JP2001259003A

JP2001259003A - 空気浄化フィルターおよびその製造方法

Info

Publication number: JP2001259003A
Application number: JP2000079963A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Nishikawa; 和男西川
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2000-03-22
Filing date: 2000-03-22
Publication date: 2001-09-25

Abstract

(57)【要約】【課題】高い光触媒活性を有し、吸着させた有機汚染
物質の分解速度が早い空気浄化フィルターを提供する。【解決手段】空気浄化フィルターは、フィルター基
材、および該基材に付着する、アナターゼ型酸化チタン
ゾルと光触媒微粒子の混合物を有する。該混合物には、
吸着剤または無機系バインダーのいずれか一方、あるい
は吸着剤および無機系バインダーの両方をさらに添加し
てもよい。光触媒微粒子は、典型的には酸化チタンから
なる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、室内等の空気中の
有機汚染物質を低減するための空気浄化フィルターおよ
びその製造方法に関し、特に、光触媒粒子を有し、脱臭
機能を備える空気浄化フィルターおよびその製造方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、住宅、オフィス等の室内で発生す
る不快な臭気、たとえば、タバコ臭、生活臭（ゴミ、調
理、ペット等のにおい）、その他の化学臭などを除去し
て、快適な居住空間を形成することがますます強く望ま
れている。この要望に答えるべく、脱臭機能を有する空
気清浄機や空気調和機の開発がなされている。これらの
装置において、脱臭機能を担うのは一般にフィルターで
ある。

【０００３】そのようなフィルターには、通常、脱臭機
能を有する物質が使用される。そのような物質には、活
性炭等の吸着剤、光触媒等がある。十分な脱臭機能を得
るためには、これらの物質をできるだけ多く用い、フィ
ルターのろ過面積を大きくすることが望ましい。しか
し、空気清浄機や空気調和機は、コンパクトなものが要
望されており、従って、フィルターの単位面積当たりの
脱臭機能をできるだけ高めることが必要である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の一つの目的
は、空気浄化フィルターの脱臭機能を向上させることが
できる技術を提供することである。

【０００５】本発明のさらなる目的は、高い光触媒活性
を有し、吸着させた有機汚染物質の分解速度が早い空気
浄化フィルターを提供することである。

【０００６】本発明のさらなる目的は、高濃度の有機汚
染物質の除去に対応できる空気浄化フィルターを提供す
ることである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明による空気浄化フ
ィルターは、フィルター基材、およびフィルター基材に
付着された、アナターゼ型酸化チタンゾルと光触媒微粒
子の混合物を備える。

【０００８】本発明による空気浄化フィルターにおい
て、基材に付着された混合物に、吸着剤および無機系バ
インダーよりなる群から選ばれたいずれか１つまたは両
方がさらに添加されていてもよい。

【０００９】本発明による空気浄化フィルターの製造方
法は、アナターゼ型酸化チタンゾルに光触媒微粒子を混
合する工程、および得られた混合物をフィルター基材に
付着させる工程を備える。

【００１０】本発明による製造方法の混合工程におい
て、吸着剤または無機系バインダーのいずれか一方、あ
るいは吸着剤および無機系バインダーの両方を、光触媒
微粒子とともにアナターゼ型酸化チタンゾルに混合して
もよい。

【００１１】本発明において、吸着剤は、ゼオライト、
モルデナイト、多孔質シリカ、多孔質アルミナ、セピオ
ライト、モレキュラーシーブ、コージェライト、活性炭
および金属イオン交換ゼオライトよりなる群から選ばれ
た１種または２種以上であることが好ましい。無機系バ
インダーは、シリカ、アルコキシシラン、アルミナおよ
びジルコニアよりなる群から選ばれた１種または２種以
上であることが好ましい。

【００１２】本発明において、光触媒微粒子は、酸化チ
タン、酸化タングステン、酸化亜鉛、および酸化銅より
なる群から選ばれた１種または２種以上であることが好
ましい。また、フィルター基材は、ハニカム状、不織布
状、シート状、コルゲート状、または蛇腹状とすること
ができる。フィルター基材は、アルミニウム、銅などの
金属、セラミックス、ガラス、プラスチック、ゴム、紙
など種々の材料で形成することができる。

