝基板的表面上之后，加热该基板，以使该环氧树脂硬化。
将大量平均粒径为0.2毫米的环氧树脂突起物分散在所得到的氧化铝基板的表面上。甚至当对该基材的表面进行强摩擦时，粘附至该表面上的颗粒也不会被分开。
实施例6
通过将丙酮喷涂至丙烯酸基材的表面上而使之熔化。在将平均粒径为50微米的钠钙玻璃珠分散至该表面上之后，对该基材进行干燥。
将大量玻璃珠粘附至所得到的基材的表面上。由此得到了具有突起物的基材。此外，甚至当对该基材的表面进行强摩擦时，粘附至该表面上的颗粒也不会被分开。
实施例7
向具有半球形凹口的金属模具中倾倒热硬化环氧树脂，加热并使之硬化；所述凹口的直径为0.5毫米，深度为0.25毫米，纵横向的排列间距为2毫米。
结果，得到了在其表面上具有大量突起物的基材。
实施例8
将平均粒径为7.5微米的石英玻璃珠悬浮于水解液中，所述水解液是在少量水存在的条件下，通过四乙氧基硅的水解而制备的。对所得到的溶胶液进行加热以促进缩聚反应，以致使液体具有足够进行纺丝的粘度。在将溶胶液纺成纤维之后，在800℃加热一小时。
将大量基于石英玻璃珠的突起物形成在所得到的纤维的表面上。该纤维的平均直径为100微米。
实施例9
如图24(a)和(b)所示，使用实施例1制备的纤维，将纤维102平行集束并将该束的两端用金属网105固定，由此制得一过滤器。
与具有相当空隙的小的纤维过滤器相比，所得到的过滤器具有更高的收集效率，而且其性能能保持很长的一段时间。
实施例10
如图25(a)-(c)所示，使用实施例3制备的基材，将带有突起物珠的氧化铝基材平行(图25(b))地层合至其表面上(图25(c))，由此制得过滤器。
所得到的过滤器具有能进行捕获的小颗粒直径、高精度和高收集效率，并且其性能能保持很长一段时间。
实施例11
在将实施例1中制备的纤维载在光催化剂(二氧化钛)上之后，如图3(a)所示，将纤维切成预定的长度，并象档板一样进行排列。将纤维的一端固定，以便制备基础元件，该制备方式以光线从一端能照射到每一根纤维为准。如图3(b)所示，基础元件以90度角相交。由此，制得了防护栅式的柴油颗粒的过滤器(DPF)。
由于DPF使用在其上带有突起物的纤维，因此，与没有突起物的DPF相比，其催化剂的作用和收集效率更高。
如附图所示，虽然上文参考优选的实施方案已对本发明进行了描述，但本发明并不局限于上述实施方案。
例如，为方便起见，只对附图进行了简单的描述。纤维的直径、填充密度等并不局限于附图中所示的方式。
另外，突起物的大小和材料也不局限于所述的实施方案。
此外，甚至在其上带有突起物的、现有技术中描述的常规的三种过滤材料也能完成基于突起物的本发明的作用。
另外，本发明的过滤材料能用于液晶显示、光雾玻璃(haze glass)等的扩散板(漫射板)。
如上所述，根据本发明的实施方式，通过改变突起物的尺寸和分布密度，能容易和高精度地控制空隙(网目)。另外，只需简单地对在其上带有突起物的过滤材料进行集束或层合，便能得到过滤器。因此，与现有技术不同，能廉价地获得精细的过滤器。
另外，由于在过滤材料的表面上形成的突起物提供了空隙，因此，该空隙甚至在通过液体时也将保持不变。该空隙能保持很长一段时间。因此，过滤作用能保持很长一段时间。
此外，使用该过滤材料基本上无需织造过程。因此，甚至迄今为止难于用作长纤维过滤器的长纤维直径的纤维也能用作过滤材料。
另外，与没有突起物的表面相比，由于突起物形成在过滤材料的表面上，因此，增大了表面积，并且增加了通过表面反应具有净化流体作用的过滤器的过滤效率。
现在将描述根据本发明第六实施方式的承载光催化剂的玻璃材料。
