JP2023508180A - 光触媒デバイスを製造する方法、光触媒デバイス、光触媒組成物およびガス除染装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、触媒デバイスを製造する方法であって、ａ）それぞれ粉末状の、光触媒活性を有する第１の触媒、第１の触媒と異なる分子である第２の触媒、および吸着剤を用意するステップと、ｂ）第１の触媒、第２の触媒および吸着剤を混合して触媒組成物を形成し、これを懸濁液に懸濁してスラリーを形成するステップと、ｃ）ガスが固体格子状担体を流れることを可能にするように構成された複数の貫通穴を有する前記担体上に、スラリーを繰り返しコーティングし、懸濁液を蒸発させるステップとを含む、方法に関する。
【選択図】図１

Description

本発明は、触媒デバイスを製造する方法に関する。別の態様によれば、本発明は、このような方法によって得られる触媒デバイスに関する。別の態様によれば、本発明は、触媒組成物に関する。別の態様によれば、本発明は、このような触媒デバイスおよび／または触媒組成物を含む、ガス除染装置に関する。

ガスの除染は広く用いられており、必要とされている。ガス中、とりわけ空気中の汚染物質は、様々なタイプのものであり得る。これらは、粒子、ガス状または揮発性の化学汚染物質と生物学的汚染物質に分けられ得る。生物学的汚染物質は、微生物、例えば細菌、その胞子を含む真菌またはダニ、ならびにウイルス、ファージなどである。

ガス状または揮発性物質は、例えばいわゆる揮発性有機化合物（ＶＯＣ）である。ＶＯＣは通常、少なくとも１個の炭素原子、ならびに１個または複数の水素、ハロゲン、酸素、硫黄、リンおよび／またはケイ素原子を含有し、２０℃の温度で少なくとも０．０１ｋＰａの蒸気圧または特定の状況下で特定の揮発性を有する化合物として定義される。酸化炭素および無機炭酸塩または重炭酸塩は通常、ＶＯＣであるとみなされない。したがって、ＶＯＣは、簡単に蒸発または昇華する共通点を有する広範囲の様々な物質を表す。揮発性またはガス状汚染物質の例は、ホルムアルデヒド、一酸化炭素、酸化窒素、オゾンまたはラドンのような放射性物質である。

ガス、とりわけ空気を処理および除染する１つの方法は、メカニカルフィルター、例えばＨＥＰＡフィルターなどの使用である。これらは、粒子状汚染物質ならびに一部の生物学的汚染物質を濾過する。したがって、これらは、一定時間後に清浄または交換される必要があるという欠点がある。さらに、これらのフィルターは、ほとんどのウイルスのサイズである約０．１～１μのサイズを有する粒子に対する効率が悪い。さらに、フィルターの微生物学的汚染は、細菌などからの有害または毒性であり得る物質の生成および分泌をもたらし得、次いでこれはガス流により運ばれる。例えば、これらの毒性物質は、一部のグラム陰性菌の細胞壁の溶解後形成されるエンドトキシン、またはフィルター上での微生物分解によるＶＯＣであり得る。脆弱な微生物、例えば表皮ブドウ球菌（Ｓｔａｐｈｙｌｏｃｏｃｃｕｓ ｅｐｉｄｅｒｍｉｄｉｓ）、大腸菌（Ｅ．ｃｏｌｉ）またはブレバンディモナス・ティミヌタ（Ｂｒｅｖｕｎｄｉｍｏｎａｓ ｄｉｍｉｎｕｔａ）は、このようなフィルター上で２～６日間生存し得る。ロバストな生物学的汚染物質、例えばバチルス・アトロファエウス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ ａｔｒｏｐｈａｅｕｓ）、ＭＳ－２大腸菌ファージおよびアスペルギルス・ブラジリエンシス（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｂｒａｓｉｌｅｎｓｉｓ）は、６日を超えて生存する。バチルス・アトロファエウスは、２１０日を超えて生存可能なままであり得る。したがって、このようなフィルターの使用は、清浄されるべきガスのさらなる汚染をもたらし得る。また、生物学的汚染物質は、流動抵抗を増大させるフィルターの飽和をもたらし得る。さらに、濾過された後、さらにフィルター表面にコロニーを形成する生物学的汚染物質によるフィルターの飽和は、ガス除染装置の性能を全体的に低下させ得る。生じ得る問題は、一般に、臭気、空気流の減少、圧力降下の増加ならびにフィルターおよびガス除染装置の内面でのバイオフィルムの形成である。それにもかかわらず、このようなフィルターは、粒子状汚染物質を除去するのに有用であり得る。

空気の除染または浄化のためのいくつかのさらなる解決策、例えばプラズマ、イオン化、オゾン化または触媒の使用が提案される。
イオン化技術では、高エネルギーが、例えば高電圧によりまたは特定のランプを用いて酸素イオンを形成するために用いられる。これらは、粒子状汚染物質、例えば埃の表面に蓄積し、大きな塊の形成を促進し、次いでこれは濾過され得るか、または床に降下し得る。

したがって、汚染物質は、除去または分解されないが、例えば床に塊で残り得、その後もなお空中を浮遊し得る。さらに、一方では消毒性があるが、他方ではアレルギーを引き起こし得るか、または周囲の人に有害であり得るオゾンが発生し得る。

オゾン化中、反応性が高く、強酸化剤であるオゾンが形成される。これは、微生物学的汚染物質と化学汚染物質の両方と反応する。欠点は、発生したオゾンすべてが、汚染物質と直接反応するわけではないので、この場合もやはり、オゾンが周囲の人に有害であり得ることである。

触媒は、多くの産業分野で用いられる。触媒は、反応を触媒する、すなわち反応で消費されることなく化学反応速度を増加させることができる物質である。１つの特定の分野は、ガス、例えば空気、とりわけ周囲空気、または排出もしくはプロセスガスを除染するための触媒の使用である。これらは、病院、検疫所またはレストランもしくは公共機関などのような公共の場において周囲空気を清浄するための空調システムまたは空気浄化システムにおいて用いられ得る。

触媒されるべき反応に応じて、単一の触媒を使用するか、または２つ以上の触媒を組み合わせることが可能である。
光触媒活性を有する触媒が、当技術分野で公知である。これらは、しばしば光触媒と称され、通常半導体である。通常、光触媒は、ＵＶ活性化可能である。ＵＶ活性化可能な光触媒に、ＵＶ線、すなわち約１００ｎｍ～約４００ｎｍの波長を有する電磁線を照射すると、これは活性化され、したがって反応を触媒できる。触媒の表面で、例えば水は、高反応性のＯＨラジカルに反応し、次いでこれは汚染物質と反応する。さらに、分子状酸素は、いわゆるＲＯＳ（活性酸素種）、とりわけスーパーオキシドアニオンに反応し得る。反応種は、化学汚染物質と生物学的汚染物質の両方と反応し、例えばウイルス膜の脂質二重層を破壊する。

ガス除染のために光触媒を使用する場合、通常、ＵＶ線源が存在する必要がある。これらの線源は通常、大量のエネルギーを消費し、エネルギー効率はわずか３０～４０％である。そのため、３０～４０％のエネルギーしか、光触媒を活性化するために用いられない。

例えば、触媒の別個の段、例えば互いに空間的に離れた３つの異なる段の組合せを設けることが当技術分野で公知である。各段は、特定の化合物を含有し、例えばある段は二酸化チタンを含有し、ある段は一酸化マンガンを含有し、ある段はゼオライトを含有する。これらは、除染されるべきガスの流れ方向に順に設けられる。

例えば、ＣＮ１０６５８２２６５ＡおよびＣＮ１０５５９７５２８Ａから、ガス除染のための触媒組成物が公知である。これらは、酸化マンガンの前駆体、例えば酢酸マンガン、および部分的に二酸化チタンの前駆体、例えばチタン酸ブチルが充填された吸着剤からなる。その後、前駆体を含む吸着剤は、３００℃以上の温度でか焼され、それにより酸化マンガンおよび二酸化チタンを形成する。高いか焼温度により、主にまたはもっぱら二酸化マンガンが形成される。

ＪＰＨ１１－１３７６５６から、例えば酸化マンガン、二酸化チタンおよび吸着剤からなる触媒組成物が公知である。これらは、バインダーを介して固体担体に結合する。バインダーは触媒を部分的に覆うので、ＵＶ線および分解されるべき分子を活性化することにより、減少した量にしか到達できない。別の実施形態によれば、該成分の懸濁液は、多孔体または布帛に含浸される。しかし、これらは、除染されるべきガスに対する流動抵抗が高い。したがって、時間単位ごとに大量のガスを効率的に清浄することが不可能である。本文書の実施において、第２の触媒の比率は、二酸化チタンの活性を低下させないように二酸化チタンの２２％の量を超えることができない。