【００１３】本発明による空気浄化フィルターは、光触
媒を励起させるための光源を配置した空気清浄機または
空気調和機に設置することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明において、アナターゼ型酸
化チタンゾルは、バインダー作用を有し、光触媒微粒子
や必要に応じて添加される吸着剤等をフィルター基材に
接着させる役割を果たす。さらに、アナターゼ型酸化チ
タンゾルは、光触媒活性を有し、したがって、フィルタ
ーの脱臭機能に寄与する。このように、本発明によれ
ば、使用する光触媒微粒子に加えて、バインダーとして
作用する材料も脱臭機能に寄与するため、フィルターの
単位面積当たりの脱臭能力を高めることができる。ま
た、アナターゼ型酸化チタンゾルに光触媒微粒子や必要
に応じて他の添加物を加えることにより、簡単にフィル
ター基材に付与すべき材料を得ることができる。得られ
た材料は、浸漬法や他のコーティング法によって、容易
にフィルター基材に付着させることができ、適当な加
熱、乾燥によって、強固に固定化することができる。本
発明により得られる製品では、光触媒微粒子およびアナ
ターゼ型酸化チタンゾルの両方によって、光触媒層に紫
外線を照射すると高い光触媒活性が得られる。これによ
り、フィルターに吸着させた有機汚染物質の分解速度が
上がる。

【００１５】本発明に使用するアナターゼ型酸化チタン
ゾルは、たとえば、四塩化チタン（ＴｉＣｌ₄）のよう
なチタン塩水溶液に、アンモニア水または水酸化ナトリ
ウム水溶液等のアルカリを加えｐＨ６〜７で反応させ、
生じる無定形の水酸化チタン（Ｔｉ（ＯＨ）₄）を洗
浄、分離した後、過酸化水素水で処理し、さらに１００
〜２００℃の温度で加熱することにより得ることができ
る。あるいは、アナターゼ型酸化チタンゾルは、一般的
なゾル−ゲル法に従い、Ｔｉ（ＯＣＨ₃）₄、Ｔｉ（ＯＣ
₂Ｈ₅）₄、Ｔｉ（ｉｓｏ−ＯＣ₃Ｈ₇）₄、Ｔｉ（ＯＣ
₄Ｈ₉）₄等のチタンアルコキシドを、加水分解した後、
適当な温度（たとえば、８０〜２００℃）で加熱するこ
とにより得ることができる。加水分解を行うための溶媒
には、メタノール、エタノール、イソプロパノール等の
アルコールが使用され、これに水および酸等の触媒が添
加される。

【００１６】本発明において、アナターゼ型酸化チタン
ゾルには、少なくとも光触媒微粒子が混合される。光触
媒微粒子は、たとえば、酸化チタン、酸化タングステ
ン、酸化亜鉛、酸化銅またはそれらの組合せからなる。
光触媒微粒子の添加量は、アナターゼ型酸化チタンゾル
１００重量部に対し、典型的には０〜３０重量部であ
り、好ましくは２０〜３０重量部である。光触媒微粒子
の平均粒径は、１００μｍ以下とすることが好ましい。
光触媒微粒子は、アナターゼ型酸化チタンゾルにそのま
ま添加することができる。添加の後、攪拌により均一に
混合することができる。