在本发明中，考虑到对光催化活性的损害，对玻璃材料中碱性组分的允许极限进行限定。此外，考虑到形成光催化剂薄膜的难易、化学耐久性、耐热性、优异的透光性、和廉价的制造，对玻璃组分进行限定。
本发明、承载光催化剂的玻璃材料优选包含：0-10％(重量)的碱性组分，和30-80％(重量)的二氧化硅。例如，优选的组分是低碱性硅酸盐玻璃、硅铝酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃和非碱性玻璃。
然而，硼酸盐玻璃和磷酸盐玻璃相对于水的化学耐久性较差，并且将不希望地降低承载力和光催化剂薄膜的光催化作用。
在本发明的组成范围内的玻璃材料能在1650℃或更低的温度熔化，与石英玻璃相比，有利地降低了制造成本。此外，在本发明的组成范围内的玻璃材料具有优异的化学耐久性、耐热性和透光性(透明性)，因此作为承载光催化剂的基础材料是优异的。
另外，当与石英玻璃相比，本发明的玻璃材料能容易地形成纤维，并且承载纤维状光催化剂的基础材料能容易且廉价地制造出。
此外，本发明的玻璃材料是相对于激活75％或更多光催化剂的波长具有透光度的光导体，所述光导体的厚度为10毫米，并且是承载光催化剂的优异的玻璃材料。
因此，该玻璃材料适于在第一至第五实施方式中用作承载光催化剂的光导体。
对于上述玻璃材料的其它组分而言，能使用各种已知的组分和组成。
考虑到各种性能，以重量％计，本发明的承载光催化剂的玻璃材料优选包含：30-80％的SiO2，1-35％的Al2O3，0-30％B2O3，0-20％MgO，-20％CaO，0-20％SrO，0-40％BaO，0-20％ZnO，0-10％Li2O，0-10％Na2O，-10％K2O，0-10％Cs2O，0-0％Li2O+Na2O+K2O+Cs2O和0.1-65％MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO+Li2O+Na2O+K2O+Cs2O。
此外，以重量％计，本发明的承载光催化剂的玻璃材料更优选地包含30-65％的SiO2，1-20％的Al2O3，0-20％B2O3，0-20％MgO，0-20％CaO，0-20％SrO，0-40％BaO，0-20％ZnO，1-60％MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO，0-10％Li2O，0-5％Na2O，0-5％K2O，0-5％Cs2O，0-5％Li2O+Na2O+K2O+Cs2O和1-60％MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO+Li2O+Na2O+K2O+Cs2O。
上述组成范围内对各组分进行限制的理由如下。
二氧化硅，作为形成玻璃的组分，在本发明的组分中是不可缺少的。如果二氧化硅少于30％(重量)，那么，耐反玻璃化性和化学耐久性将受到损害。如果二氧化硅超过80％(重量)，那么玻璃的粘度将变大，并且难于熔化。因此，二氧化硅的含量需在30-80％(重量)的范围内。出于同样的理由，优选二氧化硅的含量为30-80％(重量)，更优选为30-65％(重量)，特别优选为50-60％(重量)。
Al2O3增加玻璃的化学耐久性和耐热性，并降低液体的温度。然而，如果Al2O3的含量超过35％(重量)时，将损害耐反玻璃化性。因此，Al2O3的含量需在0-35％(重量)范围内。出于同样的理由，Al2O3的含量优选为1-20％(重量)，更优选为15-20％重量。
