JP2001293378A

JP2001293378A - 光触媒及びその製法とそれを用いる気体清浄化装置

Info

Publication number: JP2001293378A
Application number: JP2000111841A
Authority: JP
Inventors: Tsukuru Suzuki; 作鈴木; Toshiaki Fujii; 敏昭藤井; Kazuhiko Sakamoto; 和彦坂本
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2000-04-13
Filing date: 2000-04-13
Publication date: 2001-10-23

Abstract

(57)【要約】【課題】乾燥した気体を処理する場合に、気体分解反
応を効率よく行うことができる光触媒及びその製法とそ
れを用いた気体の清浄化装置を提供する。【解決手段】水分透過性の基材１の表面及び／又は内
部に光触媒材を担持させることを特徴とする光触媒３と
したものであり、前記水分透過性の基材は、細孔径が３
Å〜２．０μｍの多孔構造の基材であり、該光触媒の製
法は、水分透過性の基材に光触媒材を蒸着法、スパッタ
法、ＣＶＤ法、ゾル−ゲル法、溶射法、熱酸化法のいず
れかで担持させるか、又は、光触媒材と基材材料のガラ
ス、セラミックス、樹脂、金属の一種以上とを混合した
混合物を、多孔構造に成型して行い、また、気体の清浄
化装置において、内部に、前記光触媒と、該光触媒に水
分を供給する手段及び光を照射する光源とを有する装置
としたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光触媒に係り、特
に、気体中の有機物（炭化水素を含む有機性ガス）を含
む有害物質を処理するための水分透過性の基材に担持さ
せた光触媒及びその製法とそれを利用した気体の清浄化
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近、地球規模での環境汚染が問題にな
っている。中でも、飲料水及び空気中の有害有機物質
は、人間の体内に直接取り込まれることから、特に深刻
である。水中の有害有機物としては、トリハロメタンな
どの有機ハロゲン化物があり、従来、活性炭などを充填
したフィルターによリ除去されてきた。また、空気中で
問題になる有害有機物としては、住居環境ではアルデヒ
ド、大気汚染（環境）ではベンゼン、トルエンなどがあ
り、その除去方法としては、活性炭を始めとする各種吸
着剤が用いられてきた。一方、エレクトロニクス産業、
特に半導体の分野では、クリーンな環境が求められてお
り、技術の進歩に伴い求められるクリーン度も高くなり
つつある。塵挨などは、エアフィルターで効率的に除去
することができるが、クリーンルーム中に存在する有機
分子を除去することは、極低濃度であるために困難であ
る。この分野で問題となる空気中の有機物としては、ガ
ラスやウエハー基板上に付着する高沸点炭化水素類、例
えば、クリーンルーム構成材からの脱離物であるＤＯＰ
やＤＢＰのようなフタル酸エステルなどがある。

【０００３】また、ＴｉＯ₂に代表される結晶性半導体
が、光触媒活性を有することは良く知られている（参考
文献、藤島ら、表面、第２０巻、５６３ぺ一ジ、１９８
２年）。これは、バンドギャップ以上のエネルギーを持
つ波長の光を吸収することにより、価電子帯の電子が伝
導帯に励起され、価電子帯には正孔が生成する。これら
の励起電子及び正孔が、結晶性半導体の表面に吸着した
有機物を分解するものである。従来の研究は、反応面積
を大きくするために、主に半導体微粒子で行われてき
た。熱触媒では、触媒を微粒子化することにより、反応
面積を著しく増大させることが可能である。これに対し
て、光触媒では、微粒子化によりその反応面積を増大さ
せることができても、反応を誘起させるのに必要な光を
効率的に微粒子に照射することが困難となることから効
果は小さい。また、空気の浄化に用いる場合には、処理
後に光触媒粒子を回収、除去する必要がある。