【００１７】必要に応じて、アナターゼ型酸化チタンゾ
ルには、吸着剤および／または無機系バインダーを添加
してもよい。吸着剤には、ゼオライト、モルデナイト、
多孔質シリカ、多孔質アルミナ、セピオライト、モレキ
ュラーシーブ、コージェライト、活性炭、金属イオン交
換ゼオライト、またはそれらの組合せを用いることがで
きる。吸着剤の添加により、フィルターの有機分子捕獲
機能を向上させることができる。これにより、吸着能力
の低い有機汚染物質も吸着することができ、多種多様の
有機汚染物質を吸着して光触媒活性により分解すること
が出来る。無機系バインダーには、シリカ、アルコキシ
シラン、アルミナ、ジルコニア、またはそれらの組合せ
を使用することができる。バインダーの使用により、フ
ィルター基材に付与する材料のまとまりを向上せしめ、
光触媒膜の基材との密着性を向上させることができる。
また、バインダーの添加により光触媒膜の膜厚を増やす
ことができる。吸着剤の添加量は、アナターゼ型酸化チ
タンゾル１００重量部に対し、典型的には１０〜５０重
量部であり、好ましくは３０〜５０重量部である。無機
系バインダーの添加量は、アナターゼ型酸化チタンゾル
１００重量部に対し、典型的には１５〜５０重量部であ
り、好ましくは３０〜５０重量部である。

【００１８】本発明において、フィルター基材の形状
は、特に限定されることなく、たとえば、ハニカム形
状、不織布形状、シート形状、コルゲート形状あるいは
蛇腹形状とすることができる。これらの形状において、
単位空間あたりのフィルター表面積を大きくすることが
でき、空気中の汚染物質を吸着させる効率を向上させる
ことができる。

【００１９】本発明による空気清浄フィルターは、光触
媒を励起させるための光源を設けた空気清浄機または空
気調和機に設置することができ、そこにおいて、送風フ
ァンによりフィルターに汚染物質を含む空気を通過さ
せ、適当な速度で汚染物質の除去を行うことができる。

【００２０】図３に空気清浄機の一具体例を示す。空気
清浄機において、送風ファン３によって吸引される空気
は本体の風入口５から入り除塵フィルター４を介して風
出口６から出される。その間、取入れられた空気は空気
浄化フィルター１を通る。フィルター１は、少なくとも
光触媒微粒子およびアナターゼ型酸化チタンゾルを含
み、必要に応じて吸着剤、バインダー、その他の添加物
を含む。フィルター１には、光源２より紫外線が照射さ
れる。空気中に含まれる有機汚染物質は、フィルター１
において、紫外線で活性化された光触媒のもと酸化分解
され、通常、水と二酸化炭素に変換される。変換された
物質は、系外に出される。このようにして脱臭機能が得
られる。また、フィルター１が吸着剤を含む場合、効果
的な吸着機能と光分解機能が組み合わされ、脱臭機能が
高められる。

【００２１】図４に空気調和機の一具体例を示す。空気
調和機において、送風ファン３によって吸引される空気
は本体の風入口５から入り空気浄化フィルター１と除塵
フィルター４の複合体を介して風出口６から出される。
その間、取入れられた空気は熱交換器７を通り、所望の
温度に調節される。フィルター１は、少なくとも光触媒
微粒子およびアナターゼ型酸化チタンゾルを含み、必要
に応じて吸着剤、バインダー、その他の添加物を含む。
フィルター１には、光源２より紫外線が照射される。空
気中に含まれる有機汚染物質は、フィルター１におい
て、紫外線で活性化された光触媒のもと酸化分解され、
通常、水と二酸化炭素に変換される。変換された物質
は、系外に出される。このようにして脱臭機能が得られ
る。また、フィルター１が吸着剤を含む場合、効果的な
吸着機能と光分解機能が組み合わされ、脱臭機能が高め
られる。

【００２２】第１の実施形態フィルター基材として８０×４０ｍｍ×ｔ１８ｍｍの２
００／インチ²（１インチ＝２．５４ｃｍ）アルミコル
ゲートハニカム、光触媒微粒子として（株）石原テクノ
製酸化チタン粉末（商品名ＳＴ−０１）、無機系バイン
ダーとして（株）テルニック工業社製コロイダルシリカ
系水性バインダー（商品名べタック９７０）を用いた。
アナターゼ型チタンゾルには、一般的なゾル−ゲル法に
従い、Ｔｉ（ｉｓｏ−ＯＣ₃Ｈ₇）₄を、アルコール溶媒
中、水および酸触媒の存在下で加水分解し、加水分解物
を約１００℃で加熱して調製したものを用いた。

