JP2007285742A

JP2007285742A - 光触媒性能測定装置

Info

Publication number: JP2007285742A
Application number: JP2006110514A
Authority: JP
Inventors: Koji Takamura; 孝次高村
Original assignee: Technos Co Ltd
Current assignee: Technos Co Ltd
Priority date: 2006-04-13
Filing date: 2006-04-13
Publication date: 2007-11-01

Abstract

【目的】実際に施工されている光触媒から直接その性能を計測することが可能な、比較的小型で携帯に便利で廉価な光触媒性能の測定装置の実現を目的とする。
【構成】被測定光触媒５０近傍の空気中に含まれる活性ラジカルの量を電気抵抗の変化として捉える活性ラジカルセンサー１０と、被測定光触媒の表面に紫外線を照射する紫外線発光ダイオード２０とを具備し、被測定光触媒表面に活性ラジカルセンサー１０を近接させ、被測定光触媒層５２に紫外線を照射してその性能を測定することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、光触媒性能測定装置に関し、特に施工済みの光触媒を直接測定可能な光触媒性能測定装置に関する。

触媒とは、それ自身は変化しないが、他の物質の化学反応の仲立ちとなって、反応の速度を速めたり遅らせたりする物質である。多くの化学反応は触媒がないと殆ど起こらない。
また、光触媒とは、光が照射されると触媒作用を起こす物質で、代表的なものには酸化チタン（ＴiＯ_２）が有る。酸化チタン光触媒は、光を吸収して酸化反応を促進する。
ところで、空気中の汚れや匂いの主成分は殆ど有機物であり、また、細菌や病菌も有機物である。したがって、このような有機物が光触媒表面に吸着されて空気中の酸素によって酸化されることで、光によって、汚れの分解、消臭・脱臭、抗菌・殺菌、有害物質の除去などが、さらに硝子・鏡の曇り防止、防汚などの機能が達成される。

このような、光触媒の性能の評価は、従来、アンモニアやホルムアルデヒドなどのガスを充満させた容器に、光触媒を塗布した試験用の基材を入れ、外部から紫外線を当ててガスの濃度の変化を測定したり（例えば特許文献１参照。）、メチレンブルーなどの色素を塗布した紙片にさらに光触媒を塗布し、これに紫外線を当てて退色の様子を観測する等の方法が採られていた。
特開２００５−２７４４７７号公報

しかしながら、このような従来の測定方法には次のような問題がある。
上記のような従来の測定方法は、紫外線照射の前後のガス濃度を測定するものであり、この方法では光触媒の性能を間接的に判定しているに過ぎなかった。このため、実際に外壁などに施工した光触媒と、試験用の光触媒とでは、その環境条件（温度、湿度、照度など）が異なっているため、実際の施工性能との誤差が多く計測の精度に問題があった。
本発明は、このような問題を解決して、実際に施工されている光触媒から直接その性能を計測することが可能な、比較的小型で携帯に便利で廉価な光触媒性能の測定装置の実現を課題とする。

上記課題を解決するため、本発明の請求項1に記載の発明は、光触媒性能測定装置において、被測定光触媒近傍の空気中に含まれる活性ラジカルの量を電気抵抗の変化として捉える電極手段と、前記被測定光触媒の表面に紫外線を照射する紫外線照射手段とを具備し、前記被測定光触媒表面に前記電極手段を近接させ、前記被測定光触媒に前記紫外線照射手段から紫外線を照射して、前記被測面の光触媒塗布施工性能を測定することを特徴とする。
これにより、比較的簡単な構成で、光触媒の性能を、その施工面で直接測定することが可能な光触媒性能測定装置を実現することができる。

上記課題を解決するため、本発明の請求項２に記載の発明は、請求項1に記載の光触媒性能測定装置において、前記電極手段の前記被測定光触媒に接する面を除いて、前記電極手段及び前記紫外線照射手段を、外光を遮る容器内に収納したことを特徴とする。
これにより、外光の影響を受けることなく、光触媒の性能を精度良く測定することが可能な光触媒性能測定装置を実現することができる。

上記課題を解決するため、本発明の請求項３に記載の発明は、請求項1または請求項２に記載の光触媒性能測定装置において、前記紫外線照射手段をパルス信号で駆動するパルス駆動手段と、前記電極手段の出力を検出する検出手段とを有し、前記検出手段は前記パルス駆動手段の駆動パルスに同期して同期検出を行うことを特徴とする。
これにより、外来雑音、外来要因などの影響を排除して、光触媒の性能を精度良く測定することが可能な光触媒性能測定装置を実現することができる。

上記課題を解決するため、本発明の請求項４に記載の発明は、請求項1ないし請求項３のいずれかに記載の光触媒性能測定装置において、前記紫外線照射手段は前記電極手段の背後から紫外線を照射することを特徴とする。
これにより、光の入射角度などの影響を少なくして、光触媒の性能を効率良く測定することが可能な光触媒性能測定装置を実現することができる。

