JP2020040047A - 光触媒分散液、光触媒複合材料および光触媒装置 - Google Patents

Abstract

【課題】分散が安定で光触媒活性、抗菌作用が高い光触媒分散液、高活性で低温で簡便に形成させることができ剥がれにくい光触媒複合材料および光触媒装置の提供。【解決手段】光触媒粒子１０と銀ナノワイヤ１１と分散媒とを含む、光触媒分散液。光触媒が、酸化タングステン、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ニオブ、および酸化スズからなる群から選択される金属酸化物を含む、光触媒分散液。基材と光触媒層とを具備し、光触媒層は光触媒粒子と銀ナノワイヤとを含む、光触媒複合材料。光触媒複合材料と、基材に光触媒活性を生じさせる光照射部材と、処理しようとする物質を光触媒複合材料に供給する供給部材とを具備する光触媒装置であって、光により触媒活性を生じた光触媒複合材料が、物質を処理するための化学反応を促進する、光触媒装置。【選択図】図１

Description

実施形態は、光触媒分散液、光触媒複合材料および光触媒装置に関するものである。

光触媒は、光によって励起された正孔を生じ、強い酸化反応を促進することが知られている。このような作用を有する光触媒としては種々のものが知られており、この促進作用は有害有機分子の分解除去や殺菌、基材の親水性維持等に利用されている。しかしながら光触媒による抗菌性は光が照射されていない場合には発現することが難しい。このような問題を解決するために、光が照射されていない場合にも抗菌性が発現し得るように、また光照射時にはプラズモン効果によって光吸収を増加させるために、銀ナノ粒子を光触媒に混合させた光触媒が知られている。

しかし、光触媒に銀ナノ粒子を組み合わせた光触媒分散液を塗布して均一な光触媒層を得ることが難しく、また銀ナノ粒子はその形状と大きさのために、光触媒層から流出しやすいという問題があった。

特許５２０７７４４号明細書 国際公開第２０１５−１４６８３０号公報

本実施形態は、分散安定性が高く、塗膜形成時に銀の流出が少ない光触媒分散液、その光触媒分散液を用いた抗菌作用または光触媒作用が高い光触媒複合材料、その光触媒複合材料を用いた光触媒装置を提供しようとするものである。

補実施形態による光触媒分散液は、光触媒粒子と銀ナノワイヤと分散媒とを含むものである。

また、実施形態による光触媒複合材料は、基材と光触媒層とを具備し、前記光触媒層は光触媒粒子と銀ナノワイヤとを含むものである。

また、実施形態による光触媒装置は、
前記光触媒複合材料と、
前記基材に光触媒活性を生じさせる光照射部材と、
処理しようとする物質を前記光触媒複合材料に供給する供給部材と
を具備するものであって、
前記光により触媒活性を生じた前記光触媒複合材料が、前記物質を処理するための化学反応を促進する装置である。

実施形態に係る光触媒分散液の模式図である。 実施形態に係る光触媒光触媒複合材料の模式図である。 実施形態に係る光触媒装置の模式図である。

以下、実施形態について、図面を参照して説明する。

なお、実施形態を通して共通の構成には同一の符号を付すものとし、重複する説明は省略する。また、各図は実施形態とその理解を促すための模式図であり、その形状や寸法、比などは実際の装置と異なる個所があるが、これらは以下の説明と公知の技術を参酌して適宜、設計変更することができる。

（第１の実施形態）
実施形態に係る光触媒分散液は、図１に示されるように、光触媒粒子１０と銀ナノワイヤ１１を含み、これらは分散媒（図示せず）中に分散されている。光触媒粒子と銀ナノワイヤとは直接結合されていないが、これらが共存していることで、それぞれが凝集などをしにくくなっているものと考えられる。