【００２３】アナターゼ型酸化チタンゾル１００重量部
に、無機系バインダー１００重量部および光触媒微粒子
１００重量部を混合し、攪拌して塗液を調製した。基材
に光触媒微粒子の担持量が４．５ｇになるようにディプ
法により塗布した。２００℃において１時間焼成を行
い、空気浄化フィルターを得た。

【００２４】得られたフィルター試料を容積２７Ｌのア
クリル製ボックスに入れ、アセトアルデヒドを濃度１０
０ｐｐｍで注入し、（株）日本電気製６Ｗブラックライ
ト（型名ＦＬ６ＢＬ）２本を用いて該試料に光を照射
し、光照射時間に対するアセトアルデヒド濃度の変化を
検知管（ガステック社製アセトアルデヒド検知管Ｎｏ．
９２Ｌ）で測定した。また、比較として、酸化チタンゾ
ルを用いず、光触媒微粒子およびコロイダルシリカの混
合物を塗布した空気浄化フィルターを調製し、同様に測
定を行った。

【００２５】その結果を図１に示す。光触媒活性により
アセトアルデヒドは水分子と二酸化炭素分子に酸化分解
されるため、両方の試料についてアセトアルデヒド濃度
の減少が見られた。光触媒微粒子とアナターゼ型酸化チ
タンゾルの複合体では光照射９０分後アセトアルデヒド
濃度が検知管の検知限界である０．１ｐｐｍ以下になっ
た。アナターゼ型酸化チタンゾルを用いた方が、光触媒
活性は高かった。アナターゼ型酸化チタンゾルは、光触
媒活性の向上に寄与することがわかる。

【００２６】酸化チタンの代わりに、光触媒微粒子とし
て、酸化タングステン、酸化亜鉛、または酸化銅のいず
れを用いても同様の結果が得られた。また、シリカの代
わりに、無機系バインダーの基材として、アルコキシシ
ラン、アルミナまたはジルコニアのいずれを用いても同
様の結果が得られた。

【００２７】第２の実施形態フィルター基材として３００×９０ｍｍ×ｔ１８ｍｍの
２００／インチ²アルミコルゲートハニカム、光触媒微
粒子として（株）石原テクノ製酸化チタン粉末（商品名
ＳＴ−０１）、吸着剤として（株）日産ガードラ触媒社
製銅交換ハイシリカゼオライト（商品名銅交換ペンタジ
ル）を用いた。アナターゼ型酸化チタンゾルとして、第
１の実施形態と同じものを用いた。

【００２８】アナターゼ型酸化チタンゾル１００重量部
に、吸着剤１００重量部および光触媒微粒子１００重量
部を混合し、攪拌して塗液を調製した。基材に総担持量
が３６ｇになるようにディプ法により塗布した。２００
℃において１時間焼成を行い、空気浄化フィルターを得
た。

【００２９】得られた空気浄化フィルターを図３に示す
ような空気清浄機に設置した。空気清浄機を容積１００
０Ｌのアクリル製ボックスに入れ、タバコ５本を同時に
燃焼させた後、アンモニア（ガステック社製検知管Ｎ
ｏ．３Ｌ）、アセトアルデヒド（ガステック社製検知管
Ｎｏ．９２Ｌ）および酢酸（ガステック社製検知管Ｎ
ｏ．８１Ｌ）の濃度を各検知管で測定した。配設された
光源２により紫外線を空気浄化フィルター１に照射しな
がら、空気清浄機を風量４ｍ³／ｍｉｎ．で３０分運転
させた。その後アンモニア、アセトアルデヒドおよび酢
酸の濃度を測定し、除去率を求めた。

【００３０】その結果を図２に示す。アンモニアおよび
酢酸の除去率は、吸着剤を配合しなくても高い値を示し
た。しかし、アセトアルデヒドに関しては吸着剤の配合
比を増やすと除去率が上がり、アンモニア、酢酸の除去
率も維持された。このフィルターでは、吸着能力の低い
有機汚染物質も吸着剤により吸着されるため、多種多様
の有機汚染物質を吸着して光触媒活性により分解するこ
とができる。

