JP2000262855A

JP2000262855A - 光触媒反応カートリッジ

Info

Publication number: JP2000262855A
Application number: JP7188499A
Authority: JP
Inventors: Tsunetoshi Shibuki; 恒利渋木; Hidetoshi Saito; 秀俊斎藤
Original assignee: KOSEI KK
Current assignee: KOSEI KK
Priority date: 1999-03-17
Filing date: 1999-03-17
Publication date: 2000-09-26

Abstract

(57)【要約】【課題】取扱いが容易であり、光触媒反応を効率良く行
うことができ、反応に使用する光触媒材料を部分的に交
換することができるとともに、光触媒反応の種類や用途
に応じて使用する光触媒材料を増加又は減少させること
のできる光触媒反応カートリッジを提供する。【解決手段】内壁面を鏡面加工したカートリッジ内に紫
外線ランプを設け、微細な開孔を多数有する基材表面に
光触媒被膜を形成した光触媒材料を着脱自在に保持させ
ることにより光触媒反応カートリッジを構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光触媒反応を利用
して空調用の空気、排ガス等の気体や、水、各種飲料、
排水等の液体を処理する装置に用いられる光触媒反応カ
ートリッジに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、二酸化チタン等のある種の金
属酸化物、硫化物等が優れた光触媒機能を有し、紫外線
を含む光を照射すると強力な還元力・酸化力を発揮する
ことはよく知られている。このような光触媒反応を利用
した光触媒反応装置としては、反応器本体内において二
酸化チタン粒子を懸濁させたものや、反応器本体の内表
面に二酸化チタン粒子を担持させたもの等が提案されて
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、反応器
本体内において二酸化チタン粒子を懸濁させたものは、
二酸化チタン粒子が極めて細かいので反応処理後に同粒
子を回収することが難しいなどの問題があった。また、
反応器本体の内表面に二酸化チタン粒子を担持させたも
のは、反応が二次元平面で起こる異相系反応器であり、
反応場の面積を増大させることが難しいことから、反応
器性能の向上に限界があり、効率的な光触媒反応が行え
ないものであった。そして、光触媒材料の一部が破損し
た場合または光触媒機能を失った場合には、使用してい
る光触媒を担持させた材料全体を交換する必要があっ
た。

【０００４】したがって、本発明はこれら従来技術の問
題点を解消して、取扱いが容易であり、光触媒反応を効
率良く行うことができ、反応に使用する光触媒材料を部
分的に交換することができるとともに、光触媒反応の種
類や用途に応じて使用する光触媒材料を増加又は減少さ
せることのできる光触媒反応カートリッジを提供するこ
とを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明では、上記課題を
解決するために次のような構成をとる。１．内壁面を鏡面加工したカートリッジ内に紫外線ラン
プを設け、微細な開孔を多数有する基材表面に光触媒被
膜を形成した光触媒材料を着脱自在に保持させたことを
特徴とする光触媒反応カートリッジ。２．光触媒材料の基材が、目開きが０．０１〜３．０ｍ
ｍ、開孔率が３〜５０％である網状体であることを特徴
とする１に記載の光触媒反応カートリッジ。３．光触媒材料の基材が、孔径が０．０１〜３．０ｍ
ｍ、開孔率が３〜５０％である貫通孔を有する板状体で
あることを特徴とする１に記載の光触媒反応カートリッ
ジ。４．光触媒材料が開孔の内側部全面に光触媒被膜を形成
したものであることを特徴とする１〜３のいずれか１項
に記載の光触媒反応カートリッジ。５．カートリッジの内壁面にも光触媒被膜を形成したこ
とを特徴とする１〜４のいずれか１項に記載の光触媒反
応カートリッジ。６．光触媒被膜が、結晶表面と垂直方向に（００１）、
（１００）、（２１１）、（１０１）及び（１１０）か
らなる結晶面から選択された方向に配向された二酸化チ
タン結晶配向膜であることを特徴とする１〜５のいずれ
か１項に記載の光触媒反応カートリッジ。７．二酸化チタン結晶配向膜の厚さが０．１μｍ以上で
あることを特徴とする６に記載の光触媒反応カートリッ
ジ。８．二酸化チタン結晶配向膜が大気圧開放型ＣＶＤ法に
より形成されたものであることを特徴とする６又は７に
記載の光触媒反応カートリッジ。９．光触媒材料の基材が金属、ガラス、陶磁器、セラミ
ックス、炭素又はプラスチックから選ばれたものである
ことを特徴とする１〜８のいずれか１項に記載の光触媒
反応カートリッジ。１０．カートリッジの内壁面が光を乱反射するように鏡
面加工したものであることを特徴とする１〜９のいずれ
か１項に記載の光触媒反応カートリッジ。１１．カートリッジの内壁面が表面に凹凸を多数設けた
ものであることを特徴とする１０に記載の光触媒反応カ
ートリッジ。１２．カートリッジの内壁面に係止部を設け、光触媒材
料を係止部に着脱自在に保持させたことを特徴とする１
〜１１のいずれか１項に記載の光触媒反応カートリッ
ジ。１３．紫外線ランプを光透過性の保護部材で覆ったこと
を特徴とする１〜１２のいずれか１項に記載の光触媒反
応カートリッジ。１４．カートリッジ内部に光透過性の保護部材で覆った
紫外線ランプを設け、紫外線ランプの周囲に光透過性の
材料により構成され光触媒材料を着脱自在に保持させた
ケースを配設したことを特徴とする１〜１３のいずれか
１項に記載の光触媒反応カートリッジ。１５．紫外線ランプをカートリッジ内での流体の移動方
向と平行に設け、光触媒材料を紫外線ランプに対して垂
直方向に配置したことを特徴とする１〜１４のいずれか
１項に記載の光触媒反応カートリッジ。１６．カートリッジが流体が漏洩しないように密封性を
有するものであることを特徴とする１〜１５のいずれか
１項に記載の光触媒反応カートリッジ。１７．カートリッジを相互に連結する連結部材を有する
ことを特徴とする１〜１６のいずれか１項に記載の光触
媒反応カートリッジ。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明では光触媒反応の効率を高
めるために、内壁面を鏡面加工した材料によりカートリ
ッジを構成する。このようなカートリッジを構成する材
料としては目的とする光触媒反応装置に必要とされる強
度、耐腐食性等を有するものであれば、特に制限はな
い。好ましい材料としては、例えば鋼、ステンレス鋼、
アルミニウム、各種合金等の金属、ガラス、陶磁器、セ
ラミックス、プラスチック等が挙げられる。これらの材
料により構成されたカートリッジの内壁面を鏡面加工す
るには、（１）ステンレス鋼、アルミニウム等のように
それ自体が鏡面を有する材料を使用する、（２）材料表
面に電気メッキ、化学メッキ、蒸着等の表面処理を施す
ことにより鏡面を形成する、（３）材料表面にあらかじ
め鏡面加工した他の材料を接着剤、ビス等により固着す
る等の方法が挙げられる。カートリッジ内壁面の鏡面加
工は、内壁面全体に施してもよく、また内壁面に部分的
に施してもよい。