銀ナノワイヤの形状は特に限定されず、期待されるプラズモン効果や光触媒分散液中での分散状態などを最適にできるように選択される。例えば、実施形態において、銀ナノワイヤは平均直径が１０〜２００ｎｍ、平均長さが１〜５０μｍ、平均アスペクト比が１００〜１０００であることが好ましい。より好ましくは平均直径が２０〜１００ｎｍ、平均長さが４〜３０μｍ、平均アスペクト比が２００〜５００である。ここで、銀ナノワイヤの平均直径や平均長さは、ＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ：走査電子顕微鏡法）により２０万倍にて撮影された光触媒層の表面および断面を観測することにより測定できる。銀ナノワイヤの直径は銀ナノワイヤ平面画像の幅の長さに相当する。銀ナノワイヤの長さは銀ナノワイヤ平面画像の長手方向の長さに相当する。ここで、銀ナノワイヤが湾曲している場合、その形状を直線状に成形したときの長さを採用する。ひとつの銀ナノワイヤについて、幅が長手方向で変化する場合は、異なる３か所で幅を測定し、その平均を当該ナノワイヤの幅とする。これらの値の平均値はそれぞれランダムに選択した５０個のナノワイヤの測定値から求められる。

光触媒粒子は、酸化タングステン、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ニオブ、酸化スズなどの金属酸化物を含むものが用いられる。これらの光触媒粒子は２種類以上を組み合わせて用いることもできる。この中で酸化タングステンを含む光触媒は可視光応答性があるので好ましい。特に、酸化タングステンの結晶が単斜晶もしくは三斜晶の結晶構造を含有すると、触媒は活性が高くなりやすいので好ましい。

酸化タングステンの粒子は負に帯電しやすく、同様に負に帯電しやすい球状の銀粒子とは一般的には均一な分散状態が保持されにくい。しかし、実施形態による光触媒分散液では、均一な分散状態を維持することができて、それを用いて均一な光触媒層を容易に製造することができる。これは、図１に例示されるような、銀ナノワイヤの組み合わせによる網状構造の間に光触媒粒子が保持されるためと考えられる。銀ナノワイヤを液体中で製造する場合には、一般にポリビニルピロリドンのような保護ポリマーが用いられる。しかし、銀ナノワイヤの分散状態を保つのに必要な量を超えた保護ポリマーが存在すると、光触媒の触媒活性を妨げる傾向があるためので、保護ポリマーの量は少ない方が好ましい。最も好ましいのは乾式で作製された銀ナノワイヤを光触媒分散液に混合することである。

光触媒粒子の平均粒子径は、光触媒分散液の安定性、基材に塗布する際の加工性の観点、および光触媒機能を発揮させる観点より、２〜５００ｎｍであることが好ましく１０〜４００ｎｍであることがより好ましく、２０〜２００ｎｍであることが特に好ましい。光触媒粒子の平均粒子径は、銀ナノワイヤと同様に、画像解析により求めることができる。光触媒の粒子径は、電子顕微鏡で撮影した平面画像における光触媒粒子の面積と同じ円の直径で表現される。

光触媒粒子の平均粒子径は、銀ナノワイヤの平均直径の１／５〜５倍であることが好ましい。１／５倍より小さいと光触媒粒子が流出しやすくなる傾向があり、５倍より大きいと銀ナノワイヤによる触媒活性の向上効果が見られなくなる傾向がある。

光触媒粒子と銀ナノワイヤの配合比は、光触媒粒子の質量を基準として、銀ナノワイヤの質量が１／１０００〜１／１０倍であることが好ましい。銀ナノワイヤの配合比が多いと銀ナノワイヤの光吸収によって光触媒の光励起が阻害されやすい傾向があり、銀ナノワイヤの配合比が少ないと、銀ナノワイヤによる触媒活性の改良効果が小さくなる傾向にある。

また、一般に銀ナノワイヤは凝集しやすい傾向があるが、実施形態による光触媒分散液では、凝集の発生が少ない。これは共存する光触媒粒子が分散剤の機能も有していて、凝集を起こしにくくしているものと考えられる。

また実施形態による光触媒分散液を用いて形成された光触媒層も銀ナノワイヤの形成する網目状構造により機械的にも安定になりやすく、その結果、銀ナノワイヤの流出も銀ナノ粒子を含む光触媒分散液を用いた場合に比べると起こりにくい。抗菌性は極微量の銀イオンによって生じるため銀ナノワイヤであっても銀ナノ粒と同様に十分な効果が得られ、かつ長時間維持される。さらに、銀ナノ粒子と同様に銀ナノワイヤもプラズモン共鳴による光電場増強作用があり銀ナノワイヤ周辺の光触媒粒子の活性を高める作用を有する。

