JP2000279822A - 空気の浄化方法及び空気浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】窒素化合物や硫黄化合物を多く含有する重汚染
空気でも、光触媒粒子含有ポリテトラフルオロエチレン
焼成層を光触媒層とする光触媒シ−トを使用して長期に
わたり高効率で浄化できるようにする。 【解決手段】基材上の光触媒層を光触媒粒子含有ポリテ
トラフルオロエチレン焼成層で形成した光触媒シ−トの
光触媒層に紫外線を照射すると共に空気を接触させて空
気中の有害ガスを除去する方法であり、光触媒粒子含有
ポリテトラフルオロエチレン焼成層を定期的に洗浄す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光触媒シ−トにより
空気中の有害物質を除去して空気を浄化する方法及び空
気浄化装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】周知の通り、酸化チタン等の金属酸化物
半導体は紫外線の照射により価電子帯の電子が伝導帯に
飛び上がって正孔を発生し、この励起状態のもとで表面
に接触する酸素や水分から活性種（ラジカル）が生じ、
その活性種が表面に付着する有機物や微生物等を酸化分
解していき、無機酸化物でも最終酸化物にまで酸化され
ていく。そこで、酸化チタン等の金属酸化物半導体を担
持させたシ−ト、すなわち光触媒シ−トを使用して空気
中の有害物質を除去して空気を浄化することが知られて
いる。

【０００３】本発明者等はかかる光触媒シ−トとして、
ポリテトラフルオロエチレン粉末と光触媒微粒子とのデ
ィスパ−ジョンを塗布しこの塗布層を焼成して得た光触
媒層が著しく優れた空気浄化性能を呈することを知り、
メッシュ状支持基材の表面に光触媒粒子含有ポリテトラ
フルオロエチレン樹脂焼成層を設けた通気性光触媒シ−
トを既に提案した。

【０００４】このメッシュ状光触媒シ−トの光触媒層に
おいては、光触媒微粒子と樹脂との間に間隙層が存在
し、この間隙層が繋がって連通路が形成されている。こ
れは、ポリテトラフルオロエチレンと光触媒酸化チタン
微粒子との熱収縮率の著しい差とポリテトラフルオロエ
チレンの非接着性にあり、焼成加熱の冷却時その界面に
大なる熱収縮応力が発生し、界面の非接着性のためにそ
の大なる引張り応力で界面剥離が生じることによるので
あり、かかる連通間隙のために光触媒粒子の空気への接
触面積が増大される結果、空気浄化効率の飛躍的向上が
期待できる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
者等のその後の継続的な鋭意検討結果によれば、窒素化
合物や硫黄化合物を多量に含有する重汚損空気を、光触
媒粒子含有ポリテトラフルオロエチレン焼成層を光触媒
層とする光触媒シ−トを使用して浄化すると比較的早期
に浄化効率が低下する。その理由は、炭化水素系物質で
は二酸化炭素と水とに分解されるために光触媒層表面で
の固形物の堆積はないが、窒素化合物や硫黄化合物では
硝酸や硫酸が生成されこれらが光触媒層表面に固形物と
して堆積されて光触媒作用が減退される結果であると推
定される。

【０００６】本発明は窒素化合物や硫黄化合物を多く含
有する重汚染空気でも、光触媒粒子含有ポリテトラフル
オロエチレン焼成層を光触媒層とする光触媒シ−トを使
用して長期にわたり高効率で浄化できる方法と装置を提
供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る空気の浄化
方法は、基材上の光触媒層を光触媒粒子含有ポリテトラ
フルオロエチレン焼成層で形成した光触媒シ−トの光触
媒層に紫外線を照射すると共に空気を接触させて空気中
の有害ガスを除去する方法であり、光触媒粒子含有ポリ
テトラフルオロエチレン焼成層を定期的に洗浄すること
を特徴とする構成である。