【０００７】カートリッジの内壁面は、光触媒反応の効
率を一段と改善するために、紫外線ランプから放出され
たＵＶ光が乱反射するように鏡面加工することが好まし
い。ＵＶ光を乱反射させるには、例えば内壁面に三角
錐、四角錐、半球状等種々の形状の凹凸を設ける、表面
に多数の溝状のキズを設ける等の方法が挙げられる。カ
ートリッジを鋼、ステンレス鋼、アルミニウム等の金属
材料により構成した場合には、カートリッジに必要な強
度を具備し、型押し等による凹凸加工等の加工性に富
み、また材料自体の研磨、表面処理等により容易に鏡面
を形成することができるので好ましい。また、カートリ
ッジの内壁面には、光触媒被膜を形成してもよい。内壁
面に光触媒被膜を形成した場合には、内壁面においても
光触媒反応が進行するとともに、内壁面の光触媒被膜を
構成する結晶間の微細な屈折率の違いによりＵＶ光がさ
らに乱反射されるので、光触媒反応の効率を一段と改善
することができる。カートリッジの形状には特に制限は
なく、円筒状、四角柱、五角柱、六角柱等の多角柱状、
球状、あるいはこれらを組み合わせたもの等、任意の形
状とすることができる。

【０００８】カートリッジ内に配置する紫外線ランプと
しては、紫外線を含む光を照射することができるもので
あればよく、照射される紫外線としては遠紫外線でも近
紫外線でもよい。本発明で使用する紫外線ランプとして
は、例えば蛍光灯、低圧水銀灯、高圧水銀灯、超高圧水
銀灯、キセノン灯等が挙げられる。これらのランプは単
独で使用してもよく併用してもよい。紫外線ランプの数
や配置する位置には特に制限はなく、任意の数のランプ
を任意の位置に配置することができる。また、紫外線ラ
ンプを保護するために、ランプをアクリル樹脂等の透明
プラスチックやガラス等の光透過性の材料で覆うことが
でき、あるいはランプをこれらの光透過性の材料で構成
したケース内に収納し、該ケースをカートリッジに着脱
可能とするように構成してもよい。

【０００９】本発明の光触媒反応カートリッジ内には、
微細な開孔を有する基材表面に光触媒被膜を形成した光
触媒材料を着脱自在に保持させる。本発明の基材におけ
る好ましい微細な開孔としては、目開き（網目を構成す
る隣り合う線材間の距離）が０．０１〜３．０ｍｍであ
る網目、又は孔径が０．０１〜３．０ｍｍである貫通孔
が挙げられる。このような基材としては、（１）各種材
料により構成された網状体、（２）各種材料からなる板
状体に機械加工や電子ビーム等により貫通孔を設けたも
のや（３）スチールウール等の細径の繊維を編織せずに
重ね合わせて接合したもの等が挙げられる。基材となる
網状体としては、例えば金属繊維、ガラス繊維、炭素繊
維等の無機繊維や耐熱性プラスチック繊維等により構成
された網状体が挙げられる。網状体はこれらの繊維を平
織り、綾織り等により織って構成することができ、また
これらの繊維を織らずに重ね合わせ必要に応じて固着し
て構成することもできる。好ましい網状体としては、ス
テンレス線、スチール線等の金属線を織って得られる金
網が挙げられる。金網を構成する金属の線径としては約
０．０１〜３．０ｍｍ、好ましくは約０．０２〜１．０
ｍｍのものが用いられる。また金網の目開きは約０．０
１〜３．０ｍｍ、好ましくは約０．０２〜１．５ｍｍ
で、開孔率は３〜５０％、好ましくは１０〜４０％のも
のが用いられる。