したがって、本発明の目的は、製造が容易であり、ガス除染効率が高い触媒デバイスを提供することである。

本発明は、触媒デバイスを製造する方法であって、ａ）それぞれ粉末状の、光触媒活性を有する第１の触媒、第１の触媒と異なる分子である第２の触媒、および吸着剤を用意するステップと、ｂ）第１の触媒、第２の触媒および吸着剤を混合して触媒組成物を得、これを懸濁液に懸濁してスラリーを形成するステップと、ｃ）ガスが固体格子状担体を流れることを可能にするように構成された複数の貫通穴を有する前記担体上に、スラリーを繰り返しコーティングし、懸濁液を蒸発させるステップとを含む、方法により、この目的を達成する。

触媒デバイスのための担体の実施形態を示す斜視図である。 コーティングされた状態の図１の担体を示す斜視断面図であり、それにより触媒デバイスの実施形態を形成する。 ガス除染装置の実施形態の部分的に組み立てられた除染ユニットを示す分解組立図である。 図３からの組み立てられた除染ユニットを示す斜視図である。

第１の触媒および第２の触媒は、異なる分子である。これは、第１の触媒および第２の触媒が、その化学組成において異なることを意味する。第１および第２の触媒は、異なる粒径、結晶構造、形状などのような異なる特性を有する同一の化合物ではあり得ない。言い換えれば、異なる形状、結晶構造などの１つの化合物を含む組成物は、本明細書において請求される２つの異なる触媒を含むとみなすことができない。

光触媒活性を有する触媒は、例えば下記に記載される特定の照射により、事実上光活性化できる物質である。言い換えれば、例えば物質がマトリックスに埋め込まれるか、またはコーティングされ、したがって、事実上光活性化できないため、光触媒性を有するが、光活性化できない物質は、光触媒活性を有する触媒とみなされない。二酸化チタンは、例えば、化粧品業界において散乱剤として用いられる。これは通常、光触媒活性を抑制するためにコーティングされる。これらの粒子の光触媒活性は、化粧品に所望されない有害なＲＯＳの生成をもたらす。したがって、このようなコーティングされた二酸化チタン粒子は、事実上光活性化できないため、光触媒活性を有する触媒とみなされない。これは、放射線が粒子に到達し、したがって粒子を光活性化することを不可能にする、マトリックスに埋め込まれたこのような粒子についても説明する。それにもかかわらず、事実上光活性化できる物質は、照射されず、したがって活性化されない場合でも、光触媒活性を有する触媒とみなされる。

本出願人らは驚くべきことに、それぞれ粉末状の第１の触媒、第２の触媒および吸着剤の混合物が、例えば脱塩水または脱塩水およびエタノールの溶液である懸濁液に懸濁され、次いで固体担体に繰り返し塗布された場合、担体に十分に付着し、有効な触媒デバイスを形成することができることを発見した。

組合せの利点は、除染効率が高く、同時に、単純なフィルターの場合のように、微生物増殖が触媒デバイスで起こらないことである。さらに、汚染物質だけでなく、同様に所望されないまたは有害であり得る破壊過程の副産物も破壊することが可能である。好ましくは、ほんの数ｐｐｂから数百ｐｐｍまでの汚染物質を含有するガスを除染することが可能である。

第１の触媒、第２の触媒および吸着剤は、異なる粉末として用意する。一方では、前駆体などが別の物質に含浸されないため、これはその取り扱いを容易にする。他方では、一部の実施形態において、例えば個々の成分のか焼温度が異なるので、２つの異なる成分を同時に合成するのが不可能であり得るため、これは化学的に必要である。

第１の触媒、第２の触媒および吸着剤の混合は、好ましくはこれらを懸濁液に懸濁する前に行われる。このため、最初に、成分の混合物が作製され、次いでこれが懸濁液に導入されて、スラリーを形成する。代替的には、非混合状態の一部またはすべての成分を懸濁液に導入し、懸濁液中のすべての成分の混合を例えばブレンダーを用いて行うことも可能である。

懸濁液は、好ましくは成分がいずれも不溶である液体または溶液である。これは好ましくは、第１の触媒、第２の触媒および吸着剤それぞれの溶解度が、１ｇ／ｌ懸濁液未満、より好ましくは０．１ｇ／ｌ未満である場合である。

スラリーは、格子状担体に繰り返し塗布される。これは、２層以上に塗布され、少なくとも２回、好ましくは少なくとも５回、より好ましくは少なくとも１０回塗布されることを意味する。好ましくは、スラリーは、１００回より多くは塗布されず、より好ましくは５０回より多く塗布はされない。スラリーが繰り返し塗布されることは、好ましくは、各繰り返しまたは通過において、少なくとも５０％の表面、より好ましくは少なくとも７５％の表面、最も好ましくは少なくとも９０％の表面、とりわけ毎回全表面がスラリーでコーティングされることを意味する。

毎回、スラリーは、格子状担体上にコーティングされ、これは担体の表面におよび／または下方のコーティング層上に層を形成する。繰り返しコーティングを施すことにより、効率的な除染に十分な触媒および吸着剤を提供するコーティングを得ることが可能である。さらに、触媒分子の多くが、反応におよびＵＶ線による活性化に利用できるように、コーティングは、好ましくは緻密になりすぎない。好ましくは、少なくとも９５％、より好ましくは少なくとも９９％の格子状担体の表面がコーティングされる。これはとりわけ、担体中の貫通穴の内面を占める。ガスを除染するための使用において、ガスは、貫通穴を通って誘導され、それにより汚染物質は、内面にコーティングされた触媒および吸着剤と接触する。

好ましくは、毎回コーティングを施した後、懸濁液は、例えば加熱により、または好ましくはとりわけ追加の加熱なしで空気流下で蒸発される。これは、例えば１００℃～１５０℃での通常の蒸発過程で蒸発されない毛細管結合懸濁液を明らかに含む。別の実施形態において、次の層が塗布される前に、懸濁液は、完全ではないが部分的に蒸発され、例えば少なくとも７５％の懸濁液が蒸発される。別の実施形態において、新しい層を塗布する前に、懸濁液は全く蒸発されないか、または２５％を超えないごく一部の懸濁液が蒸発される。新しい層を塗布する前に、蒸発される懸濁液が少ないほど、手順にかかる時間が少ない。最善の結果は、通常、新しい層を塗布する前にできる限り多くの懸濁液を蒸発させた後得られる。

担体は、例えば、金属、例えばアルミニウムもしくはスチール、プラスチック材料または複合材料から形成され得る。これは、例えば、格子、プレートまたはエキスパンドメタルとして形成され得る。好ましい実施形態において、担体は、好ましくはハニカム状に複数の貫通穴を形成する波形および／または折り畳みシートから成形される。平面材と比較したハニカムパネルの利点は、コーティングされる面が大きく、圧力降下が低いことである。また、セル内放射照度がより良好である。担体は、その場合には、しばしば単にハニカムまたはハニカムパネルと称される。好ましくは、貫通穴は六角形の断面を有する。

好ましい実施形態において、貫通穴は、担体の体積の少なくとも８０％、より好ましくは少なくとも８５％、最も好ましくは少なくとも９０％、とりわけ担体の体積の少なくとも９５％を占める。これは、使用中、担体を通る十分なガス流を確保する一助となる。したがって、担体の支持構造は、例えば薄い金属、好ましくはアルミニウム、または別の不活性材料の形態で薄く設けられる。アルミニウムは、軽量で十分に不活性であるという利点を提供するので、触媒は、決定的な方法で担体自体を攻撃しない。

貫通穴は好ましくは、少なくとも１ｃｍ、より好ましくは少なくとも２ｃｍの長さを有し、これに沿ってガスは担体を流れ得る。好ましくは長さは２０ｃｍ、より好ましくは１０ｃｍを超えない。通常格子状担体の厚さと等しい穴の長さは、除染の効率に大きな影響を与える。長さが短すぎる場合、得られた触媒活性面が小さく、したがって除染効率が悪い。長さが長すぎる場合、ＵＶ線が、穴の中央の光触媒に到達しないか、または十分に到達しないので、得られた光触媒の一部が活性化されない。さらに、長い貫通穴の中央部を十分にコーティングするのは困難である。したがって、穴の長さと直径との比も重要であり得る。比は、好ましくは２より大きく、より好ましくは５より大きく、とりわけ１０より大きく、好ましくは５０以下、より好ましくは３０以下、とりわけ２０以下である。貫通穴の断面が円形でない場合、最小二乗法による近似外接円または近似円の直径が、比の計算のための直径を決定するために用いられ得る。穴の直径は好ましくは少なくとも２ｍｍ、より好ましくは少なくとも５ｍｍ、とりわけ少なくとも７ｍｍである。好ましくは、穴の直径は５０ｍｍ、より好ましくは２０ｍｍ、とりわけ１０ｍｍを超えない。

貫通穴は、好ましくはその長さに沿ってまっすぐに延び、湾曲しないか、または角がない。
貫通穴の直径と、隣接する貫通穴を区切る担体の棒またはシートの厚さとの比は、好ましくは１０より大きく、より好ましくは２０より大きく、とりわけ４０より大きい。

