JP3689751B2

JP3689751B2 - Photocatalyst and air conditioner using the same

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Publication number: JP3689751B2
Application number: JP05752497A
Authority: JP
Inventors: 徹有賀; 英雄八島
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1997-03-12
Filing date: 1997-03-12
Publication date: 2005-08-31
Anticipated expiration: 2017-03-12
Also published as: JPH10249209A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光を照射することで有機物や臭気の分解を行う光触媒体、及び熱交換器を有する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光触媒にそのバンドギャップ以上のエネルギーを持つ波長の光を照射すると、光励起により伝導帯には電子を生じ、価電子帯には正孔を生じる。該電子及び正孔は、強い還元力や酸化力により有機物や水の分解などの働きを有することから、脱臭や抗菌などの作用を持つ。一般に、このような光触媒は、基体の表面に微粒子状の光触媒から成る触媒膜を担時した光触媒体という形で用いられる。
【０００３】
基体上に触媒膜を担持して光触媒体とするには、ゾルゲル法やバインダー(接着剤)と共に光触媒粒子を基体上に接着させる方法などがある。該ゾルゲル法によると、１回の塗布作業で形成される膜厚は非常に僅かなので作業効率が悪い。また、基体上に触媒膜を担持するのに焼付を行った場合、焼付温度は触媒膜の強度を得るために５００℃以上にしなければならない。さらに、この方法では光触媒の分解作用を高効率化する吸着剤を添加することは不可能である。
【０００４】
光触媒粒子を基体上に接着させる方法ではゾルゲル法のような問題点はみられないが、その一方で上記バインダーに有機系のものを用いた場合、光触媒によって有機分が分解されてバインダーの役割が得られなくなる(チョーキング現象)。そこで、光触媒によって分解されにくい無機系のバインダー、一般的にはコロイダルシリカなどが用いられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、バインダーにコロイダルシリカを用いて光触媒粒子を接着すると、バインダーが水溶性であることから担持された触媒膜には耐水性がなく、水中に浸漬させると約１０分で光触媒が基体より剥離し始める。これに対して、バインダーの量を増やせば剥離を防止できるが、反対に光触媒活性が失われてしまう。
【０００６】
本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであって、光触媒活性や触媒膜の基体への密着性が良好で、且つ耐水性のある光触媒体、及びそれを用いた空気調和装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本願の光触媒体は、バインダーと共に光触媒粒子を基体上に接着させて前記基体上に触媒膜を担持して成る光触媒体において、前記バインダーとしてオルガノアルコキシシランが用いられ、基体上に担持された触媒膜には吸着材が含まれており、前記吸着剤として合成ゼオライトであるＺＳＭ５のナトリウム基を銅置換したＣｕ - ＺＳＭ５、銀置換したＡｇ - ＺＳＭ５、パラジウム置換したＰｄ - ＺＳＭ５、及び水素置換したＨ - ＺＳＭ５のうちの一つ、又は複数を組み合わせたものを用いたものである。
上記構成により、バインダーにオルガノアルコキシシランが用いられたことで、触媒膜は耐水性を有するものとなる。また、触媒膜に含まれた吸着剤は臭気や有機物、及びこれらを分解する際に生じる中間生成物などを吸着し、光触媒体はこの吸着された物質を分解する。さらに、活性炭を用いたものよりも触媒膜の吸着性能は向上し、且つ基体を焼付ける際の焼付温度を高く設定することができる。
【０００８】
上記構成の光触媒体において、触媒膜におけるバインダーの割合を２０wt%〜８０wt%としても良い。このように、バインダーの割合を２０wt%〜８０wt%とすることで、触媒膜は十分な光触媒活性と基体に対する密着性を有する。
【０００９】
上記構成の光触媒体において、触媒膜中の光触媒粒子及び吸着剤の重量の合計に対する光触媒粒子の割合を、３０ wt% 〜９９ wt% としてもよい。このように、光触媒粒子の割合を３０ wt% 〜９９ wt% とすることで、触媒膜は一定の吸着性能を保持することができ、なおかつ光触媒活性を損なうことがない。
【００１０】
上記構成の光触媒体において、バインダーにシリカを５部〜３０部添加してもよい。これによって、基体に対する触媒膜の密着性が向上する。
【００１１】
上記構成の光触媒体において、光触媒粒子として酸化チタンを用いてもよい。これによって、触媒膜は安定した分解反応を行うものとなる。
【００１２】
上記構成の光触媒体において、バインダー及び光触媒粒子の接着した基体を焼付けて触媒膜を担持してもよい。これによって、触媒膜の形成に要する時間を短縮することができ、さらに触媒膜の密着性も向上する。
【００１６】
本願の空気調和装置は、複数のフィンと冷媒が通る管とで構成され、外部から取り入れられた空気流が前記フィンの間を通過する際に、前記空気流が前記冷媒と熱交換され、該熱交換された空気流が送出される空気調和装置において、前記フィンと前記管の少なくとも一方の表面に上記構成の光触媒体が設けられたものである。このような構成の空気調和装置では、光触媒体が熱交換器の役割を果たして空気流を冷却又は加熱するだけでなく、光触媒粒子によって光触媒体を通過する空気流を脱臭したり、光触媒体自体に付着した汚れを分解するということができる。
【００１７】
【本発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明の実施形態を説明するが、本発明は特にこれらの実施形態に限られるものではない。尚、各図面において、構成が共通する部分及び同じ名称のものには同一符号を付してある。
【００１８】
(第１実施形態)
まず、本実施形態の光触媒体に用いられる基体について説明する。基体の材料として、光触媒により基体自体が分解するプラスチックなどの有機物類や紙類を用いるのは望ましくない。また、本実施形態では後述するように焼付を行うので、基体は少なくとも１５０℃以上の耐熱性を必要とする。
【００１９】
以上の点を踏まえて、本実施形態では光触媒の基本的な性能を評価しやすいよう、厚さ０.１１mmのアルミ板(耐熱温度４００℃)を用いている。これを１６０mm×１６０mmに切断し、脱脂処理して基体とする。脱脂処理は、２-プロパノール(以下、「ＩＰＡ」という。)で基体の表面を洗浄後、１００℃の熱風乾燥炉にて１時間乾燥させる方法を用いる。
【００２０】
次に、塗液について説明する。ここでいう塗液とは光触媒粒子やバインダーなどからなる混合液で、上記基体の表面に塗布されるものである。本実施形態では、光触媒粒子に石原テクノ(株)製の酸化チタンＳＴ-０１を用いている。酸化チタンは、酸化基と還元基が隣接しながら安定した状態を保っている物質なので、光触媒として安定した分解反応を起こす。酸化チタンＳＴ-０１は光触媒用に作製されており、アナターゼ型結晶で平均粒径７μm、比表面積３００m²/gである。
【００２１】
また、バインダーには日板研究所(株)製のＧＳ-９０を用いている。該ＧＳ-９０は、オルガノアルコキシシランに硬化剤及びファイバー状のシリカが添加されたものである。このときのシリカの添加量は約１５wt%であるが、この添加量はバインダーに対して５部〜３０部であれば好適である。これらはＩＰＡを主成分とするアルコールで希釈されており、加熱後残留量は１４.８wt.%である。尚、ＧＳ-９０のオルガノアルコキシシランは、下記に示す化１においてアルキル基にメチル基が付いたもので、耐水性を有する。
【００２２】
【化１】

【００２３】
上記ＧＳ-９０を５００g、酸化チタンＳＴ-０１を１１１g秤量する。これらを粒径５mmのアルミナボールと共にポットミルに入れ、約６時間分散させて固形分３０.８%の塗液とする。この塗液によって、本実施形態の触媒膜におけるバインダーと光触媒粒子の重量比は４０:６０となる。このバインダーと光触媒粒子の重量比は、目的とする光触媒体に必要な光触媒活性、膜厚、及びコストなどに応じて調整できる。但し、得られた触媒膜におけるバインダーの重量が２０wt%以下では触媒膜を十分に担持することができないし、９０wt.%以上では光触媒活性が悪くなる。
【００２４】
次に、塗布方法について説明する。上記塗液はスプレー法、ローラ塗布、刷毛塗り、含浸法、及び引き上げ法(ディッピング法)などの様々な方法で塗布できる。但し、１回の塗布量には限界があり、その限界を越えると基体から塗液が剥離する。また、フレキシブルな基体でも塗布できるが、ノンフレキシブルなものよりも塗布量は少ない。
【００２５】
本実施形態では、基体全体を塗液の中に浸してから定速で引き上げる引き上げ法を用いている。この方法では、一定量の塗液を基体の表面に塗布することができ、且つスプレー法よりも塗着効率が高い。図１には該引き上げ法の概略を示している。即ち、基体１の一側辺を２本のひも２の一端で固定し、ひも２の他端を巻き上げモータ３の軸３ａに取り付ける。基体１を浴槽４中の塗液に全体が被るように入れ、これを１cm/minの速度で引き上げる。
【００２６】