本実施形態の光触媒分散液では助触媒を含有してもよい。この助触媒はナノ粒子の形状で用いられることが多い。助触媒の材料としては、遷移金属元素化合物が好ましい。たとえば酸化タングステン光触媒に対する助触媒はＴｉ、Ｓｎ、Ｚｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｚｎ、Ａｌ、ＲｕおよびＣｅから選ばれる少なくとも１種の金属元素を含むことができる。これらのうち、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｎｉの金属酸化物またはこれらの複合酸化物が好ましい。光触媒粒子と助触媒粒子の総量に対する遷移金属元素等の金属元素の含有量は０．０１〜５０質量％の範囲とすることができる。遷移金属元素の含有量が５０質量％を超えると、光の透過率が下がって触媒の活性が低下する傾向がある。遷移金属元素の含有量は１０質量％以下であることが好ましく、さらに好ましくは２質量％以下である。遷移金属元素の含有量の下限値は特に限定されるものではないが、助触媒の添加効果をより有効に発現させる上で、その含有量は０．０１質量％以上とすることが好ましい。上記の遷移金属の酸化物は正に帯電しやすい。Ｐｔ、Ｐｄ等の貴金属助触媒粒子も好ましく、これらは少しのマイナスか、もしくはプラスのゼータ電位を持つ有機ポリマーで保護して酸化タングステンに吸着させやすくすることができ好ましい。

ここで、助触媒とは、光触媒粒子の光触媒作用をさらに強化するものをいう。より具体的には、例えばｎ型半導体である酸化タングステンに対して、ｐ型半導体である酸化銅などを助触媒として用いることが好ましい。このように組み合わせると、酸化タングステンの伝導帯のエネルギー準位が助触媒の価電子帯より少し高く、酸化タングステンに光が照射されて価電子帯から電導帯に励起された電子が助触媒の価電子帯に移動し、さらに光で励起されて助触媒の伝道帯に励起されるいわゆるＺスキームにより可視光によっても電子のエネルギー準位を高くして空気中の酸素を還元して酸素ラジカルや過酸化水素を生成することができる。酸化タングステンの価電子帯には正孔が生成し、有機分子等を分解する。酸素ラジカルや過酸化水素も有機分子等を分解する。

また上記金属酸化物助触媒は正のゼータ電位を有する。これに対して酸化タングステン等の光触媒粒子は負のゼータ電位を有する。また、銀ナノワイヤも負のゼータ電位を有する。このため、光触媒粒子または銀ナノワイヤと助触媒粒子とが吸着しやすくなって触媒活性がさらに増強されやすい。

本実施形態の光触媒分散液ではアルミナ水和物をさらに含有してもよい。アルミナ水和物はＡｌ_２Ｏ_３・（Ｈ_２Ｏ）_ｘ（０＜ｘ≦３）で表わされる水和物である。アルミナ水和物粒子（以下、簡単にアルミナ粒子という）はバインダーとして優れており触媒粒子同士の凝集も防ぐことから光触媒分散液を安定化する。基材上に塗布した場合に均一で堅牢な膜を形成しやすい。

アルミナ粒子には種々の形態があるがベーマイト（ｘ＝１）もしくは擬ベーマイト（１＜ｘ＜２）であることが好ましい。ベーマイトや擬ベーマイトは水のような極性溶媒中で安定であり塗布乾燥により容易に堅牢な塗布膜を形成できる。特に繊維状もしくは板状の形状を有するアルミナ粒子は触媒粒子同士の凝集を防止する効果が大きい。

光触媒粒子とアルミナ粒子の配合比は、アルミナ粒子を用いる場合には、光触媒粒子の質量を基準として、アルミナ粒子の質量が０．００５〜０．５倍であることが好ましく、０．０１〜０．０３倍であることが好ましい。アルミナ水和物の量が多すぎると塗布膜の光触媒活性が低下する場合があり、少なすぎると基材に塗布した膜の安定性が低下する場合がある。

