JP2009297664A - 光触媒性部材及び空質浄化装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】フィルター基材に光触媒性材料が担持された光触媒性部材106であって、フィルター基材は、繊維布帛であり、光触媒性材料は、酸化チタン光触媒と吸着剤とを含み、前記フィルター基材の単位面積当たりの前記酸化チタン光触媒と前記吸着剤との合計担持量が10〜50mg/cm2である。酸化チタン光触媒としては、例えば、アナタース型酸化チタン及びフッ素を含み、酸化チタン光触媒におけるフッ素の含有量が2.5〜3.5重量%であり、フッ素の90重量%以上が酸化チタンと化学結合している酸化チタン光触媒を使用できる。
【選択図】図1
Description
第1の光触媒性部材は、フィルター基材に光触媒性材料が担持された光触媒性部材であって、前記フィルター基材は、繊維布帛であり、前記光触媒性材料は、酸化チタン光触媒と吸着剤とを含み、前記フィルター基材における単位面積当たりの前記酸化チタン光触媒及び前記吸着剤の合計担持量が(以下、「触媒担持量」という)が、10〜50mg/cm2である。
光触媒性材料の厚み={(光触媒性材料の厚み)−(フィルター基材の厚み)}/2
酸化チタンとしては、例えば、アナタース型酸化チタン、ルチル型酸化チタン、ブルッカイト型酸化チタンが挙げられ、高い光触媒活性を有することから、アナタース型酸化チタンが好ましい。本発明において「アナタース型酸化チタン」とは、粉末X線回折スペクトル測定において(使用電極:銅電極)、回折角度2θ=25.5度付近に回折ピークが現れる酸化チタンのことをいう。
吸着剤としては、例えば、アルミノケイ酸塩及びシリカゲル等が挙げられる。中でも、アルミノケイ酸塩が好ましく、アルミノケイ酸塩としては、例えば、ゼオライトが挙げられる。ゼオライトの中でも、紫外光の透過性及び脱臭性能の点から、ハイシリカゼオライトが好ましく、臭気成分の吸着力の点から、ZSM−5型ゼオライトがより好ましい。ゼオライトにおけるシリカとアルミナのモル成分比(シリカ/アルミナ)は、例えば、10以上であり、好ましくは1500以上である。
第1の光触媒性部材においてフィルター基材は、繊維布帛である。繊維布帛としては、編物、織物及び不織布が挙げられる。中でも、圧損の点から、編物及び織物が好ましく、より好ましくは織物である。布帛に使用される繊維としては、例えば、ポリアミド系繊維、ポリエステル系繊維、ポリアルキレンパラオキシベンゾエート系繊維、ポリウレタン系繊維、ポリビニルアルコール系繊維、ポリ塩化ビニリデン系繊維、ポリ塩化ビニル系繊維、ポリアクリロニトリル系繊維、ポリオレフィン系繊維、フェノール系繊維などの合成繊維;ガラス繊維、金属繊維、アルミナ繊維、活性炭素繊維などの無機繊維;木材パルプ、麻パルプ、コットンリンターパルプなどの天然繊維;再生繊維等が挙げられ、中でも、光透過性の点からガラス繊維が好ましい。フィルター基材として、ガラス繊維織布を使用することが好ましい。
開孔率(%)={(開口部の面積)/(フィルター基材の面積)}×100
第2の光触媒性部材は、上述の通り、フィルター基材に光触媒性材料が担持された光触媒性部材であって、前記光触媒性材料が、アナタース型酸化チタン及びフッ素を含む酸化チタン光触媒とゼオライトとを含み、前記フィルター基材が、ガラス繊維布帛であり、光触媒性部材に含まれるTi(チタン)、Si(シリコン)及びF(フッ素)の質量の合計に対するFの割合(F質量/(Ti、Si及びFの質量の合計)×100)が、0.38質量%以上である。
第1及び第2の光触媒性部材は、例えば、上述した酸化チタン光触媒とゼオライトとを含む光触媒性材料をフィルター基材に塗布等することにより製造できる。光触媒性材料を溶媒等に分散させた後、フィルター基材に塗布しても良く、溶媒としては、例えば、水およびエチルアルコール等が使用できる。また、光触媒性材料とバインダーとを混合し、その混合物をフィルター基材に塗布しても良いし、予めバインダーをフィルター基材に塗布し、その後光触媒性材料を塗布しても良い。塗布法としては、例えば、スラリー塗布、スピンコート、吹き付け塗布、キャスティング塗工等が挙げられる。
本発明は、その他の態様として、本発明の光触媒性部材を備える空質浄化装置を含む。空質浄化装置は、さらに、紫外線光源を備えることが好ましく、より好ましくは400nm以下の波長の光を照射する光源を備えることである。本発明の空質浄化装置によれば、例えば臭気成分の分解性能及び分解速度を向上させることができる。また、本発明の空質浄化装置は、臭気成分の脱臭速度向上の点から、光触媒性部材へ有機物を含む気体を導入する送気手段をさらに備えていても良い。送気手段としては、例えばシロッコファン等の送風機が使用できる。
