JP2000300998A

JP2000300998A - 立体光触媒装置

Info

Publication number: JP2000300998A
Application number: JP11109143A
Authority: JP
Inventors: Shiro Ogata; 四郎緒方; Kazuhiko Sonomoto; 和彦園元
Original assignee: Hitachi Metals Ltd; Tao Corp
Current assignee: Tao Corp; Proterial Ltd
Priority date: 1999-04-16
Filing date: 1999-04-16
Publication date: 2000-10-31

Abstract

(57)【要約】【課題】処理対象物質との接触機会を多くすることが
できる立体光触媒装置を提供する。【解決手段】透過性接触性を有する複数の帯状光触媒
フィルター１３が軸部材の周囲に放射状に配設されかつ
ねじり組付けられた光触媒フィルターユニット１５が、
円筒体３内に配設されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光触媒機能により
気体や液体（以下流体という）中の有機化合物や無機ガ
ス類を分解して静浄化する機器の処理システムに取付け
る光触媒機能を有する、効率的な透過接触性能をもつフ
ィルターを備えた立体光触媒装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】石油化学製品が増加して居住環境内外で
有害有機化合物の複合汚染が問題となっている。これを
解決する手段として光触媒半導体による酸化分解を利用
した浄化方法がある。

【０００３】例えば、機器や機具を構成している基体の
表面に光触媒半導体を担持させ、これらの機器や機具を
有害有機物が浮遊する流体中に置くことにより有害有機
物を光触媒半導体に接触させる方法がある。この場合に
光触媒機能を高く発揮させるには、光触媒機能層の表面
積が大きいこと、その光触媒半導体が励起波長の電磁波
によって十分に活性化される必要がある。

【０００４】そのため、従来から基体の表面積を増大す
る技術や光触媒機能層を形成する造膜技術に関して種々
の提案がなされている（例えば特開平５−３０９２６７
号公報、特開平８−１９６９０３号公報参照）。さら
に、光触媒を有するフィルターの形状や配置についても
種々の提案がなされている。例えば、特開平７−１０８
１３８号には、薄板からなる羽根状の反応板に光触媒を
担持させ、この反応板を空気通路にブラインド形状に配
列した装置が開示されている。特開平８−１２１８２７
号には、浄化空気通路中に設置された紫外線ランプの前
後に山形状に折り曲げた光励起触媒不織布を設置した装
置が記載されている。特開平９−１８７４９１号には、
空気の通路内に、両面に光触媒層を有する基板を光源の
周囲に放射状に設けた部材を有する装置が記載されてい
る。特開平９−２４８４２６号には、流体を搬送又は攪
拌する凸部の表面に光触媒機能層を設け、内側に紫外線
放射部材を収容した可動体が開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】光触媒の酸化還元分解
は、処理対象物質がＯ_２ ⁻、ＯＨ⁻等の活性ラジカル種
と接触することで分解性能が生まれると言われている。
それゆえに、上述した従来の光触媒フィルターでは処理
対象物質の量が多い場合、光触媒体と処理対象物質が確
実に接触するには時間がかかったり、光触媒体と処理対
象物質が接触する構成が出来難いという問題があった。
従来のフィルターの様に透過率が高くて処理能力を高め
ることが難しかった。また、光触媒機能化には、光触媒
半導体金属に見合う励起波長を受光することが必要条件
であり効率的に受光させる構成を作ることが重要な課題
であった。

