JP2002001116A

JP2002001116A - 悪臭・有害物質含有気体または液体の処理方法および酸化還元反応触媒装置並びに酸化還元反応触媒

Info

Publication number: JP2002001116A
Application number: JP2000185330A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Den; 慶一傳; Masahiro Sato; 正洋佐藤; Masanori Okuyama; 雅則奥山
Original assignee: Kansai Research Institute KRI Inc
Current assignee: Kansai Research Institute KRI Inc
Priority date: 2000-06-20
Filing date: 2000-06-20
Publication date: 2002-01-08

Abstract

(57)【要約】【課題】光触媒を用いたときにおける問題を克服し、
気体中若しくは液体中に含まれる悪臭・有害物質を酸化
還元反応触媒を用いて効果的に分解除去することのでき
る方法、およびその為の有用な装置、並びにこれらの技
術に適用できる酸化還元反応触媒を提供する。【解決手段】本発明の酸化還元反応触媒は、気体また
は液体中に含まれる悪臭・有害物質を分解除去する為の
酸化還元反応系触媒であって、過渡的電圧を印加したと
きに、その表面に非補償の正電荷および／または負電荷
を生成させる強誘電体材料からなるものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気励起型酸化還
元反応触媒、およびこうした触媒による作用を利用して
気体または液体中に含まれる悪臭・有害物質を効果的に
分解除去する方法、並びにこうした方法を実施する為の
有用な装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、居住空間でのタバコの煙や臭い、
市街地での車の排ガスによるＮ○ｘ、ごみ処理工場の排
ガス中に含まれるダイオキシン、建材からのホルムアル
デヒドやＶＯＣ（トルエン、ベンゼン、ジクロロメタン
等の揮発性有機化合物）等による環境汚染が問題視され
ている。こうしたことから、大気や排水の汚染物質とし
ての悪臭物質や有害物質に対する浄化対策、生活空間に
おける悪臭・有害物質、更には環境を汚染する細菌類等
の浄化を図る技術の確立が要望されている。

【０００３】こうした技術としてこれまでにも様々提案
されており、代表的なものとして、吸着剤等による物理
的処理、下水処理場等における微生物処理、薬剤による
中和、オゾンや過酸化水素による酸化分解、触媒による
酸化分解等の化学的処理が試みられている。

【０００４】上記技術のなかでも、触媒による酸化分解
処理（触媒酸化法）が最も効果的な方法として従来から
精力的に推進されてきた。この触媒酸化法は、２００℃
以上の高温度下で酸化分解するのが通常であるが、特に
最近では光エネルギーを用いて常温で酸化分解などを行
なう方法として、光触媒による酸化分解が脚光を浴びて
おり、しかもこの方法では殺菌作用も有することから実
用化が試みられている。

【０００５】ところで、耐久性やコストの面で最適な光
触媒として、チタニア（ＴｉＯ₂）が知られている。こ
のチタニア光触媒において、強い酸化力を生じさせる為
には、チタニア自身が励起されること、即ち励提された
正孔（正電荷）と電子（負電荷）が生じることが必要で
あり、その為には高エネルギーの紫外光を必須とする。
またこのチタニア光触媒は、正電荷により酸化反応、負
電荷により還元反応を行なう酸化還元反応触媒である。

【０００６】上記の様なチタニア光触媒の励起正電荷エ
ネルギーは、＋３ｅＶ（エレクトロンボルト）程度であ
り、励起負電荷エネルギーは−０．２ｅＶ程度である。
そして、空気中では、正電荷は水分を酸化してヒドロキ
シラジカル（・ＯＨ）を、負電荷は酸素を還元してスー
パーオキシドアニオン（・Ｏ₂ ^-）を生成し、これらがと
もにラジカル的に作用して、汚染物質の酸化分解が起こ
ると考えられている。

【０００７】またチタニア光触媒による酸化分解では、
その効果を十分に発揮させる為には、十分な光をチタニ
ア表面に照射する必要があり、汚染物質の分解に応用す
る場合には、光源および光照射方法等の実用面から、汚
染物質の濃度が低い領域（数ｐｐｍ以下）で適用するの
が好ましいとされている（例えば、「ECO Technology」
宮下、p5，Vol．2,Ｎｏ．9,1997）。