上記塗液には硬化剤が含まれているので、常温で塗液は硬化して触媒膜となる。しかし、塗液が硬化するのに約１５日を要することから、本実施形態では塗液を塗布した基体を焼付けて触媒膜を形成する。このように、焼付工程を取り入れることで、触媒膜の形成時間を短縮できるだけでなく、密着性をさらに向上させることができる。尚、以下に示す全ての実施形態でも焼付を行っているが、塗液に硬化剤が含有されておれば、特にこの工程を行わなくても塗液は硬化して触媒膜となる。
【００２７】
焼付は塗液が塗布された基体を１００℃で１時間乾燥させてから、３５０℃にて１時間行う。焼付温度が５００℃以上であると、酸化チタンの結晶型がアナターゼ型からルチル型に変化し、光触媒活性を損なう原因となるので、焼付温度は５００℃以下が好適である。
【００２８】
焼付温度が３００℃以下では触媒膜の密着性や光触媒活性に遜色はないが、残留有機物によると思われる臭いが残る。これは紫外線を照射していくとやがて脱臭されるものであるが、なるべく３００℃以上で焼付けるのが望ましい。尚、２００℃の焼付温度では、３５０℃の場合に比べて触媒膜の密着性及び光触媒活性に特に変化はなかった。
【００２９】
上述した光触媒体の製造方法によって、触媒膜の単位担持量が６.４g/cm²の光触媒体を得ることができた。図２は、本実施形態による光触媒体の表面を模式的に示した図である。本実施形態の光触媒体では、光触媒粒子５とバインダー６とが基体１上を被覆して触媒膜を形成している。
【００３０】
(第２実施形態)
第２実施形態において、基体及び焼付は第１実施形態と同様とするのでその説明は省略し、ここでは塗液及びその塗布について説明する。本実施形態では、塗液に吸着剤として日産ガードラー(株)製のＣｕ-ＺＳＭ５を添加する。該Ｃｕ-ＺＳＭ５は合成ゼオライトであるＺＳＭ５のナトリウム基を銅置換したもので、この他にもＺＳＭ５のナトリウム基を銀置換したＡｇ-ＺＳＭ５、パラジウム置換したＰｄ-ＺＳＭ５、水素置換したＨ-ＺＳＭ５などがあり、このうちの一つ、又は複数を組み合わせたものを用いるのが好ましい。尚、光触媒粒子及びバインダーには、第１実施形態と同様、酸化チタンＳＴ-０１とＧＳ-９０を用いる。
【００３１】
本実施形態のように塗液に吸着剤を添加することで、形成された触媒膜ではまず吸着剤が有機物を吸着する。光触媒粒子はこの吸着剤の表面で濃縮された有機物を分解するので、空気中の有機物を分解するよりも効率が良い。また、吸着剤が臭気を吸着することによって、光触媒粒子が臭気の分解を行っていない場合でも光触媒体は脱臭作用を有することになる。さらに、本実施形態で用いた合成ゼオライトは、活性炭など他の吸着剤と比較すると吸着性能が良好で、且つ焼付を行った場合、大気中での焼付温度を５００℃にまで上げることができ、焼付時間の短縮及び触媒膜の高硬度化に効果がある。
【００３２】
上記ＧＳ-９０を５００g、酸化チタンＳＴ-０１を５５.５g、Ｃｕ-ＺＳＭ５を５５.５g秤量する。これらを粒径５mmのアルミナボールと共にポットミルに入れ、約６時間分散させて固形分３０.８%の塗液とする。この塗液によって、本実施形態の触媒膜におけるバインダー、光触媒粒子及び吸着剤の重量比は４０:３０:３０となる。
【００３３】
この重量比は第１実施形態と同様、目的とする光触媒体の性能などに応じて調整できる。但し、得られた触媒膜におけるバインダーの重量が２０wt%以下では触媒膜を担持することができないし、８０wt.%以上では光触媒活性が悪くなる。また、塗液の塗布方法は第１実施形態と同様に引き上げ法を用い、引き上げ速度を２０cm/minとする。
【００３４】
上述した光触媒体の製造方法を１回行うことで、触媒膜の単位担持量が１０g/cm²の光触媒体を得ることができた。ここでは上記製造方法を２回行って、単位担持量を２０g/cm²とした。図３は、本実施形態による光触媒体の表面を模式的に示した図である。本実施形態の光触媒体では、光触媒粒子５、バインダー６、及び吸着剤７が基体１上を被覆して触媒膜を形成している。
【００３５】
ここで、吸着剤添加による光触媒体への影響を調べるための脱臭試験について示す。基体は寸法９０×４００×ｔ２０mmで、穴の数が２００セルのアルミ製のハニカムを用いる。この基体を２個用意し、共に第２実施形態に準じて表面に触媒膜を担持させる。このとき、一方のハニカムの触媒膜ではバインダー、光触媒粒子及び吸着剤の重量比を４０:５９:１とし、他方のハニカムの触媒膜ではバインダーと光触媒粒子の重量比を４０:６０とする。つまり、前者の触媒膜には吸着剤が１％含まれており、後者には吸着剤は含まれていない。これらのハニカムの担持量は、いずれも５０gである。
【００３６】
図４は脱臭試験の概略を示した図である。８は１m³のボックスで、その中心には電気集塵器１０が設置されており、側壁には空気中のアルデヒドの濃度を検出するための検知管を差し込む挿入口９が設けられている。また、図５は電気集塵器１０を図４中のＡ−Ａ′線で切断したときの断面を示した図である。電気集塵器１０内に取り付けられたハニカム１１には、ブラックライト１２からの紫外線が反射板１３によって余すことなく照射される。シロッコファン１４が作動すると吸気口１５から空気が取り入れられ(図中、矢印は空気流を示す。)、その空気はハニカム１１を通り抜けて排気口１６から吹き出される。
【００３７】
試験方法は、まずボックス８内で煙草５本を燃焼させる。予め触媒膜の担持したハニカム１１は電気集塵器１０に組み込んであり、該電気集塵器１０のイオン化線１７及びハニカム１１に逆電位で約６５００V印加してシロッコファン１４を運転する。同時に、ブラックライト１２でハニカム１１に紫外線を照射し、光触媒の臭気の分解を開始する。そして、光触媒が臭気を分解するときに生じる中間生成物、アセトアルデヒドの濃度を前記検知管で所定時間毎に測定する。
【００３８】
その結果、吸着剤が含有されていないハニカムの場合、測定開始から約３０分後にアセトアルデヒド濃度が上昇し、再び減少した。一方、吸着剤が１％含有されているハニカムでは、このような変化はみられなかった。これは吸着剤がアセトアルデヒドを吸着し、光触媒がそれを直ちに分解するので、空気中にアセトアルデヒドが放出されることがないからである。以上の脱臭試験より、触媒膜に吸着剤を含有した光触媒体は、アセトアルデヒドを速やかに分解できることが分かった。
【００３９】
また、上記の触媒膜に吸着剤を含有したハニカムに対して、上記脱臭試験と同じ条件で臭気の分解を繰り返し行わせる。このとき、脱臭試験を行う毎に、ハニカムに３mW/cm²の紫外線を１２０時間(５日間)照射する。その結果、触媒膜における光触媒粒子と吸着剤との合計重量に対して、光触媒粒子の重量が３０wt.%以下の場合、脱臭試験回数が増えていくにつれて触媒膜の吸着性能が落ちていった。これは、吸着剤に対して光触媒粒子の量が少ないことから、吸着した臭気や中間生成物を分解しきれなくなり、吸着剤の表面が飽和してそれ以上の吸着が行われなくなったからである。
【００４０】
(比較例１)
比較例１において、基体及び焼付は第１実施形態と同様とするのでその説明は省略し、ここでは塗液及びその塗布について説明する。本比較例では、バインダーに日板研究所(株)製のＧＳ-５０を用いている。該ＧＳ-５０はシリカが添加されていない以外は第１実施形態のＧＳ-９０とほぼ同じ成分で、加熱後残留分は１２.２wt%である。尚、光触媒粒子及び吸着剤には、第２実施形態と同様、酸化チタンＳＴ-０１とＣｕ-ＺＳＭ５を用いる。
【００４１】
上記ＧＳ-５０を５００g、酸化チタンＳＴ-０１を４５.５７g、Ｃｕ-ＺＳＭ５を４５.５７g秤量する。これらを粒径５mmのアルミナボールと共にポットミルに入れ、約６時間分散させて固形分２５.７%の塗液とする。この塗液によって、本比較例の触媒膜におけるバインダー、光触媒粒子及び吸着剤の重量比は４０:３０:３０となる。また、塗液の塗布方法は第１実施形態と同様に引き上げ法を用い、引き上げ速度を２０cm/minとする。上述した光触媒体の製造方法を１回行うことで、触媒膜の単位担持量が約７g/cm²の光触媒体を得ることができた。ここでは上記製造方法を３回行って、単位担持量を２２g/cm²とした。
【００４２】
(比較例２)
比較例２において、基体及び焼付は第１実施形態と同様とするのでその説明は省略し、ここでは塗液及びその塗布について説明する。本比較例では、バインダーに日板研究所(株)製のＧ-４０１を用いている。Ｇ-４０１は、ゾルゲル法により金属アルコキシド生成反応で生成した金属アルコキシドから成る(化２参照)。該金属アルコキシドは金属にシリカとジルコニアを用いており、シリカとジルコニアの割合は７５:２５である。また、加熱後残留分は２１wt%である。このＧ-４０１は、他のバインダーに比べて密着性がある割に光触媒活性が良いものである。尚、光触媒粒子及び吸着剤には第２実施形態と同様、酸化チタンＳＴ-０１とＣｕ-ＺＳＭ５を用いる。
【００４３】
【化２】

【００４４】
上記Ｇ-４０１を５００g、酸化チタンＳＴ-０１を７８.７５g、Ｃｕ-ＺＳＭ５を７８.７５g秤量する。これに、密着性強化のため５０００メッシュのマイカを２６.２５g添加し、これらを粒径５mmのアルミナボールと共にポットミルに入れ、約６時間分散させて固形分４２.２%の塗液とする。この塗液によって、触媒膜におけるバインダー、光触媒粒子及び吸着剤の重量比は４０:３０:３０となる。また、塗液の塗布方法は、第１実施形態と同様に引き上げ法を用い、引き上げ速度を３１cm/minとする。上述した光触媒体の製造方法によって、触媒膜の単位担持量は２０g/cm²の光触媒体を得ることができた。
【００４５】
上述した第１及び第２実施形態と比較例１及び２の光触媒体について、それぞれ触媒膜の基体への密着性と光触媒活性の評価を行う。まず、密着性試験について説明する。ここでは、塗装などでよく用いられるクロスカット試験において、触媒膜の密着性試験に合うようにその基準を変えたものを用いている。
【００４６】
即ち、まず基体に担持された触媒膜を指で触る。それで膜が剥離しない場合は、指の腹で触媒膜を擦る。さらに膜が剥離しない場合は、カッターで碁盤の目状に１mmおきに１１本、約１５mmの長さに傷を付け、この傷の上にセロハンテープを張り付けて剥す。これらの過程での触媒膜の剥離状態を５段階に分け、触媒膜の基体に対する密着性を評価する。評価基準は表１に示す。