【０００４】取り扱い性を良くするために、光触媒材を
支持体に固定化した光触媒が提案され、タイル上に酸化
チタンのコロイド（水スラリー）を吹き付け、焼成した
材料（橋本、藤嶋ら編、「酸化チタン光触媒のすべて」
ｐ２０９、１９９８年）、及びポリテトラフルオロエチ
レン粉末と光触媒微粒子とを含有するディスパージョン
の塗布、焼成で光触媒を形成した材料（特開平１１−４
７６１２号）が知られている。また、本発明者らは、特
開平７−２５６０８９号で光透過性線状物品表面を粗面
とし、光触媒を担持させ表面積を増大すると共に、表面
の凹凸で光を散乱し、効率的に半導体に光が吸収される
光触媒を提案している。しかし、これら従来の光触媒を
用いる清浄化装置により気体を浄化する場合、例えばエ
チレン、アルデヒド、トルエン等の汚染有機物の酸化分
解では、被処理気体が乾燥していると光触媒の効果が低
下し、十分な効率が得られなかった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術に鑑み、乾燥した気体を処理する場合においても、気
体分解反応を効率よく行うことができる光触媒及びその
製法とそれを用いた気体の清浄化装置を提供することを
課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では、水分透過性の基材の表面及び／又は内
部に光触媒材を担持させることを特徴とする光触媒とし
たものである。前記光触媒において、水分透過性の基材
は、細孔径が３Å〜２．０μｍの多孔構造の基材とする
ことができる。また、本発明では、前記した光触媒の製
法において、水分透過性の基材に光触媒材を蒸着法、ス
パッタ法、ＣＶＤ法、ゾル−ゲル法、溶射法、熱酸化法
のいずれかで担持させるか、又は、光触媒材と基材材料
のガラス、セラミックス、樹脂、金属の一種以上とを混
合させた混合物を、多孔構造に成型して製造することが
できる。さらに、本発明では、気体の清浄化装置におい
て、内部に、前記の光触媒と、該光触媒に水分を供給す
る手段及び光を照射する光源とを有する装置としたもの
である。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明では、光触媒材を水分透過
性の多孔性の基材に担持させるか、又は光触媒材とガラ
ス、セラミックス、樹脂、金属のいずれか、もしくはそ
れらの混合物とが、水分透過性の多孔構造（多孔膜）に
成型され、ガスとの接触面積を大きくすると共に、該多
孔性の基材あるいは多孔膜と隣接した水分層を介して、
光触媒面に水分を供給する。本発明の光触媒について、
断面を模式的に示した図１により説明する。図１（ａ）
は、水分透過性の多孔性基材１に光触媒材２が担持され
た光触媒３を示し、図１（ｂ）は、基材１の原料と光触
媒材２を水分透過性の多孔構造に成形した光触媒３を示
す。本発明において、光触媒材を担持させる多孔性基材
は、水分子が透過可能であれば何れでも良い。通常、細
孔径３Å〜２μｍの細孔を有する多孔性の膜が、水分の
透過性が良いことから好ましく、精密濾過膜、逆浸透
膜、限外濾過膜、透析膜、気体分離膜がある。常圧での
処理の場合、細孔径は１０ｎｍ〜１００ｎｍが好まし
い。好適な細孔径は、被処理気体の種類、装置の種類、
処理量、水分層との差圧により適宜予備試験を行い選択
すればよい。

【０００８】基材の材質は、ガラス、セラミックス、金
属、樹脂を適宜用いることができる。例えば、多孔質の
ガラス膜では、Ｎａ₂Ｏ−Ｂ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂系、ＣａＯ−
Ａｌ ₂Ｏ₃−Ｂ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂系、Ｎａ₂Ｏ−ＣａＯ−Ｚｒ
Ｏ₂−Ａｌ₂Ｏ₃−Ｂ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂系のいずれかを相分離
法により、膜に形成したものがある。セラミックス膜で
は、アルミナ、アルミナ−シリケート、炭化珪素、ジル
コニアのいずれか、又はこれらの混合物の鋳込成形、圧
縮成形、押出成形のいずれかの方法による成形体、又は
さらに成形体上にアルミナ、ジルコニア、チタニア、酸
化スズの薄膜を形成したものがある。金属膜では、ＳＵ
Ｓ、真鍮、モネル、ニッケル又はその合金のいずれかの
粉末、金網、長繊維、短繊維等を焼結したものがある。
樹脂膜では、溶媒−ゲル化法、抽出法、溶融急冷法、２
軸延伸法、電子線照射−エッチング法等により成形され
た酢酸セルロース、硝酸セルロース、ポリアミド、ポリ
アクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラ
フルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の膜があるが、酸化によ
り膜が劣化する材料には劣化防止の保護膜が必要となる
ため、実用上はポリテトラフルオロエチレンが好まし
い。