【０００８】例えば、１ｐｐｍ以下の極く微量の汚染物
質を分解除去する場合には、蛍光灯を用いることがで
き、その紫外光の電荷励起への量子効率は比較的大きく
見積もれる。しかしながら、数ｐｐｍ以上の汚染物質を
分解する為に太陽光やブラックライト（人工紫外灯）の
紫外光等を用いる場合には、光の量子効率はせいぜい１
０％程度であってエネルギー効率は低くなる（例えば、
「光クリーン革命」藤嶋ら、シーエムシー、1997）。

【０００９】従って、数ｐｐｍ以上の比較的高濃度の汚
染物質を光触媒で処理する場合には、エネルギー効率を
犠牲にすると共に、装置の大型化を図る必要があるとい
う問題がある。また光源や照射方法の工夫等、光照射を
できるだけ効率良く行なう為の装置設計においても、実
用化を図る上で大きな制約を受けることになる。更に、
光触媒は紫外光を必要とするので、暗所で用いる為には
電気から紫外光へ、紫外光から電荷発生へと２段階のエ
ネルギー変換を必要とし、エネルギー効率が悪いという
欠点がある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、この様な状
況の下でなされたものであって、その目的は、光触媒を
用いたときにおける問題を克服し、気体や液体中に含ま
れる悪臭・有害物質を酸化還元反応触媒を用いて効果的
に分解除去することのできる方法、およびこうした方法
を実施する為の有用な装置、並びにこれらの技術に適用
できる酸化還元反応触媒を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成すること
のできた本発明の酸化還元反応系触媒とは、気体または
液体中に含まれる悪臭・有害物質を分解除去する為の酸
化還元反応触媒であって、過渡的電圧を印加したとき
に、その表面に非補償の正電荷および／または負電荷を
生成させる強誘電体材料からなるものである点に要旨を
有するものである。

【００１２】また本発明方法は、悪臭・有害物質を含む
気体または液体を酸化還元反応触媒を用いて分解除去す
るに当たり、前記酸化還元反応触媒として強誘電体材料
を用い、この強誘電体材料に過渡的電圧を印加して、そ
の表面に非補償の正電荷および／または負電荷を生成さ
せつつ操業する点に要旨を有する悪臭・有害物質含有気
体または液体の処理方法である。

【００１３】一方、上記目的を達成し得た本発明の装置
とは、悪臭・有害物質を含む気体または液体を酸化還元
反応触媒を用いて分解除去する為の装置であって、前記
酸化還元反応触媒としての強誘電体材料からなる薄膜を
備えると共に、該薄膜の一方の面の全面を覆う基板電極
と他方の面を部分的に覆う表面電極、およびこれらの電
極間に電圧を印加する電源を備えたものである点の要旨
を有する酸化還元反応触媒装置である。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明者らは、上記課題を解決す
べく様々な角度から検討した。そして本発明者らは、酸
化還元反応触媒に用いる素材として強誘電体材料に着目
した。この強誘電体材料の表面には、自発的な分極によ
って表面電荷が現れるが、通常はこれを打ち消す電荷
（補償電荷：帯電した雰囲気物質の浮遊電荷等）が存在
して平衡状態にある。この様な強誘電体材料に過渡的な
電場を与えて分極状態を変化させれば、非補償の電荷が
現れることは、強誘電体の分極と電場の関係でのヒステ
リシス特性を利用したメモリー素子（例えば、「化学と
工業」66(11),481〜486,1992）に見られる様によく知ら
れている。

【００１５】本発明者らは、上記の様な強誘電体材料に
過渡的で一定のレベル以上の電圧で電場を繰り返し与え
て表面に多量の非補償電荷を生成させ、これを酸化還元
反応に利用できるのではないかとの着想が得られた。そ
して本発明者らが、更に検討を重ねた結果、この強誘電
体材料に過渡的な電圧（急激に変化する波形の電圧）を
印加してその表面に非補償の正電荷および／または負電
荷を生成させつつ、悪臭物質や有害物質を含有する気体
または液体を処理する様にすれば、この強誘電体材料が
強力でエネルギー効率のよい酸化還元反応触媒として有
効に作用し、上記悪臭物質や有害物質を効果的に分解除
去できることを見出し、本発明を完成した。