好ましい実施形態において、スラリーは、バインダーを含まない。これは、さらなる無機または有機バインダーが、担体上での第１の触媒、第２の触媒および吸着剤の付着を高めるために添加されないことを意味する。バインダーは、例えばセルロースおよびその誘導体、特定タンパク質またはポリマー、ならびに無機バインダー、例えばシリカまたはアルミナである。残量の懸濁液、例えば毛細管結合懸濁液は、バインダーとみなされない。例えば大気湿度由来の水も、バインダーとみなされない。好ましくは、吸着剤、第１の触媒および第２の触媒の総質量に対してバインダーの量が２％を超えない限り、スラリーは、依然としてバインダーを含まないとみなされる。とりわけ、懸濁液の蒸発後に担体上の触媒および吸着剤の周りにバインダー分子のマトリックスは形成されない。

スラリーは、浸漬を含む様々な方法により担体に塗布され得る。好ましい実施形態において、スラリーは、スプレーコーティングにより塗布される。スプレーコーティングは、とりわけ別のバインダーをスラリーに付与する必要なしに、耐久性に優れた一貫した（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ）コーティングをもたらす。コーティングは、とりわけバインダーを使用せずに、好ましくは４ｂａｒまでの空気圧に耐える。スラリーは好ましくはスプレーガンで塗布される。好ましくは、とりわけ例えば８ｂａｒの最大圧力Ｐ_ｍａｘを有する低－中圧のスプレーガンである、手動スプレーガンが用いられる。これは好ましくは重力吸引カップを有する。スプレーコーティングは好ましくは垂直に行われる。１つの好ましい実施形態において、入口圧力は３．５ｂａｒであり、液流は１分当たり２．５～３．０リットルである。担体とスプレーガンとの距離は好ましくは１０～３０ｃｍ、好ましくは約１５ｃｍである。上述の例示的パラメーターにより、良好なコーティング特性が得られた。具体的には、コーティングは、好ましくはアルミニウムハニカムである担体に十分に付着した。

コーティングは好ましくは、少なくとも５０μｍ、好ましくは少なくとも７５μｍ、とりわけ少なくとも１００μｍの総厚を有する。このような厚さのコーティングはとりわけガス除染に十分な量の触媒を提供する。好ましくは、厚さは５００μｍを超えず、より好ましくは３５０μｍを超えず、とりわけ２５０μｍを超えない。好ましい範囲は１００μｍ～２５０μｍである。コーティングが厚すぎる場合、下層が十分に照射されないか、且つ／または除染されるべき汚染物質に十分に到達しない可能性がある。したがって、触媒分子の浪費につながり得る。

第１の触媒は、例えば酸化タングステンおよび／または酸化亜鉛からなり得る。１つのタイプの第１の触媒のみが用いられることが好ましいが、必ずしもそうではない。光触媒活性を有する２つ以上の触媒を使用することも可能である。

好ましい実施形態において、第１の触媒は二酸化チタンＴｉＯ_２である。二酸化チタンは、その光触媒性について非常に周知である。これは半導体であり、１００ｎｍ～４００ｎｍの波長のＵＶ線による照射により活性化され得る。好ましくは、第１の触媒、とりわけ二酸化チタンを活性化するために用いられるＵＶ線は、３６５ｎｍ以下、より好ましくはＵＶ－Ｃ範囲で１００ｎｍ～２８０ｎｍ、最も好ましくは２５４ｎｍの波長を有する。ＵＶ－Ｃ範囲のＵＶ線の使用は、ＵＶ－Ｃ線の直接的な消毒性をさらに使用する利点がある。したがって、ＵＶ－Ｃ線は、その高エネルギーにより直接的に殺菌の役割を果たし、且つ間接的に殺菌の役割を果たすだけでなく、第１の触媒を活性化することにより非生物学的汚染物質に作用する。二酸化チタンはすでに光活性化されていてよい。

第１の触媒の活性化のために、好ましくは、任意の種類のＵＶ線放放射源または光源、例えばＵＶ線を放射する人工灯、またはＵＶ線もしくはコールドプラズマ電極により形成されるＵＶ線を放射する発光ダイオードもしくは蛍光灯が用いられ得る。

二酸化チタンは、費用効率が高く、それ自体を少なくとも部分的に再生する能力を有する利点がある。これは、化学および生物学的汚染物質を含む様々な汚染物質に対して活性が高い。

アナターゼの結晶形の二酸化チタンは、最も高い触媒活性を有することが公知である。したがって、二酸化チタンが完全にアナターゼ型のものであることが、本発明の１つの実施形態である。

他方では、本出願人の探求は、優勢な意見に対して、一定の割合のルチル型の二酸化チタンが、触媒デバイスの全体的な除染能力を高めることを示した。触媒表面での電荷分離が増大し、したがってその効率が増大する。

第１の触媒が、６０／４０～９９／１のアナターゼ／ルチル比を有するアナターゼおよびルチルの混合物の形態の二酸化チタンＴｉＯ_２であることが、本発明の好ましい実施形態である。好ましくは、比は少なくとも６０／４０、より好ましくは少なくとも７０／３０、とりわけ少なくとも８０／２０である。比は、好ましくは９９／１を超えず、より好ましくは９５／５を超えず、とりわけ９０／１０を超えない。さらに好ましい実施形態において、比は７７／２３～８３／１７、とりわけ８０／２０である。

好ましい実施形態において、第１の触媒、とりわけ二酸化チタンは、銀イオンまたはプラチナイオンによりドープされる。第１の触媒のドーピングは、生物学的汚染物質に対するおよび破壊された汚染物質の有害であり得る副産物の破壊に対する殺菌効果を増大させる。ドーピングイオンの存在は、可能性のある酸化および還元反応の数を増加させる。

二酸化チタンは、好ましくは１０～５０ｎｍ、より好ましくは１５～３５ｎｍ、とりわけ約２５ｎｍの基本粒径を有する。これらの基本粒子は凝集する傾向がある。これらの凝集体の平均粒径は、好ましくは２００～６００ｎｍ、より好ましくは３００～５００ｎｍの範囲であり、とりわけ約４２０ｎｍである。しかし、これは、一部の凝集体が１ミクロン以上の粒径を有することを除外しない。

好ましい実施形態において、第２の触媒は低温触媒である。低温触媒は熱エネルギーにより活性化される。それにより、低温触媒という用語は、比較的低温で活性化されるこのタイプの触媒を、通常５００℃～１２００℃の比較的高温で活性化される熱触媒と区別するために用いられる。したがって、本発明による低温触媒は、比較的低温で触媒的に活性であるだけでなく、この比較的低温で熱エネルギーにより活性化される。言い換えれば、周囲温度で光活性化できる光触媒は、周囲温度で熱エネルギーにより活性化されるのではなく、照射により活性化されるため、低温触媒ではない。低温触媒は、好ましくは、すでに触媒的に活性化され、そのため１００℃より低い温度で、より好ましくは５０℃より低い温度で、最も好ましくはすでに２０℃の室温で活性である触媒である。これは、しかし、より高温で不活性でなければならないことを暗示しない。好ましくは、触媒活性は、好ましくは２０℃から１００℃または５０℃から１００℃の少なくとも一定の温度間隔にわたる温度の上昇と共に増加する。

低温触媒は、例えば酸化ニッケルまたは酸化セリウムのような金属酸化物である。本発明の好ましい実施形態において、第２の触媒は、効率的な低温触媒である一酸化マンガンＭｎＯである。本出願人らの探求は、一酸化マンガンが、その触媒活性が不十分である周知の二酸化マンガンＭｎＯ_２より効率が著しく高いことを示した。したがって、好ましくは、本実施形態で使用する一酸化マンガンは、二酸化マンガンで汚染されないか、または実質的に汚染されない。好ましい実施形態において、二酸化マンガンの量は、第２の触媒として用いられる一酸化マンガンの総質量の５％より低く、より好ましくは１％より低く、最も好ましくは０．１％より低い。最適には、二酸化マンガンが、第２の触媒である一酸化マンガンの不純物として存在しない。

とりわけ結晶形の一酸化マンガンは、例えば空気からの酸素と接触すると、高反応性のラジカル種の生成を可能にする。好ましくは、温度は３５℃より高く、とりわけ３５℃～５５℃、より好ましくは４５℃～５０℃である。好ましくは、除染されるべきガス、とりわけ空気の相対湿度は、３０～８０％、より好ましくは５０％である。これらの状況下で、ラジカル種の非常に効率的な生成が可能である。ラジカル種は、通常分解されにくいナノまたはマイクロスケールの非常に小さな汚染物質、例えばホルムアルデヒドのようなアルデヒドとも反応できる。これは、とりわけ、このような小分子が捕捉されにくいためである。親水性触媒は通常水または他の極性小分子で急速に飽和されるので、小さい汚染物質が捕捉され、次いで酸化されるのに利用できる場所がほとんどない。一酸化マンガンは、水との反応およびその表面での水分子の捕捉が不十分であるので、より多くの場所が汚染物質に利用できるという特別な利点がある。さらに、一酸化マンガンの空洞は、好ましくは二酸化チタンの空洞より小さいので、大きい分子はほとんど捕捉されず、やはりより多くの場所が小さな汚染物質に依然として利用できる。ラジカル種は生物学的汚染物質とも反応する。