開孔率の異なる4種類のフィルター基材(ガラス繊維織布、商品名:V375H、V385H、ユニチカ株式会社製)について、面風速1m/sでの圧力損失(単位:Pa)を圧力計(マノメーター)で測定した。得られた圧力損失を開孔率とあわせて下記表1に示す。下記表1に示すように、開孔率が5%未満になると、最大風量時の圧力損失が35Paを超えることが分かった。
フィルター基材の開孔率は、フィルター基材の面積及び開口部の面積をそれぞれものさしを用いて計測し、それらを用いて下記式より算出した。
開孔率(%)={(開口部の面積)/(フィルター基材の面積)}×100
1.酸化チタン光触媒の調製
酸化チタン(商品名:SSP−25、堺化学工業株式会社製、アナタース型、粒径:5〜10nm、比表面積:270m2/g以上)の濃度が150g/Lとなるように酸化チタンに純水を加え、これを撹拌して、酸化チタン分散液を調製した。この酸化チタン分散液に、酸化チタンに対してフッ素(元素)に換算して5.0重量%に相当するフッ化水素酸(和光純薬社製、特級)を添加し、pH3に保持しながら25℃で60分間反応させた。得られた反応物を水洗した。水洗は、反応物を濾過して回収される濾液の電気伝導度が1mS/cm以下となるまで行った。そして、これを空気中において130℃で5時間乾燥させて酸化チタン光触媒を調製した。
吸光光度分析法(JIS K 0102)により酸化チタン光触媒中のフッ素含有量を求めたところ、3.3重量%であった。
酸化チタン光触媒を光電子分光分析装置で分析したところ、F1sのピークトップが683eV〜686eVの範囲となるスペクトルを示した。つまり、得られた酸化チタン光触媒において、酸化チタンとフッ素とがイオン結合していることが確認できた。
酸化チタン光触媒を粉末X線回折装置(使用電極:銅電極)で分析したところ、回折角度2θ=25.5度において回折ピークが現れた。つまり、得られた酸化チタン光触媒はアナタース型酸化チタンであった。
得られた酸化チタン光触媒490gと、ゼオライト(商品名:HSZ−890HOA、東ソー製、シリカ/アルミナ比(モル比):1950)210gとを乳鉢により1分間乾式混合した。酸化チタン光触媒とゼオライトとの混合物700gをコロイダルシリカ、スノーテックスO、日産化学製に分散させてペースト状にし、開孔率の異なる3種類のフィルター基材(ガラスクロス、商品名:V375H、V385H、ユニチカ製、200cm2(100mm×200mm))に添着して下記表2から4に示す実施例1〜17及び比較例1〜6の光触媒性部材を作製した。なお、開孔率が50%のフィルター基材は、商品名V375Hのガラス繊維不織布(ユニチカ株式会社製)から開孔率が50%となるように一部の繊維を抜くことにより作製した。
フィルター基材に添着した酸化チタン光触媒及びゼオライトの合計重量をフィルター基材の面積(200cm2)で除することにより触媒担持量を算出した。
光触媒性部材をガラス板2枚で挟み、その厚みをマイクロメータで測定した。測定値、ガラス板の厚み及びフィルター基材の厚みを用いて、下記式より光触媒性材料の厚みを算出した。
光触媒性材料の厚み=[測定値−(ガラス板の厚み)×2−(フィルター基材の厚み)]/2
光触媒性部材におけるTi、Si及びFの質量をイオンクロマトグラフを用いて測定した。得られた質量を用いて下記式よりTi、Si及びFの質量の合計に対するFの割合を算出した。
Fの割合={F質量/(Ti質量+Si質量+F質量)}×100
測定装置は、図1に示す構成の測定装置を使用した。図1の測定装置101は、アクリル製ボックス(内容積:100L)105と、その中に配置された脱臭ユニット103及び攪拌用ファン102を含む。アクリル製ボックス105は、臭気成分を導入する導入口108と、アクリル製ボックス105内の空気をサンプリング可能な排出口109を備える。排出口109には、3分毎の自動サンプリング装置を備えるガスクロマトグラフ(商品名:GC−14B、島津製作所製)を接続し(図示せず)、ガスクロマトグラフのカラムは、GASCHROPACK56(商品名、GLサイエンス製)を使用した。