【０００８】本発明に係る空気浄化装置は、基材上の光
触媒層を光触媒粒子含有ポリテトラフルオロエチレン焼
成層で形成した光触媒シ−トを可動的に支持し、その光
触媒シ−トの一部を洗浄液タンクの洗浄液に浸漬したこ
とを特徴とする構成であり、光触媒シ−トを可動的に支
持するには、光触媒シ−トをエンドレスベルト状にロ−
ルに掛架したり、光触媒シ−トを回転軸に支持すること
ができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ本発明の
実施の形態について説明する。図１は本発明において使
用する光触媒シ−トを示す図面である。図１において、
１１はメッシュ状支持基材であり、例えば平織ガラスク
ロスを使用できる。１２はメッシュ状支持基材１１に被
着した光触媒粒子含有ポリテトラフルオロエチレン焼成
層であり、ポリテトラフルオロエチレン粉末と光触媒粒
子とを含有したディスパ−ジョンを塗布し、加熱により
塗布層中の溶媒を蒸発除去し、更に加熱焼成によりポリ
テトラフルオロエチレン粒子間を焼結し、ついで冷却す
ることにより設けてある。

【００１０】この冷却時、ポリテトラフルオロエチレン
樹脂の光触媒粒子よりも大なる熱収縮及びポリテトラフ
ルオロエチレン樹脂の光触媒粒子に対する非融着性のた
めに、光触媒粒子とポリテトラフルオロエチレン樹脂と
の間に間隙層が生成される。而して、上記光触媒粒子含
有ポリテトラフルオロエチレン焼成層１２においては、
焼結されたポリテトラフルオロエチレン粉末の焼成層内
に光触媒粒子が分散され、樹脂と光触媒粒子との間に微
小間隙が形成され、これらが繋がって連鎖構造となって
いる。この間隙の厚みは、数ナノメ−タ〜数ミクロンの
微細間隙であり、連鎖構造のために空気が充分に出入り
し得る。

【００１１】従って、光触媒粒子とポリテトラフルオロ
エチレン樹脂バインダ−との界面の連鎖間隙のために光
触媒層の単位面積当たりの光触媒粒子と空気との接触面
積が大きく、而してメッシュ状支持基材のメツシュをか
なり大きくしても、空気中に含まれる有機物や微生物の
光触媒粒子との接触による酸化分解を効率よく行い得、
かつメッシュ状光触媒シ−トの比較的大きいメッシュの
ために空気を低い流通抵抗で流通させ得、空気の浄化を
円滑な空気流通のもとで効率良く行うことができる。

【００１２】上記メッシュ状支持基材１１に光触媒粒子
を含有しないポリテトラフルオロエチレン焼成層を被着
し、この層上に光触媒粒子含有ポリテトラフルオロエチ
レン焼成層を設けることもできる。

【００１３】上記のメッシュ状支持基材１１としては、
柔軟性、耐熱性、高強度であり、かつ空孔率が１０〜８
０％、好ましくは４０〜７０％（１０％未満では空気流
通抵抗が高くなり過ぎ、８０％を越えると空気接触面積
が小さすぎて空気浄化効率が低くなる）等の要件を充足
すれば適宜のものを使用でき上記の平織ガラスクロスの
外、例えば金網（例えば、アルミニウム金網）、耐熱性
プラスチックシ−ト（例えば、ポリイミド、ポリテトラ
フルオロエチレン）に孔を上記空孔率でパンチングした
孔開きシ−ト（孔の形状は四角形、六角形、三角形、円
形、楕円形等）、耐熱性有機繊維（例えば、ポリアミド
繊維）の織物等の使用も可能である。上記メッシュ状光
触媒シ−トが平織のように縁が解け易いものの場合、縁
取りを施すことが好ましい。例えば、片面粘着テ−プ、
特に片面粘着金属テ−プをその巾中央を折り曲げて平織
の縁に挾着することができる。

【００１４】上記光触媒粒子としては、酸化チタン、チ
タン酸ストロンチウム、酸化タングステン、酸化亜鉛、
酸化すず、硫化カドミウム等を挙げることができるが、
最も優れた光触媒活性を呈するアナタ−ゼ型酸化チタン
微粒子を使用することが好ましい。また、光触媒粒子の
活性を高めるために、アルカリ金属イオンを担持させる
ことができる。