【０００６】したがって本発明の第１の目的は、処理対
象物質とより多くの接触機会を作り得る立体光触媒装置
を提供することである。本発明の第２の目的は、透過接
触性能を有しかつ多表面積をもつ多孔質積層体で構成さ
れた立体光触媒装置を提供することである。本発明の第
３の目的は、光触媒半導体金属に確実に励起波長を受光
しかつ散乱光を有効に利用し得る立体光触媒装置を提供
することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１の本発明においては、軸方向に沿って被処理流
体が流れる筒体と、筒体の内部に収納された光触媒フィ
ルターユニットを有し、前記光触媒フィルターユニット
は励起波長発光手段を内蔵する軸部材とその周囲に放射
状に配設されかつねじり組付けられた複数の透過接触性
を有する帯状光触媒フィルターを有する、という技術的
手段を採用した。第１の発明においては、筒体は励起波
発光を反射することが可能な材料で形成されかつ内面に
光触媒機能層を有することが好ましい。第１の発明にお
いて、筒体は透光性化粧窓を有することができる。第１
の発明において、光触媒フィルターは、金属材料からな
る基板と光触媒機能層を有することが好ましい。上記目
的を達成するために、第２の発明においては、軸方向に
沿って被処理流体が流れる筒体と、前記筒体の内部に設
置された光触媒フィルターユニットとを有し、前記光触
媒フィルターユニットは、内部に励起波長発光手段を有
する軸部材とその周囲にスパイラル状に固設された金属
フィルターとを有し、前記金属フィルターは、平織金網
及びその表面に担持された金属焼結層からなる基板とそ
こに担持された光触媒機能層を有する、という技術的手
段を採用した。本発明においては、フィルター構成基板
は、ステンレス鋼、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｆｅ又はこれら
を含む合金の中から選ばれた１種の金属材料で形成され
ていることが好ましいが、その基板は、セラミック、ガ
ラス、プラスチック等の透過接触性能を有し多表面体を
有するものであれば基材の種類は問わない。本発明にお
いて、上記筒体としては、例えば円筒体を用い得るが、
これに限らず横断面が楕円状あるいは多角形状等種々の
形状のものも使用できることはもちろんである。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下本発明の詳細を図面により説
明する。図１は本発明の一実施例に係る光触媒装置の概
略断面図、図２は図１における光触媒フィルターユニッ
トの斜視図、図３は同側面図、図４は同正面図である。
図１〜図４に示すように、光触媒装置１は、円筒体３
と、その内部に配設され、枠状に形成された軸部材１０
（図１では省略）の周囲に放射状にかつスパイラル状に
ねじり組付けられた複数個の透過接触性を有する帯状の
光触媒フィルター１３を有する光触媒フィルターユニッ
ト１５と、軸部材１０の内部に挿入された励起発光管１
４（図２〜４では省略）とを有する。軸部材１０は、歯
車状の複数のリテーナ１１と複数のステイ１２により組
立てられ、各光触媒フィルター１３の両端部及び中央部
はリテーナ１１で保持されている。励起発光管１４は、
その両端部においてソケット部７及びソケット部１７に
より支承されている。励起発光管１４の両端はソケット
部に挿入固定されていてもよいし、あるいはソケット部
に対して回転可能に支持されていてもよい。励起発光管
１４としては、ブラックライトや蛍光灯などの紫外線
（例えば波長３６０〜３９０ｎｍのもの）を放射するラ
ンプを用い得る。

【０００９】上記円筒体３は、励起発光管１４から照射
された紫外線を反射させ、光触媒フィルター１３に導く
ために、例えば紫外線が近紫外線の場合には、アルミニ
ウム合金又はステンレス鋼のような励起波長を反射しう
る機能を有する材料で形成することが望ましい。更に円
筒体３の内周面に光触媒機能層を形成しておくと、ガス
の分解効率をより高めることができる。

【００１０】上記の光触媒装置において、光触媒機能を
十分に発揮させるためには、光触媒フィルターと励起発
光管との位置関係が重要である。これを図５により説明
する。なお図５は、図３（図２において紙面に向って左
側）に対応するもので、光触媒フィルターの枚数が異な
る以外は図３と同様である。図５に示すように、光触媒
フイルター１３（図中では１枚のみ示す）の一端側は、
リテーナ１１の中心軸Ｐを通る直線Ｘに対して所定角度
（傾斜角）θ_１だけ傾斜して、かつ、等角度間隔（取付
角）θ_２でリテーナ１１の保持溝１６内に保持されてい
る。またその光触媒フィルター１３の他端側（図２にお
いて紙面に向かって右側）も、図５と同様にリテーナ１
１の保持溝１６内に保持されているが、図４に示すよう
に光触媒フイルター１３が中心軸Ｐと所定角度（ねじり
角）θ_３だけ交差するようにねじって組付けられてい
る。このねじり角θ_３は、例えば取付角θ_２の整数倍
（２以上）になるように設定されている。

【００１１】傾斜角θ_１は、紫外線（図中破線で示す）
及びその反射光（図中１点鎖線で示す）が各光触媒フィ
ルター１３の全面に照射されるような範囲に設定するこ
とが好ましく、例えば光触媒フィルター１３が２４枚の
場合は、θ_１＝３０°となるようにすればよい。また、
ねじり角θ_３が大きい程、光触媒フィルター１３と被処
理流体との接触機会を多くできるが、ねじり角θ_３が大
きすぎると、光触媒フィルター１３の加工が困難になる
ので、例えば光触媒フィルター１３が２４枚の場合で、
θ_３＝４５°{３×θ_２(＝15°)｝となるように設定す
ればよい。光触媒フィルター１３は軸部材１０の周囲に
対称に配置されることが好ましいが、その枚数は被処理
流体の種類や流量などに応じて適宜定めればよいが、所
定の傾斜角θ_１を確保するためには、２４枚もしくはそ
れ以下の枚数（例えば１２枚、６枚）が好ましい。