【００１０】また、基材となる貫通孔を有する板状体を
構成する材料としては特に制限はなく、金属、陶磁器、
セラミックス、プラスチック等の微細な貫通孔を形成す
ることのできる材料はいずれも使用することができる
が、孔明け加工性や成形加工性等の点で鋼、ステンレス
鋼、アルミニウム、各種合金等の金属を使用することが
好ましい。板状体に形成する貫通孔の形状には制限はな
く、真円、楕円、長孔、角孔等任意の形状とすることが
できる。本発明における孔径としては、楕円や長孔、角
孔等の真円以外のものにおいては、短軸方向の径を意味
する。孔の配列状態は並列、千鳥状等任意であり、また
基材表面に対して垂直に孔を明けたもののほかに基材表
面に対して斜めに孔を明けたものとしてもよい。貫通孔
の好ましい孔径は０．０５〜１．５ｍｍ、特に好ましく
は０．１〜１．０ｍｍである。孔径が小さすぎる場合に
は、基材表面に二酸化チタン結晶配向膜等の光触媒被膜
を形成する際に孔が二酸化チタン等でふさがれることが
あり、一方、孔径が大きすぎる場合には、基材の開孔の
内側部を含めた全表面が相対的に小さくなるので、材料
に充分な光触媒活性を付与することが困難となる。板状
の基材に貫通孔を形成する方法には制限はなく、パンチ
ング等の機械加工や電子ビームによる孔明け等公知の方
法を使用することができる。

【００１１】基材表面及び所望によりカートリッジの内
壁面に形成する光触媒被膜としては、光触媒作用を有す
るものであれば特に制限はなく、例えばＴｉＯ_２、Ｚｎ
Ｏ、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＣｄＳ等が挙げられ、これらの被膜は
コーティング法、浸漬法、スパッタリング法、ＣＶＤ法
等公知の方法により形成することができる。好ましい光
触媒被膜としては、二酸化チタン結晶配向膜、特に結晶
表面と垂直方向に（００１）、（１００）、（２１
１）、（１０１）及び（１１０）からなる結晶面から選
択された方向に配向された二酸化チタン結晶配向膜が挙
げられる。このような特定方向に配向された結晶配向膜
は、大気圧開放型ＣＶＤ法により形成することができ
る。（特開平１０−１５２３９６号公報）

【００１２】本発明において二酸化チタン結晶配向膜と
は、二酸化チタンの単結晶からなる配向膜ならびに多結
晶からなる配向膜を意味する。ここで、単結晶配向膜と
は、材料学の分野で通常用いられるように、配向膜全体
が単一の結晶で構成されたものだけではなく、配向膜が
三次元方向の結晶方位が一致する多数の結晶により構成
されたものをも包含するものである。上記本発明の特定
方向に配向された二酸化チタン結晶配向膜を有する材料
は、気化させたチタンアルコキシド（原料錯体）を担体
となる不活性ガスとともに、大気圧開放下で加熱された
基材表面に吹き付けることによって、効率よく製造する
ことができる。

【００１３】二酸化チタン結晶配向膜を形成する原料と
しては、一般式Ｔｉ（ＯＲ）_４で表されるチタンアル
コキシドを使用する。（式中、Ｒは炭素数２〜１０のア
ルキル基を表す。）これらのチタンアルコキシドの中では、Ｔｉ（ＯＣ_２
Ｈ_５）_４（以下、「ＴＴＥ」と略記する）、Ｔｉ（Ｏ
−ｉ−Ｃ_３Ｈ_７）_４（以下、「ＴＴＩＰ」と略記
する）、Ｔｉ（Ｏ−ｎ−Ｃ_４Ｈ_９）_４（以下、
「ＴＴＮＢ」と略記する）が好ましく、中でもＴＴＩＰ
は二酸化チタンの堆積速度が速く、得られる配向膜の結
晶構造の制御も容易であることから、特に好ましい原料
である。

【００１４】本発明では、上記原料錯体を気化器で気化
し、担体となる不活性ガスとともに、大気圧開放下で加
熱された基材表面に吹き付け、基材表面に二酸化チタン
の結晶配向膜を形成することができる。担体となる不活
性ガスとしては、特に制限はなく、窒素、ヘリウム、ア
ルゴン等通常用いられる不活性ガスはいずれも使用可能
であるが、経済性等の点で窒素ガスを使用することが好
ましく、中でも液体窒素を通して水分を除去した窒素ガ
スを使用することが特に好ましい。原料錯体の気化温度
は、原料の種類に応じて調整するが、例えばＴＴＥ、Ｔ
ＴＩＰ、ＴＴＮＢの場合には、７０〜１５０℃とするこ
とが好ましい。