【００１６】本発明で用いる強誘電体材料の表面に生成
する非補償電荷は、光触媒における励起電荷と同様にエ
ネルギー的に励起されており、空気中では、正電荷は水
分を酸化してヒドロキシラジカル（・ＯＨ）を、負電荷
は酸素を還元してスーパーオキシドアニオン（・Ｏ₂ ^-）
を生成し、両者による汚染物質の常温での酸化分解を進
行させるものと推定される。即ち、強誘電体材料は電気
励起型の酸化還元触媒として機能するものであり、チタ
ニア光触媒が紫外光による励起で光エネルギーから励起
電荷を得るのに対し、強誘電体材料では電気エネルギー
から直接励起電荷を得るために、エネルギー効率が高
く、しかも励起電荷のエネルギーを制御でき、励起した
電荷量も制御できる（光触媒に比べて両者をともに著し
く大きくすることができる）という特徴を有する。

【００１７】上記強誘電体材料は、自発分極による表面
電荷は補償電荷によって平衡状態にあるが、過渡的な電
圧を与えると平衡状態が変化して電荷が新たに生じるこ
とになる。本発明では、この様にして新たに生じた電荷
を「非補償電荷」と呼んでいる。またこの非補償電荷
は、そのままの状態で保持すると、雰囲気物質によって
消費されるか、またはリークによってなくなって平衡状
態に戻る。

【００１８】本発明で用いる強誘電体材料は、水中でも
空気中と同様に酸化還元反応を効果的に発揮する。この
様な材料を生活空間で使用する場合には、人体に対する
安全性も配慮すべきであるが、上記強誘電体材料による
酸化還元反応は、人体に悪影響を及ぼす紫外光を使用せ
ず、また強誘電体材料の表面およびその極近傍での反応
であるので、ラジカルが空気中へ出てくる可能性も殆ど
ないので何等問題はない。

【００１９】本発明で用いる強誘電体材料としては、上
記の様な機能を発揮するものであれば特に限定されるも
のではなく、例えばチタン酸バリウム（ＢａＴｉ
Ｏ₃）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ₃）、ジル
コン酸チタン酸鉛［Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ₃：以下「Ｐ
ＺＴ」と略記することがある］、ジルコン酸鉛（ＰｂＺ
ｒＯ₃）、鉄タンタル酸鉛［Ｐｂ（Ｔａ．Ｆｅ）Ｏ₃］、
チタン酸ビスマス（Ｂｉ₄Ｔｉ₃Ｏ₁₂）、チタン酸鉛（Ｐ
ｂＴｉＯ₃）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）、硫ヨ
ウ化アンチモン（ＳｂＳＩ）等に代表される無機系強誘
電体、或はポリフッ化ビニリデンや強誘電性高分子液晶
に代表される有機系強誘電体のいずれでも使用できる
が、耐久性に優るという観点からすれば無機系強誘電体
が推奨される。

【００２０】本発明で用いる強誘電体材料は、酸化還元
反応に利用する面を大きくして非補賞電荷を多く得る
為、および分極変化を起こすための印加電圧を必要以上
に大きくしてエネルギーを無駄にしない為に、薄膜状の
ものを用いるのが好ましい。但し、本発明で用いる強誘
電体材料は薄膜状のものに限らず、例えば基板電極（後
記図１参照）上に強誘電体材料からなる粉末を点在させ
た状態で使用することもできる。

【００２１】強誘電体材料を薄膜状にしたときのその膜
厚は、０．０１〜１５０μｍ程度であることが好まし
い。即ち、この膜厚が０．０１μｍ未満になると、膜の
製造上からして欠陥ができやすく、膜の両側の電極が短
絡する恐れがある。一方、この膜厚が１５０μｍを超え
ると、分極反転に大きな電圧を必要とする。尚この膜厚
のより好ましい範囲は０．０５〜１００μｍ程度であ
り、最も好ましくは０．１〜５０μｍ程度とするのが良
い。

【００２２】上記の様な強誘電体材料薄膜は、強誘電体
粉末を薄膜状に散布して固相焼結することによって容易
に得ることができる。或は、対応する複数の金属のアル
コキサイドや硝酸塩、酢酸塩等を加水分解した後、薄膜
状に焼結することによっても得ることができる。また、
これら二つの方法を合わせた方法（即ち、上記加水分解
反応完了までに強誘電体粉末を混合する）によっても得
ることができる。或は、スパッター法、化学蒸着法（Ｃ
ＶＤ法）、レーザーＣＶＤ法等によっても得ることがで
きる。更に、熱水を利用した水熱合成法も適用できる。