【００１２】上記光触媒装置１によれば、円筒体３内に
流入した被処理流体（例えば排ガス）は、光触媒フィル
ター１３と接触し、励起発光管１４からの紫外線で活性
化された光触媒によりガスが酸化分解され、次いで清浄
な空気が円筒体３外に排出される。各光触媒フィルター
１３は、励起発光管１４に対して傾斜して配置されてい
るので、光触媒機能層は均等にかつ大量の紫外線を受光
することが可能となり、光触媒機能化を確実に行うこと
ができる。上記光触媒による酸化分解が継続して行われ
ると、窒素化合物、イオウ化合物あるいは塩素化合物の
場合には、中間生成物が光触媒機能層の表面に付着し
て、分解効率が低下する。その場合には、光触媒フィル
ターユニット１５を円筒体３から取出し水（例えば弱酸
性水）で洗浄してから、円筒体３内にセットすればよ
い。

【００１３】図６は本発明の他の実施例に係る光触媒フ
ィルターユニット装置の斜視図であり、図１及び２と同
一機能部分は同一の参照符号で示す。この光触媒装置１
では、光触媒フィルターユニット１５は、スパイラル状
の光触媒フィルター４０を軸部材１０の周囲に配設して
形成されている。上記光触媒装置１によれば、図１の装
置と同様に、円筒体３内に流入した被処理流体（例えば
汚水）は、光触媒フィルター４０と接触し、励起発光管
１４からの紫外線で活性化された光触媒により、汚水中
に含まれる有機化合物が酸化分解され、清浄な水が円筒
体３から排出される。

【００１４】本発明では、上述した光触媒フィルター１
３、４０は、基体の表面に光触媒機能層が造膜された構
造を有し、図７に示すように、基体を多数の空孔２１を
有する基板２０に微粒子２２からなる多孔質層２３を形
成して、透過接触性能を有しかつ多表面積をもつ多孔質
積層体（以下多表面積多孔質積層体という）とした構成
とすることが好ましい。光触媒フィルターに多表面積を
もたせるための多孔質層を構成する微粒子は、セラミッ
ク、ガラス、金属、プラスチック等材質は問わないが、
基板の材質と同一であることが望ましい。また基板は、
金網、エクスパンドメタル、パンチングメタル等の網状
体又はそれと類似のものであってもよい。この場合基板
と微粒子との位置関係が重要であって、微粒子は、処理
対象物質を含有する気体や液体が透過する空孔２１の周
辺に効果的に接触し、且つ励起波長を受光する位置に配
されている必要がある。図７において、処理対象物質を
含有する気体や液体が多表面積多孔質積層体｛平面投影
面積（Ａ）｝を透過する時の単位時間当りの透過量を
ａ、多表面積多孔質積層体の内光触媒半導体金属が造膜
された領域の平面投影面積（ｂ）と上記平面投影面積
（Ａ）との比率（表面積比）をｂ／Ａ、多表面積多孔質
積層体の側面の表面積（ｃ）と上記平面投影面積（Ａ）
との比率（側面表面積比）をＣ／Ａとすると、励起波長
が図面の上下から発生しているとして、透過量（ａ）及
び表面積比（ｂ／Ａ）ができるだけ多く、かつ、側面表
面積比（Ｃ／Ａ）ができるだけ小さいといった条件を満
足させることが好ましい。

【００１５】また、光触媒機能化の条件を満足するため
には、光触媒半導体金属が励起波長を受光することが必
要であり、多数の板状光触媒フィルターが表裏とも均等
に受光することが望ましい。そのために本発明では板状
の光触媒フィルターを励起波長発源に対し傾斜させてい
ることで造膜面により多く受光することが可能になる。