一酸化マンガンの欠点は、二酸化マンガンと比較して不安定なことである。したがって、二酸化マンガンの形成が、好ましいものとして回避されるべき場合、一酸化マンガンを合成するとき、反応パラメーターに特に配慮する必要がある。１つの重要な反応パラメーターは温度である。３００℃より高いか焼温度を使用すると、相当量の二酸化マンガンまたは二酸化マンガンだけが形成される。

前駆体からの二酸化チタンの形成は通常３００℃を超える、例えば３００℃～６００℃の温度を必要とするため、一酸化マンガン前駆体と二酸化チタン前駆体を同時にか焼して、一方では一酸化マンガンおよび他方では二酸化チタンを形成することは不可能である。二酸化チタンの形成中の６００℃より高いか焼温度は、所望されないルチルの過剰な形成をもたらし得る。他方では、上記のように、一定量のルチルは、触媒の効率を高める。

したがって、第１の触媒が二酸化チタンであり、第２の触媒が一酸化マンガンである場合、好ましくは同時か焼は行われない。
第１の触媒、第２の触媒および／または吸着剤の合成が、触媒デバイスの製造方法の一部であることが好ましいが、必ずしもそうではない。合成の好ましい実施形態は、下記に詳細に説明される。少なくとも第１の触媒として二酸化チタンおよび第２の触媒として一酸化マンガンの合成が、製造方法の一部である場合、これらの前駆体の同時か焼は好ましくは行われない。これらは好ましくは互いに離れて合成される。

低温触媒、とりわけ一酸化マンガンを使用する１つの利点は、ＵＶ線源の必然的に発生する廃熱が、低温触媒を昇温させるために使用でき、それによりその触媒効率を増加させることである。したがって、一つの段において光触媒と低温触媒を組み合わせ、好ましくはこれらをＵＶ線源と空間的に近接して配置して廃熱を効率的に使用した場合、相乗効果が得られ得る。好ましくは４０℃まで、５０℃までまたは９０℃までの温度が、触媒デバイスの表面で得られ得る。

第２の触媒が、好ましいものとして一酸化マンガンである場合、その平均粒径は好ましくは５０～１７０ｎｍ、より好ましくは９５～１３５ｎｍ、とりわけ約１１０ｎｍである。

吸着剤は、好ましくは少なくとも３００ｍ^２／ｇ、より好ましくは少なくとも５００ｍ^２／ｇ、最も好ましくは少なくとも１０００ｍ^２／ｇ、とりわけ２０００ｍ^２／ｇを超える大きな比表面積を有する好ましくは化合物である。吸着剤は、例えば活性炭または活性コークスであり得る。

好ましい実施形態において、吸着剤はゼオライトである。ゼオライトは、天然に存在し得るか、または人工であり得る微小孔性アルミノシリケート鉱物である。ゼオライトは合成であり得る。

本出願人の探求が、生物学的汚染物質が疎水性より親水性ゼオライトにより良好に吸着される傾向があることを示すため、好ましくは、親水性ゼオライトが用いられる。好ましくは、ＡまたはＺＳＭ－５型のゼオライトが用いられる。ゼオライトは、好ましくは合成ゼオライト、とりわけＡまたはＺＳＭ－５型の合成ゼオライトである。合成ゼオライトは、合成されるという事実により純粋であり、均一な構造を有する利点がある。

本発明の好ましい実施形態において、第１の触媒は二酸化チタンであり、第２の触媒は一酸化マンガンであり、且つ／または吸着剤はゼオライトである。ゼオライトは好ましくは、Ａ型の合成親水性ゼオライトである。これらの構成は、本明細書に記載されるすべての適用可能な実施形態に好ましい。

本出願人らは、単一の成分の特定の比が、汚染物質の効率的な除去に有利であることを見出した。好ましくは、Ａ型ゼオライトと二酸化チタンとの比は３：１～１：１の範囲であり、とりわけ約２：１である。Ａ型ゼオライトと一酸化マンガンとの比は好ましくは５：１～３：１の範囲であり、とりわけ約４：１である。二酸化チタンと酸化マンガンとの比は、好ましくは§：１～１：１の範囲であり、とりわけ約２：１である。これらの好ましい比は、二酸化チタン、一酸化マンガンおよび／またはＡ型ゼオライト以外の第１の触媒、第２の触媒および吸着剤にも適用される。

Ａ型の親水性ゼオライトは、化学および生物学的汚染物質に高い親和性を有し、天然の等価物には有さない。これは微生物の細胞膜に親和性を有する。これらは、静電気によりゼオライトの表面に吸着する。さらに、Ａ型の親水性ゼオライトは、その使用をさらにより相乗的にする、直接的な抗菌効果を有する。Ａ型の親水性ゼオライトは、アルカリまたはアルカリ土類金属カチオンにより中和されたアニオン性アルミノシリケート構造から形成された結晶構造を有する。

好ましくは、ゼオライト、とりわけＡ型のゼオライトはソーダライトの結晶構造を含む。
ゼオライトの構造は、複数の基本のソーダライトケージをつなぐ。ソーダライトケージは、８つの六角形の面および６つの正方形の面を有する複数の多面体からなる。ゼオライトを形成するソーダライトケージは、正方形の面で相互接続される。ソーダライトケージの特定の構造はオープン型３Ｄ構造をゼオライトに付与し、それにより総体積のとりわけ４７％が隙間により形成される。したがって、ゼオライトは、小さい体積内に生物学的および化学汚染物質を吸着するための大きな表面を備える。さらに、オープン型３Ｄ構造は、高い吸水および保水力を可能にする。水は、触媒の表面に、ヒドロキシルラジカルのような高反応性のラジカル種を形成するために使用できるため、これは有利であり得る。さらに保水力は、状況に応じて、水膜が触媒上に形成されないことを確実にし得、それによりその効率を低下させる。他方では、非常に大量の吸着剤、とりわけゼオライトは、水分過剰をもたらし得、それにより触媒の効率を低下させる。したがって、好ましくは、吸着剤の量は第１の触媒、第２の触媒および吸着剤の総質量の８０％を超えず、とりわけ７０％を超えない。他方では、吸着剤の量が非常に少ない場合、保水力が十分でない可能性がある。したがって、吸着剤の量は好ましくは、第１の触媒、第２の触媒および吸着剤の総質量の４０％以上、とりわけ３０％以上である。

本出願人らは、２つの異なる触媒および吸着剤の組合せが、ガスを除染するのに相乗的に有効であることを探求した。汚染物質は吸着剤上に吸着される。物質移動現象により、これらは、触媒粒子に移動する。次いで、触媒表面での反応種の生成が、汚染物質の破壊、好ましくは汚染物質の完全な無機化をもたらす。また、汚染物質の破壊時の副産物は、好ましくはさらに破壊されるので、有害であり得る副産物が、除染されたガス中に放出されないか、または放出されるが、次の除染サイクルのうちの１つで破壊される。それにより、吸着剤は、例えば汚染物質によるガスのピーク負荷時に、破壊されるべき汚染物質のためのリザーバーともなり得る。したがって、時間単位あたりの触媒の触媒能を超える汚染物質の量は、好ましくは吸着剤によりせき止められ得、次いで時間差で触媒に誘導され得る。これは、吸着剤なしでは触媒自体の能力を超えるピーク負荷を処理することも可能にする。良好な吸着性を提供するために、吸着剤の量は、第１の触媒、第２の触媒および吸着剤の総質量に対する各触媒の量および／または触媒の累積量より好ましくは高い。

吸着剤は、汚染物質をせき止め、これは次いで物質移動を介して触媒に移動する。他方では、この現象により、吸着剤は常に再生され、その吸着能力が回復する。これは、これらの化合物を１つの混合物で提供する真の相乗効果を示す。この効果を最適に達成するために、触媒および吸着剤の混合は、とりわけできる限り均一な混合物を提供するように好ましくは集中的に行われる。

第１の触媒の量は、第１の触媒、第２の触媒および吸着剤の総質量の好ましくは少なくとも１０％、より好ましくは少なくとも２０％であり、好ましくは３０％を超えず、とりわけ４０％を超えない。第２の触媒の量は、第１の触媒、第２の触媒および吸着剤の総質量の、好ましくは少なくとも５％、より好ましくは少なくとも１０％、とりわけ少なくとも１５％であり、好ましくは２０％を超えず、とりわけ３０％を超えない。

好ましい実施形態において、成分は、その総質量に対する重量パーセントで、以下の範囲：２７～３０％の第１の触媒、１１％～１７％の第２の触媒および５５％～５９％の吸着剤で提供される。

特定のおよび好ましい実施形態は、２９％の量の第１の触媒、１２％の量の第２の触媒および５９％の量の吸着剤を含有する。
本出願人らの探求は、この比が、良好な効率ならびに十分な保水力および汚染物質保持能力を示すことを示した。これらの量により、とりわけ持続可能で長持ちし、非常に良好な除染属性も備える組成物が提供される。さらに、この量の二酸化チタンを活性化するために必要とされるＵＶ線量は、第２の触媒が低温触媒である場合、この量の第２の触媒の触媒活性を増加させるのに十分且つ有用な量の廃熱を提供する。