【００４７】
【表１】

【００４８】
次に、光触媒活性試験について説明する。図６は光触媒活性試験の概略を示した図である。８は２７リットルのボックスで、その中心には各実施形態及び比較例の光触媒体が取り付けられる試験装置２０が設置されており、天面には空気中のアルデヒドの濃度を検出するための検知管を差し込む挿入口９が設けられている。また、図７は試験装置２０を図６中のＢ−Ｂ′線で切断したときの断面を示した図である。
【００４９】
試験装置２０内の対向する側壁の上方には、光触媒体２１が取り付けられる。対向する光触媒体２１の間にはブラックライト１２が設けられており、光触媒体２１に紫外線を照射する。また、試験装置２０の天面にはファン２２が設けられており、ファン２２が作動すると試験装置２０の下方に形成された吸気口１５から空気が入り(図中、矢印は空気流を示す。)、試験装置２０内を通ってファン２２から外へ抜ける。
【００５０】
試験方法は、まず試験装置２０内に光触媒体２１を２枚取り付ける。ボックス８内にアセトアルデヒドを約１２０ppm入れ、約２時間静置して安定させる。そして、前記検知管でボックス８内のアセトアルデヒド濃度を測定した後、ブラックライト１２で光触媒体２１に３mV/cm²の紫外線を照射する。所定の時間毎に検知管にてアセトアルデヒドの濃度を測定し、アセトアルデヒドの濃度が１００ppmから１０ppmに減衰する時間を求める。
【００５１】
各実施形態及び比較例における上記密着性及び光触媒活性の評価を以下の表２に示す。
【００５２】
【表２】

【００５３】
バインダーに金属アルコキシドを用いた比較例２に対して、オルガノアルコキシドを用いた第１及び第２実施形態の触媒膜の密着性は良好で、なおかつ光触媒活性も向上している。また、シリカを添加していない比較例１に対して、添加した第２実施形態の触媒膜の密着性は良好である。従って、バインダーにオルガノアルコキシドを用いると耐水性を有するだけでなく、密着性及び光触媒活性の良好な触媒膜が担持できることが分かった。また、バインダーにシリカを添加することで、触媒膜の密着性を向上させることが分かった。
【００５４】
尚、第２実施形態の光触媒体に１カ月間約１０mW/cm²の紫外線を照射し、上記密着性試験を行うと、紫外線を照射していないものと同じレベル１であった。第２実施形態の光触媒体はアルキル基を有しているが、このアルキル基は光触媒に分解され得るので、触媒膜の剥離の原因となるおそれがあった。しかし、紫外線を長時間照射してもアルキル基が分解されず、触媒膜の密着性が劣化しないので、十分に使用に耐え得るものであることが分かった。
【００５５】
(第３実施形態)
第３実施形態では光触媒体を熱交換器に適用し、エアコンの室内機に設けた場合について示す。まず、熱交換器への触媒膜の担持方法について説明する。塗液及び焼付は第１実施形態と同様とするのでその説明は省略し、ここでは基体及び塗液の塗布方法について説明する。図１１(イ)は基体として用いられる熱交換器３１の一部を示した図であり、図１１(ロ)は熱交換器３１が設けられた室内機３０の断面を示した図である。該室内機３０の構成については後述する。熱交換器３１はアルミフィン３１ａと銅パイプ３１ｂより構成されたもので、寸法６００×３００×ｔ３０mmである。
【００５６】
まず、熱交換器３１の銅パイプ３１ｂ内部を窒素ガス雰囲気にした後、その両端を塞ぎ、表面を脱脂処理する。これにより、銅パイプ３１ｂの内部に塗液が侵入せず、また焼付の際内部が酸化するのを防止する。脱脂処理は、該基体をＩＰＡの中に浸漬させて、１００℃の熱風乾燥炉で約３時間乾燥させる方法を用いる。
【００５７】
また、塗液の塗布方法は第１実施形態と同様、引き上げ法による。図８には、塗液の塗布についてその概略を示している。即ち、熱交換器３１の長辺を２本のひも２の一端で固定し、ひも２の他端を巻き上げモータ３の軸３ａに取り付ける。浴槽４には、第１実施形態の塗液の作製方法を数回繰り返して得た、合計１０ｋgの塗液が入っている。
【００５８】
熱交換器３１を浴槽４中の塗液に全体が被るようにいれ、これを１cm/minの速度で引き上げる。熱交換器３１が液面に対して垂直になるように引き上げて、アルミフィン３１ａ及び銅パイプ３１ｂの表面全体に塗液を付着させる。短辺の長さが３０ｃｍなので、引き上げ時間は３０分かかった。ここでは基体の形状が複雑なので、引き上げ速度を遅くして均一に塗液が塗布されるようにする。上述した触媒膜の担持方法によって、触媒膜の単位担持量は７g/cm²の熱交換器を得ることができた。
【００５９】
該熱交換器は疎水性である。しかし、エアコンの熱交換器は、結露した水分の飛散防止のためにその表面が親水性であることが要求される。そこで、該熱交換器にブラックライトで照射強度２.５mW/cm²、ピーク波長３６０nmの紫外線を４時間照射して、未照射時、及び１、２、４時間後の熱交換器表面における水の接触角を測定する。
【００６０】
図９は各時間における水の接触角の変化を示したグラフである。未照射時では接触角が１４０度であったものが、４時間後には１５度となった。一般に親水性とは接触角が約２０度以下のことを指すので、熱交換器の触媒膜は紫外線の照射によって疎水性から親水性へ変化したことが確認できる。
【００６１】
次に、該熱交換器の光触媒活性試験を行う。図１０は光触媒活性試験の概略を示した図である。１m³のボックス８内には側壁の上方にエアコンの室内機３０が設置されている。他の側壁には、空気中のアルデヒドなどのガスの濃度を検出するための検知管を差し込む挿入口９が設けられている。
【００６２】
図１１(ロ)は室内機３０を図１０中のＣ−Ｃ′線で切断したときの断面を示した図である。室内機３０内には上述した熱交換器３１が取り付けられ、ブラックライト１２から紫外線が照射されるようになっている。シロッコファン１４が作動すると吸気口１５から空気が取り入れられ(図中、矢印は空気流を示す。)、静電フィルター３２を通って熱交換器３１のアルミフィン３１ａの間をを通過する。そして、吹出口１６からボックス８内へ送り出される。３３は吹出口１６から送り出す空気の風向を調節するためのルーバーである。
【００６３】
ここでは、光触媒活性試験を行うのでシロッコファン１４を作動させるのみであるが、実際エアコンとして使用する場合には、コンプレッサー(図示せず)より冷媒が熱交換器３１の銅パイプ３１ｂ内に送られている。熱交換器３１の左右両端には各銅パイプ３１ｂと連通したパイプ(図示せず)が設けられており、冷媒はこのパイプを通って順に他の銅パイプ３１ｂへ移っていき、全ての銅パイプ３１ｂを通る構成となっている。
【００６４】
この冷媒によって熱交換器３１全体は温度の低い状態にあり、空気流がアルミフィン３１ａの間を通ると、空気流の熱がアルミフィン３１ａを伝導して冷媒に吸収されることで、空気流は冷却される。また、熱交換器３１の温度が高い状態であれば、その熱がアルミフィン３１ａを伝導して空気流に吸収されることで、空気流は加熱される。
【００６５】
光触媒活性試験について説明する。まずボックス８内で煙草を５本燃焼させた後、上記室内機３０のシロッコファン１４のみを運転させる。シロッコファンを作動させて３０分後、熱交換器は煙草のタールによって黄色く汚れた。そこで、ブラックライトで熱交換器に紫外線を４８時間照射すると、熱交換器の汚れが取れて元の状態に戻った。これは、光触媒粒子によりタールが分解されたからである。また、熱交換器に紫外線を長時間照射しながらシロッコファンを運転することで、ボックス内の臭気も除去することができた。
【００６６】
これに対して、触媒膜の担持されていない熱交換器で同様の試験を行うと、該熱交換器の表面にはオーバーコートが施されているのであまり汚れないが、付着したタールは分解するなどして除去されることはないので、汚れたままである。つまり、本実施形態における熱交換器は防汚性を持っており、常に清浄な状態に保つことのできるものなので、洗浄などのメンテナンスが不必要である。また、従来のエアコンの室内機とほぼ同じ構成でありながら脱臭機能も有する。
【００６７】
（第４実施形態）
第４実施形態では光触媒体を熱交換器に適用し、エアコンの室内器に設けた場合について示す。まず、熱交換器への触媒膜の担持方法について説明する。基体及び焼付は第３実施形態と同様とするのでその説明は省略する。また、塗布方法も第３実施形態と同様、引き上げ法による。塗液は第２実施形態のものを用い、引き上げ速度を５cm/minとする。短辺の長さが３０ｃｍなので、引き上げ時間は６分かかった。上述した触媒膜の担持方法を１回行うことで、触媒膜の単位担持量が７g/cm²の光触媒体を得ることができた。ここでは上記担持方法を３回行って、単位担持量を２２g/cm²とした。
【００６８】
該熱交換器は疎水性なので、第３実施形態の熱交換器と同様に、熱交換器にブラックライトで照射強度２.５mW/cm²、ピーク波長３６０nmの紫外線を１４４時間(６日間)照射して、未照射時、及び２４、４８、７２、１４４時間後の熱交換器表面における水の接触角を測定する。
【００６９】
図１２は各時間における水の接触角の変化を示したグラフである。未照射時では接触角が１１０度であったものが、１４４時間後には１８度となった。一般に親水性とは接触角が約２０度以下のことを指すので、熱交換器の触媒膜は紫外線の照射によって疎水性から親水性へ変化したことが確認できる。尚、本実施形態における熱交換器が第３実施形態のものと比べて親水性化するのが遅いのは、塗液に吸着剤が添加されているからである。
【００７０】
次に、該熱交換器の光触媒活性試験を行う。この試験の条件は第３実施形態のものと同様であるが、ここでは脱臭について測定した。即ち、ボックス中のアンモニア、アセトアルデヒド及び酢酸の濃度を、シロッコファンの作動前と作動してから３０分後とについてそれぞれ測定する。電気工業会の基準により、トータル除去率ηは次の式で表される。
η＝(η₁＋２η₂＋η₃)／４