【００２３】上記強誘電体材料薄膜は、その面を部分的
に覆う表面電極と他方の面の全面を覆う基板電極とから
なる構造体に形成される。そして、強誘電体材料薄膜を
挟む表面電極と基板電極間に過渡的電圧を印加すること
によって、強誘電体材料薄膜表面に非補償の正電荷およ
び／または負電荷が形成されることになる。非補償電荷
を生成させる面では、非補償電荷は強誘電体自身の表面
および表面電極に生成し、強誘電体と表面電極の接合端
（エッジ）にも多く生成すると考えられるので、表面電
極は強誘電体材料表面を部分的に被覆し、強誘電体自身
の表面を確保することが望ましい。

【００２４】表面電極の材料としては、電極としての機
能を発揮するものであればいずれの金属でも良いが、白
金、金、パラジウム、イリジウム、銀等の触媒作用のあ
るものを用いることが望ましい。また表面電極の形態と
しては、メッシュ状、縞状、多孔状等が挙げられる。一
方、基板電極の材料としては、電極機能を持つものであ
ればいずれの金属で良く、また基板電極の形態は膜状若
しくは板状で強誘電体薄膜の基板となる構造であればよ
い。

【００２５】本発明を実施するに当たり、表面電極や表
面電極で被覆されていない強誘電体表面に、悪臭物質や
有害物質或は各種細菌類に対して吸着作用を発揮する吸
着剤、或は酸化還元反応を促進する固体触媒を接合する
ことも好ましく、こうした構成を採用することによって
本発明の効果をより一層増大できる。

【００２６】上記の構造体における表面電極と基板電極
に電圧を印加する電源を備えることによって、本発明の
酸化還元反応触媒装置が構成される。このとき用いる電
源は、印加電圧の大きさや用途によって様々なものが採
用でき、例えば各種電池、商用電力を用いて任意の印加
電圧のパターンを発生することができる。またこの電源
と上記構造体との接続は、電極リード線によって行なわ
れる。

【００２７】尚、本発明の酸化還元触媒装置は水中でも
使用できるものであるが、水中で使用する為には、表面
電極および表面電極で被覆されていない強誘電体表面の
他は非補償電荷が生成しないので、これらの部分、例え
ば基板電極の表面や側面、および電極リード線の表面等
にはポリエチレン等の電気絶縁性材料で被覆することも
好ましく、こうした構造を採用することによって、水中
で使用するときにこれらの部分からの電気漏洩を防ぐこ
とができる。

【００２８】表面電極および表面電極で被覆されていな
い強誘電体表面に、正電荷を生じさせる為には基板電極
側から正の電圧を印加し、負電荷を生じさせる為には基
板電極側から負の電圧を印加すれば良い。印加する電圧
は、酸化還元反応に適した大きさの電荷エネルギーを与
える一定レベル以上の電圧が必要である。

【００２９】このとき印加する電圧の大きさとしては、
酸化還元反応に適した大きさの電荷エネルギーおよび分
極反転を行わしめるに十分な電圧が必要な場合が主であ
り、強誘電体の膜厚にもよるが、プラスまたはマイナス
０．０５〜２５０Ｖ程度が好ましい。印加電圧が０〜
０．０５Ｖの範囲（または０〜−０．０５Ｖの範囲）で
は強誘電体の膜厚を数ｎｍ以下にすることが必要とな
り、また酸化還元反応を十分に行わせるための電荷エネ
ルギーが小さくなる。一方、０．０５〜２５０Ｖの範囲
（または−０．０５〜−２５０Ｖの範囲）を超えると、
経済的および耐久性で不利になり実用的でない。この印
加電圧は、好ましくはプラスまたはマイナス１〜２００
Ｖ程度であり、最も好ましくはプラスまたはマイナス３
〜１５０Ｖ程度とするのが良い。

【００３０】また一回の電圧印加で発生する非補償電荷
を増大させる為には、強誘電体の分極を反転することに
より平衡状態から大きくずらせることが重要であり、そ
の為には正電圧と負電圧を交互に印加することが望まし
い。いずれの電圧印加方法によるにしても、過渡的な電
圧を印加することが望ましいため、正弦波的な入力で交
流の電圧または正の部分のみまたは負の部分のみを与え
ても良いが、パルス状またはステップ状の正電圧および
負電圧の交互の印加が望ましい。更に、電場を与えたと
き分極の値が十分大きいが、自発分極の値が小さいはま
たは殆ど零である場合は、一定の反応時間、非補償電荷
を保持する必要があり、その為に分極状態を保つべくス
テップ状の電圧の印加が特に好ましい。本発明では、こ
の様な高誘電率の材料も前・後記の作用を可能ならしめ
るので強誘電体材料に含まれるものである。