本発明は、光触媒性能測定装置を以上のように作成したので、実際に施工されている光触媒から直接その性能を精度良く効率的に計測することが可能な、比較的小型で携帯に便利で廉価な光触媒性能測定装置を実現することができる。

以下、本発明の実施の形態を図にそって詳細に説明する。
図１に、本発明の光触媒性能測定装置の一実施の形態の基本構成をあらわす構造図、図２にこの実施の形態で用いられる活性ラジカルセンサーの原理図、図３にこの実施の形態で用いられる外光遮断型センサーの構造図、図４にこの実施の形態で用いられるセンサー駆動回路のブロック図、図５に本発明の光触媒性能測定装置の予定外観図、図６及び図７に本発明の性能比較図表を示す。

図１において、符号１０は活性ラジカルセンサー、符号２０は紫外線発光ダイオード、符号２１は水晶発振回路２１ａを含む制御回路、符号２２は安定化電源、符号２３は増幅器、符号２４は同期検出回路、符号２５は出力回路、符号２６はパソコンである。また、符号５０は被測定物であり、この被測定物は活性ラジカル層５１、光触媒である酸化チタン層５２及び基材層５３の三層構成で表わされている。

この光触媒性能測定装置の動作を図にそって説明する。
図１において、発光素子である紫外線発光ダイオード２０は、制御回路２１の水晶発振回路２１ａからの一定周期の駆動パルスに駆動されて、パルス状に紫外線を照射する。
この紫外線パルスは活性ラジカルセンサー１０の裏面からセンサー１０の石英ガラスを介して被測定物に照射される。
図１では、被測定物５０を表面から生成された活性ラジカル層５１、酸化チタンからなる光触媒層５２及び基材層５３の三層構成で表している。紫外線がこの被測定物５０の表面に当ると、その表面に活性酸素ラジカル層５１が生まれ、反応分子としてのイオン物質がセンサー１０の表面で捕捉され、これがセンサー１０の端子１０ａ、１０ｂ間の抵抗変化として表れる。
光触媒性能測定装置は、この活性ラジカルセンサー１０の端子間の抵抗変化を捉えて、増幅器２３で増幅し、同期復調回路２４で同期検波して検出した結果を、出力回路２５を介してパソコン２６に取り込んで分析する。

図２に、本発明で用いられる活性ラジカルセンサー１０の動作原理を示す。図２（ａ）は、センサー表面図、図２（ｂ）は断面図、図２（ｃ）はセンサー裏面図である。
本発明の活性ラジカルセンサー１０は、光学的に透明度の高い石英ガラス１３の表面に酸化錫薄膜１２を格子状に形成し、この格子の両端に電極１４を取り付けてセンサー１０とする。

こうして得た活性ラジカルセンサー１０の表面を測定対象の光触媒施工面５０に密着させ、センサー１０の裏面から紫外線を照射すると、センサー１０の表面と光触媒施工面５０との間の空間に存在する空気中に含まれる水分と、紫外線が照射されることによって光触媒施工面５０に生まれた正孔とが電気化学反応を起こして活性ラジカル５１を生成する。この活性ラジカル５１の一部が活性ラジカルセンサー１０に捕捉されて電極１４の端子間の電気抵抗の変化として表される。
活性ラジカルセンサー１０が活性水酸基と接触するとセンサー１０の電極端子間の電気抵抗は小さくなり、活性酸素と接触すると電気抵抗は高くなる。この抵抗の変化は、バイアス電流値や温度、湿度などに影響されるので、これらの要因の変動をできるだけ少なくするように調整することが重要で、本発明のセンサー１０では水晶振動子を用いた直流パルスで定電流駆動することで安定性を確保している。

本発明では、測定の安定性を確保するために、紫外線発光ダイオード２０を一体に組み込んで外光を遮断した外光遮断型センサーを用いる。図３に、このような外光遮断型センサーの構造図を示す。
センサー基板１１及び紫外線発光ダイオード２０は、上部を遮光カバー１５で覆われたケース１６中に収まっていて、下部でセンサー基板１１だけが被測定光触媒施工面５０に接することができるように構成されている。

図４に、本発明の活性ラジカルセンサー１０の駆動回路の一実施の形態のブロック図を示す。
この回路では、制御回路２１のパルス発振器２１ａからのパルス信号によって、ＦＥＴトランジスタＴｒ１で電流をスイッチングさせ、紫外線発光ダイオード２０をパルス状に発光させ、この紫外線を活性ラジカルセンサー１０の裏面から被測定光触媒施工面５０に照射する。
これによって光触媒が励起され、活性ラジカルセンサー１０の抵抗値が変化し、センサー１０に流れる電流値が変化して、センサー１０の端子電圧が変化する。この電圧変化をＦＥＴトランジスタＴｒ２で同期検出して出力信号を得る。