このとき、η₁はアンモニア除去率、η₂はアセトアルデヒド除去率、η₃は酢酸除去率を示している。
【００７１】
測定結果を上記の式に代入してトータル除去率を求めたところ、８４%であった。これは、ボックス内の臭気が吸着剤によって熱交換器に吸着したからである。これに対して、触媒膜の担持されていない熱交換器で同様の試験を行うと、トータル除去率はほぼ０％であった。
【００７２】
また、この試験の後に熱交換器に４８時間紫外線を照射し続け、同じ試験を再び行うと同様のトータル除去率が得られた。これは、先の試験で熱交換器に吸着した臭気が光触媒によって分解されたので、新たに臭気を吸着できたからである。従って、本実施形態の熱交換器は脱臭機能を有し、その脱臭機能は紫外線を照射することで常に保持されるものである。
【００７３】
また、本実施形態における熱交換器も第３実施形態と同様、表面にタールの汚れが付着したが、４８時間紫外線を照射すると汚れは分解された。つまり、本実施形態のエアコンの室内機は従来のものとほぼ同じ構成でありながら脱臭機能も有するものであり、また熱交換器は防汚性を有するものである。
【００７４】
上述したように、第３実施形態及び第４実施形態では、本発明の光触媒体をエアコンの熱交換器に適用したが、この他にも空気清浄機や脱臭機のハニカムなどに適用することができる。
【００７５】
【発明の効果】
以上説明したように、本願の光触媒体では、バインダーとしてオルガノアルコキシシランを用いていることから、触媒膜は耐水性を有するだけでなく、基体への密着性や光触媒活性が向上する。
【００７７】
また、基体上に担持された触媒膜に吸着剤を含み、吸着剤が含まれていないものよりも効率よく有機物の分解が行われる。また、吸着剤が臭気を吸着するので、光触媒が分解を行っていないときでも光触媒体は脱臭の作用を有することになる。
【００７８】
また、吸着材を含む触媒膜におけるバインダーの重量の割合を２０wt%〜８０wt%としたことにより、触媒膜は十分な光触媒活性と密着性を有するものとなる。
【００７９】
また、触媒膜中の光触媒粒子と吸着剤の合計の重量に対する光触媒粒子の割合を３０wt%〜９９wt%としたことにより、紫外線を照射することで常に光触媒体は一定の吸着性能が保持され、なおかつ光触媒活性も良好となる。
【００８０】
また、バインダーにシリカを５部〜３０部添加したことにより、触媒膜の密着性が向上する。
【００８１】
また、光触媒粒子として酸化チタンが用いられていることから、光触媒は安定した分解反応を行うものとなる。
【００８２】
また、吸着剤として合成ゼオライトであるＺＳＭ５のナトリウム基を銅置換したＣｕ-ＺＳＭ５、銀置換したＡｇ-ＺＳＭ５、パラジウム置換したＰｄ-ＺＳＭ５、及び水素置換したＨ-ＺＳＭ５のうちの一つ、又は複数を組み合わせたものが用いられたことから、活性炭など他の吸着剤と比較すると吸着性能が良好で、且つ焼付を行った場合、大気中での焼付温度を５００℃にまで上げることができ、焼付時間の短縮及び触媒膜の高硬度化に効果がある。
【００８３】
また、バインダー及び光触媒粒子の接着した基体を焼付けて触媒膜を担持したことから、触媒膜の形成に要する時間は短縮され、基体への密着性が向上する。
【００８４】
本願の空気調和装置では、熱交換器に光触媒を適用したことにより、熱交換器は防汚性を有する。よって、洗浄などのメンテナンスの必要がなくなる。また、特別な脱臭のための部材を設けることなく、従来の空気調和装置とほぼ同じ構成でありながら脱臭機能を備えたものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態における塗液の塗布方法の様子を示した概略図である。
【図２】第１実施形態の光触媒体における表面の模式図である。
【図３】第２実施形態の光触媒体における表面の模式図である。
【図４】第２実施形態の光触媒体が行う脱臭試験の様子を示した概略図である。
【図５】図４における電気集塵器のＡ−Ａ′線での断面図である。
【図６】光触媒活性試験の様子を示した概略図である。
【図７】図６における試験装置のＢ−Ｂ′線での断面図である。
【図８】第３実施形態における塗液の塗布方法の様子を示した概略図である。
【図９】紫外線照射時間における、第３実施形態の光触媒体の水の接触角変化を示したグラフである。
【図１０】第３実施形態の光触媒が行う脱臭試験の様子を示した概略図である。
【図１１】 (イ)は熱交換器の一部を示した図であり、(ロ)は図１０におけるエアコンの室内機のＣ−Ｃ′線での断面図である。
【図１２】紫外線照射時間における、第４実施形態の光触媒体の水の接触角変化を示したグラフである。
【符号の説明】
１基体
２ひも
３巻き上げモータ
４浴槽
５光触媒粒子
６バインダー
７吸着剤
８ボックス
９挿入口
１０電気集塵器
１１ハニカム
１２ブラックライト
１３反射板
１４シロッコファン
１５吸気口
１６排気口
１７イオン化線
２０試験装置
３０エアコンの室内機
３１熱交換器
３１ａアルミフィン
３１ｂ銅パイプ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a photocatalyst that decomposes organic substances and odors by irradiating light, and an apparatus having a heat exchanger.
[0002]
[Prior art]
When the photocatalyst is irradiated with light having a wavelength having energy greater than the band gap, electrons are generated in the conduction band and holes are generated in the valence band by photoexcitation. The electrons and holes have actions such as deodorization and antibacterial action because they have functions such as decomposition of organic substances and water by strong reducing power and oxidizing power. In general, such a photocatalyst is used in the form of a photocatalyst body in which a catalyst film made of a particulate photocatalyst is carried on the surface of a substrate.
[0003]
In order to carry a catalyst film on a substrate to form a photocatalyst, there are a sol-gel method, a method of adhering photocatalyst particles to the substrate together with a binder (adhesive), and the like. According to the sol-gel method, the film thickness formed by one coating operation is very small, so that the working efficiency is poor. Further, when baking is performed to support the catalyst film on the substrate, the baking temperature must be 500 ° C. or higher in order to obtain the strength of the catalyst film. Furthermore, in this method, it is impossible to add an adsorbent that makes the photocatalytic decomposition action highly efficient.
[0004]
In the method of adhering the photocatalyst particles on the substrate, there is no problem as in the sol-gel method. On the other hand, when the organic binder is used, the organic component is decomposed by the photocatalyst and the role of the binder is reduced. Can no longer be obtained (choking phenomenon). Therefore, an inorganic binder that is difficult to be decomposed by a photocatalyst, generally colloidal silica or the like is used.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, when photocatalyst particles are bonded using colloidal silica as a binder, the supported catalyst film is not water resistant because the binder is water-soluble, and when immersed in water, the photocatalyst peels off from the substrate in about 10 minutes. start. On the other hand, peeling can be prevented by increasing the amount of the binder, but the photocatalytic activity is lost.