【００１６】本発明では、次のようにして複数の空孔を
有する基板の表面に微粒子からなる多孔質層を形成する
ことが望ましい。この多孔質層は、例えば、平均粒径１
０〜４００μｍの金属粉末を水等の溶媒に混合したスラ
リー（固形分６０〜８０重量％）を基板の表面に塗布
し、乾燥後焼結することにより得られる。基板もしくは
微粉末を形成する金属材料としては、ＳＵＳ３０４、Ｓ
ＵＳ３１０、ＳＵＳ３１６等のオーステナイト系ステン
レス鋼、Ｔｉ又はその合金（Ｔｉ−Ｍｎ系、Ｔｉ−Ｃｒ
系等）、Ｃｕ又はその合金あるいは、Ａｌ又はその合金
（Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系）、Ｆｅ又はその合金を用い得
る。但しＦｅ系材料の場合は、表面に耐酸化性皮膜（酸
化鉄）を形成することが好ましい。金属粉末は、その粒
径が小さすぎると価格が高くなり（粉砕時間が長くな
る）、大きすぎると微細な空孔が得られなくなるので、
平均粒径１０〜４００μｍのものを用いることが好まし
い。焼結温度は、金属粉末の材質に応じて定めればよい
が、低すぎると十分な焼結密度が得られず、強度が低下
し、一方金属の融点近くになると各粒子が融着して却っ
て粗大な空孔が形成されてしまうので、ＳＵＳ、Ｔｉ、
Ｃｕの場合は８００〜１０００℃の範囲が、Ａｌの場合
は３００〜４００℃の範囲が好ましい。

【００１７】このようにして得られた多孔質層は、５〜
１０００μｍの空孔径を有することが好ましい。空孔径
が大きすぎると、空気の浄化に使用しても微細な異物を
阻止できなくなり、清浄な空気が得られなくなるので、
１０００μｍ以下とする必要がある。また多孔質層の厚
さは薄いと強度が不足し、一方厚いと透過抵抗が大きく
なるので、１０〜１００μｍの厚さが好ましい。

【００１８】多孔質層を形成する金属粒子は、定形粒子
（球形あるいは粒状粉粒子）又は不定形粒子（角状粉粒
子のような鋭利な角をもつ粒子）のことが多いが、鱗状
あるいは薄片状であってもよい。基体への固定に焼付け
などの溶融手段を採用するときは、馴染がよいことから
基体と同じ素材であることが好ましい。しかし、素材が
異なっても適切なバインダーを適量に利用することなく
固定することができる。なお、基体と表面積を増大する
ための粒子とが異種の素材である場合には線膨張係数を
合わせておくか、どちらか一方の材の線膨張に見合う伸
縮性を保持していることが必要である。バインダーとし
ては無機ガラス、フリット（釉薬）、金属粉あるいは通
常の熱可塑性樹脂などを用い得る。上記金属粒子を積層
するには、スプレーやディッピングを数回繰り返すなど
の他にスクリーンを用いた転写（プリント）を繰り返す
などの手段がある。そして、積層に際して粒子を基体側
が密に基体から離れるにしたがって粗に積層する場合に
は、スプレー液やディッピング液における粒子の分散程
度（密度）を調節するとかプリントに使用するスクリー
ンの目の粗さを選択する。また、積層する粒子の粒径を
選択することでも可能である。さらに、断面における積
層の構造を選定することでも可能である。すなわち、正
確に位置決めできるスクリーンを数枚用い、積層の断面
形態において基体側を底辺とし基体から離れた位置に頂
点を備えた構造とする。この構造によっても上記金属粒
子は結果的に基体側が密に基体から離れるにしたがって
粗に積層される。

【００１９】本発明において、光触媒機能層は、例えば
ＴｉＯ_２などの光触媒半導体を混入しているゾル液を、
基体の表面にスプレーやディッピングで付着させ、乾燥
させたのち、５０℃〜５００℃未満の温度で焼き付けて
形成することができる。なお、ゾル中に光触媒半導体の
他にアモルファス型過酸化チタンまたは酸化チタンをチ
タン重量比（乾量）で１：１あるいは１：５の範囲で混
合しておくと比較的低い温度で光触媒半導体の粒子を強
固に担持させることができる。

【００２０】さらに、防黴殺菌などの機能補完用にＰ
ｔ、Ａｇ、Ｒｈ、ＲｕＯ_２、Ｎｂ、Ｃｕ、Ｓｎ、ＮｉＯ
の粒子を微量混入したり、吸着機能を付加して酸化還元
による分解性能を向上させるためにゼオライト、シリカ
（二酸化ケイ素）、アルミナ、酸化亜鉛、酸化マグネシ
ウム、ルチル型酸化チタン、リン酸ジルコニウムなどの
無機材料、あるいは各種の活性炭、多孔質のフェノール
樹脂やメラミン樹脂を一種または二種以上混入すること
ができる。