さらに、本発明は、それぞれ重量パーセントで且つその総質量に対して、第１の触媒の量が２７％より低く３０％より高く、第２の触媒の量が１１％より低く１７％より高く、吸着剤の量が５５％より低く５９％より高い、実施形態に関する。本明細書に記載されるすべてのさらに好ましい構成および実施形態は、この特定の実施形態に適用される。

上述のように、第１の触媒、第２の触媒および／または吸着剤の合成が、触媒デバイスの製造方法の一部であることが好ましいが、必ずしもそうではない。合成はそれぞれ、互いに離れて行われる。

第１の触媒が、好ましいものとして二酸化チタンである場合、これは、ゾルゲル法および四塩化チタンまたはチタン酸ブチルのような前駆体を用いて好ましくは合成され、続いて３００～６００℃の温度でか焼される。熱プラズマ技術、レーザー熱分解、熱水または電気化学合成のような粉末状の二酸化チタンを製造する様々な方法も可能である。

粉末形態の第１の触媒である二酸化チタンを合成する好ましいゾルゲル法が、以下に詳細に記載される。
前駆体、四塩化チタン（Ｍｅｒｃｋから得られる、参照番号６９７０７９）は、無水エタノール（Ｍｅｒｃｋから得られる、参照番号１０２４２８２５００）と０．５：１０～３：１０の比、好ましくは１：１０の比で、室温で４時間混合される。次いで、形成されたゾルは、超音波浴に２０～４０分、好ましくは３０分間入れられる。ゾルは１００℃～１３０℃、好ましくは１２０℃の温度で１時間～２４時間、好ましくは７時間連続的に乾燥されて、粉末を得る。次いで、この粉末は、５３０～５７０℃、好ましくは５５０℃の温度で２時間～３時間、好ましくは２時間徐々にか焼される。それにより、温度は、１０～１２℃／分ずつ上昇する。次いで、得られた粉末状酸化チタンは、脱イオン水で洗浄され、９０～１１０℃、好ましくは１００℃の温度で連続的に乾燥される。

第２の触媒が、好ましいものとして一酸化マンガンである場合、これは、好ましくは、酢酸マンガン、硝酸マンガンおよび／または硫酸マンガンのような前駆体から合成され、続いて３００℃未満の温度でか焼される。

粉末形態の第２の触媒である一酸化マンガンを合成する好ましい方法が、以下に詳細に記載される。
前駆体、好ましくは酢酸マンガン（Ｍｅｒｃｋから得られる、参照番号３３０８２５）は、過マンガン酸カリウム（Ｍｅｒｃｋから得られる、参照番号１．０９９３０）の溶液と１，８／１，２のｍｏｌ／ｌの比で２１～２５℃の室温で少なくとも２４時間混合される。その後、これは濾過され、脱イオン水でリンスされる。得られた粉末は、好ましくは２８０～３００℃の温度に到達するまで、６℃／分の温度上昇で、数時間、好ましくは７２時間か焼される。結果物は、脱イオン水でリンスされ、粉末状の一酸化マンガンが得られるまで、１００℃で連続的に乾燥され、次いでこれが用いられ得る。十分に使用可能な粉末を得るために、液体は好ましくは完全に蒸発される。

３００℃未満の低温が、より安定しているが所望されない二酸化マンガンの形成を回避するために用いられる。

吸着剤がＡ型の合成親水性ゼオライトである場合、これは好ましくは以下の通り合成される：
ステップ１：均一な水酸化ナトリウム溶液を得るために、水酸化ナトリウム、例えば水酸化ナトリウムのペレット（Ｍｅｒｃｋから得られる、参照番号５６７５３０）を蒸留水中で１１０：１の比で混合することにより、水酸化ナトリウム溶液を提供する。

ステップ２：水酸化ナトリウム溶液を２等分に分け、それにより水酸化ナトリウム溶液の第１の体積および第２の体積を得る。
ステップ３：結晶アルミン酸ナトリウム（Ｍｅｒｃｋから得られる、参照番号１３４０４）を、体積当たりの体積で且つ１０～２０分以内に第１の体積に１７％まで混合して、溶液Ａを得る。

ステップ４：結晶ケイ酸ナトリウムＮａ_２ＳｉＯ_３（Ｍｅｒｃｋから得られる、参照番号３０７８１５）を、体積当たりの体積で蒸留水に５７％まで溶解して、溶液Ｂを得る。
ステップ５：溶液Ｂを第２の体積と３．８／１０００の比で混合して、混合物Ｃ、好ましくは透明な混合物Ｃを得る。

ステップ６：好ましくは透明な混合物Ｃを溶液Ａに添加して、混合物Ｄを得る。
ステップ７：混合物Ｄを、水が完全に蒸発するまで加熱する。
ステップ８：混合物Ｄを、固体Ｅが出現するまで温度を低下させることにより冷却する。

ステップ９：固体Ｅを濾過し、リンス水のｐＨ値が８．５～９．５になるまで蒸留水でリンスする。
ステップ１０：固体Ｅを、１００～１２０℃、好ましくは１１０℃の温度で、８時間～１５時間、好ましくは１２時間乾燥して、Ａ型の合成親水性ゼオライトを得る。
ステップ１１：Ａ型の合成親水性ゼオライトを粉砕して粉末にする。

好ましくは、ステップ７において、温度は、３時間～４時間７５～１３０℃、好ましくは１００℃である。混合物Ｄから水を完全に蒸発させることが目的である。

好ましくは、ステップ８において、混合物Ｄは、室温を上回るがステップ７より低い値に温度を低下させることにより冷却される。この冷却は、固体Ｅの成形結晶が、混合物Ｄが最初に位置する容器の底部に貼付するのを回避することを可能にする。ステップ８の１つの特定の実施形態において、室温が２０～２５℃であることを考慮すると、温度は３０℃に低下させるので、固体Ｅが底部に貼付せずそれを除去しやすい。

通常の方式で、ステップ９のリンス水のｐＨ値は、ｐＨ計またはｐＨ値の決定を可能にする当業者に公知の任意の他の測定デバイスで測定される。リンス水のｐＨ値を測定することにより、Ａ型の合成親水性ゼオライトを形成する固体Ｅの表面ｐＨ値が間接的に測定される。

わずかに酸性の表面を有する二酸化チタンおよび一酸化マンガンによるファンデルワールス力の形成を高めるため、ゼオライトの表面がわずかにアルカリ性であることが好ましい。これは、均一な触媒組成物の生成を促進する。

ステップ１０において、固体Ｅの乾燥持続時間および温度は、ゼオライトの表面上の水分子の段階的除去を可能にする。水の除去が急速すぎると、ゼオライトの表面に亀裂を形成するリスクをもたらす。この亀裂は重要な３Ｄ構造を弱める。これが、１００～１２０℃の温度で８～１５時間の乾燥時間が、ゼオライトの構造を弱めるリスクを冒さずに水分子を徐々に除去するために選択される理由である。

ステップ１１において、Ａ型の合成親水性ゼオライトは、任意の粉砕デバイスを用いて粉砕され得る。
特定の実施形態において、吸着剤、とりわけゼオライトは、０．５～２．５μｍの粒径を得るために粉砕される。この粒径は、特定の微生物の親和性を増加させる。

第１の触媒、第２の触媒および吸着剤を混合する好ましい方法は、それぞれ粉末状の、およびすでに予混合されたまたは別個の第１の触媒、第２の触媒および吸着剤を液体に導入して、スラリーを形成する方法である。次いで、このスラリーは、好ましくは勢いよく混合され、液体は蒸発されて、第１の触媒、第２の触媒および吸着剤の乾燥粉末混合物を形成する。次いで、この混合物はそれ自体が用いられてもよく、または担体上にコーティングされるスラリーを形成するために用いられてもよい。

詳細なおよび好ましい実施形態において、好ましくは２０％のアルコールおよび８０％の脱イオン水からなる液体に、それぞれ液体の総質量に対して５～１０％の二酸化チタン、２～６％の一酸化マンガンおよび１０～２０％のゼオライトが混合される。混合物は連続的に加熱されて、液体を蒸発させ、粉状触媒組成物を得、次いでこれが用いられ得る。これは好ましくは７５℃～１３０℃の温度に２４時間～１２０時間、好ましくは７２時間加熱される。

本発明はまた、具体的には、第１の触媒、第２の触媒、吸着剤および脱イオン水から形成されるスラリーに関する。
別の態様によれば、本発明は、本明細書に記載される製造方法によって得られる触媒デバイスに関する。

別の態様によれば、本発明は、その総質量に対する重量パーセントで、それぞれ粉末状で、２７％～３０％の、光触媒活性を有する第１の触媒、１１％～１７％の第２の触媒および５５％～５９％の吸着剤を含有する、触媒組成物に関する。

触媒デバイスに関して本明細書に記載されるすべての実施形態および構成は、触媒組成物の好ましい構成および実施形態でもある。
第２の触媒が、好ましいものとして低温触媒である場合、触媒を活性化するための高い加熱が不要であるため、触媒組成物は非熱、冷または無熱触媒とも称され得る。第１の触媒、第２の触媒および吸着剤がそれぞれ粉末状で用意されるため、触媒組成物は、粉末状の非熱または無熱触媒とも称され得る。一実施形態において、光触媒活性を有する第１の触媒は、まだ光活性化されていない。