アルミナ粒子の形状は特に限定されないが、例えば繊維状であってもよい。アルミナ粒子が繊維状形状である場合、その直径は１〜１０ｎｍ、長さは５００〜１００００ｎｍであることが好ましい。より好ましくは直径が２〜８ｎｍ、長さは８００〜６０００ｎｍであり、さらに好ましくは直径が３〜６ｎｍ、長さは１０００〜３０００ｎｍである。

実施形態において、ゼータ電位は電気泳動光散乱法により測定することができる。具体的にはでマルバーン社製ゼータサイザーナノＺＳ（商品名）にキャピラリーセルを組み合わせて測定することができる。光触媒分散液のｐＨは光触媒含有物や助触媒粒子を分散させた純水に希塩酸と希水酸化カリウム水溶液を添加して調整する。

実施形態による光触媒分散液は水分散液が好ましい。分散媒にアルコールを混入させることもできる。分散媒がアルコールを含むと、分散液の表面張力が低下して基材に塗布しやすくなる。アルコールとしてはエタノールもしくはメタノール、イソプロパノール等が好ましく、エタノールが安全性からはより好ましい。アルコールの含有量は、光触媒分散液の総質量を基準として、１〜９５質量％が好ましく、５〜９３質量％がより好ましく、１０〜９０質量％がさらに好ましい。

また、光触媒分散液中に含まれる光触媒粒子の含有量は、塗布の容易性などの観点から、光触媒分散液の総質量を基準として、０．１〜２０質量％とすることが好ましい。０．１質量％より少ないと十分な触媒活性を得るために大量の液が必要になり、また微量の不純物の影響を受けやすい傾向がある。２０質量％より多いと光触媒分散液の安定性が悪くなる傾向がある。好ましくは１から１０質量％である。

実施形態における「光触媒作用」とは、アンモニア、アルデヒド類等の有害物質の分解反応、タバコ、ペット臭の不快なにおいの分解消臭反応を促進する作用、黄色ブドウ球菌、大腸菌等に対する、抗菌作用、抗ウイルス作用、また汚れを付着しにくくする防汚作用をいう。なお、実施形態においては、これら作用を含めて化学反応と称することがある。

（実施形態２）
図２で示すように実施形態に係る光触媒複合材料２０は、基材２１と光触媒層２２を具備する。光触媒層２２は、光触媒粒子２３と銀ナノワイヤ２４を含む。このような光触媒複合材料は、第１の実施形態で説明した光触媒分散液を基材の表面に塗布し、乾燥することで得ることができる。

光触媒層は、他の酸化物がさらに含んでいてもよい。たとえば酸化ケイ素は光触媒層の親水性を増加させる機能がある。また、酸化スズは光触媒層の導電性を増加させて帯電を防止し、汚れが付きにくくする。

光触媒層は酸化グラフェンまたは酸化グラファイトを含有してもよい。これにより触媒粒子同士の凝集を防ぎ、安定性と光触媒活性を長期間保持できる。光触媒層に含まれる酸化グラフェンもしくは酸化グラファイトとの光触媒粒子の配合比は、光触媒粒子の質量を基準とした酸化グラフェンもしくは酸化グラファイトの質量が、１／２００，０００〜１／１００倍であることが好ましく、１／１００，０００〜１／１０００倍であることがより好ましく、１／５０，０００〜１／１０，０００倍であることが特に好ましい。この配合比が小さいと安定性改良効果が小さくなる傾向にあり、大きいと光触媒活性改良の効果小さくなる傾向にある。

光触媒層表面は平滑であってもよいが、凹凸があってもよい。具体的には、光触媒層の表面に平均直径が１００ｎｍ以上の凹部が存在してもよい。

基材は有機材料や金属材料など、任意の材料から選択することができるが、例えば、金属、セラミックス、紙、およびポリマーフィルムがあげられる。基材は表面が平滑な材料であっても、多孔体であってもよい。多孔体であると表面積を多くできて光触媒坦持量を多くしやすいので好ましい。また、基材の材料は、有機物を含むものであると着色や表面修飾が容易になるので好ましい。