【００３１】過渡的電圧を印加する周期を短くするほ
ど、多くの非補償電荷が得られる。過渡的に印加電圧を
与える周期は、速い反応または電荷量の多くを必要とす
る場合は１マイクロ秒程度であり、遅い反応または電荷
量が少なくてよい場合は１００秒程度が適当であり、こ
れらの間の周期で電圧を印加すれば良い。通常は１０マ
イクロ秒から１０秒の間の周期が好ましい。

【００３２】図１は、本発明の酸化還元触媒装置（デバ
イス）の一構成例を模式的に示した概略説明図であり、
図中１は基板電極、２は強誘電体薄膜、３は強誘電体表
面にメッシュ状に接合された表面電極、４はパルス電圧
などの発生の為の電源、を夫々示す。この構成において
は、基板電極の一方の面に強誘電体および表面電極を接
合した構成を示したけれども、基板電極の両面の夫々に
強誘電体薄膜および表面電極を対称に接合した構成にし
て、二つの触媒作用面（表面電極と表面電極で被覆され
ていない強誘電体表面）を有する様にしても良い。こう
した構成を採用する場合には、基板電極と両表面電極間
に電圧が印加されることになる。

【００３３】また図１に示した構成では、触媒作用面は
平面状となるが、この触媒作用面は図１に示した形状の
ものに限らず、デバイス構成体（基板電極、強誘電体材
料および表面電極）のいずれもが管型または環型形状を
しているものであっても良い。

【００３４】本発明方法は、光触媒反応の利用が考えら
れる場面のほぼ全てにおいて適用できるものである。し
かも、本発明方法によれば、酸化還元能力を制御できて
小型化または大能力化が可能である。暗所における光触
媒の使用は、電気によって紫外光を得て作動しており、
システムが複雑となるばかりか、電気から紫外光へおよ
び紫外光から電荷生成と２段階を経ており、エネルギー
効率が著しく悪いものとなる。これに対して本発明方法
によれば、暗所でも電気から電荷生成を直接行なうもの
であるので、システムが簡単で且つエネルギー効率も良
好なものとなる。

【００３５】本発明方法は、非補償電荷のエネルギーお
よび量を制御することによって、その酸化還元反応触媒
における各種の特性を規定できるものである。即ち、ま
ず第１に、酸化還元反応触媒能力としての反応性は、電
荷エネルギーによって決定され、非補償電荷としてヒド
ロキシラジカル（・ＯＨ）を得るための水の酸化反応で
は、プラス３ｅＶ程度、スーパーオキシドアニオン（・
Ｏ₂ ^-）を得るための酸素の還元反応では、マイナス０．
２ｅＶ程度の電荷エネルギーを与えればよい。それ以上
の酸化還元反応性を付与して、難分解性の汚染物質を電
荷による直接の酸化や還元分解を行ないたい場合には、
上記以上の電荷エネルギーを与えればよい。非補償電荷
の電荷エネルギーは印加電圧の大きさで制御できる（電
荷エネルギーは印加電圧にほぼ比例して大きくなる）。

【００３６】第２に、酸化還元反応触媒能力の指標とし
ての反応速度は電荷発生量で決まるが、これは材料に特
有な分極の値の大きさと、過渡的電場を与える周期で制
御できる。対象分解物の負荷（対称物の必要分解処理能
力）に応じて電荷の発生量を制御すれぱよく、周期を短
くして頻繁に非補償電荷を生成させると大きな反応速度
が得られる。

【００３７】次に、チタニア光触媒と同等と考えられる
酸化還元反応能力をもつ装置設計の一例を示す。例えば
厚さ１μmのチタン酸バリウム強誘電体薄膜を用いる
と、その分極特性から、プラスおよびマイナス３〜６Ｖ
のパルス状電圧を交互に印加すると十分に分極は反転
し、そのときの非補償電荷のエネルギーはほぼプラスマ
イナス３ｅＶとなる。パルス状電圧印加の周期を０．０
１秒から０．１秒とすると、チタニア光触媒が対象とす
るような比較的低濃度の汚染物質の分解に十分な量の非
補償電荷が得られる。裏面電極から非補償電荷の逸散を
抑制するために、電極リード線に電気抵抗を設置しても
良い。