触媒組成物の特定のおよび好ましい実施形態によれば、第１の触媒は二酸化チタンＴｉＯ_２であり、第２の触媒は一酸化マンガンＭｎＯであり、吸着剤はゼオライトである。ゼオライトは好ましくはＡ型の合成親水性ゼオライトである。

さらに、本発明は、それぞれ重量パーセントで且つその総質量に対して、第１の触媒の量が２７％より低く３０％より高く、第２の触媒の量が１１％より低く１７％より高く、吸着剤の量が５５％より低く５９％より高い、触媒組成物の実施形態に関する。本明細書に記載されるすべてのさらに好ましい構成および実施形態は、この特定の実施形態に適用される。

別の態様によれば、本発明は、ガス、とりわけ空気を除染するための、本明細書に記載される触媒組成物および／または本明細書に記載される触媒デバイスの使用に関する。ガスは好ましくは湿気を含有する。

別の態様によれば、本発明は、本明細書に記載される触媒デバイスおよび／または担体上にコーティングされる、本明細書に記載される触媒組成物を含むガス除染装置であって、触媒デバイスおよび／または触媒組成物が、除染されるべきガスの指定流路内に少なくとも部分的に設けられる、ガス除染装置に関する。

ガス除染装置は、例えばガス除染装置のパイプまたはチューブまたは筐体、とりわけ筐体の内壁により決定される流路を含む。除染されるべきガスは、入口開口からガス除染装置に入り、流路に沿って装置を流れ、出口開口から装置を出る。好ましくは、入口開口が装置の底部付近に設けられ、出口開口が装置の上部付近に設けられるか、または逆も同様である。

入口フィルターは、入口開口に割り当てられてもよく、または流れ方向で入口開口の後方に且つ流れ方向で触媒デバイスおよび／もしくは触媒組成物の前方に設けられてもよい。触媒組成物および触媒デバイスは、除染するのに、すなわちガス状化学汚染物質および生物学的汚染物質を分解するのに非常に有効である。他方では、粒子状汚染物質は、部分的にしか分解できない。したがって、入口フィルターとしての粒子フィルターの使用は有用である。

好ましくは、入口フィルターは、生物学的汚染物質、例えば細菌、ウイルスなどより大きい粒子状汚染物質を濾過するように設計される。これは、２つの理由で理にかなっている。入口フィルターが生物学的汚染物質を通過させる場合、生物学的汚染物質は、不都合であり且つ危険であり得る、フィルター表面でのコロニー形成を行わない。他方では、触媒組成物および触媒デバイスが、生物学的汚染物質を破壊するのに非常に有効であるため、生物学的汚染物質が入口フィルター内に捕捉される代わりに破壊され得るように、ガス中の生物学的汚染物質が、それらに到達することを可能にすることが有用である。

さらにまたは代替的に、出口フィルターが、出口開口に割り当てられてもよく、または流れ方向で出口開口の前方に、且つ流れ方向で触媒デバイスおよび／もしくは触媒組成物の後方に設けられてもよい。出口フィルターは、触媒処理により破壊されなかった汚染物質を捕捉するのに役立つ。入口フィルターの代わり出口フィルターを使用すると、生物学的汚染物質がすべて、触媒デバイスおよび／または触媒組成物に誘導されるという利点がある。その場合には、処理を生き残ったこれらの汚染物質は、出口フィルターにより捕捉され得る。出口フィルターは好ましくはＨＥＰＡフィルターである。

ガス除染装置は、好ましくは１つまたは複数の処理段を含有する。各処理段は、流路内に少なくとも部分的に設けられる１つまたは複数の触媒デバイスおよび／または触媒組成物により画定される。最も単純な実施形態において、ガス除染装置は、担体上にコーティングされた正確に１つの触媒デバイスまたは触媒組成物により画定される、正確に１つの処理段を含有する。

好ましくは、触媒デバイス、触媒組成物または処理段は流路の全断面にわたって広がるので、ガスはそれを迂回できないが、それをまたはそれに沿って流れなくてはならない。２つ以上の触媒デバイスおよび／または触媒組成物の１つの処理段を形成することが可能である。この場合、これらは、流れ方向に縦に設けられるのではなく、流れ方向に並んで設けられる。触媒デバイスおよび／または触媒組成物が縦に設けられる場合、これらは、別個の処理段を形成する。

好ましい実施形態において、ガス除染装置は、正確に１つの触媒デバイスおよび／または触媒組成物から、または段ごとに並んで設けられる２つ以上の触媒デバイスおよび／または触媒組成物から形成され得る、２つ以上の処理段を含む。

ガス除染装置は好ましくは少なくとも１つの吸引ユニットを含むか、または吸引ユニットが装置に割り当てられる。吸引ユニットは、除染されるべきガスを吸引し、ガス除染装置を通るガス流を供給する。吸引ユニットは、例えばファンもしくは送風機、または１つもしくは複数のファンもしくは送風機であり得る。ガス除染装置の実施形態は、時間単位当たり少量を除染し、したがって少ないガス流、例えば１時間またはそれ以上ごとに１０リットルを供給するように用いられ得るか、且つ／またはそのように設計され得る。他の好ましい実施形態において、ガス除染装置は、少なくとも５００ｍ^３／時、より好ましくは少なくとも１０００ｍ^３／時、さらに好ましくは少なくとも１４００ｍ^３／時、とりわけ少なくとも２０００ｍ^３／時の装置を通るガス流を供給するように設計される。ガス流は、流速および流れ断面積の積である。流速が一定に保たれる場合、ガス流は、流れ断面積の関数であり、触媒表面に相関する。したがって、とりわけ一定の最大ガス速度が観察される限り、ガス流は、単に流れ断面積を増加させることによりアップスケールされ得る。

あまりにも急速なガス流は、触媒表面での短い保持時間により、様々な汚染物質の触媒破壊の効率の低下をもたらし得る。ガス流速は、好ましくは１０ｍ／秒を超えず、より好ましくは７ｍ／秒を超えず、とりわけ５ｍ／秒を超えない。ガス流速は、好ましくは吸引ユニットによって、除染過程で好ましくは一定に保たれる。速度は、使用中、平均値±２０％を中心にのみ変動する限り、とりわけ一定であるとみなされる。

触媒デバイスおよび／または触媒組成物の光触媒を活性化するために、少なくとも１つのＵＶ線源も設けられる。少なくとも１つのＵＶ線源は、処理段のうちの１つまたは複数にＵＶ線を照射して、その光触媒を活性化するように構成される。これは、例えば、流路を側面に限定する筐体または構成要素の側壁内に設けられ得る。

ＵＶ線源は、好ましくは、ＵＶ放射ランプ、例えばＬＥＤまたは蛍光灯、とりわけＵＶ放射ランプのアレイである。
好ましい実施形態において、少なくとも１つのＵＶ線源は、指定流路に配置され、触媒組成物および／または触媒デバイスを照射して、第１の触媒を活性化するように構成される。

本実施形態において、除染されるべきガスは、ガスがＵＶ放射ランプのアレイを流れ、それにより個々のランプに沿って流れることができるように配置されたＵＶ放射ランプのアレイとして好ましくは形成されるＵＶ線源に沿ってまたはそれを流れ得る。

好ましい実施形態において、１つのＵＶ線源は、指定流路に配置され、１つの触媒デバイスまたは触媒組成物は、ＵＶ線源の上流に配置され、１つの触媒デバイスまたは触媒組成物は、ＵＶ線源の下流に配置される。ＵＶ線源が触媒デバイスおよび／または触媒組成物の間に挟まれるため、この設計は、サンドイッチ設計と呼ばれ得る。

明らかに、好ましくはＵＶ放射ランプのアレイとして形成されるＵＶ線源は、それぞれ、単一の触媒組成物もしくは触媒デバイス、ならびに／または複数の触媒組成物および／もしくは触媒デバイスから形成され得る２つの処理段の間に挟まれ得る。

このサンドイッチ設計は、ＵＶ線源により発生したＵＶ線と線源からの必然的に生じる廃熱の両方が効率的に使用できるという利点がある。廃熱は、第２の触媒の活性を増加させるために用いられるが、但し第２の触媒は、好ましいものとして低温触媒である。さらに、ＵＶ線源の両側に光触媒が存在するため、ＵＶ線は、効率的に使用できる。

本出願人らの探求は、ＵＶ線源の下流に１つの触媒デバイス、触媒組成物または処理段、およびＵＶ線源の上流に１つの触媒デバイス、触媒組成物または処理段の設計が、効率的な除染を提供することを示した。挟まれたものの他にさらなるＵＶ線源が設けられることは可能であるが、好ましくはそうではない。この特定の実施形態において、好ましくは挟まれた線源のみが設けられる。

したがって、好ましいおよび特定の実施形態において、正確に１つの触媒デバイス、触媒組成物または処理段が、ＵＶ線源の上流に設けられ、且つ／または正確に１つの触媒デバイス、触媒組成物または処理段が、ＵＶ線源の上流に設けられる。好ましくは、さらなる触媒は、ガス除染装置に設けられない。