【００１５】不活性ガス担体により運ばれた原料錯体
を、大気圧開放下で加熱された基体表面に吹き付けるに
あたっては、スリット型のノズルから移動する基材表面
に吹き付けることによって、網状、平板状、円筒状等種
々の形状にあらかじめ成形した基材表面に、連続的に二
酸化チタンの結晶配向膜を形成することが可能となる。
二酸化チタンを含む塗料を使用し、塗布や浸漬等により
二酸化チタン被膜を基材表面に形成する従来の技術で
は、基材として多数の微細な開孔を有する基材を使用し
た場合には、被膜形成時に開孔内部が二酸化チタン粒子
によってふさがれ、貫通した開孔を有する材料を得るこ
とは困難である。また貫通した開孔が得られる場合でも
開孔の内側部全面に二酸化チタン被膜を形成することは
できず、開孔の内側部が部分的に二酸化チタン被膜で覆
われたものが得られることが多い。しかるに、溶媒等を
使用しない大気圧開放型ＣＶＤ法を採用した場合には、
基材の微細な開孔の内側部全面に二酸化チタン結晶配向
膜が形成され、しかも貫通した開孔を有する材料を製造
することが可能となる。また、原料の気化温度や供給
量、担体ガスの流量、基材温度等をそれぞれ調整するこ
とによって、得られる結晶配向膜の結晶構造を制御し、
結晶配向膜の配向方向、膜の厚さ、結晶の粒径や粒径分
布を所望のものに調整することが可能である。

【００１６】本発明では、基材表面に形成する二酸化チ
タン結晶配向膜を、結晶表面と垂直方向に（００１）、
（１００）、（２１１）、（１０１）及び（１１０）か
らなる結晶面から選択された方向に配向されたものとす
ることが好ましい。これらの特定方向に配向された二酸
化チタン結晶配向膜は、光、特に紫外線を照射した際
に、次のような種々の光触媒作用を発揮する。（１）顕著な抗菌作用（制菌作用及び滅菌作用）を有す
るとともに、死滅した菌や毒素等の菌の産生物を分解す
ることができるので、汚れを防止し持続性のある抗菌作
用を発揮する。（２）汚れの付着を防止するとともに、付着した汚れを
分解し、自然に降る雨や水洗により簡単に除去して表面
の光沢を維持する。（３）臭いの元となる物質を分解し、脱臭、消臭作用を
有する。（４）紫外線照射により水との接触角が減少して０度に
近くなり、水を弾かなくなる。したがって、表面に水滴
が形成されず一様な水膜となり、曇りを防止することが
できる。（５）空気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）や硫黄酸化物（Ｓ
０ｘ）を分解し、空気を浄化する。（６）有機ハロゲン化合物や油分等の水中の汚染物質や
飲食物中の汚染物質を分解し、水や飲食物を浄化する。（７）適当な色素と組み合わせることによって、太陽エ
ネルギーを電気に変換する。したがって、これら特定方向に配向された二酸化チタン
結晶配向膜を表面に有する光触媒材料を光触媒反応カー
トリッジに使用した場合には、種々の光触媒反応を効率
よく行うことが可能となる。

【００１７】本発明で、上記の特定方向に配向された結
晶配向膜は、ある１つの方向のみに配向された二酸化チ
タン結晶により構成されていても、２つ以上の方向に配
向された二酸化チタン結晶により構成されていても、同
様の効果を奏するものである。本発明において、基材表
面に形成する結晶配向膜の膜厚は、所望のものとするこ
とができるが、膜厚を０．１μｍ以上とすることによっ
て基材に抗菌性をはじめとする種々の特性を付与するこ
とができるので、通常は０．１〜１０μｍ、好ましくは
０．２〜２．０μｍとする。また、配向膜を形成する結
晶の粒径は、可視光線及び紫外線の波長と同程度とした
場合に顕著な抗菌性等の光触媒活性が得られ、特に、粒
径分布のそろった結晶配向膜とした場合にはその効果が
著しい。したがって、結晶粒径として、０．０１〜１μ
ｍ、粒径分布が実質的に平均値±１００％である結晶配
向膜とすることが好ましく、粒径分布が平均値±５０％
である結晶配向膜とすることが特に好ましい。本発明に
おける結晶の粒径分布は、材料学の分野での常法に従
い、つぎのようにして算出する。すなわち、図１９にみ
られるように、横軸に配向膜を構成する各結晶の粒径
（最大直径）、縦軸に結晶の個数をとって描いたヒスト
グラムにおいて、縦軸の最大値Ｙ_１の５０％以上のも
のを対象として（図１９の斜線部）、結晶粒径の平均値
及び粒径分布を算出するものである。

【００１８】また、他の好ましい材料としては、二酸化
チタンの結晶配向膜が網目構造を有するものが挙げられ
る。これらの材料としては、必要に応じて基材表面に二
酸化チタンの結晶配向膜形成後に、酸素雰囲気下でアニ
ーリング処理を施したものを使用することができる。本
発明で、結晶配向膜が網目構造を有するとは、針状の結
晶が交差した状態のものや、ハニカム状に配列した状態
のものを意味する。そして、酸素雰囲気下でアニーリン
グ処理をするとは、二酸化チタンからなる結晶配向膜を
大気圧下、電気炉を用いて酸素気流中で３００℃〜６０
０℃の任意の温度で数時間加熱することを意味する。