[0006]
The present invention has been made in view of these points, and provides a photocatalyst having good photocatalytic activity and adhesion of a catalyst film to a substrate and having water resistance, and an air conditioner using the same. For the purpose.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above objective, This applicationThe photocatalyst is prepared by adhering photocatalyst particles together with a binder on a substrate and supporting a catalyst film on the substrate, wherein the organoalkoxysilane is used as the binder.ButUseThe catalyst film supported on the substrate contains an adsorbent, and Cu is obtained by replacing the sodium group of synthetic zeolite ZSM5 with copper as the adsorbent. - ZSM5, silver substituted Ag - ZSM5, palladium-substituted Pd - ZSM5 and hydrogen-substituted H - One of ZSM5 or a combination of a plurality of ZSM5 is used.
With the above configuration,Organoalkoxysilane as binderButUseBy beingThe catalyst film has water resistance.Further, the adsorbent contained in the catalyst film adsorbs odors and organic substances and intermediate products generated when decomposing them, and the photocatalyst decomposes the adsorbed substances. Furthermore, the adsorption performance of the catalyst film is improved as compared with that using activated carbon, and the baking temperature at the time of baking the substrate can be set higher.
[0008]
In the photocatalyst having the above structure,Percentage of binder in catalyst membraneThe20wt% ~80wt%As good as. Thus, the binder ratio is 20 wt% ~80By setting wt%, the catalyst film has sufficient photocatalytic activity and adhesion to the substrate.
[0009]
Of the above configurationPhotocatalystIn,The ratio of the photocatalyst particles to the total weight of the photocatalyst particles and the adsorbent in the catalyst film is 30 wt% ~ 99 wt% It is good. Thus, the ratio of photocatalyst particles is 30 wt% ~ 99 wt% By doing so, the catalyst film can maintain a certain adsorption performance and does not impair the photocatalytic activity.
[0010]
Of the above configurationIn the photocatalyst body,You may add 5-30 parts of silica to a binder. This improves the adhesion of the catalyst film to the substrate.
[0011]
Of the above configurationIn the photocatalyst body,Titanium oxide may be used as photocatalyst particles. As a result, the catalyst membrane performs a stable decomposition reaction.
[0012]
Of the above configurationIn the photocatalyst body,The substrate to which the binder and photocatalyst particles are bonded may be baked to carry the catalyst film. As a result, the time required for forming the catalyst film can be shortened, and the adhesion of the catalyst film is also improved.
[0016]
Of this applicationThe air conditioner is composed of a plurality of fins and a pipe through which a refrigerant passes, and when the air flow taken from the outside passes between the fins, the air flow exchanges heat with the refrigerant, and the heat exchange In the air conditioner to which the air flow is sent out, the fins andSaidOn at least one surface of the tubeThe above configurationThe photocatalyst body is provided. In the air conditioner having such a configuration, the photocatalyst serves not only as a heat exchanger to cool or heat the air flow, but also to deodorize the air flow passing through the photocatalyst by the photocatalyst particles, or to the photocatalyst itself. It can be said that the attached dirt is decomposed.
[0017]
[Embodiments of the Invention]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention is not particularly limited to these embodiments. In the drawings, parts having the same configuration and those having the same name are denoted by the same reference numerals.
[0018]
(First embodiment)
First, the substrate used for the photocatalyst of this embodiment will be described. As the substrate material, it is not desirable to use organic substances such as plastics or papers that are decomposed by the photocatalyst itself. Further, in this embodiment, since baking is performed as described later, the substrate needs to have a heat resistance of at least 150 ° C. or higher.