【００２１】また、基体の表面に過酸化チタン水溶液な
どの保護材をスプレーして保護被膜を形成する下地処理
を施してから光触媒機能層を形成することもできる。い
ずれの場合も過酸化チタン水溶液で事前に被膜を形成し
ておくとＴｉＯ_２ゾル液の付着、展延性が改善されて濡
れ易く、基体の表面に光触機能層を均一に、かつ、広く
形成することができる。この過酸化チタン水溶液は基体
がステンレス鋼のような金属の場合でも展延性に優れＴ
ｉＯ_２ゾル液を広く均一に塗布するのに有効である。過
酸化チタン水溶液はバインダーとしても機能するが、組
成的にセラミック系統のものを含まず、金属との相性が
良いので基体の表面に形成した光触媒機能層が、基体が
撓んだり振動しても剥離することが少ない。

【００２２】光触媒半導体としてはＴｉＯ_２の他にＺｎ
Ｏ、ＳｒＴｉＯ_３、ＣｄＳ、ＣｄＯ、ＣａＰ、ＩｎＰ、
Ｉｎ_２Ｏ_３、ＣａＡｓ、ＢａＴｉＯ_３、Ｋ_２ＮｂＯ_３、
Ｆｅ _２Ｏ_３、Ｔａ_２Ｏ_５、ＷＯ_３、ＳｎＯ_２、Ｂｉ_２Ｏ
_３、ＮｉＯ、Ｃｕ_２Ｏ、ＳｉＣ、ＳｉＯ_２、ＭｏＳ_２、
ＭｏＳ_３、ＩｎＰｂ、ＲｕＯ_２、ＣｅＯ_２などがある。
この中で酸化チタンＴｉＯ_２（アナターゼ型）が安価で
特性が安定しており、かつ、人体に無害であり、光触媒
として最も優れている。

【００２３】

【発明の効果】本発明の立体光触媒装置は、コンパクト
であって、しかも流体中を浮遊する有機化合物と光触媒
機能層との接触機会が多く、流体中に含まれる有機化合
物を効率よく分解することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る光触媒装置の概略断面
図である。

【図２】図１における光触媒フィルターユニットの斜視
図である。

【図３】図１における光触媒フィルターユニットの側面
図である。

【図４】図１における光触媒フィルターユニットの正面
図である。

【図５】本発明の光触媒フィルターの配置を説明するた
めの図である。

【図６】本発明の他の実施例に係る光触媒装置を示す断
面図である。

【図７】本発明の板状光触媒フィルターを構成する基体
の断面を示す模式図である。

【符号の説明】

１光触媒装置、３円筒体、１０軸部材、１３光
触媒フィルター、１４励起発光管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4D037 AA11 AB02 BA18 CA12 4D050 AA12 AB11 BB01 BC06 BC09 BD02 4G069 AA03 BA01B BA02B BA04A BA04B BA07B BA08B BA17 BA18 BA48A BB02B BB04A BB04B BB06B BB09B BB13B BB14B BC03B BC09B BC10B BC12B BC13B BC18B BC22B BC31B BC32B BC35B BC36B BC51B BC55B BC56B BC59B BC60B BC66B BC68B BC70A BC71B BC75B CA01 CA07 CA10 DA06 FA02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】軸方向に沿って被処理流体が流れる筒体
と、前記筒体の内部に収納される光触媒フィルターユニ
ットを有し、前記光触媒フィルターユニットは励起波長
発光手段を内蔵した軸部材とその周囲に放射状に配設さ
れかつねじり組付けられた複数の透過接触性を有する帯
状光触媒フィルタを有することを特徴とする立体光触媒
装置。
【請求項２】前記筒体は励起波光を反射することが可
能な材料で形成されかつ内面に光触媒半導体金属を含む
光触媒機能層を有することを特徴とする請求項１記載の
立体光触媒装置。
【請求項３】前記筒体は透光性化粧窓を有することを
特徴とする請求項２記載の立体光触媒装置。
【請求項４】前記光触媒フィルターは、金属材料から
なる基板と光触媒機能層とを有することを特徴とする請
求項１記載の立体光触媒装置。
【請求項５】軸方向に沿って被処理流体が流れる筒体
と、前記筒体の内部に設置された光触媒フィルターユニ
ットとを有し、前記光触媒フィルターユニットは、内部
に励起波長発光手段を有する軸部材とその周囲にスパイ
ラル状に固設された金属フィルターとを有し、前記金属
フィルターは、平織金網及びその表面に担持された金属
焼結層からなる基板とそこに担持された光触媒機能層を
有することを特徴とする立体光触媒装置。
【請求項６】基板が、ステンレス鋼、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃ
ｕ、Ｆｅ又はこれらを含む合金の中から選ばれた１種の
金属材料で形成されていることを特徴とする請求項４又
は５記載の立体光触媒装置。