B2O3降低玻璃的粘度并有效地改善熔化性能。然而，如果B2O3的含量超过30％(重量)，那么相分离的趋势将增大，而且几乎得不到匀质玻璃。因此，B2O3的含量优选为0-15％(重量)，更优选为0-10％(重量)。
当适量进行添加时，MgO，CaO，SrO，BaO和ZnO能调节玻璃的性能和熔化性能。
在本发明中，MgO降低所得到玻璃的热膨胀系数和粘度。如果其量超过20％(重量)，那么将降低玻璃的耐反玻璃化性。因此，MgO的含量需为0-20％(重量)。出于相同的理由，MgO的含量优选为0-10％(重量)，更优选为0-5％(重量)。
CaO提供与MgO几乎相同的作用。如果其量超过20％(重量)，那么将降低玻璃的耐反玻璃化性。因此，CaO的含量需为0-20％(重量)。出于相同的理由，CaO的含量优选为0-10％(重量)，更优选为0-5％(重量)。
SrO增加玻璃的耐反玻璃化性。然而，如果其量超过20％(重量)，那么将降低玻璃的耐反玻璃化性。因此，SrO的含量需为0-20％(重量)。出于相同的理由，SrO的含量优选为0-10％(重量)，更优选为0-5％(重量)。
BaO提供与SrO几乎相同的作用。然而，如果其量超过50％，那么将降低玻璃的耐反玻璃化性。因此，BaO的(含量)需为0-50％(重量)。出于相同的理由，BaO的含量优选为0-30％(重量)，更优选为0-5％(重量)。
如果MgO，CaO，SrO，BaO和ZnO的总含量超过65％(重量)，那么，将损害耐反玻璃化性。因此，MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO的含量需为0-65％(重量)。出于同样的理由，其总含量优选为10-30％(重量)，更优选为10-20％(重量)。
碱性组分Li2O，Na2O，K2O和Cs2O降低玻璃的粘度并改善熔化性能。如果这些碱性组分的总含量超过10％(重量)，那么，将不希望地损害光催化剂的活性。因此，Li2O+Na2O+K2O+Cs2O的含量需为0-10％(重量)。出于同样的理由，其总含量优选为0-5％，更优选为0-2％(重量)。
此外，除上述组分以外，为改善耐反玻璃化性、熔化性能、化学耐久性等，或作为澄清剂等，可将其用量范围不致损害上述性能的PbO，ZrO2，TiO2，As2O3，Sb3O3，SnO2，La2O3，P2O5，WO3，Bi2O3，Ta2O5，Nb2O5，Gd2O3，F等添加至本发明的上述的玻璃材料中。
对本发明玻璃材料的制备方法没有特别的限制。例如，分批称量原料以便落入上述的玻璃组成范围内，将其置于铂坩埚或其它的耐热容器中，然后在1200-1650℃进行加热熔化约2-4小时。通过搅拌、精制使熔化的玻璃变得均匀，然后倾入铸模中，渐渐地进行冷却以便进行制备。
对于用来制备本发明玻璃材料的玻璃原料而言，可适当地使用通常用作玻璃原料的氢氧化物、碳酸盐、硝酸盐、硫化物、氧化物、氮化物等。
对本发明玻璃材料的尺寸、构型等没有特别的限制。例如，可以平板、纤维、棒、珠、粉未或其它的各种形式使用本发明的玻璃材料。
对载在本发明玻璃材料上的光催化剂没有特别的限制。例如，可使用氧化钛或其化合物，氧化铁或其化合物，氧化锌或其化合物，氧化钌或其化合物，氧化铈或其化合物，氧化钨或其化合物，氧化钼或其化合物，氧化镉或其化合物，以及氧化锶或其化合物。可单独使用其中之一的光催化剂，或者可混合或复合(例如独立地共存等)其中的两种或多种光催化剂。
作为将所使用的光催化剂承载在本发明玻璃材料上的方法，可使用溶胶-凝胶法、全气溶胶法、洗涤/涂布法、蒸发法、喷镀法、热分解法、金属氧化法等。该薄膜的厚度例如在约1纳米至1毫米之间。