【００１５】上記ポリテトラフルオロエチレン粉末の粒
径は、０．２〜０．３μｍ、光触媒粒子の粒径は、０．
００７〜０．５μｍであり、光触媒粒子含有ポリテトラ
フルオロエチレン焼成層の連鎖間隙構造の気孔率は通常
５〜３０％である。

【００１６】上記光触媒粒子含有ポリテトラフルオロエ
チレン焼成層１２の光触媒粒子の配合量が多すぎると光
触媒粒子含有ポリテトラフルオロエチレン焼成層１２と
支持基材１１との結着強度が不充分となり、少な過ぎる
と空気浄化効率が不充分となるので、ポリテトラフルオ
ロエチレン粉末／光触媒粒子の混合比は、１／９〜７／
３、好ましくは３／７〜６／４とされる。

【００１７】上記の各ディスパ−ジョンの塗布には通常
浸漬法を使用するが、ディスパ−ジョンをスプレ−する
方法、ディスパ−ジョンを刷毛塗する方法等も使用でき
る。このディスパ−ジョンの濃度は、塗布方法に応じて
設定されるが、通常４０％〜６０％とされる。

【００１８】上記メッシュ状光触媒シ−トの光触媒粒子
含有ポリテトラフルオロエチレン焼成層１２には光触媒
粒子と共に活性炭粒子、ゼオライト粒子、シリカゲル粒
子の少なくとも一つを添加することも可能である。ま
た、光触媒粒子と共に着色剤、例えばカ−ボンブラック
を添加することも可能である。

【００１９】上記光触媒シ−トを使用して本発明により
空気を浄化するには、光触媒シ−トの光触媒粒子含有ポ
リテトラフルオロエチレン焼成層に紫外線を照射して光
触媒粒子を励起すると共に空気を流動させて光触媒粒子
含有ポリテトラフルオロエチレン焼成層に接触させ、定
期的に水洗等により光触媒粒子含有ポリテトラフルオロ
エチレン焼成層面を洗浄していく。

【００２０】この場合、空気が光触媒層表面の露出光触
媒粒子のみならず連鎖間隙を経て内部の光触媒粒子にも
接触され、この間、空気中の炭化水素系物質は二酸化炭
素と水とに分解されて堆積物の生成なく除去されてい
き、この除去効率は光触媒粒子含有ポリテトラフルオロ
エチレン焼成層の光触媒粒子と空気との接触面積が極め
て広いので著しく高くできる。これに対し、窒素化合物
や硫黄化合物等では酸化分解により硝酸や硫酸が生成さ
れ、これらの生成物が前記の総合的に広い光触媒粒子の
露出表面に堆積される。

【００２１】しかしながら、本発明においては光触媒粒
子含有ポリテトラフルオロエチレン焼成層を定期的に洗
浄しているから、その堆積物を早期に除去でき、後述の
実施例と比較例との対比からも明きらかな通り、窒素化
合物や硫黄化合物等も充分に高い高率で除去できる。す
なわち、前記堆積物の生成による光触媒粒子の分解能の
低下が堆積物の厚みに対し２次曲線的に増加していくの
で、比較的早期に堆積物を除去して分解能を回復させれ
ば全体として充分な分解能を呈させることができ、その
結果、光触媒粒子含有ポリテトラフルオロエチレン焼成
層の本来の卓越した空気浄化効率を充分効果的に発現さ
せ得る。

【００２２】上記光触媒シ−トは空気浄化効率を更に高
めるために、ブリ−ツ状に加工したり積層構造とするこ
ともできる。

【００２３】上記の紫外線照射には太陽光を利用できる
が、夜間や受光強度が微弱な場所では、波長４００ｎｍ
以下の紫外線を発生する蛍光灯、ブラックライトブル−
ランプ、ハロゲンランプ、キセノンフラッシュランプ、
水銀灯、殺菌灯等を使用できる。また、光触媒粒子への
空気の接触流量を高めるために通常送風機が併設され
る。さらに、反射鏡を配設し通風性光触媒シ−ト構造体
のメッシュを通過した光を反射させて多方向から紫外線
を照射することも可能である。

【００２４】上記光触媒粒子含有ポリテトラフルオロエ
チレン焼成層の洗浄は、シャワ−によって行うこともで
きるが、図２や図３に示す空気浄化装置のように洗浄タ
ンクを使用することが便利である。