ポリマーフィルムはフレキシブルな透明フィルムとすることができるので、光触媒複合材料の応用範囲を広げることができる。ポリマー材料としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリエチレンナフタレート、及びアクリル樹脂など可視光透明性を高いものが好ましく使用できる。強固な表面を形成する硬化性樹脂であることも好ましい。特にポリエチレンテレフタレートはフレキシブル性に富み、酸化グラフェンを用いる場合にはそれとの密着性がよいので好ましい。強固な表面を形成する硬化性樹脂であることも好ましい。

基材は、２０℃、ｐＨ６の水中で負のゼータ電位を有することが好ましい。このような基材を用いることで、触媒粒子の会合が抑制され、均一な膜が得られやすい。

基材と光触媒層との間に下地層を設置することができる。下地層としては無機酸化物を含む層が、光触媒による基材劣化を防ぎ、かつ光触媒層からの剥離を防ぐことができるので好ましい。無機酸化物としてはシリカ、アルミナ、ジルコニア等がある。無機酸化物がアルミニウム酸化物であることがさらに好ましい。基材は負のゼータ電位を持つものが多く、正のゼータ電位を持ちやすいアルミニウム酸化物は安定に基材を被覆しやすい。また負のゼータ電位を有する光触媒粒子および銀ナノワイヤを安定に坦持しやすい。

基材や下地層のゼータ電位は電気泳動光散乱法 でマルバーン社製 ゼータサイザーナノＺＳを用い平板ゼータ電位測定用セルによりポリスチレンラテックスをトレーサー粒子として測定することができる。ｐＨは純水に希塩酸と希水酸化カリウム水溶液を添加して調整する。

（第３の実施形態）
図３に、第３の実施形態にかかる光触媒装置の構成の一例を表す概略図を示す。

図示するように、実施形態に係る光触媒装置３０は、第２の実施形態による光触媒複合材料３１と、基材に光触媒活性を生じさせる光照射部材３２と、光触媒複合材料に物質を供給する供給部材３３を具備する。これらの部材を内包するチャンバー３４をさらに具備していてもよい。また、処理しようとする物質を導入するための導入部３５ａや処理されたあとの物質を排出するための排出口３５ｂを具備することもできる。

ここで、処理しようとする物質とは、光触媒複合材料の光触媒作用によって促進された化学反応によって、変化させようとするものである。具体的には、有害成分を除去することが望まれる有毒成分含有ガス、脱臭が望まれる臭気を含んだガス、汚染物質を含んだ廃液などが挙げられる。

光照射部材としては外光や室内光を利用して、光を光触媒複合材料に誘導する光学系部材である場合、ランプやＬＥＤ等の光源である場合等がある。外光や室内光を利用する場合には光触媒複合材料が光を受けやすい位置に設置または移動する部材であってもよい。光源を用いる場合には低消費電力や小型化の観点からＬＥＤが好ましい。

光触媒複合材料に物質を供給する部材としては気体であれば、例えばファンやポンプが挙げられる。また、光触媒複合材料を内包するチャンバーに気体や液体を導入する場合には、そのチャンバーやチャンバー内に気体や液体を導入するノズルなども供給部材である。さらに、チャンバー内で気体や液体を自然拡散させてもよいが、ヒーターなどで生じる対流を利用することもできる。この場合には、そのヒーターも供給部材である。さらに、自然拡散を利用する場合は光触媒複合材料が物質と接触しやすい位置に設置または移動する部材であってもよい。

光触媒複合材料が平板状である場合、処理しようとする物質をその表面に沿って流すことができる。また、光触媒複合材料が多孔体であり、物質が多孔体を透過することができるものである場合、物質と触媒との接触面積が増えるため、処理効率が高くなるので好ましい。また、処理しようとする物質が光触媒複合材料の表面にそって流れる場合であっても、多孔質であれば接触面積が大きくなる。このため、光触媒複合材料は多孔体であることが好ましく、布状であることがより好ましい。

本実施形態では、光触媒層が、物質を吸着するための吸着材をさらに含むことができる。このような吸着材が光触媒に含まれていると、触媒近傍の物質濃度を増加させることにより触媒作用の効率を上げることができる。このような吸着材としては活性炭、アルミナ、ゼオライト、シリカゲル等がある。