【０００９】担持させる光触媒材は、光照射により励起
され酸化・還元反応を行うものならばいずれでもよい。
通常、半導体材料であり、Ｓｅ、Ｇｅ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚ
ｎ、Ｃｕ、Ａ１、Ｓｎ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、
Ｓ、Ｔｅ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｓｒ、Ｗ、
Ｃｒ、Ｂａ、Ｐｂ、のいずれか、又はこれらの化合物、
又は合金、又は酸化物が好ましく、これらは単独で、又
は２種類以上複合して用いる。例えば、元素としては、
Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、化合物としては、ＡｌＰ、ＡｌＡ
ｓ、ＧａＰ、ＡｌＳｂ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＳｂ、
ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＺｎＳ、Ｍｏ
Ｓ₂、ＷＴｅ₂、Ｃｒ₂Ｔｅ₃、ＭｏＴｅ、Ｃｕ₂Ｓ、Ｗ
Ｓ₂、酸化物としては、ＴｉＯ₂、Ｂｉ₂Ｏ₃、ＣｕＯ、Ｃ
ｕ₂Ｏ、ＺｎＯ、ＭｏＯ₃、ＩｎＯ₃、Ａｇ₂Ｏ、ＰｂＯ、
ＳｒＴｉＯ₃、ＢａＴｉＯ₃、Ｃｏ₃Ｏ₄、Ｆｅ₂Ｏ₃、Ｎｉ
Ｏなどがある。特に、被処理物質に対しては反応性が高
く、化学的に安定で人体に害の少ないＴｉＯ₂が好まし
い。

【００１０】光触媒材を基材に担持させるには、周知の
方法が利用できる。例えば、酸化チタンゾル焼成法、有
機チタネート焼成法、バインダ混合法等のゾル−ゲル
法、スパッタ法、ＣＶＤ法、蒸着法、溶射法がある。光
触媒機能の付加は、膜の全面、又はメッシユ状、ストラ
イプ状のマスクを置いて、パターニングをして担持させ
ることができる。また、メッシュ状、ストライプ状の支
持体に、前記方法にて光触媒材を担持させたものと、基
材とを積層させても良い。膜厚、担持方法により、細孔
が閉塞する場合は、パターニングして光触媒材を担持さ
せることが好ましい。

【００１１】また、あらかじめガラス、セラミックス、
金属、樹脂の原料と、光触媒材を混合したものを多孔構
造に成形してもよい。例えば、ガラス繊維に光触媒材を
担持させたのち、繊維膜（多孔膜）としたり、樹脂原料
と光触媒材の混合物を溶着成形して多孔膜とすることも
できる。光触媒に水分を供給する手段は、水分が除々に
光触媒の表面に到達するものであれば良く、液体、気体
のいずれか、又は水分を含浸させた固体を隣接させるこ
ともできる。基材の厚さ、細孔径、気孔率は、被処理気
体の処理量、圧力によって適宜実験を行い選択すればよ
い。光触媒の厚さは、水分が透過し光触媒表面に到達す
るのに適した厚さであればよい。通常、０．１μｍ〜
１．０μｍが好ましい。