攪拌用ファン102を回転させながら、光触媒性部材106を配置した図1の測定装置101内の空気を乾燥空気で置換した。ついで、窒素で希釈した標準ガス(アセトアルデヒド:524ppm)を1.80L導入し、アクリル製ボックス105内のアセトアルデヒド濃度を10ppmとした。アセトアルデヒドを導入した直後に、ブラックライトを点灯し、送風機107を回転させて光触媒性部材106による脱臭を開始した。脱臭開始後から3分毎にガスクロマトグラフを用いてアセトアルデヒド濃度を測定した。
○:脱臭速度係数が定常状態(最大値に達した後に、ほぼ一定となった状態)に達している
×:定常状態に満たない又は測定不可
また、実施例1、4及び5の光触媒性部材については上述の測定方法により圧力損失を測定した。その結果を表2に示す。
コロイダルシリカ溶液(30重量%、溶媒:水)を塗布したフィルター基材に光触媒性材料を添着したこと、触媒担持量を約20mg/cm2とした以外は実施例1と同様に実施例18の光触媒性部材を作製した。得られた光触媒性部材におけるTi、Si及びFの質量の合計に対するFの割合は、0.62質量%であった。
酸化チタン光触媒として、SSP−25(商品名、堺化学工業株式会社製、アナタース型、粒径:5〜10nm、比表面積:270m2/g以上)を使用した以外は、実施例18と同様に実施例19の光触媒性部材を作製した。
触媒担持量を約20mg/cm2とした以外は実施例9と同様に実施例20の光触媒性部材(フィルター基材の開孔率:25%)を作製した。得られた光触媒性部材を図2に示す筐体203に挿入した。図2の筐体203は、光触媒性部材201と光触媒性部材201との間にブラックライト冷却極管202が配置されており、光触媒性部材201に照射される紫外線(365nm)の照度が平均1.0mW/cm2となるように調節した。この筐体203を空気清浄機(商品名:エアーリッチ、松下電器製)の脱臭フィルター部に組み込み、ステンレス製の環境試験室(内容積:23.2m3)に配置した。ついで、アセトアルデヒドの水希釈液を蒸気拡散させ、室内のアセトアルデヒド濃度を10ppmとした。その後、脱臭開始から30分後、60分後及び90分後に環境試験質内の臭気を採取した。採取した臭気(3L)をDNPH(ジニトロフェニル)で濃縮し、液体クロマトグラフィーを用いてアセトアルデヒド濃度を測定した。得られた結果を図3に示す。
102・・・攪拌用ファン
103・・・脱臭ユニット
104・・・ブラックライト
105・・・アクリル製ボックス
106・・・光触媒性部材
107・・・送風機
108・・・導入口
109・・・排出口
201・・・光触媒性部材
202・・・ブラックライト冷却極管
203・・・筐体
Claims (11)
- フィルター基材に光触媒性材料が担持された光触媒性部材であって、
前記フィルター基材は、繊維布帛であり、
前記光触媒性材料は、酸化チタン光触媒と吸着剤とを含み、
前記フィルター基材における単位面積当たりの前記酸化チタン光触媒及び前記吸着剤の合計担持量が、10〜50mg/cm2である光触媒性部材。 - 前記酸化チタン光触媒が、アナタース型酸化チタン及びフッ素を含み、
前記酸化チタン光触媒におけるフッ素の含有量が、2.5〜3.5重量%であり、
前記フッ素の90重量%以上が、前記酸化チタンと化学結合している酸化チタン光触媒である、請求項1記載の光触媒性部材。 - 前記繊維布帛は、ガラス繊維織布である、請求項1又は2に記載の光触媒性部材。
- 前記フィルター基材の開孔率が、10〜50%である、請求項1から3のいずれか一項に記載の光触媒性部材。
- 前記担持量が、10〜40mg/cm2である、請求項1から4のいずれか一項に記載の光触媒性部材。
- 前記吸着剤が、ハイシリカゼオライトである、請求項1から5のいずれか一項に記載の光触媒性部材。
- 前記光触媒性材料の厚みが、180μm以上である、請求項1から6のいずれか一項に記載の光触媒性部材。
- 前記光触媒性材料が、コロイダルシリカ、コロイダルアルミナ、モンモリロナイト及びカオリンからなる群から選択される少なくとも一つのバインダーを含む、請求項1から7のいずれか一項に記載の光触媒性部材。
- フィルター基材に光触媒性材料が担持された光触媒性部材であって、
前記光触媒性材料が、アナタース型酸化チタン及びフッ素を含む酸化チタン光触媒とゼオライトとを含み、
前記フィルター基材が、ガラス繊維布帛であり、
光触媒性部材に含まれるTi、Si及びFの質量の合計に対するFの割合が、0.38質量%以上である、光触媒性部材。 - 請求項1から9のいずれか一項に記載の光触媒性部材を備える、空質浄化装置。
- さらに、紫外線光源を備える、請求項10記載の空質浄化装置。
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