【００１９】本発明で、上記の微細な開孔を有する基材
表面に光触媒被膜を形成した光触媒材料を光触媒反応カ
ートリッジ内に着脱自在に保持させるには、例えば図３
にみられるようにカートリッジ内壁面に溝状の係止部を
形成し、この係止部に光触媒材料を挿入する構成とする
ことができる。光触媒材料が、比較的太径の網状体や貫
通孔を有する板状体を基板とするもののように剛性、自
立性を有する場合には、そのままカートリッジ内壁面に
設けた係止部に挿入するように構成することができる。
光触媒材料が細径の網状体を基板とするもののように剛
性、自立性が不足する場合には、光触媒材料の外周部に
金属材料等からなる枠体を設け、この枠体を係止部に挿
入するようにしてもよい。

【００２０】また図８にみられるように、光触媒材料に
紫外線ランプ挿入孔を設け、紫外線ランプに光触媒材料
を保持させるようにしてもよい。その際に、紫外線ラン
プ外周部にはランプを保護する枠体や、アクリル樹脂、
ガラス等の光透過性材料により構成された保護部材を設
け、枠体や保護部材に光触媒材料を着脱自在に保持させ
ることが好ましい。さらに、図３にみられるように、ア
クリル樹脂、ガラス等の光透過性材料により光触媒材料
を着脱自在に収納するケースを構成し、このケースをカ
ートリッジ内に挿入するようにしてもよい。

【００２１】カートリッジ内における紫外線ランプと光
触媒材料の位置関係は任意に設定することができ、例え
ば図１にみられるようにカートリッジ側面部に紫外線ラ
ンプを設置し、ランプに隣接して内ケース内に保持した
光触媒材料を配置することができる。また図６にみられ
るように、カートリッジの両側面に紫外線ランプを設置
し、光触媒材料を両側から照射するようにしてもよく、
図７にみられるようにカートリッジの中央部に紫外線ラ
ンプを設置し、両側に光触媒材料を配置するようにして
もよい。光触媒材料をカートリッジ内に保持する方向に
は特に制限はなく、図１にみられるように、紫外線ラン
プと垂直に設置するほか、紫外線ランプと平行に設置し
てもよい。また、光触媒材料の形状も板状体に限定され
るものではなく、円筒状、半円筒状、同心円状等任意の
ものとすることができる。紫外線ランプをカートリッジ
内での流体の移動方向（通常は長手方向）と平行に設
け、光触媒材料を紫外線ランプに対して垂直方向に配置
した場合には、光触媒反応を受ける流体がカートリッジ
内に配置された全ての光触媒材料を通過する為、光触媒
被膜との接触面積が増大し、光触媒反応の効率が改善さ
れるので好ましい。

【００２２】光触媒反応カートリッジには、カートリッ
ジ同士を相互に連結する連結部材を設けることができ
る。カートリッジの連結方法としては、例えば図１０に
みられるようにカートリッジを直列に連結する方法や、
図１１にみられるように並列に連結する方法がある。連
結部材としては特に制限はなく、例えば直列に連結する
にはカートリッジの一端にカートリッジの外側寸法より
もやや寸法の小さい凸状のスリーブを設けるとともにカ
ートリッジ他端の内周部にこの凸状のスリーブを受入れ
る凹部を設け相互に嵌合させるもの、カートリッジの一
端の外周面に雄ネジ部、他端の内周面に雌ネジ部を設け
相互に螺合させるもの、カートリッジの両端にフランジ
部を設けボルト、クランプ等の止め具で固定するもの等
が挙げられる。また、カートリッジを並列に連結するに
は、カートリッジの上面外側に爪部を設けカートリッジ
の下面外側にこの爪部と嵌合する凹部を設けて爪部と凹
部を嵌合させるもの、カートリッジの上面及び下面の両
端部に延在部を設けボルト、クランプ等の止め具で固定
するもの等が挙げられる。カートリッジの両端に光触媒
反応を受ける流体の吸入口及び排出口を設ける場合に
は、複数のカートリッジを連結して使用するためには吸
入口及び排出口を着脱自在に構成することが好ましい。
連結部材を使用して複数のカートリッジを直列又は並列
に連結した場合には、光触媒反応の効率を大巾に向上さ
せることが可能となる。

【００２３】本発明の光触媒反応カートリッジは次のよ
うな優れた特徴を有するものである。（１）光触媒材料として多数の微細な開孔を有する基材
を使用して、開孔の内側部全面にも二酸化チタン結晶配
向膜等の光触媒被膜を形成し、しかもこの開孔が貫通し
ていることによって、単に基材表面に光触媒被膜を形成
した材料に比較して、光触媒活性を有する光触媒被膜の
全表面積が大巾に増大し、したがって得られる光触媒活
性も著しく増大する。（２）カートリッジ内壁面を鏡面加工したことにより、
紫外線ランプから照射された光が乱反射し、光触媒反応
の効率が向上する。（３）カートリッジ内に収納する光触媒材料の数を増減
することが可能であり、光触媒反応により処理する対象
物（空気、排ガス、水等の流体）の性状に合わせて、最
も効果的な反応カートリッジを簡単に構成することがで
きる。（４）カートリッジ内壁面にも光触媒被膜を形成した場
合には、光触媒の効率がさらに向上する。（５）紫外線ランプをカートリッジ内での流体の移動方
向と平行に設け、光触媒材料をランプに対して垂直方向
に配置した場合には、光触媒反応を受ける流体と光触媒
被膜との接触面積が増大し、光触媒反応の効率が一段と
向上する。（６）特定の方向に配向された二酸化チタン結晶配向膜
を使用した場合には、特に効率良く光触媒反応を行うこ
とができる。（７）種々の装置に使用可能なコンパクトなカートリッ
ジとすることができる。（８）複数のカートリッジを相互に連結して使用するこ
とが可能であり、光触媒反応の効率を大巾に向上させる
ことが可能となる。