【００３８】従って、本発明の酸化還元反応触媒を環境
浄化に適用する場合には、対象汚染物質の存在環境と必
要処理能力および処理装置の許容できる大きさ等の条件
に合わせて最適化が可能である。

【００３９】本発明の酸化還元反応触媒の応用可能な分
解対象物としては、悪臭物質であるアンモニア、硫化水
素、メルカプタン等、タマネギ臭やニンニク臭の原因物
質、揮発性有機化合物のアセトアルデヒド、ホルムアル
デヒド、ホルマリン等、更には有害な各種有機溶剤を挙
げることができる。また本発明の酸化還元反応触媒で
は、エネルギーの大きな負電荷での直接還元分解も可能
であるので、ＮＯｘなどの分解にも有効である。

【００４０】本発明方法は、上記の様に基本的には気体
または液体中に含まれる悪臭・有害物質を酸化還元反応
触媒を用いて分解除去するものであるが、本発明におけ
る処理対象は上記の様な悪臭・有害物質に限らず、気体
や液体中に生息する細菌類を殺菌する方法としての技術
的応用も可能である。本発明の酸化還元反応触媒を用い
ると、各種の菌の殺菌が可能となる。こうした作用に関
して、チタニア光触媒では細胞の膜破壊が期待でき、例
えばＭＲＳＡ、緑膿菌、大腸菌、乳酪菌等に対する殺菌
または抗菌作用が認められているが、芽胞や胞子をつく
る枯草菌や黴に対してはあまり効果が確認できていな
い。これに対して本発明の酸化還元反応触媒では、光触
媒より強力な酸化および還元分解能力を発揮できるの
で、微生物の組織を酸化および還元分解することによっ
て、チタニア光触媒で殺菌できない菌も殺菌できる。ま
た、チタニア光触媒で殺菌可能な菌に対しても、より効
率良く殺菌することができる。

【００４１】本発明における具体的な用途としては、冷
蔵庫、冷凍庫内に本発明のデバイスを設置すれば脱臭、
消臭、殺菌、防菌および鮮度保持の目的に対して有効で
ある。また天井裏、床下、押し入れ、厨房、トイレ、浴
室等に本発明のデバイスを設置すれば、クリーン化を目
的とした脱臭、防黴、殺菌、防菌に対して有効である。
また病院の様に菌に対する配慮が必要な所で、本発明の
デバイスを使用すればクリーン化に有効である。

【００４２】冷蔵庫や冷凍庫内での本発明の実施に関し
て、次の様な有用な技術的応用も可能である。冷凍庫や
冷凍庫内では、空気は０℃以下に冷却されているが、そ
のための冷却伝熱管の表面は窒気中の水分で霜が付いた
状態となって、伝熱効率を悪くしているのが通常であ
る。その解決方法として、定期的に加熱し霜を溶解除去
しているのであるが、そうするとエネルギー的に損失が
大きなものとなる。こうした問題に対して、本発明の酸
化還元反応触媒装置は、霜付防止の伝熱面としての機能
を発揮させる使い方ができる。即ち、本発明の酸化還元
反応触媒装置を用いると、表面電荷による水の分解と表
面電荷が正と負に交互に現れるので、極性をもった水分
子および水クラスターを反発することによって霜が付着
しなくなる。この様に本発明方法を実施することによっ
て、前述した冷凍庫内での脱臭、抗菌効果に加え、効率
的な冷却が達成されるので特に有用である。

【００４３】また本発明方法は、揮発性有機化合物その
他の環境汚染物質の分解および脱臭、殺菌に効果的であ
るので、デバイスを各種空調機に内蔵すれば、自動車な
どの移動体を含む各種室内のクリーン化にも有用であ
る。更に、光触媒では適用が困難である様な場所、例え
ばトンネル内等の暗いところであっても、本発明方法は
ＮＯｘ等の環境清染物質の分解除去に有効である。

【００４４】しかも本発明方法によれば、電荷のエネル
ギーと量を大きくすることができるので、装置の小型化
が可能であり、エネルギー効率も高くすることができ、
ダイオキシン、ＰＣＢ、フロンなど難分解性の有害物質
を産業的規模で除去するのに有用であり、特に排ガス浄
化や排水浄化に大きく貢献できるものである。