[0019]
Based on the above points, an aluminum plate (heat resistant temperature of 400 ° C.) having a thickness of 0.11 mm is used in this embodiment so that the basic performance of the photocatalyst can be easily evaluated. This is cut into 160 mm × 160 mm and degreased to form a substrate. The degreasing treatment uses a method in which the surface of the substrate is washed with 2-propanol (hereinafter referred to as “IPA”) and then dried in a hot air drying oven at 100 ° C. for 1 hour.
[0020]
Next, the coating liquid will be described. The coating liquid here is a mixed liquid composed of photocatalyst particles and a binder, and is applied to the surface of the substrate. In this embodiment, titanium oxide ST-01 manufactured by Ishihara Techno Co., Ltd. is used for the photocatalyst particles. Titanium oxide is a substance that maintains a stable state in which an oxidizing group and a reducing group are adjacent to each other, and thus causes a stable decomposition reaction as a photocatalyst. Titanium oxide ST-01 is prepared for photocatalyst, and is anatase type crystal with an average particle size of 7μm and specific surface area of 300m²/ g.
[0021]
In addition, GS-90 manufactured by Nippon Sheet Laboratory Co., Ltd. is used as the binder. The GS-90 is obtained by adding a curing agent and fiber-like silica to an organoalkoxysilane. The amount of silica added at this time is about 15 wt%, and the amount added is preferably 5 to 30 parts relative to the binder. These are diluted with alcohol mainly composed of IPA, and the residual amount after heating is 14.8 wt.%. The organoalkoxysilane of GS-90 is a compound in which a methyl group is attached to an alkyl group in Chemical Formula 1 shown below, and has water resistance.
[0022]
[Chemical 1]

[0023]
500 g of the above GS-90 and 111 g of titanium oxide ST-01 are weighed. These are put together with alumina balls having a particle diameter of 5 mm in a pot mill and dispersed for about 6 hours to obtain a coating solution having a solid content of 30.8%. By this coating liquid, the weight ratio of the binder to the photocatalyst particles in the catalyst film of this embodiment is 40:60. The weight ratio of the binder to the photocatalyst particles can be adjusted according to the photocatalytic activity, film thickness, cost, and the like required for the target photocatalyst. However, when the weight of the binder in the obtained catalyst film is 20 wt% or less, the catalyst film cannot be sufficiently supported, and when it is 90 wt.% Or more, the photocatalytic activity is deteriorated.
[0024]
Next, a coating method will be described. The coating liquid can be applied by various methods such as spraying, roller coating, brush coating, impregnation method, and lifting method (dipping method). However, there is a limit to the amount of application at one time, and when the limit is exceeded, the coating liquid is peeled off from the substrate. Moreover, although it can apply | coat also with a flexible base | substrate, there are few application amounts than a non-flexible thing.
[0025]
In the present embodiment, a lifting method is used in which the entire substrate is immersed in the coating liquid and then pulled up at a constant speed. In this method, a certain amount of coating liquid can be applied to the surface of the substrate, and the coating efficiency is higher than that of the spray method. FIG. 1 shows an outline of the pulling method. That is, one side of the base body 1 is fixed at one end of the two strings 2, and the other end of the string 2 is attached to the shaft 3 a of the winding motor 3. The substrate 1 is put on the coating liquid in the bath 4 so as to cover the whole, and this is pulled up at a speed of 1 cm / min.
[0026]
Since the coating liquid contains a curing agent, the coating liquid is cured at room temperature to form a catalyst film. However, since it takes about 15 days for the coating liquid to harden, in this embodiment, the substrate coated with the coating liquid is baked to form a catalyst film. Thus, by incorporating the baking step, not only the formation time of the catalyst film can be shortened, but also the adhesion can be further improved. Although all the embodiments shown below are baked, if the curing agent is contained in the coating liquid, the coating liquid is cured to form a catalyst film without performing this step.
[0027]
Baking is performed at 350 ° C. for 1 hour after the substrate coated with the coating liquid is dried at 100 ° C. for 1 hour. When the baking temperature is 500 ° C. or higher, the crystal form of titanium oxide changes from the anatase type to the rutile type, and the photocatalytic activity is impaired. Therefore, the baking temperature is preferably 500 ° C. or lower.
[0028]
When the baking temperature is 300 ° C. or less, the adhesion of the catalyst film and the photocatalytic activity are not inferior, but an odor that seems to be due to residual organic matter remains. This is deodorized as soon as it is irradiated with ultraviolet rays, but it is desirable to bake at 300 ° C. or higher as much as possible. Incidentally, at the baking temperature of 200 ° C., there was no particular change in the adhesion of the catalyst film and the photocatalytic activity as compared with the case of 350 ° C.
[0029]
By the above-described photocatalyst production method, the unit supported amount of the catalyst film is 6.4 g / cm.²The photocatalyst was obtained. FIG. 2 is a view schematically showing the surface of the photocatalyst body according to the present embodiment. In the photocatalyst body of this embodiment, the photocatalyst particles 5 and the binder 6 cover the substrate 1 to form a catalyst film.
[0030]
(Second embodiment)
In the second embodiment, since the substrate and baking are the same as those in the first embodiment, the description thereof is omitted, and here, the coating liquid and the coating thereof will be described. In this embodiment, Cu-ZSM5 manufactured by Nissan Gardler Co., Ltd. is added as an adsorbent to the coating solution. The Cu-ZSM5 is obtained by replacing the sodium group of ZSM5, which is a synthetic zeolite, with copper. In addition to this, Ag-ZSM5 in which the sodium group of ZSM5 is silver-substituted, Pd-ZSM5 in which palladium is substituted, H-ZSM5 in which hydrogen is substituted, etc. Of these, it is preferable to use one or a combination thereof. As the photocatalyst particles and the binder, titanium oxide ST-01 and GS-90 are used as in the first embodiment.
[0031]
By adding an adsorbent to the coating liquid as in this embodiment, the adsorbent first adsorbs organic matter in the formed catalyst film. Since the photocatalyst particles decompose the organic matter concentrated on the surface of the adsorbent, the photocatalyst particles are more efficient than the organic matter in the air. Further, the adsorbent adsorbs odor, so that the photocatalyst body has a deodorizing action even when the photocatalyst particles do not decompose the odor. Furthermore, the synthetic zeolite used in the present embodiment has good adsorption performance compared to other adsorbents such as activated carbon, and when baking is performed, the baking temperature in the atmosphere can be increased to 500 ° C., It is effective in shortening the baking time and increasing the hardness of the catalyst film.
[0032]
Weigh 500 g of GS-90, 55.5 g of titanium oxide ST-01, and 55.5 g of Cu-ZSM5. These are put together with alumina balls having a particle diameter of 5 mm in a pot mill and dispersed for about 6 hours to obtain a coating solution having a solid content of 30.8%. By this coating liquid, the weight ratio of the binder, the photocatalyst particles, and the adsorbent in the catalyst film of this embodiment is 40:30:30.
[0033]
This weight ratio can be adjusted according to the performance of the target photocatalyst as in the first embodiment. However, if the weight of the binder in the obtained catalyst film is 20 wt% or less, the catalyst film cannot be supported, and if it is 80 wt.% Or more, the photocatalytic activity is deteriorated. Further, the application method of the coating liquid is the same as in the first embodiment, and the lifting speed is set to 20 cm / min.
[0034]
By carrying out the photocatalyst production method described above once, the unit supported amount of the catalyst film is 10 g / cm.²The photocatalyst was obtained. Here, the above manufacturing method is performed twice, and the unit loading is 20 g / cm.²It was. FIG. 3 is a view schematically showing the surface of the photocatalyst body according to the present embodiment. In the photocatalyst body of this embodiment, the photocatalyst particles 5, the binder 6, and the adsorbent 7 cover the substrate 1 to form a catalyst film.
[0035]
Here, it shows about the deodorizing test for investigating the influence on the photocatalyst body by adsorbent addition. The substrate is an aluminum honeycomb having a size of 90 × 400 × t20 mm and a number of holes of 200 cells. Two substrates are prepared, and a catalyst film is supported on the surface according to the second embodiment. At this time, the weight ratio of the binder, the photocatalyst particles and the adsorbent is set to 40: 59: 1 in the catalyst film of one honeycomb, and the weight ratio of the binder to the photocatalyst particles is set to 40:60 in the other catalyst film of the honeycomb. That is, the former catalyst film contains 1% of the adsorbent, and the latter does not contain the adsorbent. The carrying amount of these honeycombs is 50 g.