好ましい実施形態において、ＵＶ線源は、２つ以上のＵＶ放射ランプ、好ましくは２つ～６つ、とりわけ４つのＵＶ放射ランプのアレイとして設けられる。ランプはユニットフレームに設けられ、ユニットフレームは、好ましくはその両側に、少なくとも１つの触媒デバイスごとに少なくとも１つ、好ましくは２つのベアリングまたはレセプタクルも設ける。本実施形態において、触媒デバイスは、ユニットフレームのレセプタクルまたはベアリング中に導入され得るかまたはその上に施され得、アレイが好ましくは少なくとも２つの触媒デバイスに挟まれるコンパクトな除染ユニットを形成する。レセプタクルは、触媒デバイスが配置され、とりわけ貼着される支持面であり得る。レセプタクルは、スライドインモジュールとして形成される触媒デバイスが滑り込むことができる溝でもあり得る。本発明の一実施形態において、除染ユニットは、ガス除染装置である。

ガス除染装置は、多種多様な領域で用いられ得る。例えば、これは病院で、好ましくは手術室でまたは検疫所で空気を除染するために用いられ得る。さらに、小型版の装置は、例えば机に互いに対向して着席する人の間で交換される空気をその場で除染するためにレストランまたはオフィスのテーブルで用いられ得る。

下記に記載されるように、装置は、空気中の一定のコロナウイルスの量の減少において効率が高いことを示した。したがって、これは、空気中／空気からウイルスを減少させるまたは除去するための、コロナウイルスＳＡＲＳ－Ｃｏ－Ｖ２を含有し得るまたは確実に含有する空気の処理に用いられる触媒デバイス、触媒組成物および／またはガス除染装置の可能性のある好ましい使用でもある。

実験プロトコルおよび結果
本出願人らは、複数の有機化合物に対して様々な触媒組成物を使用した。以下の表は、様々な触媒組成物を用いた、１時間当たりの各化合物の炭素当量ｍｇ［ｍｇＣ／時］での様々な化合物の除去速度を示す。炭素当量の使用は、数の比較可能性を改善するのに役立ち、様々な化合物が、異なる炭素原子数を有し、それに応じて異なる分解反応量をもたらすという事実を補う。イソプロピルアルコールはＩＰＡ、ブタノンはＭＥＫと省略される。成分の相対量は、組成物の総質量に対する重量パーセントで表示される。二酸化チタンはＴ、一酸化マンガンはＭ、Ａ型の合成親水性ゼオライトはＺＡと省略される。

上記の表から考えられ得るように、様々な組成物は、様々な化合物に対して異なる除去速度を示した。単一の二酸化チタン（組成物Ｆ）および単一の一酸化マンガン（組成物Ｅ）はそれぞれ、２つの触媒および吸着剤の組合せより全般的に効果が低かったことが分かり得る。また、組成物Ｈ、ＢおよびＣは組成物ＦおよびＥ、ならびに一酸化マンガンとゼオライトの組合せ（組成物Ｄ）と比較して優れたまたは同等の効率を示したことが分かり得る。これは、組成物Ｄで高い効率で除去されたエタノール以外は当てはまる。

したがって、２つの異なる触媒と吸着剤の組合せは、単一の触媒または一酸化マンガンとゼオライトの組合せを上回る相乗効果を示す。
以下の研究については、組成物Ｃがとりわけ親水性化合物ＩＰＡ、エタノールおよびＭＥＫに対してであるが全体的に良好な除去プロファイルを示したため、組成物Ｃを使用した。これらの親水性化合物の効率的な除去は、ほとんどの微生物汚染物質の細胞壁が親水性であるため、このような組成物が微生物汚染物質に対しても効率がよいという仮定に対する根拠を示す。

効率を実証するために、以下の実験を
－ １０^４～１０^６コロニー形成単位（ＣＦＵ）／ｍ^３空気の濃度でバチルス・スブチルス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｓｕｂｔｉｌｉｓ）の細菌胞子、
－ １０^４～１０^６ＣＦＵ／ｍ^３の濃度でレジオネラ・ニューモフィラ（Ｌｅｇｉｏｎｅｌｌａ ｐｎｅｕｍｏｐｈｉｌａ）、
－ １０^３～１０^４プラーク形成単位（ＰＦＵ）／ｍ^３の濃度でＴ２－バクテリオファージ
を用いて生物学的汚染物質で行った。

実験を、上記のサンドイッチ設計を有する装置が配置された、０．８ｍ^３のクラスＡアイソレーターで行った。担体は、ハニカム形状のアルミニウムで作られていた。ＵＶ線源は、１８ＷのＵＶ－Ｃ放射ランプであった。

エアロゾル発生器を使用して、アイソレーター内に空気流を供給する。毎回、空気は、言及された汚染物質のうちの１つのみを含む。次いで、汚染された空気を装置で処理する。

処理効率を実証するために、バイオコレクターを使用して、処理前後の空気から試料を収集して比較する。試料を使用して、使用した汚染物質に対応する培地に培養物を調製する。

レジオネラ・ニューモフィラについては、Ｂｉｏｍｅｒｉｅｕｘから得られる、寒天およびＬ－システインを含有するＢＹＣＥ培地を使用する。
バチルス・スブチルスについては、ＬＢルリアベルターニ培地を使用する。

Ｔ２－バクテリオファージについては、大腸菌ＢＡＭを含む培地を使用し、活性ウイルス由来の溶菌プラークの数を調べた。
結果は、処理前の空気と比較して、処理後、レジオネラ・ニューモフィラの２ｌｏｇ（９９．４５％）、バチルス・スブチルスの胞子の１ｌｏｇ（９６．６７％）およびバクテリオファージＴ２の３ｌｏｇ（９９．９８％）の減少を示す。

さらに追加の同様の実験を、様々な生物学的および化学汚染物質を用いて行った。これらを、０．５３７ｍ^３の体積を有する微生物学的に安全なキャビネット内で行った。装置を１０分間運転した。その後およびその前に、試料を比較のために収集した。出口フィルターは使用しなかった。

ヒトコロナウイルス株２２９Ｅ（Ｈ－ＣｏＶ－２２９Ｅ）の減少はｌｏｇ２．２超（９９．４％超）であった。
１５分間の運転時間後の黄色ブドウ球菌（Ｓｔａｐｈｙｌｏｃｏｃｃｕｓ ａｕｒｅｕｓ）ＣＩＰ４．８３の減少はｌｏｇ１．３（９４．９％）であった。

別の同様の一連の試験を、様々な生物学的汚染物質を用いて行った。これらを、サンドイッチ設計およびＨＥＰＡ出口フィルターを有する装置で行った。流量は１０００または１４００ｍ^３／時であり、持続時間は６分間であった。

１４００ｍ^３／時で、表皮ブドウ球菌（ＡＴＣＣ１４ ９９０）を除去する効率は９９．８８％超であり、アスペルギルス・ブラジリエンシス（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｂｒａｓｉｌｉｅｎｓｉｓ）（ＡＴＣＣ１６ ４０４）を除去する効率は９９．７５％超であった。１０００ｍ^３／時で、表皮ブドウ球菌（ＡＴＣＣ１４ ９９０）を除去する効率は９９．９１％超であり、アスペルギルス・ブラジリエンシス（ＡＴＣＣ１６ ４０４）を除去する効率は９９．８２％超であった。

同じ試験をＨＥＰＡフィルターを使用せずに行った。
１４００ｍ^３／時で、表皮ブドウ球菌（ＡＴＣＣ１４ ９９０）を除去する効率は９２．９４％であり、アスペルギルス・ブラジリエンシス（ＡＴＣＣ１６ ４０４）を除去する効率は９３．５９％であった。１０００ｍ^３／時で、表皮ブドウ球菌（ＡＴＣＣ１４ ９９０）を除去する効率は９６．３２％であり、アスペルギルス・ブラジリエンシス（ＡＴＣＣ１６ ４０４）を除去する効率は約９０．００％であった。

さらに、空気中の猫アレルゲン（Ｆｅｌ ｄ １）の除去を、ＨＥＰＡフィルターおよび１４００ｍ^３／時の流量を用いて調べた。効率は９９．８０％超～９９．８６％超である。

また、ＶＯＣの減少を、フィルター（Ａ）を使用およびフィルター（Ｂ）を使用せずに１０００ｍ^３／時の空気流、ならびにフィルター（Ｃ）を使用およびフィルター（Ｄ）を使用せずに１４００ｍ^３／時の空気流を当てて調べた。

アセトアルデヒドを除去する効率は３１．５％±２０％（Ａ）、３９．４％±１１．１％（Ｂ）、４５．５％±１１．０％（Ｃ）および５６．２％±８．２％（Ｄ）であった。
アセトンを除去する効率は９８．１％±１．７％（Ａ）、９４．５％±０．５％（Ｂ）、９０．５％±１．３％（Ｃ）および１００％±２．３％（Ｄ）であった。