对于照射光催化剂的光线，其波长、密度等，可根据光催化剂的种类适当地选择。例如，当光催化剂是二氧化钛时，优选能激活光催化剂的200纳米至500纳米的紫外光。作为光源，可使用汞灯、汞氙灯等。
另外，可向光催化剂中添加增强光催化剂活性层、增强粘结强度、增加稳定性、增强光反应、增强吸收性或提供另外的作用的添加剂；或者将所述添加剂用作底涂层。作为所添加的物质，可使用Cr，Ag，Cu，Au，Pt，Ru，Pd，Rh，Sn，Si，In，Pb，As，Sb，P或另外的金属，其氧化物或其化合物。
优选将使用由承载在本发明玻璃材料上的光催化剂组成的光催化剂过滤器的过滤装置用作柴油颗粒过滤器(DPF)，以除去包括在柴油机废气中的由黑烟、未燃烧烃和润滑油组成的固体颗粒物质(颗粒)；用作处理气体的过滤器(例如用于清洁房间的空气过滤器、空气清洁器)，用作处理液体的过滤器(例如淡水或海水净化过滤器)等。
在本发明中，突起物可以形成在玻璃材料的表面上。因此，当与没有突起物的表面相比，增大了表面积，并且增加了使用表面反应具有净化液体作用的过滤器的过滤效率。
在本发明中，对催化剂(包括表面反应促进物质)没有特别的限制。可使用具有净化液体作用的任何物质。
下面，将描述本发明的实施方案。
实施例1-5
制备具有示于图26的表中的组成的玻璃材料。
在这些实施例的每一个中，均可使用通常用作原料的氢氧化物、碳酸盐、硝酸盐、硫化物、氧化物、氮化物等。在对各实施例中各原料以熔化并渐渐冷却后该组成为示于表1中的玻璃组成这样的方式进行称量，将得到的原料混合物(分批原料)在1200-1650℃加热并熔融约2-4小时。对该熔化的玻璃消泡，并通过搅拌、澄清、使质量变得均匀，倾倒入铸造模具中然后渐渐冷却，由此得到玻璃料。
从该玻璃料切出100×100×2mm的板材，并对该板材的两面进行抛光，由此形成基材。利用浸涂法用二氧化钛溶胶涂布该基材玻璃，干燥，然后在500℃燃烧一小时。当通过X光衍射对所得到的薄膜进行测量时，发现，该薄膜的主要成分是锥型钛白粉。该薄膜的厚度为1微米。
将市售的色拉油施加至在其上载有光催化剂的基材玻璃上。将该基材玻璃在1KW汞灯下搁置一小时之后，测量重量的下降量。
结果是，实施例1-5的基材玻璃上的光催化剂在一小时后分解掉0.01-0.02mg/cm2的色拉油。
对比例1
用与实施例1-5相同的方式制备在其上载有光催化剂的基材玻璃，所不同的是，该玻璃组成如图26的表中所示。
结果是，在一小时后重量下降为测量极限或更低。在对比例1的基材玻璃上的光催化剂几乎不分解色拉油。
在上面已参考优选的实施方案对本发明进行了描述，但本发明并不局限于上述的实施方案。
例如，玻璃的组成、玻璃材料的构型、以及光催化剂的种类并不局限于所述的实施方案。
本发明的承载光催化剂的玻璃材料可广泛地用于过滤器以外的各个领域，作为玻璃材料，它不降低光催化剂的活性。
如上所述，本发明的承载光催化剂的玻璃料使用没有杂质扩散入光催化剂中的不会对光催化剂的活性损害、可容易地在其上形成光催化剂薄膜、化学耐久性好、透明等，并能廉价地进行制备的玻璃组成，因而它是优异的承载光催化剂的玻璃材料。
此外，通过调节组成，可容易且廉价地获得细纤维的、耐热性能和其它性能优异的承载光催化剂的玻璃材料。
现在将描述光照射方法(本发明的第七实施方式)。该光照射方法可应用于上述的光催化剂过滤器中，或者可应用于当光线需要有效地照射被照射的物体时的场合。用于光照射的各种光照射装置可具有如图1(a)-(h)所示的结构。