【００１２】次に、本発明による光触媒を用いた気体の
清浄化装置を、図２により説明する。装置は、光触媒を
活性化させるための光を照射する光源５、光触媒３、水
槽４から構成される。被処理気体６を気体処理空間７に
導入し、光源５より光を照射し、光触媒３を活性化して
汚染ガスを分解する。その際、水槽４より膜を通過した
水分が、光触媒３の表面に供給され、光触媒上で反応し
た水がラジカルを生成するため、処理ガスが乾燥してい
ても、長時間高効率で安定して分解される。光源は、光
触媒材が吸収する波長を発するものであれば何れでもよ
く、可視及び／又は紫外領域の光が効果的であり、紫外
線ランプや太陽光を適宜用いることができる。通常、紫
外線ランプが、処理速度が早いことから望ましい。好適
に使用される紫外線ランプとしては、殺菌ランプ、ブラ
ックライト、ケミカル蛍光ランプがある。殺菌ランプ
は、殺菌作用があること、光触媒材への光照射エネルギ
が強く、反応が効率的に進む（副生成物が少ない）こと
から、用途によっては好ましい。

【００１３】

【実施例】以下、本発明を実施例により具体的に説明す
るが、本発明はこれに限定されるものではない。実施例１図３は、図１（ａ）に示した光触媒を用いた気体清浄化
装置の例である。装置８は、流入口９、処理空間７、流
出口１０が設置され、処理空間７には光触媒活性化用の
紫外線ランプ１１を設置する。また、光触媒３を介し処
理空間７と、水槽４に仕切られている。有機物（Ｈ．
Ｃ）等が含まれ汚染された被処理ガス６を、ファン１２
で装置８に導入し、紫外線が照射された光触媒３に接触
させる。汚染有機物は、光触媒の作用で酸化分解され
る。この際、光触媒３の表面では、水槽４から細孔を通
過してきた水が反応して生成するラジカルにより、有機
物（Ｈ．Ｃ）が効率よく長時間安定して分解される。

【００１４】実施例２図３に示した装置に室内空気を導入し、Ｈ．Ｃ除去効率
について調べた。試験条件１）光触媒；細孔径５０ｎｍのアルミナ製多孔膜上に、酸化チタンをスパッタ法で０．１μｍの厚さに担持したもの、２）紫外線ランプ；殺菌灯３）装置の大きさ；２０リットル４）室内空気；（１）Ｈ．Ｃ濃度（非メタンＨ．Ｃ）：１．０〜１．１ｐｐｍ（２）水分：相対湿度１５〜２５％５）Ｈ．Ｃ測定器；ガスクロマトグラフ結果図４に、下記比較例１と共に示す。図４中、ａが本発明
の結果、ｂが比較例１の結果を示している。

【００１５】比較例１実施例２において、通常のゾル−ゲル法による光触媒を
用いて同様に試験を行った。結果を図４に示す。光触媒；アルミナ板上に酸化チタンをゾル−ゲル法によ
り０．１μｍの厚さで担持したもの、

【００１６】実施例３図３に示した装置に、被処理気体としてＨ．Ｃ含有のド
ライガスを導入し、Ｈ．Ｃ除去効率について調べた。試験条件１）光触媒；基材として細孔径１００ｎｍのテフロン
（登録商標）製多孔膜上に、酸化チタンをゾル−ゲル法
で０．１μmの厚さに担持させたＳＵＳ焼結網を積層し
たもの２）紫外線ランプ；殺菌灯３）装置の大きさ；２０リットル４）処理気体；（１）Ｈ．Ｃ濃度（非メタンＨ．Ｃ）：
０．４〜０．８ｐｐｍ（２）水分：露点−６０℃以下５）Ｈ．Ｃ測定器；ガスクロマトグラフ結果図５に、本発明において水槽のあり（◆）、なし（○）
を比較した。水槽を設けることにより、安定した除去率
が達成できた。

【００１７】実施例４図６は、図１（ｂ）に示した光触媒を用いた気体清浄化
装置の例である。装置１３は、扉１４の開閉で気体の出
入りのある密閉空間であり、光触媒活性化用の紫外線ラ
ンプ１１、光触媒３、水槽４があり、実施例１と同様に
水槽４からの水分により、汚染物を効率よく分解でき
る。また、収納物を置くための棚１５が設置されてい
る。扉の開閉により混入する汚染物や、収納物から発生
する汚染ガスを光触媒により分解除去し、空間内を清浄
に保つことができる。