（実施例１）
（光触媒分散液の調整）
平均粒子径２０ｎｍの酸化タングステン微粒子と平均直径２０ｎｍ、平均長さ１０μｍの銀ナノワイヤを水に分散させて、酸化タングステン１質量％、銀ナノワイヤ０．１質量％の光触媒分散液を得る。光触媒分散液は１日放置しても分散状態は変化しない。

（ＰＥＴフィルム上への光触媒粒子の塗布）
厚さ１５０μｍのＰＥＴフィルム（１０ｃｍ×１０ｃｍ）を未処理で０．５質量％の平均直径４ｎｍで平均長さ１μｍの繊維状のアルミナ水和物分散液１ｇを滴下し、全面に広げた後、室温で１時間乾燥して下地層を形成させる。

次に光触媒分散液を１ｇ滴下し、全面に広げた後、室温で２４時間乾燥する。

（光触媒活性試験）
アセトアルデヒド分解試験では、初期濃度１０ｐｐｍに対して６０００ルクスの蛍光灯による光照射を１５分した場合には０ｐｐｍになる。遮光した試料を用いた場合、同じ時間経過後の濃度は１０ｐｐｍである。

大腸菌抗菌性試験では、初期菌濃度 １×１０^５／ｍｌ、蛍光灯による光照射を２時間した後の菌数は０である。遮光した試料を用いた場合、同じ時間経過後の菌数は、１×１０^３／ｍｌである。

上記光触媒活性は光照射３００時間後も活性はほとんど変化しない。

（剥がれ耐性試験）
上記光触媒を７０℃の水中で１日放置する。剥がれは見られず、光触媒活性、暗所での抗菌性もほとんど変化しない。

（実施例２）
ルチル型酸化チタン微粒子３ｇとチオウレア１０ｇの混合物を４００℃で加熱する。得られる粉末をボールミルで微細化して平均粒子径１０ｎｍの硫黄ドープ酸化チタン微粒子を得る。酸化タングステンの代わりに硫黄ドープ酸化チタンを用いることを除いては実施例１と同様にして光触媒複合材料を得る。

（光触媒活性試験）
アセトアルデヒド分解試験では、初期濃度１０ｐｐｍに対して光照射２０分後には０ｐｐｍになる。遮光した試料を用いた場合、同じ時間経過後の濃度は１０ｐｐｍである。

大腸菌抗菌性試験では、初期菌濃度 １×１０^５／ｍｌ、蛍光灯による光照射を２時間した後の菌数は０である。遮光した試料を用いた場合、同じ時間経過後の菌数は、２×１０^３／ｍｌである。

（剥がれ耐性試験）
上記光触媒を７０℃の水中で１日放置する。剥がれは見られず、光触媒活性もほとんど変化しない。

（実施例３）
（光触媒分散液の調整）
平均直径７０ｎｍ、平均長さ５０μｍの銀ナノワイヤを用いることは除いては実施例１と同様にして光触媒分散液を形成させる。

（メラミン樹脂膜上への光触媒粒子の塗布）
アルミ板上に形成されたメラミン樹脂膜（１０ｃｍ×１０ｃｍ）を未処理で光触媒分散液を下地層を形成せずに直接刷毛で塗布する。全面に広げた後、室温で３時間乾燥する。

（光触媒活性試験）
アセトアルデヒド分解試験では、初期濃度１０ｐｐｍに対して光照射２０分後には０ｐｐｍになる。遮光した試料を用いた場合、同じ時間経過後の濃度は１０ｐｐｍである。

大腸菌抗菌性試験では、初期菌濃度 １×１０^５／ｍｌ、蛍光灯による光照射を２時間した後の菌数は０である。遮光した試料を用いた場合、同じ時間経過後の菌数は、２×１０^３／ｍｌである。

上記光触媒活性は光照射３００時間後も活性はほとんど変化しない。

（剥がれ耐性試験）
上記光触媒を７０℃の水中で１日放置する。剥がれは見られず、光触媒活性もほとんど変化しない。

（実施例４）
二塩化スズと水とをステンレス反応管中、１８０℃で加熱して粒子径１００ｎｍから２００ｎｍの酸化スズ微粒子を得る。酸化タングステンの代わりに酸化スズを用いることを除いては実施例１と同様にして光触媒複合材料を得る。