此外，当形成光照射纤维时，可使用已知的光学纤维的制造工艺。对于片状光导体，可使用已知的玻璃板制造工艺。另外，为了形成蜂窝状的光导体，将玻璃等原材料造粒并压实成蜂窝状，或在蜂窝中加工中空的光导体并成形。
作为高折射率的物质，可使用玻璃、陶瓷、塑料或晶体等。
上述光导体1，3，6或光照射纤维4，5，7的两端组成了让光进入的入射部分。将来自光源(未示出)的光线，例如可见紫外光照射到该入射部分上。
上述光照射纤维和光源形成了光照射装置。由光导体从光源引导并从高折射率物质中射出的光线照射被照射的物体(反应剂)。
参考下述实施方案描述光照射装置的具体实施例。
(实施方案1)
在实施方案1中，将本发明的光照射方法和装置应用于柴油颗粒过滤器(DPF)。
在柴油机的废气中，包括有由黑烟、未燃烧的烃、润滑油等组成的固体颗粒物质(颗粒)。这些颗粒是由于燃料中的烃的不完全燃烧而产生的。当存在于废气中时，烃就变成黑烟。因而，该烃向大气中排放将对环境不利。为此，为了除去废气中的颗粒并使之变得最少，用适当的过滤器收集颗粒。在该实施方案中，利用上述的光照射纤维来收集颗粒。通过将从光源至光导体引导的、并从高折射率物质中射出的光线照射至收集的颗粒上，而燃烧这些颗粒。
将该实施方案的DPF设置在柴油机排气口后面的排气管的中间。安装在排气管中的DPF由基础元件组合而成。如图3(a)所示，将纤维切成预定的长度象挡板一样进行排列，以形成光催化剂纤维。所述基础元件由许多光催化剂纤维11，支撑许多光催化剂纤维11一端的夹具12，和将所需用于燃烧收集颗粒的光线照射至光催化剂纤维11的支撑端的卤灯13组成。
如图3(b)所示，将两个成90度或适当角度的基础元件以如下方式进行排列，以使光照射纤维11组成防护栅，该防护栅是基础过滤器。为增加表面积和收集比率，用一个或两个或多个基础过滤器来组成DPF。
对于构成光催化剂纤维11的光导体而言，所使用的是耐高温(100-700℃)废气的硅铝酸盐玻璃(玻璃化转移温度为500-800℃)，或石英玻璃(玻璃化转移温度约为1100℃)。光照射纤维11的纤维直径约在1微米至150微米之间。对于高折射率物质，可使用二氧化钛。
上述光照射纤维11按如下方法进行制备。将使用高纯度原料的硅铝酸盐玻璃熔化在铂坩埚内，用推挤法将该熔化的玻璃成形成纤维，并利用溶胶-凝胶法用二氧化钛覆盖该玻璃纤维。在这种场合，当添加粘结强度增强剂以增加粘结强度时，可进一步增强二氧化钛薄膜的保护作用。将该薄膜的厚度调至0.5微米。如图4所示，制备光照射纤维结构。
在本发明中，二氧化钛的折射率在2.1和2.6之间，而硅铝酸盐玻璃的折射率约为1.5。因而，相当于包层的二氧化钛薄膜的折射率更高。因此，从卤灯13射至光催化剂纤维11上的光线从光导体1的表面射出并且还从高折射率物质中射出。该射出的光线有效地燃烧所收集的颗粒。
(实施方案2)
在实施方案2中，将本发明的光照射方法和装置应用于紫外杀菌装置。
图27是实施方案2的紫外杀菌装置的示意图。在该紫外杀菌装置中，利用固定在金属管114壁上的O型环115将许多光照射纤维116集成束。光照射纤维116的一端通过连接在金属管114上的固定金属113固定。此外，在金属管114的外面，安装紫外灯111和折射镜112。从紫外灯111发射出并通过折射镜112折射的光线，从由固定金属113固定的光照射纤维114的一端射至光照射纤维116上。
在所述的结构中，当水从金属管114中通过时，通过从光照射纤维114的高折射率物质中射出的紫外光对水进行杀菌。通过调节光照射纤维116的间距，该紫外光照射装置还具有用于捕获细菌等的过滤器的作用。因而，在可靠地进行杀菌之前，可暂时捕获细菌。