【００３１】酸化チタンの代わりに、光触媒微粒子とし
て、酸化タングステン、酸化亜鉛、または酸化銅のいず
れを使用しても同様の効果を得ることができた。また、
ゼオライトの代わりに、吸着剤として、モルデナイト、
多孔質シリカ、多孔質アルミナ、セピオライト、モレキ
ュラーシーブ、コージェライト、活性炭または金属イオ
ン交換ゼオライトを使用しても同様の効果を得ることが
できた。

【００３２】第３の実施形態フィルター基材として８０×４０ｍｍ×ｔ１８ｍｍの２
００／インチ²アルミコルゲートハニカム、光触媒微粒
子として（株）石原テクノ製酸化チタン粉末（商品名Ｓ
Ｔ−０１）、無機系バインダーとして（株）テルニック
工業社製コロイダルシリカ系水性バインダー（商品名べ
タック９７０）を用いた。アナターゼ型酸化チタンゾル
として、第１の実施形態と同じものを使用した。無機バ
インダーの配合量を変えて混合を行い、それぞれ得られ
た材料を基材に総担持量１０ｇ、膜厚１００μｍとなる
ようディプ法により塗布した。２００℃で１時間焼成を
行なって空気浄化フィルターを得た。

【００３３】得られたフィルター試料を５００ｍＬの常
温イオン交換水に浸漬させ、室温で６時間放置後、該試
料を１１０℃で１時間乾燥させ、その重量を測定した。
担持量の変化から重量剥離率を求めた（静水浸漬試
験）。また、該試料を５００ｍＬの常温イオン交換水に
浸漬させ、室温で１５０Ｗの超音波を１５分間あてた
後、該試料を１１０℃、１時間乾燥させて重量を測定し
た（超音波試験）。重量の変化から光触媒膜の重量剥離
率を求めた。その結果を表１に示す。

【００３４】

【表１】

【００３５】表に示すように、膜厚１００μｍでは、無
機系バインダーの配合比を上げることで剥離率は低下し
た。無機系バインダーを混合することにより、光触媒層
と基材との密着性が上がり、膜厚を増やすことが可能で
あることがわかった。

【００３６】光触媒微粒子として、酸化タングステン、
酸化亜鉛、または酸化銅を使用しても同様の効果を得る
ことができた。さらに、無機系バインダー基材として、
アルコキシシラン、アルミナ、またはジルコニアを用い
ても同様の効果を得ることができた。

【００３７】

【発明の効果】本発明によれば、高い光触媒活性を有す
る空気浄化フィルターを提供することができる。また、
本発明によれば、吸着能力を高め、多種多様の有機汚染
物質を除去することができる空気浄化フィルターを提供
できる。さらに、本発明によれば、光触媒膜とフィルタ
ー基材との密着性を高め、光触媒膜の厚みを増やして、
脱臭性能の高いフィルターを提供できる。さらに、本発
明によれば、空気と接触する面積が大きく、空気中の汚
染物質の除去効率が向上した空気浄化フィルターを提供
できる。本発明による空気浄化フィルターを使用して、
有機汚染物質の除去能力の高い空気清浄機および空気調
和機を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による空気浄化フィルターのアセトア
ルデヒド分解特性を示す図である。