【００２４】本発明の光触媒反応カートリッジによる処
理流体としては、空調用の清浄空気、排ガス等の気体
や、飲水、排水等の液体が挙げられ、下記のような気体
および液体が含まれる。例えば、気体としては、メチル
メルカプタン、アンモニア、硫化水素、アミン、アルデ
ヒド等の悪臭物質やホルムアルデヒド等を含む気体等が
挙げられ、液体としては、トリクロロエチレン、テトラ
クロロエチレン、クロロホルム、ダイオキシン等のハロ
ゲン化合物やシアン、農薬成分を含む液体、Ｈｇ、Ｃｄ
等の重金属イオンを微量含む液体等が挙げられる。した
がって、本発明の光触媒反応カートリッジは、空調用の
空気、排ガス等の気体や水、各種飲料、排水、風呂の循
環水等の液体を処理する装置、ゴミ処理装置等における
脱臭装置等巾広い用途に使用することができるものであ
る。また、活性炭フィルターや電気集塵装置等の従来の
フィルター類や送排気装置、送排水装置等と適宜組み合
わせて使用できることは言うまでもない。光触媒カート
リッジの寸法には特に制限はなく、カートリッジを適用
する装置の大きさや用途に応じて任意に設定することが
できる。

【００２５】

【実施例】つぎに、本発明の実施例を図面を参照しなが
ら説明するが、本発明はこれらの具体例に限定されるも
のではない。以下の実施例では、光触媒材料は特開平１
０−１５２３９６号公報に記載された装置と同様の装置
を使用して作製した。（製造例１）原料錯体としてＴＴＩＰを用い、原料気化
温度１２０℃、窒素ガス流量１．５ｄｍ^３／ｍｉｎ．で
ＴＴＩＰを気化させた。基材として、線径０．１ｍｍの
ステンレス線からなる１００メッシュの金網（目開き
０．１５４ｍｍ、開孔率３５％）を使用し、高温ゾーン
の温度４００℃に設置した加熱炉中に、１１１．７５ｍ
／ｍｉｎ．の速度で供給し、巾１．０ｍｍのスリットを
有するスリット型ノズルから上記原料ガス混合物を吹き
付け、基材表面に膜厚１．０μｍの二酸化チタン多結晶
配向膜を形成させた。得られた二酸化チタン多結晶配向
膜の状態を、走査型電子顕微鏡（以下、「ＳＥＭ」と略
記する）及びＸ線回折により観察したところ、多結晶配
向膜はアナターゼ構造を持ち、膜を形成する結晶表面と
垂直方向に（００１）面に配向されたものであった。ま
た、結晶の粒径は０．０１〜０．５μｍで、粒径分布は
０．２５±０．２５μｍであった。この多結晶配向膜の
表面のＳＥＭ写真を図１２（倍率１５０倍）及び図１３
（倍率３５０００倍）に示す。この多結晶配向膜は図１
２にみられるように、金網を構成するステンレス線の全
周囲にわたって均一に形成されている。また、図１３か
ら、この多結晶配向膜が網目構造を有することがわか
る。

【００２６】（製造例２）基材として、線径０．０２５
ｍｍのステンレス線からなる５００メッシュの金網（目
開き０．０２６ｍｍ、開孔率２６％）を使用したほか
は、製造例１と同様にして基材表面に膜厚１．０μｍの
二酸化チタン多結晶配向膜を形成させた。得られた多結
晶配向膜はアナターゼ構造を持ち、膜を形成する結晶表
面と垂直方向に（００１）面に配向されたものであっ
た。また、結晶の粒径分布は０．２５±０．２５μｍで
あった。この多結晶配向膜の表面のＳＥＭ写真を図１４
（倍率１５０倍）及び図１５（倍率５０００倍）に示
す。この多結晶配向膜は図１４にみられるように、金網
を構成するステンレス線の全周囲にわたって均一に形成
されている。

【００２７】（製造例３）基材として、厚さ１ｍｍのス
テンレス板に電子ビームにより貫通孔を形成したもの
（孔径０．１ｍｍ、開孔率３８％）を使用したほかは、
製造例１と同様にして基材表面に膜厚１．０μｍの二酸
化チタン多結晶配向膜を形成させた。得られた多結晶配
向膜はアナターゼ構造を持ち、膜を形成する結晶表面と
垂直方向に（００１）面に配向されたものであった。ま
た、結晶の粒径分布は０．２５±０．２５μｍであっ
た。この多結晶配向膜の表面のＳＥＭ写真を図１６（倍
率５０倍）、図１７（倍率５００倍）及び図１８（倍率
５０００倍）に示す。この多結晶配向膜は図１７にみら
れるように貫通孔の内側部全面に形成されている。ま
た、図１８からこの多結晶配向膜が網目構造を有するこ
とがわかる。