（光触媒活性試験）
アセトアルデヒド分解試験では、初期濃度１０ｐｐｍに対して光照射１７分後には０ｐｐｍになる。遮光した試料を用いた場合、同じ時間経過後の濃度は１０ｐｐｍである。

大腸菌抗菌性試験では、初期菌濃度 １×１０^５／ｍｌ、蛍光灯による光照射を２時間した後の菌数は０である。遮光した試料を用いた場合、同じ時間経過後の菌数は、１×１０^３／ｍｌである。

（剥がれ耐性試験）
上記光触媒を水中で１日放置する。剥がれは見られず、光触媒活性もほとんど変化しない。

（実施例５）
助触媒として平均粒子径１００ｎｍの鉄ニッケル複合酸化物粒子（Ｆｅ２ＮｉＯ４）を添加して酸化タングステン１質量％、銀ナノワイヤ０．１質量％、鉄ニッケル複合酸化物０．０５質量％の光触媒分散液を用いることを除いては実施例１と同様にして光触媒複合材料を得る。

（光触媒活性試験）
アセトアルデヒド分解試験では、初期濃度１０ｐｐｍに対して光照射１３分後には０ｐｐｍになる。遮光した試料を用いた場合、同じ時間経過後の濃度は１０ｐｐｍである。

大腸菌抗菌性試験では、初期菌濃度 １×１０^５／ｍｌ、蛍光灯による光照射を２．５時間した後の菌数は０である。遮光した試料を用いた場合、同じ時間経過後の菌数は、１×１０^３／ｍｌである。

上記光触媒活性は光照射３００時間後も活性はほとんど変化しない。

（剥がれ耐性試験）
上記光触媒を水中に１日放置する。剥がれは見られず、光触媒活性もほとんど変化しない。

（実施例６）
銀ナノワイヤ０．００１質量％の光触媒分散液を得ることを除いては実施例１と同様にして光触媒複合材料を得る。

（光触媒活性試験）
アセトアルデヒド分解試験では、初期濃度１０ｐｐｍに対して光照射１８分後には０ｐｐｍになる。遮遮光した試料を用いた場合、同じ時間経過後の濃度は１０ｐｐｍである。

（実施例７）
銀ナノワイヤ０．０１質量％の光触媒分散液を得ることを除いては実施例１と同様にして光触媒複合材料を得る。

（光触媒活性試験）
アセトアルデヒド分解試験では、初期濃度１０ｐｐｍに対して光照射１７分後には０ｐｐｍになる。遮光した試料を用いた場合、同じ時間経過後の濃度は１０ｐｐｍである。

（実施例８）
実施例１で得られる光触媒複合材料と白色ＬＥＤと小型のファンを有する光触媒装置を冷蔵庫中に設置する。電源と制御装置は冷蔵の外部に設置する。

（光触媒装置の活性試験）
ＬＥＤで光を照射しながら光触媒装置を駆動し、１０ｐｐｍのメチルメルカプタンの初期濃度は３０分後に０になる。

上記光触媒活性は光照射３００時間後も活性はほとんど変化しない。

（比較例１）
銀ナノワイヤを用いないことを除いては実施例１と同様にして光触媒複合材料を形成させる。

（光触媒活性試験）
アセトアルデヒド分解試験では、初期濃度１０ｐｐｍに対して光照射２０分後には０ｐｐｍになる。遮光した試料を用いた場合、同じ時間経過後の濃度は１０ｐｐｍである。

大腸菌抗菌性試験では、初期菌濃度 １×１０^５／ｍｌ、蛍光灯による光照射を２時間した後の菌数は０である。遮光した試料を用いた場合、同じ時間経過後の菌数は、２×１０^５／ｍｌである。