【図２】本発明による空気浄化フィルターについて、
吸着剤の配合比と、アセトアルデヒド、アンモニア、酢
酸の除去率との関係を示す図である。

【図３】本発明による空気浄化フィルターを備えた空
気清浄機の概略断面図である。

【図４】本発明による空気浄化フィルターを備えた空
気調和機の概略断面図である。

【符号の説明】

１空気浄化フィルター、２光源、３送風ファン、
４除塵フィルター、５風入口、６風出口、７熱
交換器。

───────────────────────────────────────────────────── 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）Ｂ０１Ｄ 39/14 Ｂ０１Ｄ 39/14 ＢＬ 39/20 39/20 Ａ 53/86 Ｂ０１Ｊ 21/06 ＡＺＡＢ 21/08 ＡＢ０１Ｊ 21/06 23/06 Ａ 21/08 23/16 Ａ 23/06 23/72 Ａ 23/16 35/02 Ｊ 23/72 Ｂ０１Ｄ 53/36 Ｈ 35/02 ＪＺＡＢＧＦターム(参考） 4C080 AA05 AA07 AA10 BB02 CC01 JJ03 JJ06 KK08 MM02 MM03 MM04 MM05 MM06 4D019 AA01 BA02 BB01 BB03 BB10 BC05 BC07 CA01 CA03 CB06 4D048 AA08 AA17 AA19 AA22 AB01 AB03 BA03X BA06X BA07X BA08X BA16X BA27X BA35X BA41X BB02 BB03 BB08 BB12 CC40 CD01 CD05 EA01 EA04 4G069 AA03 AA08 BA01A BA01B BA02A BA02B BA04A BA04B BA05A BA05B BA37 BA48A BB04A BB04B BC31A BC31B BC35A BC35B BC60A BC60B CA07 CA10 CA15 CA17 EA07 EA11 EA18 EA30 EC22X EC22Y ED04 FA03 FB23 FC05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】フィルター基材、および前記フィルター
基材に付着された、アナターゼ型酸化チタンゾルと光触
媒微粒子の混合物を備えることを特徴とする、空気浄化
フィルター。
【請求項２】前記混合物に、吸着剤および無機系バイ
ンダーよりなる群から選ばれたいずれか１つまたは両方
がさらに添加されていることを特徴とする、請求項１に
記載の空気浄化フィルター。
【請求項３】前記吸着剤は、ゼオライト、モルデナイ
ト、多孔質シリカ、多孔質アルミナ、セピオライト、モ
レキュラーシーブ、コージェライト、活性炭および金属
イオン交換ゼオライトよりなる群から選ばれた１種また
は２種以上であることを特徴とする、請求項２に記載の
空気浄化フィルター。
【請求項４】前記無機系バインダーは、シリカ、アル
コキシシラン、アルミナおよびジルコニアよりなる群か
ら選ばれた１種または２種以上であることを特徴とす
る、請求項２に記載の空気浄化フィルター。
【請求項５】前記フィルター基材は、ハニカム状、不
織布状、シート状、コルゲート状、または蛇腹状である
ことを特徴とする、請求項１〜４にいずれか１項に記載
の空気浄化フィルター。
【請求項６】請求項１〜５のいずれか１項に記載の空
気浄化フィルター、および光触媒を励起させるための光
源を備える、空気清浄機。
【請求項７】請求項１〜５のいずれか１項に記載の空
気浄化フィルター、および光触媒を励起させるための光
源を備える、空気調和機。
【請求項８】アナターゼ型酸化チタンゾルに光触媒微
粒子を混合する工程、および得られた混合物をフィルタ
ー基材に付着させる工程を備えることを特徴とする、空
気浄化フィルターの製造方法。
【請求項９】前記混合工程において、吸着剤および無
機系バインダーよりなる群から選ばれたいずれか１つま
たは両方をさらに混合することを特徴とする、請求項８
に記載の空気浄化フィルターの製造方法。
【請求項１０】前記吸着剤は、ゼオライト、モルデナ
イト、多孔質シリカ、多孔質アルミナ、セピオライト、
モレキュラーシーブ、コージェライト、活性炭および金
属イオン交換ゼオライトよりなる群から選ばれた１種ま
たは２種以上であることを特徴とする、請求項９に記載
の製造方法。
【請求項１１】前記無機系バインダーは、シリカ、ア
ルコキシシラン、アルミナおよびジルコニアよりなる群
から選ばれた１種または２種以上であることを特徴とす
る、請求項９に記載の製造方法。
【請求項１２】前記光触媒微粒子が、酸化チタン、酸
化タングステン、酸化亜鉛、および酸化銅よりなる群か
ら選ばれた１種または２種以上であることを特徴とす
る、請求項８〜１１のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１３】前記フィルター基材は、ハニカム状、
不織布状、シート状、コルゲート状、または蛇腹状であ
ることを特徴とする、請求項８〜１２にいずれか１項に
記載の製造方法。