【００２８】（実施例１）図１〜図４は本発明の光触媒
カートリッジの１例を示す図であり、図１はカートリッ
ジを組立てた状態を示す斜視図、図２及び図３はカート
リッジを構成する外ケース及び内ケースの斜視図であ
り、また図４はカートリッジの内壁面の部分拡大斜視図
である。このカートリッジ１は、外ケース２の側面に２
本の紫外線ランプ３をカートリッジ１の長手方向に沿っ
て設け、製造例１により製造された光触媒材料４（寸
法：縦１００ｍｍ，横１００ｍｍ）５枚を略等間隔で収
納した内ケース５（内径寸法：縦１０２ｍｍ，横１０２
ｍｍ，長さ１３５ｍｍ）を配置したものである。外ケー
ス２を構成する壁材６の内壁面７は全面にわたって鏡面
加工され、図４にみられるようにピラミッド状の凹凸が
設けられており、紫外線ランプ３から照射される光を乱
反射する。この内壁面７には、所望により光触媒被膜を
設けることができる。この例では壁材６を構成する材料
としてＳＵＳ鋼を使用し、エンボス加工により凹凸を設
けた。

【００２９】光触媒材料４の外周部には金属材料により
構成された枠体８が設けられ、内ケース５の内部に形成
した溝状の係止部９に挿入される。この例では係止部９
を内ケース５を構成する壁材１２とは別部材により形成
したが、壁材１２自体の内面に溝状の係止部を直接形成
することもできる。また光触媒材料４として、他の製造
例で製造したものを使用できることは、言うまでもな
い。内ケース５を構成する壁材１２としては、光透過性
のアクリル樹脂、ガラス等が使用され、壁材１２の接合
部には必要に応じて密封性を高めるために、ゴム等の弾
性材料からなるパッキン１３が配置される。内ケース５
の両端中央部には、ポリ塩化ビニルパイプ（内径３０ｍ
ｍ，長さ３０ｍｍ）により構成された、光触媒反応を受
ける流体の吸入口１０及び排出口（図示せず）が設けら
れている。

【００３０】図５〜７はそれぞれ本発明の光触媒反応カ
ートリッジの他の例における紫外線ランプと光触媒材料
の位置関係を示す模式図である。図１〜４の光触媒反応
カートリッジでは、カートリッジ１の側面に２本の紫外
線ランプ３を設けたが、図５のカートリッジでは、カー
トリッジの側面に設けるランプ３の数を３本としたもの
である。

【００３１】図６のカートリッジでは、カートリッジの
両側面に各３本の紫外線ランプ３を設け、両側から光触
媒材料４を照射するようにしたものである。図７のカー
トリッジでは、カートリッジの中央部上下に２本の紫外
線ランプ３を設け、両側に光触媒材料４を配置したもの
である。図５〜７の光触媒反応カートリッジにおける他
の構成は、基本的に図１〜４のものと同様である。

【００３２】（実施例２）図８及び図９は本発明の光触
媒カートリッジの他の例を示す図であり、図８はカート
リッジを組立てる前の状態を示す斜視図、そして図９は
カートリッジを組立てた後の縦断面模式図である。この
例では内ケースは設けず、光触媒材料４に紫外線ランプ
３の挿入口を儲け、ランプ３自体によって光触媒材料４
を保持させるものである。光触媒材料４を保持したラン
プ３は、ＳＵＳ鋼により構成された内壁面７に凹凸加工
を設けた鏡面を有するカートリッジ本体２１に挿入さ
れ、固定される。カートリッジの両端には、光触媒反応
を受ける流体の吸入口１０及び排出口１１が設けられて
おり、流体は図８及び図９で白抜きの矢印で示した方向
に移動する。このカートリッジでは、図９にみられるよ
うに紫外線ランプ３から照射された光は、矢印で示した
ようにカートリッジの内壁面７で乱反射して、光触媒材
料４に当たる。吸入口１０からカートリッジ２１内に吸
入された光触媒反応を受ける流体は、カートリッジ２１
内に配置された全ての光触媒材料４を通過して排出口１
１から排出されるので、光触媒材料４の光触媒被膜との
接触面積が増大し、光触媒反応の効率が改善される。

【００３３】図１０及び図１１は本発明の光触媒カート
リッジを相互に連結して使用する状態を示す模式図であ
る。図において矢印はカートリッジで処理される流体の
移動方向を表す。図１０は３個の光触媒カートリッジ１
を直列に連結した状態を示す図であり、また図１１は３
個のカートリッジ１を並列に連結した状態を示す図であ
る。図１１においては、カートリッジの入口及び出口に
は、カートリッジを連結するダクト１４が設けられてい
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光触媒カートリッジの１例を示す図
で、カートリッジを組立てた状態を示す斜視図である。