另外，通过调节光照射纤维116的长度，还能调节紫外光照射装置的杀菌能力。
在该紫外光照射装置中，由于大量光照射纤维114间的间隙较窄，因此，紫外光能可靠地照射污染更为严重的湖水等。而且其杀菌能力可以非常高。
本发明并不局限于上述的实施方式，本发明允许有各种变更。
例如，本发明的光照射方法和装置可应用于潜在的用途(interiorpurpose)。
工业实用性
利用其中光线从承载光催化剂的光导体的内部直接照射该光催化剂这样的简单结构，能有效地进行光线照射。
因而，当本发明的光催化剂过滤器装置用于处理流体时，能实现无需养护的、耐久的装置。
另外，本发明的光催化剂过滤器不仅能用作柴油颗粒过滤器，而且还能用作清洁房间的空气过滤器，空气清洁器等。
Claims (13)
1、一种光催化剂过滤器，包括由多个长的光导过滤体元件形成的束；每个所述过滤体元件包括一个由透光材料形成的纤维，该纤维作为光导通路，使活化光催化剂所需的光经过其传导，每个所述的纤维具有沿其长度方向分布的多个突起物，在所述的束中的纤维之间形成许多通道，使得在过滤污染物时，液体能够通过其间；还包括形成于每个所述纤维和所述突起物的表面上的光催化剂层，其中由所述纤维的纵向端表面入射的光线漏出到所述的光催化剂层上，使得当所述光线沿所述的纤维传播时，能够直接照射所述的光催化剂层。
2、权利要求1所述的光催化剂过滤器，其中所述的多个纤维包括玻璃纤维。
3、权利要求1所述的光催化剂过滤器，其中所述的透光材料包括：30-80重量％的SiO2，
1-35重量％的Al2O3，
0-30重量％的B2O3，
0-65重量％的MgO，CaO，SrO，BaO和ZnO的组合，
0-10重量％的Li2O，Na2O，K2O和Cs2O的组合，
并且所述MgO，CaO，SrO，BaO，ZnO，Li2O，Na2O，K2O和Cs2O的组合占0.1-65重量％。
4、权利要求1所述的光催化剂过滤器，其中所述的光导过滤体元件在厚度为10毫米时，对用于激活所述光催化剂的波长的光的透射率为75％或更大。
5、权利要求1所述的光催化剂过滤器，其中所述的光催化剂层具有比所述的光导过滤体元件的折射率高的折射率。
6、权利要求1所述的光催化剂过滤器，其中所述的突起物的直径为0.3-100微米，并且所述纤维之间具有0.3-100微米的缝隙。
7、权利要求1所述的光催化剂过滤器，其中所述的过滤体元件束还包括用于加热流经其通道的被过滤液体和加热所述的光导过滤体元件至预定温度的加热装置。
8、权利要求1所述的光催化剂过滤器，其中所述的多个纤维在一端束在一起形成终端，而在另一端形成开口用于接收被过滤的颗粒。
9、权利要求8所述的光催化剂过滤器，其中所述的开口用于接收来自发动机的含有颗粒的废气。
10、权利要求1所述的光催化剂过滤器，其中所述的光催化剂过滤器还包括将光引入所述的光导过滤体元件的光源。
11、权利要求1所述的光催化剂过滤器，其包括气体处理装置。
12、权利要求1所述的光催化剂过滤器，其包括用于处理气体并从中过滤颗粒的装置。
13、权利要求1所述的光催化剂过滤器，其中所述的透光材料包括选自如下的玻璃纤维材料：低碱性硅酸盐玻璃、硅铝酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃和非碱性玻璃；所述的材料含有30-80重量％的二氧化硅和0-10重量％的碱性组分。
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