[0036]
FIG. 4 is a diagram showing an outline of the deodorization test. 8 is 1m^ThreeAn electric dust collector 10 is installed at the center of the box, and an insertion port 9 for inserting a detection tube for detecting the concentration of aldehyde in the air is provided on the side wall. FIG. 5 is a cross-sectional view of the electrostatic precipitator 10 taken along the line AA ′ in FIG. The honeycomb 11 attached in the electrostatic precipitator 10 is irradiated with the ultraviolet rays from the black light 12 without leaving the reflector 13. When the sirocco fan 14 is operated, air is taken in from the intake port 15 (in the figure, the arrow indicates an air flow), and the air passes through the honeycomb 11 and is blown out from the exhaust port 16.
[0037]
In the test method, first, five cigarettes are burned in the box 8. The honeycomb 11 previously loaded with the catalyst film is incorporated in the electrostatic precipitator 10, and the sirocco fan 14 is operated by applying approximately 6500 V at a reverse potential to the ionization line 17 and the honeycomb 11 of the electrostatic precipitator 10. At the same time, the black light 12 irradiates the honeycomb 11 with ultraviolet rays to start decomposing the odor of the photocatalyst. And the density | concentration of the intermediate product and acetaldehyde produced when a photocatalyst decomposes | disassembles an odor is measured for every predetermined time with the said detection tube.
[0038]
As a result, in the case of the honeycomb containing no adsorbent, the acetaldehyde concentration increased and decreased again about 30 minutes after the start of measurement. On the other hand, such a change was not observed in the honeycomb containing 1% of the adsorbent. This is because acetaldehyde is not released into the air because the adsorbent adsorbs acetaldehyde and the photocatalyst decomposes it immediately. From the above deodorization test, it was found that the photocatalyst containing an adsorbent in the catalyst film can rapidly decompose acetaldehyde.
[0039]
Further, the honeycomb containing the adsorbent in the catalyst film is repeatedly subjected to odor decomposition under the same conditions as in the deodorization test. At this time, every time a deodorization test is performed, 3 mW / cm is applied to the honeycomb.²For 120 hours (5 days). As a result, when the weight of the photocatalyst particles was 30 wt.% Or less with respect to the total weight of the photocatalyst particles and the adsorbent in the catalyst film, the adsorption performance of the catalyst film decreased as the number of deodorization tests increased. This is because the amount of the photocatalyst particles is small with respect to the adsorbent, so that the adsorbed odor and intermediate product cannot be completely decomposed, and the surface of the adsorbent is saturated and no further adsorption is performed.
[0040]
(Comparative Example 1)
In Comparative Example 1, since the substrate and baking are the same as those in the first embodiment, description thereof is omitted, and here, the coating liquid and coating thereof will be described. In this comparative example, GS-50 manufactured by Nippon Sheet Laboratory Co., Ltd. is used as the binder. The GS-50 is almost the same component as the GS-90 of the first embodiment except that silica is not added, and the residual content after heating is 12.2 wt%. Note that titanium oxide ST-01 and Cu-ZSM5 are used for the photocatalyst particles and the adsorbent, as in the second embodiment.
[0041]
Weigh 500 g of GS-50, 45.57 g of titanium oxide ST-01, and 45.57 g of Cu-ZSM5. These are put together with alumina balls having a particle diameter of 5 mm in a pot mill and dispersed for about 6 hours to obtain a coating liquid having a solid content of 25.7%. By this coating liquid, the weight ratio of the binder, the photocatalyst particles, and the adsorbent in the catalyst film of this comparative example is 40:30:30. Further, the application method of the coating liquid is the same as in the first embodiment, and the lifting speed is set to 20 cm / min. By carrying out the above-described photocatalyst production method once, the unit supported amount of the catalyst film is about 7 g / cm.²The photocatalyst was obtained. Here, the above manufacturing method is performed three times, and the unit loading is 22 g / cm.²It was.
[0042]
(Comparative Example 2)
In Comparative Example 2, since the substrate and baking are the same as those in the first embodiment, description thereof is omitted, and here, the coating liquid and coating thereof will be described. In this comparative example, G-401 made by Nihon Rita Laboratory Co., Ltd. is used as the binder. G-401 is composed of a metal alkoxide produced by a metal alkoxide production reaction by a sol-gel method (see Chemical Formula 2). The metal alkoxide uses silica and zirconia as metals, and the ratio of silica to zirconia is 75:25. Moreover, the residue after heating is 21 wt%. This G-401 has a good photocatalytic activity as compared with other binders. As in the second embodiment, titanium oxide ST-01 and Cu-ZSM5 are used for the photocatalyst particles and the adsorbent.
[0043]
[Chemical 2]

[0044]
500 g of G-401, 78.75 g of titanium oxide ST-01, and 78.75 g of Cu-ZSM5 are weighed. To this, 26.25 g of 5000 mesh mica is added to enhance adhesion, and these are put together with alumina balls having a particle diameter of 5 mm in a pot mill and dispersed for about 6 hours to obtain a coating solution having a solid content of 42.2%. By this coating liquid, the weight ratio of the binder, the photocatalyst particles, and the adsorbent in the catalyst film becomes 40:30:30. Moreover, the application | coating method of a coating liquid uses the raising method similarly to 1st Embodiment, and makes a raising speed 31 cm / min. By the above-described method for producing a photocatalyst, the unit supported amount of the catalyst film is 20 g / cm.²The photocatalyst was obtained.
[0045]
For the photocatalysts of the first and second embodiments and Comparative Examples 1 and 2 described above, the adhesion of the catalyst film to the substrate and the photocatalytic activity are evaluated. First, the adhesion test will be described. Here, in a cross-cut test often used for coating or the like, a standard in which the standard is changed so as to meet the adhesion test of the catalyst film is used.
[0046]
That is, first, a finger touches the catalyst film supported on the substrate. If the film does not peel off, rub the catalyst film with the finger pad. If the film still does not peel off, use a cutter to make 11 scratches on the grid every 1 mm, about 15 mm long, and apply cellophane tape on top of the scratches. The peeled state of the catalyst film in these processes is divided into five stages, and the adhesion of the catalyst film to the substrate is evaluated. The evaluation criteria are shown in Table 1.
[0047]
[Table 1]

[0048]
Next, the photocatalytic activity test will be described. FIG. 6 is a diagram showing an outline of the photocatalytic activity test. 8 is a 27 liter box, and a test apparatus 20 to which the photocatalysts of the respective embodiments and comparative examples are attached is installed at the center, and a detector tube for detecting the concentration of aldehyde in the air is provided on the top surface. Is inserted. FIG. 7 is a view showing a cross section of the test apparatus 20 taken along the line BB ′ in FIG.
[0049]
A photocatalyst body 21 is attached above the opposing side walls in the test apparatus 20. A black light 12 is provided between the opposing photocatalyst bodies 21 and irradiates the photocatalyst body 21 with ultraviolet rays. Further, a fan 22 is provided on the top surface of the test apparatus 20, and when the fan 22 is operated, air enters from an intake port 15 formed below the test apparatus 20 (in the figure, arrows indicate an air flow). ) Through the test apparatus 20 and out of the fan 22.
[0050]
In the test method, first, two photocatalyst bodies 21 are attached in the test apparatus 20. Place about 120 ppm of acetaldehyde in box 8 and let it stand for about 2 hours to stabilize. Then, after measuring the acetaldehyde concentration in the box 8 with the detector tube, the black catalyst 12 applied the photocatalyst 21 with 3 mV / cm.²Irradiate UV rays. The concentration of acetaldehyde is measured with a detection tube every predetermined time, and the time for the concentration of acetaldehyde to decay from 100 ppm to 10 ppm is determined.
[0051]
The evaluation of the adhesion and photocatalytic activity in each embodiment and comparative example is shown in Table 2 below.