【図２】図１のカートリッジを構成する外ケースを示す
斜視図である。

【図３】図１のカートリッジを構成する内ケースを示す
斜視図である。

【図４】図１のカートリッジの内壁面の部分拡大図であ
る。

【図５】本発明の光触媒反応カートリッジの他の例を示
す模式図である。

【図６】本発明の光触媒反応カートリッジの他の例を示
す模式図である。

【図７】本発明の光触媒反応カートリッジの他の例を示
す模式図である。

【図８】本発明の光触媒反応カートリッジの他の例を示
す図で、カートリッジを組立てる前の状態を示す図であ
る。

【図９】図８のカートリッジを組立てた後の縦断面模式
図である。

【図１０】本発明の光触媒反応カートリッジを連結した
状態を示す模式図である。

【図１１】本発明の光触媒反応カートリッジを連結した
状態を示す模式図である。

【図１２】本発明に使用される光触媒材料の１例のＳＥ
Ｍ写真である。

【図１３】図１２の光触媒材料の高倍率のＳＥＭ写真で
ある。

【図１４】本発明に使用される光触媒材料の他の例のＳ
ＥＭ写真である。

【図１５】図１４の光触媒材料の高倍率のＳＥＭ写真で
ある。

【図１６】本発明に使用される光触媒材料の他の例のＳ
ＥＭ写真である。

【図１７】図１６の光触媒材料の倍率を上げたＳＥＭ写
真である。

【図１８】図１６の光触媒材料の倍率を更に上げたＳＥ
Ｍ写真である。

【図１９】結晶の粒径分布の算出方法を説明する図であ
る。

【符号の説明】

１、２１光触媒反応カートリッジ２外ケース３紫外線ランプ４光触媒材料５内ケース６、１２壁材７内壁面８枠体９係止部１０吸入口１１排出口１３パッキン１４ダクト

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4C080 AA07 AA10 BB02 HH05 JJ09 KK08 LL10 MM02 QQ03 4D037 AA01 AA08 AA11 AB03 AB08 AB12 AB14 BA18 CA11 4D048 AA22 AB01 AB03 BA07X BA41X BB07 CA02 CA07 CC11 CC36 CC40 EA01 4D050 AA01 AA10 AA12 AB06 AB17 AB19 AB52 AB62 BB01 BC06 BC09 BD02 4G069 AA01 AA03 BA04A BA04B BA48A CA04 CA07 CA10 CA17 DA06 EA09 EB10 EB12X EB12Y EB15X EB15Y EB17X EB17Y EB18X EB18Y

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内壁面を鏡面加工したカートリッジ内に
紫外線ランプを設け、微細な開孔を多数有する基材表面
に光触媒被膜を形成した光触媒材料を着脱自在に保持さ
せたことを特徴とする光触媒反応カートリッジ。
【請求項２】光触媒材料の基材が、目開きが０．０１
〜３．０ｍｍ、開孔率が３〜５０％である網状体である
ことを特徴とする請求項１に記載の光触媒反応カートリ
ッジ。
【請求項３】光触媒材料の基材が、孔径が０．０１〜
３．０ｍｍ、開孔率が３〜５０％である貫通孔を有する
板状体であることを特徴とする請求項１に記載の光触媒
反応カートリッジ。
【請求項４】光触媒材料が開孔の内側部全面に光触媒
被膜を形成したものであることを特徴とする請求項１〜
３のいずれか１項に記載の光触媒反応カートリッジ。
【請求項５】カートリッジの内壁面にも光触媒被膜を
形成したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項
に記載の光触媒反応カートリッジ。
【請求項６】光触媒被膜が、結晶表面と垂直方向に
（００１）、（１００）、（２１１）、（１０１）及び
（１１０）からなる結晶面から選択された方向に配向さ
れた二酸化チタン結晶配向膜であることを特徴とする請
求項１〜５のいずれか１項に記載の光触媒反応カートリ
ッジ。
【請求項７】二酸化チタン結晶配向膜の厚さが０．１
μｍ以上であることを特徴とする請求項６に記載の光触
媒反応カートリッジ。
【請求項８】二酸化チタン結晶配向膜が大気圧開放型
ＣＶＤ法により形成されたものであることを特徴とする
請求項６又は７に記載の光触媒反応カートリッジ。
【請求項９】光触媒材料の基材が金属、ガラス、陶磁
器、セラミックス、炭素又はプラスチックから選ばれた
ものであることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１
項に記載の光触媒反応カートリッジ。
【請求項１０】カートリッジの内壁面が光を乱反射す
るように鏡面加工したものであることを特徴とする請求
項１〜９のいずれか１項に記載の光触媒反応カートリッ
ジ。
【請求項１１】カートリッジの内壁面が表面に凹凸を
多数設けたものであることを特徴とする請求項１０に記
載の光触媒反応カートリッジ。
【請求項１２】カートリッジの内壁面に係止部を設
け、光触媒材料を係止部に着脱自在に保持させたことを
特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の光触
媒反応カートリッジ。
【請求項１３】紫外線ランプを光透過性の保護部材で
覆ったことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項
に記載の光触媒反応カートリッジ。
【請求項１４】カートリッジ内部に光透過性の保護部
材で覆った紫外線ランプを設け、紫外線ランプの周囲に
光透過性の材料により構成され光触媒材料を着脱自在に
保持させたケースを配設したことを特徴とする請求項１
〜１３のいずれか１項に記載の光触媒反応カートリッ
ジ。
【請求項１５】紫外線ランプをカートリッジ内での流
体の移動方向と平行に設け、光触媒材料を紫外線ランプ
に対して垂直方向に配置したことを特徴とする請求項１
〜１４のいずれか１項に記載の光触媒反応カートリッ
ジ。
【請求項１６】カートリッジが流体が漏洩しないよう
に密封性を有するものであることを特徴とする請求項１
〜１５のいずれか１項に記載の光触媒反応カートリッ
ジ。
【請求項１７】カートリッジを相互に連結する連結部
材を有することを特徴とする請求項１〜１６のいずれか
１項に記載の光触媒反応カートリッジ。