酸性酸を除去する効率は９９．７％±０．１％（Ａ）、９９．３％±０．２％（Ｂ）、９９．５％±０．１０％（Ｃ）および９９．４％±０．１％（Ｄ）であった。
ヘプタンを除去する効率は９８．０％±０．２％（Ａ）、およびトルエンは９８．４％±０．１％（Ａ）であった。

本発明の実施形態を、添付の図面に関して説明する。
図１は、触媒デバイスのための担体の実施形態を示す斜視図である。
図２は、コーティングされた状態の図１の担体を示す斜視断面図であり、それにより触媒デバイスの実施形態を形成する。
図３は、ガス除染装置の実施形態の部分的に組み立てられた除染ユニットを示す分解組立図である。
図４は、図３からの組み立てられた除染ユニットを示す斜視図である。

図１では、固体格子状担体２の斜視図が示される。点線は、全担体の一部分のみが描かれていることを示す。担体２は、カム４を形成するように波形にされたシートから好ましくは形成されるハニカムパネルとして設計される。シートは、不活性材料、例えばアルミニウムで好ましくは作られている。各カム４は、ガスが担体２を流れることを可能にする貫通穴６を形成する。

担体２は、カム４の長さがこれに沿って伸びる縦軸Ｌを有する。カム４はそれぞれ、その長さに沿って好ましくは一定のままである六角形の断面を有する。それに対応して、貫通穴６も六角形の断面を有する。

図２では、図１に示した担体２の一部分が、コーティングされた状態で示され、それにより触媒デバイス８を形成する。１つのカム４は、隣接するカム４の２つのヒンジ連結された側壁と共に描かれている。コーティングされた状態では、担体２の表面は、第１の触媒、第２の触媒および吸着剤でほとんど、好ましくは完全にコーティングされる。

しかし、図２では、明確性のために、コーティング１０は、カム４の端部にしか描かれていない。これにもかかわらず、コーティング１０は、カム４の内面１２、および担体２の側端は別として隣接するカム４の内面１２を形成するカム４の外面１４にも塗布される。表面は、得られる層が好ましくは１００μｍ～２５０μの厚さになるように複数の層でコーティングされる。

図３は、ガス除染装置の実施形態の除染ユニット１６の部分的に組み立てられた実施形態を示す。本発明の一実施形態において、除染ユニット１６はガス除染装置である。別の好ましい実施形態において、ガス除染装置は、除染されるべきガスの指定流路を画定する筐体を含む。除染ユニット１６は、その場合には、この指定流路内に配置される。

除染ユニット１６は２つの触媒デバイス８を含み、そのうちの１つのみが、第１の触媒、第２の触媒および吸着剤でコーティングされる担体２と共に、図３に描かれている。担体２はそれぞれ、その側端で担体筐体１８に収容されるハニカムパネルから形成される。担体２が担体筐体１８に収容される場合、環境に曝露され、担体筐体１８で覆われないカム４および／または担体２のカムの表面のみがコーティングされることが可能であるが、必ずしもそうではない。

除染ユニット１６は、４つのＵＶ線放射ランプ２２のアレイとして設計されるＵＶ線源２０をさらに含む。好ましくは、これらは、ＵＶ－Ｃ線を放射するランプである。ランプ２２は、ユニットフレーム２４内に配置される。ユニットフレーム２４は、ＵＶ放射ランプ２２を着脱可能に取り付けるためのソケット２６を好ましくは含む。好ましくは、ユニットフレーム２４は、ＵＶ放射ランプ２２の少なくとも１つの電源をさらに含む。

ユニットフレーム２４は、触媒デバイス８に適合する２つのレセプタクル２８も含む。図３では、レセプタクル２８は支持面３０により形成され、担体２および担体筐体１８はそれに対応して設計される。これらは、単に支持面３０上に位置するように配置されるか、またはクランプなどによりユニットフレーム２４に取り付けられる。別の実施形態において、レセプタクル２８は、スライドインモジュールとして設計される触媒デバイス８に対応する溝として設計される。

除染されるべきガスは、流れＦの方向に沿って担体２およびＵＶ線源２０を流れる。明らかに、流れＦの方向は、ガス除染装置の設計次第で、反対方向に流すこともできる。流れＦの方向はとりわけ縦軸Ｌに沿って流れる。

描かれているように設計される除染ユニット１６の１つの利点は、触媒デバイス８およびそれに対応して担体２のコーティング１０中の触媒が、ＵＶ線源２０に空間的に非常に近接していることである。したがって、とりわけＵＶ線源２０の両側に触媒８が存在するため、ＵＶ線は、光触媒を活性化するために十分に使用できる。さらに、ランプ２２の廃熱は、好ましくは低温触媒である第２の触媒の触媒活性を高めるために使用できる。

図４は、それぞれレセプタクル２８の支持面３０に隣接する、ユニットフレーム２４に取り付けられた２つの触媒デバイス８を有する、組み立てられた状態の除染ユニット１６を示す。触媒デバイス８の寸法が、ユニットフレーム２４の寸法に対応していることが分かり得る。

２ 担体
４ カム
６ 貫通穴
８ 触媒デバイス
１０ コーティング
１２ 内面
１４ 外面
１６ 除染ユニット
１８ 担体筐体
２０ ＵＶ線源
２２ ＵＶ放射ランプ
２４ ユニットフレーム
２６ ソケット
２８ レセプタクル
３０ 支持面

Claims (18)

1. 触媒デバイス（８）を製造する方法であって、
   ａ）それぞれ粉末状の、光触媒活性を有する第１の触媒、前記第１の触媒と異なる分子である第２の触媒、および吸着剤を用意するステップと、
   ｂ）前記第１の触媒、前記第２の触媒および前記吸着剤を混合して触媒組成物を形成し、これを懸濁液に懸濁してスラリーを形成するステップと、
   ｃ）ガスが固体格子状担体（２）を流れることを可能にするように構成された複数の貫通穴（６）を有する前記担体（２）上に、前記スラリーを繰り返しコーティングし、前記懸濁液を蒸発させるステップと
   を含む、方法。
2. 前記貫通穴（６）が前記担体の体積の少なくとも８０％を占めることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記スラリーがバインダーを含まないことを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記スラリーが、スプレーコーティングにより前記担体（２）上にコーティングされることを特徴とする、請求項１～３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記第１の触媒が、二酸化チタンＴｉＯ_２であることを特徴とする、請求項１～４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記第１の触媒が、６０／４０～９９／１のアナターゼ／ルチル比を有するアナターゼおよびルチルの混合物の形態の二酸化チタンＴｉＯ_２であることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
7. 前記第２の触媒が、低温触媒であることを特徴とする、請求項１～６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記吸着剤が、ゼオライトであることを特徴とする、請求項１～７のいずれか一項に記載の方法。
9. 成分が、その総質量に対する重量パーセントで、以下の範囲：
   前記第１の触媒２７％～３０％、前記第２の触媒１１％～１７％および前記吸着剤５５％～５９％
   で用意されることを特徴とする、請求項１～８のいずれか一項に記載の方法。
10. 請求項１～９のいずれか一項に記載の方法によって得られる、触媒デバイス（８）。
11. その総質量に対する重量パーセントで、それぞれ粉末状で、２７％～３０％の光触媒活性を有する第１の触媒、１１％～１７％の第２の触媒および５５％～５９％の吸着剤を含有する、触媒組成物。
12. 前記第１の触媒が二酸化チタンＴｉＯ_２であり、前記第２の触媒が一酸化マンガンＭｎＯであり、吸着剤がゼオライトである、請求項１１に記載の触媒組成物。
13. 前記吸着剤が、Ａ型の合成親水性ゼオライトである、請求項１１または１２に記載の触媒組成物。
14. 前記第１の触媒が、光活性化される、請求項１１～１３のいずれか一項に記載の触媒組成物。
15. 粉末状の非熱触媒であり、その総質量に対する重量パーセントで、
    ２７％～３０％の光活性化される二酸化チタンＴｉＯ_２、
    １１％～１７％の一酸化マンガンＭｎＯ、
    ５５％～５９％のＡ型の合成親水性ゼオライト
    を含む、請求項１１～１４のいずれか一項に記載の触媒組成物。
16. 請求項１０に記載の触媒デバイス（８）および／または担体（２）上にコーティングされる請求項１１～１５のいずれか一項に記載の触媒組成物を含む、ガス除染装置であって、前記触媒デバイス（８）および／または前記触媒組成物が、除染されるべきガスの指定流路内に少なくとも部分的に設けられる、ガス除染装置。
17. 少なくとも１つのＵＶ線源（２０）が、前記指定流路に配置され、前記触媒組成物および／または前記触媒デバイスを照射して、前記第１の触媒を活性化するように構成されることを特徴とする、請求項１６に記載のガス除染装置。
18. １つのＵＶ線源（２０）が、前記指定流路に配置され、１つの触媒デバイス（８）または触媒組成物が、前記ＵＶ線源（２０）の上流に配置され、１つの触媒デバイス（８）または触媒組成物が、前記ＵＶ線源の下流に配置されることを特徴とする、請求項１７に記載のガス除染装置。
    

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