【００４５】以下、本発明を実施例によって更に詳細に
説明するが、下記の実施例は本発明を限定する性質のも
のではなく、前・後記の趣旨に徴して設計変更すること
はいずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。

【００４６】

【実施例】実施例１５％の空気および２％の水分を含むヘリウムガスに、７
５ｐｐｍのアセトアルデヒドを含有させ３００ｍ１の容
器に封入した。このときヘリウムガスを、空気中でのア
セトアルデヒドの経時的な自然分解を抑制するために実
験確認上用いたものである。また上記容器の内部には、
厚さ：５０μm、大きさ２×２ｍｍのＰＺＴ強誘電体を
白金基板（基板電極）の上に接合すると共に、ＰＺＴ強
誘電体の表面中央に直径０．５ｍｍの白金電極（表面電
極）を接合した構造体を設置した。また、この構造体に
は、導線がシール部を通して外部電源に連結されてお
り、この電源によって基板電極と表面電極の間に電圧が
印加される様に構成されている。

【００４７】上記の様な酸化還元触媒装置を用い、常温
下でこの装置に電圧を印加してアセトアルデヒドの濃度
を検知菅［（抹）ガステック社製、Ｎｏ．９２Ｍ］によ
り測定し分解率を算出した。このとき、印加電圧はプラ
スおよびマイナス１５０Ｖのパルス状のものとし、図２
のような周期（パルス時間：１０マイクロ秒、パルス間
時間：１０マイクロ秒、１周期：０．１秒）で印加し
た。尚、上記強誘電体の分極がプラスおよびマイナス１
５０Ｖの印加電圧で十分反転することを、電気的特性評
価（Sawyer-Tower回路での分極のヒステリシス測定）で
予め確認した。

【００４８】その結果、電圧印加を開始してから２時間
後のアセトアルデヒドの濃度は５５ｐｐｍであり、２７
％の分解率（分解アセトアルデヒドは２０ｐｐｍ）を示
していた。

【００４９】実施例２上記酸化還元触媒装置を４個とする以外は、実施例１と
全て同じ条件でアセトアルデヒド含有ヘリウムガスの処
理を行ない、処理後のアセトアルデヒドの濃度を測定
し、その分解率を算出した。その結果、処理後のアセト
アルデヒドの濃度は２５ｐｐｍであり、分解率は６７％
（分解アセトアルデヒドは５０ｐｐｍ）を示していた。

【００５０】比較例１電圧を印加しないこと以外は実施例２と全く同様にして
アセトアルデヒド含有ヘリウムガスの処理を行ない、処
理後のアセトアルデヒドの濃度を測定し、その分解率を
算出した。その結果、処理後のアセトアルデヒドの濃度
は７５ｐｐｍであり、分解率は０％（分解アセトアルデ
ヒドは０ｐｐｍ）を示していた。

【００５１】実施例３アセトアルデヒドの代わりに酸化窒素ＮＯを５０ｐｐｍ
含有させる以外は実施例２と全く同様にして、酸化窒素
含有ヘリウムガスの処理を行ない、２時間後の酸化窒素
濃度を検知管［（抹）ガステック社製、Ｎｏ．１０］に
より測定し、分解率を算出した。その結果、処理後の酸
化窒素の濃度は３０ｐｐｍであり、分解率は４０％（分
解アセトアルデヒドは２０ｐｐｍ）を示していた。

【００５２】

【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、本
発明の酵化還元反応触媒は、チタニア等の光触媒系にお
ける紫外光を必要とする触媒励起システムとは異なり、
電気励起型触媒デバイスヘの直接的な電荷注入による電
荷発生を行なえるので、エネルギー変換効率が高く、暗
所においても作用させることができる。

【００５３】また、本発明の酸化還元反応触媒は、光触
媒反応の利用が考えられる場面でほぼ全てに応用できる
が、酸化還元反応能力を制御することができるので、チ
タニア光触媒に比べて著しく強力な酸化還元反応能力を
付与することもできる。このため、汚染物質のより高濃
度の処理系においても、システム全体として簡略化さ
れ、高効率の小型化装置が実現可能になり、光触媒で分
解不可能な難分解性物質の酸化や還元分解も行なうこと
ができ、光触媒では殺菌不可である菌も殺菌可能となる
等、応用範囲は極めて広いものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の酸化還元触媒装置の一構成例を模式的
に示した概略説明図である。