上記光触媒活性は光照射３００時間後も活性はほとんど変化しない。

（剥がれ耐性試験）
上記光触媒を水中で１日放置する。若干の剥がれが見られる。

以上より、銀ナノワイヤを用いない場合には、本実施形態に比べて光触媒活性は若干低下し、遮光時には抗菌性は見られず、剥がれやすくなることがわかった。

（比較例２）
銀ナノワイヤの代わりに平均粒子径３ｎｍの銀ナノ粒子を用いることを除いては実施例１と同様にして光触媒分散液および光触媒複合材料を形成させる。

（光触媒活性試験）
アセトアルデヒド分解試験では、初期濃度１０ｐｐｍ、光照射１８分後には０ｐｐｍになる。遮光した試料を用いた場合、同じ時間経過後の濃度は１０ｐｐｍである。

大腸菌抗菌性試験では、初期菌濃度１×１０^５／ｍｌ、蛍光灯による光照射を２時間した後の菌数は０である。遮光した試料を用いた場合、同じ時間経過後の菌数は、２×１０^３／ｍｌである。

上記光触媒活性は光照射３００時間後も活性はほとんど変化しない。

（剥がれ耐性試験）
上記光触媒を水中で１日放置する。銀ナノ粒子の流失と、若干の膜の剥がれが見られる。

以上、銀ナノワイヤ添加に比べて光触媒活性は若干低下し、遮光時には抗菌性は見られず、剥がれやすくなる。

上記実施例の結果に明らかであるように、実施形態によれば安定な光触媒分散剤、光触媒性能を長期間、安定に発揮することができる光触媒複合材料および製造方法を提供できる。

なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施し得るものであり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０…光触媒粒子、１１…銀ナノワイヤ、２０…光触媒複合材料、２１…基材、２２…光触媒層、２３…光触媒粒子、２４…銀ナノワイヤ、３０…光触媒装置、３１…光触媒複合材料、３２…光照射部材、３３…基材に光触媒作用を受ける物質を供給する部材、３４…反応チャンバー

Claims (17)

1. 光触媒粒子と銀ナノワイヤと分散媒とを含む、光触媒分散液。
2. 前記光触媒が、酸化タングステン、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ニオブ、および酸化スズからなる群から選択される金属酸化物を含む、請求項１に記載の光触媒分散液。
3. 助触媒をさらに含む、請求項１または２に記載の光触媒分散液。
4. 前記銀ナノワイヤの平均直径が１０〜２００ｎｍ、平均長さが１〜５０μｍである、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光触媒分散液。
5. 前記光触媒粒子の平均直径が２〜５００ｎｍである、請求項１〜４のいずれか１項に記載の光触媒分散液。
6. 前記光触媒粒子の平均直径が前記銀ナノワイヤの平均直径の１／５〜５倍である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の光触媒分散液。
7. 基材と光触媒層とを具備し、前記光触媒層は光触媒粒子と銀ナノワイヤとを含む、光触媒複合材料。
8. 前記光触媒粒子が酸化タングステンを含む、請求項７に記載の光触媒複合材料。
9. 前記触媒層が助触媒をさらに含む、請求項７または８に記載の光触媒複合材料。
10. 前記基材と前記光触媒層との間に下地層をさらに具備する、請求項７〜９のいずれか１項に記載の光触媒複合材料。
11. 前記下地層が無機酸化物を含む、請求項１０に記載の光触媒複合材料。
12. 前記無機酸化物がアルミニウムの酸化物である、請求項１１に記載の光触媒複合材料。
13. 請求項７〜１２のいずれか１項に記載の光触媒複合材料と、
    前記基材に光触媒活性を生じさせる光照射部材と、
    処理しようとする物質を前記光触媒複合材料に供給する供給部材と
    を具備する光触媒装置であって、
    前記光により触媒活性を生じた前記光触媒複合材料が、前記物質を処理するための化学反応を促進する、
    光触媒装置。
14. 前記光照射部材がＬＥＤである請求項１３記載の光触媒装置。
15. 前記供給部材がファンである、請求項１３または１４に記載の光触媒装置。
16. 前記物質が前記光触媒複合材料の正面に供給され、前記化学反応により生成した生成物が、前記光触媒複合材料の裏面から放出される、請求項１３〜１５のいずれか１項に記載の光触媒装置。
17. 前記光触媒層が、前記物質を吸着する吸着材をさらに含む、請求項１３〜１６のいずれか１項に記載の光触媒装置。