【００１８】実施例５図６に示した装置により、処理気体としてエチレン含有
空気が封入されたときの濃度減衰の時間変化を求めた。試験条件１）光触媒；アルミナ（粒径０．３μｍ）と酸化チタン
（粒径０．１μｍ）を混合・焼結した細孔径０．０２〜
０．２μｍの多孔膜２）紫外線ランプ；ブラックライト３）装置の大きさ；１００リットル５）Ｈ．Ｃ測定器；ガスクロマトグラフ結果図７に、本発明において水槽のあり（◆）、なし（○）
を比較した。水槽を設けることにより、装置内のエチレ
ンを急速に除去することができた。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明により、次
の効果を奏することができた。（１）多孔質膜を光触媒の基材にすることにより、表面
積の広い光触媒となり、水分供給手段を備えることによ
り、反応効率のよい光触媒が得られた。（２）上記で得られた光触媒を備えた気体処理用の清浄
化装置により、気体の処理が乾燥した状態であっても、
長時間高効率で安定な処理が行えるようになった。（３）上記により、光触媒が利用できる下記用途が広が
った。半導体、液晶製造のクリーンルームや局所空間、病院、事務所等の空調機を伴う空気清浄器、事務室、家庭用空気清浄器、食品（鮮度保持）分野における空気清浄、

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光触媒の模式図で、（ａ）基材表面に
担持した模式図、（ｂ）基材内部に担持した模式図。

【図２】本発明の光触媒を用いた気体清浄化装置の概念
図。

【図３】実施例１〜３に用いた気体清浄化装置の概略構
成図。

【図４】流量(ｌ／ｍｉｎ)と除去率（％）の関係を示す
グラフ。

【図５】経過時間（Ｈ）と除去率（％）の関係を示すグ
ラフ。

【図６】実施例４、５に用いた気体清浄化装置の概略構
成図。

【図７】経過時間（ｍｉｎ)と残存率（％）の関係を示
すグラフ。

【符号の説明】

１：基材、２：光触媒材、３：光触媒、４：水槽、５：
光源、６：被処理ガス、７：処理空間、８：清浄化装
置、９：流入口、１０：流出口、１１：殺菌ランプ、１
２：ファン、１３：密閉装置、１４：扉、１５：棚

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 37/02 ３０１Ｂ０１Ｄ 53/36 ＧＺＡＢＪＦターム(参考） 4D048 AA17 AA21 AC10 BA07X BA10Y BA13X BA41X BA45X BB03 BB08 BB17 BB18 CC61 EA01 4G069 AA03 AA08 BA04A BA04B BA13A BA14A BA17 BA18 BA22A BA22B BA48A CA10 CA17 CA19 EB15Y EC09X EC16Y EC17Y FA04 FA06 FB01 FB02 FB03 FB07 FB09 FB23 FB39 FB66

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水分透過性の基材の表面及び／又は内部
に光触媒材を担持させることを特徴とする光触媒。
【請求項２】前記水分透過性の基材は、細孔径が３Å
〜２．０μｍの多孔構造であることを特徴とする請求項
１記載の光触媒。
【請求項３】請求項１又は２記載の光触煤の製法にお
いて、水分透過性の基材に光触媒材を蒸着法、スパッタ
法、ＣＶＤ法、ゾル−ゲル法、溶射法、熱酸化法のいず
れかで担持させるか、又は、光触媒材と基材材料のガラ
ス、セラミックス、樹脂、金属の一種以上とを混合した
混合物を、多孔構造に成型したことを特徴とする光触媒
の製法。
【請求項４】内部に、請求項１又は２記載の光触媒
と、該光触媒に水分を供給する手段及び光を照射する光
源とを有することを特徴とする気体清浄化装置。