ここで、光触媒に正孔を発生させ活性ラジカルを生み出す原理を簡単に説明する。
光触媒にエネルギーの高い光（ここでは紫外線）が当ると、触媒の表面から光電子が放出される。これにより電子が抜けた後の光触媒表面には正の電気を帯びた正孔が生まれる。正孔は正の電気を持っているので、空気中の酸素を活性化して活性酸素を作る。また、触媒近傍の水分をこの正孔が分解して、活性水酸基（ＯＨ^-ラジカル）を作ることも知られている。
こうして生まれた活性酸素、活性水酸基は反応性に富んでおり、いやな臭いや有害な化学物質を分解して無害な物質に変化させることができる。

図５に、本発明の光触媒性能測定装置の試作機の外観予定図を示す。図５（ａ）がその側面図、図５（ｂ）がその裏面図、図５（ｃ）がその表面図で、将来、幅１２０ｍｍ、長さ２００ｍｍ、厚さ６０ｍｍ程度のハンディタイプに小型化できる予定である。

本発明の光触媒性能測定装置が用いるラジカル計測法と、従来の色素分解型試験法との性能の比較を図６に示す。
ラジカル計測法は従来の色素分解型試験法に比べて、計測時間が短く、色素分解型試験法で数時間の計測が必要なものが僅か数秒から１０分程度で測定結果が表れる。また、試験照度範囲が広く、紫外線の照射照度は１０Ｌｘ〜２０，０００Ｌｘと広い。繰り返し誤差は３％以下程度で、色素分解型試験法での１０％以下に比べてはるかに勝っている。価格は色素分解型試験装置が８０万円以上するのに比べ、予定価格で１０万円以下と廉価に販売できる可能性がある。

本発明の光触媒性能測定方式と、従来の光触媒性能測定方式との比較を図７に示す。
本発明の特徴は、なんといっても従来の試験用に作られた平板サンプル等による同一条件下での室内測定方式とは異なって、室内外を問わず直接施工面の光触媒性能を客観的に測定することができる点である。これにより同一施工基準で塗布施工された建物外壁の場合では、太陽光の直接強く当たる南側面と、間接光となる北側面とでは、その性能も異なることは数値として実際の性能が測定できる。また、測定時間が短く、精度が高く、表示桁数も多い。

本発明の光触媒性能測定装置は、以上のように構成したので、小型で廉価で光触媒の性能を施工面で直接測定評価することができるという利点を有している。したがって、光触媒を用いる広範な産業分野で広く用いられ、将来はこの種の測定器の標準ともなるべき測定装置である。

本発明の光触媒性能測定装置の基本構成を表す構造図である。本発明の光触媒性能測定装置で用いられる活性ラジカルセンサーの原理図である。本発明の外光遮断型活性ラジカルセンサーの構造図である。本発明の光触媒性能測定装置で用いられるセンサー駆動回路のブロック図である。本発明の光触媒性能測定装置の予定外観図である。本発明の光触媒性能測定装置が用いるラジカル計測法と、従来の色素分解型試験法との性能の比較図である。本発明の光触媒性能測定方式と、従来の光触媒性能測定方式との比較比較図である。

符号の説明

１０活性ラジカルセンサー
１０ａ、１０ｂセンサー端子
１１センサー基板
１２酸化錫薄膜
１３石英ガラス
１４電極
１５遮光カバー
１６ケース
２０紫外線発光ダイオード
２１制御回路
２１ａ水晶発振回路
２２安定化電源
２３増幅器
２４同期検出回路
２５出力回路
２６パソコン
５０被測定物
５１活性ラジカル層
５２酸化チタン層
５３基材層

Claims

被測定光触媒近傍の空気中に含まれる活性ラジカルの量を電気抵抗の変化として捉える電極手段と、
前記被測定光触媒の表面に紫外線を照射する紫外線照射手段とを具備し、
前記被測定光触媒表面に前記電極手段を近接させ、前記被測定光触媒に前記紫外線照射手段から紫外線を照射して、前記被測定面の光触媒塗布施工性能を測定することを特徴とする光触媒性能測定装置。
前記電極手段の前記被測定光触媒に接する面を除いて、前記電極手段及び前記紫外線照射手段を、外光を遮る容器内に収納したことを特徴とする請求項1に記載の光触媒性能測定装置。
前記紫外線照射手段をパルス信号で駆動するパルス駆動手段と、前記電極手段の出力を検出する検出手段とを有し、
前記検出手段は前記パルス駆動手段の駆動パルスに同期して同期検出を行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光触媒性能測定装置。
前記紫外線照射手段は前記電極手段の背後から紫外線を照射することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の光触媒性能測定装置。