【００２５】図２に示す空気浄化装置においては、光触
媒層を光触媒粒子含有ポリテトラフルオロエチレン焼成
層で形成した前記のメッシュ状光触媒シ−ト１を駆動ロ
−ル２１とフリ−ロ−ル２２，…とにエンドレスベルト
状に掛架し、そのエンドレスベルトの下半部を水洗タン
ク３の水洗液４に浸漬し、駆動ロ−ルの回転で光触媒シ
−トを走行させるようにした構成である。５はブラック
ライト等の紫外線発生源である。

【００２６】図３に示す空気浄化装置においては、回転
軸２に格子型フレ−ム２３を取付け、このフレ−ム２３
内に上記メッシュ状光触媒シ−ト１，…を羽根状に張設
し、羽根の下半部を水洗タンク３の水洗液４に浸漬し、
回転軸２の回転で光触媒シ−ト１，…を回動させるよう
にした構成である。５，５はブラックライト等の紫外線
発生源である。

【００２７】

【実施例】〔実施例１〕固形分濃度４０重量％のポリテ
トラフルオロエチレン粉末（粒子径ほぼ０．２５μｍ）
の水ディスパ−ジョンに厚さ０．５ｍｍ、空孔面積率５
０％の平織ガラスクロスを浸漬後、１１０℃×６０秒で
水分を除去したうえで３７０℃×１００秒で焼成し、更
にポリテトラフルオロエチレン粉末（粒子径ほぼ０．２
５μｍ）とアナタ−ゼ型酸化チタン微粒子（粒子径０．
００７μｍ）とを重量比６：４で含む固形分濃度４０％
の混合ディスパ−ジョンに浸漬後、１１０℃×６０秒で
水分を除去したうえで３７０℃×１００秒で焼成して酸
化チタン担持量５０ｇ／ｍ ^２、厚み０．５５ｍｍのメッ
シュ状光触媒シ−トを得た。

【００２８】このメッシュ状光触媒シ−トをエンドレス
ベルトに形成し、図２に示す構成の空気浄化装置を製作
し、ブラックライト光源のベルト表面強度（平均強度）
をほぼ１ｍｗ／ｃｍ^２に設定し、また、エンドレスベル
トの有効光触媒層面積（水洗液上の面積）を０．０６ｍ
^２に設定した。

【００２９】この空気浄化装置を容積１ｍ^３のポリテト
ラフルオロエチレン製ボックス内に収容し、ＮＯガスを
約１ｐｐｍになるように注入し、ベルト表面の平均風速
を１ｍ／秒とするようにホックス内空気を撹拌したとこ
ろ、約５分でＮＯ濃度が０．０５ｐｐｍになった。この
ＮＯガス浄化試験を１時間おきに行い、５回繰り返した
ところ、ＮＯ濃度を０．０５ｐｐｍにするのに７分かか
りＮＯ除去効率の低下が認められたので、エンドレスベ
ルトを半周回転させて水洗液浸漬部分を引き上げて再度
ＮＯガス浄化試験を行ったところ、濃度１ｐｐｍＮＯ注
入後５分でＮＯ濃度を０．０５ｐｐｍにでき、光触媒粒
子含有ポリテトラフルオロエチレン焼成層のＮＯ除去能
力を初期能力に完全に回復できた。更に、ＮＯガス浄化
試験５回ごとにエンドレスベルトを半周回転させて各回
のＮＯ濃度を測定することを続け、ＮＯガス浄化試験３
０回まで行ったが、３０回目でのＮＯ除去速度もそれま
での回のものと実質的に変わらず、常時、初期性能の７
０％以上の性能を呈した。

【００３０】〔実施例２〕図３に示す構成の空気浄化装
置であり、羽根数は６枚、ブラックライト光源の光触媒
層表面強度（平均強度）をほぼ１ｍｗ／ｃｍ^２に設定
し、また、羽根の水洗液上の有効光触媒層面積を０．０
４ｍ^２に設定した。実施例１と同様に光触媒層表面の平
均風速をほぼ１ｍ／秒として１時間ごとのＮＯガス浄化
試験を行ったところ、初回では８分経過で０．０５ｐｐ
ｍになったのに対し、１０回目では０．０５ｐｐｍにる
のに１２分を必要としＮＯ除去速度の低下が認められた
ので、以後ＮＯガス浄化試験３回ごとに羽根を１２０°
（１／３回転）づつ回転させたところ、常時、初期性能
の６０％以上の性能を呈した。