【図２】実施例で印加した電圧の波形を示すグラフであ
る。

【符号の説明】

１基板電極２強誘電体薄膜３表面電極４電源

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１２年７月１３日（２０００．７．１
３）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３７】次に、チタニア光触媒と同等と考えられる
酸化還元反応能力をもつ装置設計の一例を示す。例えば
厚さ１μｍのチタン酸バリウム強誘電体薄膜を用いる
と、その分極特性から、プラスおよびマイナス３〜６Ｖ
のパルス状電圧を交互に印加すると十分に分極は反転
し、そのときの非補償電荷のエネルギーはほぼプラスマ
イナス３ｅＶとなる。パルス状電圧印加の周期を０．０
１秒から０．１秒とすると、チタニア光触媒が対象とす
るような比較的低濃度の汚染物質の分解に十分な量の非
補償電荷が得られる。表面電極から非補償電荷の逸散を
抑制するために、電極リード線に電気抵抗を設置しても
良い。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４２】冷蔵庫や冷凍庫内での本発明の実施に関し
て、次の様な有用な技術的応用も可能である。冷凍庫や
冷凍庫内では、空気は０℃以下に冷却されているが、そ
のための冷却伝熱管の表面は空気中の水分で霜が付いた
状態となって、伝熱効率を悪くしているのが通常であ
る。その解決方法として、定期的に加熱し霜を溶解除去
しているのであるが、そうするとエネルギー的に損失が
大きなものとなる。こうした問題に対して、本発明の酸
化還元反応触媒装置は、霜付防止の伝熱面としての機能
を発揮させる使い方ができる。即ち、本発明の酸化還元
反応触媒装置を用いると、表面電荷による水の分解と表
面電荷が正と負に交互に現れるので、極性をもった水分
子および水クラスターを反発することによって霜が付着
しなくなる。この様に本発明方法を実施することによっ
て、前述した冷凍庫内での脱臭、抗菌効果に加え、効率
的な冷却が達成されるので特に有用である。

───────────────────────────────────────────────────── 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）Ｃ０２Ｆ 1/72 Ｂ０１Ｄ 53/36 ＺＡＢＨ // Ａ６１Ｌ 9/00 １０２ＣＦターム(参考） 4C080 AA07 BB02 CC01 HH05 JJ03 KK08 MM01 NN01 QQ11 4D048 AA06 AA22 AB01 AB02 BA07X BA08X BA13X BA14Y BA15Y BA20X BA22Y BA24Y BA36Y BA42X BA43Y BB03 CC32 CC41 EA02 4D050 AA01 AA08 AA12 AB04 AB06 AB14 AB18 AB35 AB41 BC06 BD02 BD04 BD08 CA10 4D061 DA01 DA05 DA08 DB01 DB19 DC04 DC10 DC15 DC17 EA02 EB05 EB07 EB12 EB30 EB31 EB39 ED20 4G069 AA02 AA12 BB06A BB06B BB08A BC04A BC12A BC13A BC21A BC21B BC26A BC50A BC50B BC51A BC51B BC55A BC56A BC66A BD08A BD14A CA02 CA05 CA07 CA08 CA13 CA17 EA11 ED10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】気体または液体中に含まれる悪臭・有害
物質を分解除去する為の酸化還元反応触媒であって、過
渡的電圧を印加したときに、その表面に非補償の正電荷
および／または負電荷を生成させる強誘電体材料からな
るものであることを特徴とする酸化還元反応触媒。
【請求項２】気体または液体中に含まれる悪臭・有害
物質を酸化還元反応触媒を用いて分解除去するに当た
り、前記酸化還元反応触媒として強誘電体材料を用い、
この強誘電体材料に過渡的電圧を印加して、その表面に
非補償の正電荷および／または負電荷を生成させつつ操
業することを特徴とする悪臭・有害物質含有気体または
液体の処理方法。
【請求項３】気体または液体中に含まれる悪臭・有害
物質を酸化還元反応触媒を用いて分解除去する為の装置
であって、前記酸化還元反応触媒としての強誘電体材料
からなる薄膜を備えると共に、該薄膜の一方の面の全面
を覆う基板電極と他方の面を部分的に覆う表面電極、お
よびこれらの電極間に電圧を印加する電源を備えたもの
であることを特徴とする酸化還元反応触媒装置。