【００３１】〔比較例〕実施例１に対し、エンドレスベ
ルトを回転させずにＮＯガス浄化試験を行ったところ、
１０回目ではＮＯ濃度を上記の０．０５ｐｐｍにするの
に約１５分もかかり、ＮＯガス浄化試験３０回までの除
去性能の平均値は初期性能の２０％以下に過ぎなかっ
た。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば光触媒シ−トで空気を浄
化する場合、空気中の窒素化合物や硫黄化合物の分解生
成物の堆積による光触媒粒子の空気接触面積の減少を洗
浄により防止しているから、光触媒層を光触媒粒子含有
ポリテトラフルオロエチレン焼成層とすることによる微
細連繋間隙に基づく実質上の光触媒粒子の空気接触面積
の飛躍的増加を空気浄化に有効に利用でき、全体として
高い高率で空気浄化することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明において使用するメッシュ状光触媒シ−
トの一例を示す図面である。

【図２】本発明に係る空気浄化装置の一例を示す図面で
ある。

【図３】本発明に係る空気浄化装置の他の例を示す図面
である。

【符号の説明】

１ メッシュ状光触媒シ−ト １１ メッシュ状支持基材 １２ 光触媒粒子含有ポリテトラフルオロエ
チレン焼成層 ２ 回転軸 ２１ 駆動ロ−ル ２２ フリ−ロ−ル ３ 洗浄液タンク ４ 洗浄液

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ０１Ｊ 38/48 Ｃ０８Ｋ 3/22 // Ｃ０８Ｋ 3/22 Ｃ０８Ｌ 27/18 Ｃ０８Ｌ 27/18 Ｂ０１Ｄ 53/36 Ｊ Ｆターム(参考） 4C080 AA07 AA10 BB02 HH05 HH09 JJ03 KK08 MM02 QQ11 QQ20 4D048 AA02 AA06 AB03 BA07X BA12X BA13X BA15Y BA16Y BA21Y BA27Y BA39Y BA41X BA42Y BA45X BA46Y BB04 BB08 BB09 BB18 BD05 BD06 CB05 CB07 CC32 CC40 CD10 EA01 EA08 4G069 AA03 AA08 AA09 AA10 BA04A BA04B BA14A BA14B BA18 BA22A BA22B BA22C BA48A BB04A BB06A BB09A BC12A BC22A BC35A BC36A BC50A BC60A BE34A BE34B BE34C CA10 CA12 CA13 EA09 EA12 EA15 EA22 EB11 EB18Y EC22Y EE06 EE07 FA03 FB15 FB23 FB24 FB33 FB36 FB66 FC05 GA09 4J002 BD15W BD15X CL00X CM04X DA097 DE096 DE106 DE136 DE186 DG026 DL007 FA04X FA047 FD206 GD00

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基材上の光触媒層を光触媒粒子含有ポリテ
   トラフルオロエチレン焼成層で形成した光触媒シ−トの
   光触媒層に紫外線を照射すると共に空気を接触させて空
   気中の有害ガスを除去する方法であり、光触媒粒子含有
   ポリテトラフルオロエチレン焼成層を定期的に洗浄する
   ことを特徴とする空気の浄化方法。
2. 【請求項２】基材上の光触媒層を光触媒粒子含有ポリテ
   トラフルオロエチレン焼成層で形成した光触媒シ−トを
   可動的に支持し、その光触媒シ−トの一部を洗浄液タン
   クの洗浄液に浸漬したことを特徴とする空気浄化装置。
3. 【請求項３】光触媒シ−トをエンドレスベルト状にロ−
   ルに掛架した請求項２記載の空気浄化装置。
4. 【請求項４】光触媒シ−トを回転軸に支持した請求項２
   記載の空気浄化装置。