[0052]
[Table 2]

[0053]
Compared to Comparative Example 2 using a metal alkoxide as a binder, the adhesion of the catalyst films of the first and second embodiments using an organoalkoxide is good and the photocatalytic activity is also improved. Moreover, the adhesiveness of the added catalyst film of 2nd Embodiment is favorable with respect to the comparative example 1 which has not added the silica. Therefore, it was found that when an organoalkoxide is used as the binder, a catalyst film having not only water resistance but also good adhesion and photocatalytic activity can be supported. It was also found that the adhesion of the catalyst film was improved by adding silica to the binder.
[0054]
The photocatalyst of the second embodiment is about 10 mW / cm for one month.²When the above-mentioned adhesion test was performed, the level 1 was the same as that of the sample not irradiated with ultraviolet rays. Although the photocatalyst of the second embodiment has an alkyl group, the alkyl group can be decomposed into a photocatalyst, which may cause the catalyst film to peel off. However, it was found that the alkyl group is not decomposed even when irradiated with ultraviolet rays for a long time, and the adhesion of the catalyst film does not deteriorate, so that it can be sufficiently used.
[0055]
(Third embodiment)
In the third embodiment, a case where the photocatalyst is applied to a heat exchanger and provided in an indoor unit of an air conditioner will be described. First, a method for supporting the catalyst film on the heat exchanger will be described. Since the coating liquid and baking are the same as those in the first embodiment, the description thereof will be omitted. Here, the substrate and the coating liquid coating method will be described. FIG. 11A is a view showing a part of the heat exchanger 31 used as a base, and FIG. 11B is a view showing a cross section of the indoor unit 30 provided with the heat exchanger 31. The configuration of the indoor unit 30 will be described later. The heat exchanger 31 is composed of aluminum fins 31a and copper pipes 31b, and has a size of 600 × 300 × t30 mm.
[0056]
First, after making the inside of the copper pipe 31b of the heat exchanger 31 into nitrogen gas atmosphere, the both ends are plugged and the surface is degreased. This prevents the coating liquid from entering the copper pipe 31b and prevents the interior from being oxidized during baking. The degreasing treatment uses a method in which the substrate is immersed in IPA and dried in a hot air drying furnace at 100 ° C. for about 3 hours.
[0057]
Further, the coating method is applied by the pulling-up method, as in the first embodiment. FIG. 8 schematically shows the application of the coating liquid. That is, the long side of the heat exchanger 31 is fixed at one end of the two strings 2, and the other end of the string 2 is attached to the shaft 3 a of the winding motor 3. The bathtub 4 contains a total of 10 kg of coating liquid obtained by repeating the coating liquid preparation method of the first embodiment several times.
[0058]
The heat exchanger 31 is put on the coating liquid in the bathtub 4 so as to cover the whole, and this is pulled up at a speed of 1 cm / min. The heat exchanger 31 is pulled up so as to be perpendicular to the liquid surface, and the coating liquid is attached to the entire surfaces of the aluminum fins 31a and the copper pipe 31b. Since the length of the short side was 30 cm, the lifting time took 30 minutes. Here, since the shape of the substrate is complicated, the lifting speed is slowed so that the coating liquid is uniformly applied. By the catalyst membrane loading method described above, the unit loading of the catalyst membrane is 7 g / cm.²The heat exchanger could be obtained.
[0059]
The heat exchanger is hydrophobic. However, the heat exchanger of an air conditioner is required to have a hydrophilic surface in order to prevent scattering of condensed water. Therefore, the irradiation intensity of 2.5 mW / cm with black light is applied to the heat exchanger.²The ultraviolet ray having a peak wavelength of 360 nm is irradiated for 4 hours, and the contact angle of water on the surface of the heat exchanger when not irradiated and after 1, 2, 4 hours is measured.
[0060]
FIG. 9 is a graph showing changes in the contact angle of water at each time. When not irradiated, the contact angle was 140 degrees, but after 4 hours it was 15 degrees. Generally, hydrophilicity means that the contact angle is about 20 degrees or less, so that it can be confirmed that the catalyst membrane of the heat exchanger has been changed from hydrophobic to hydrophilic by irradiation with ultraviolet rays.
[0061]
Next, a photocatalytic activity test of the heat exchanger is performed. FIG. 10 is a diagram showing an outline of the photocatalytic activity test. 1m^ThreeIn the box 8, an air conditioner indoor unit 30 is installed above the side wall. The other side wall is provided with an insertion port 9 into which a detection tube for detecting the concentration of gas such as aldehyde in the air is inserted.
[0062]
FIG. 11B is a view showing a cross section of the indoor unit 30 taken along the line CC ′ in FIG. The above-described heat exchanger 31 is installed in the indoor unit 30 so that ultraviolet rays are emitted from the black light 12. When the sirocco fan 14 is operated, air is taken in from the air inlet 15 (in the figure, the arrow indicates an air flow), and passes between the aluminum fins 31a of the heat exchanger 31 through the electrostatic filter 32. And it sends out into the box 8 from the blower outlet 16. FIG. Reference numeral 33 denotes a louver for adjusting the direction of the air sent from the air outlet 16.
[0063]
Here, since the photocatalytic activity test is performed, only the sirocco fan 14 is operated. However, when actually used as an air conditioner, the refrigerant is sent from the compressor (not shown) into the copper pipe 31b of the heat exchanger 31. ing. Pipes (not shown) communicating with the copper pipes 31b are provided at the left and right ends of the heat exchanger 31, and the refrigerant sequentially moves to other copper pipes 31b through the pipes. It is configured to pass 31b.
[0064]
With this refrigerant, the entire heat exchanger 31 is in a low temperature state, and when the air flow passes between the aluminum fins 31a, the heat of the air flow is conducted through the aluminum fins 31a and absorbed by the refrigerant, so that the air flow Is cooled. Further, if the temperature of the heat exchanger 31 is high, the heat is conducted through the aluminum fins 31a and absorbed by the air flow, whereby the air flow is heated.
[0065]
The photocatalytic activity test will be described. First, after burning five cigarettes in the box 8, only the sirocco fan 14 of the indoor unit 30 is operated. Thirty minutes after the sirocco fan was turned on, the heat exchanger was stained yellow by tobacco tar. Therefore, when the heat exchanger was irradiated with UV light for 48 hours with a black light, the heat exchanger was soiled and returned to its original state. This is because tar was decomposed by the photocatalyst particles. Moreover, the odor inside the box could be removed by operating the sirocco fan while irradiating the heat exchanger with ultraviolet rays for a long time.
[0066]
On the other hand, when the same test is performed in a heat exchanger on which no catalyst film is supported, the surface of the heat exchanger is overcoated so that it does not become very dirty, but the attached tar decomposes. It remains dirty because it is not removed. That is, the heat exchanger in the present embodiment has antifouling properties and can always be kept clean, so that maintenance such as cleaning is unnecessary. In addition, it has a deodorizing function while having almost the same configuration as a conventional air conditioner indoor unit.
[0067]
(Fourth embodiment)
In the fourth embodiment, a case where the photocatalyst is applied to a heat exchanger and provided in an indoor unit of an air conditioner will be described. First, a method for supporting the catalyst film on the heat exchanger will be described. Since the substrate and baking are the same as in the third embodiment, description thereof is omitted. Moreover, the application | coating method is based on the raising method similarly to 3rd Embodiment. The coating liquid used in the second embodiment is used, and the lifting speed is 5 cm / min. Since the length of the short side was 30 cm, the lifting time took 6 minutes. By carrying out the catalyst membrane loading method described above once, the unit loading of the catalyst membrane is 7 g / cm.²The photocatalyst was obtained. Here, the above loading method is performed three times, and the unit loading is 22 g / cm.²It was.
[0068]
Since the heat exchanger is hydrophobic, similarly to the heat exchanger of the third embodiment, the irradiation intensity is 2.5 mW / cm with black light on the heat exchanger.²The ultraviolet ray having a peak wavelength of 360 nm is irradiated for 144 hours (6 days), and the contact angle of water on the surface of the heat exchanger when unirradiated and after 24, 48, 72, and 144 hours is measured.
[0069]
FIG. 12 is a graph showing changes in the contact angle of water at each time. When not irradiated, the contact angle was 110 degrees, but after 144 hours, it was 18 degrees. Generally, hydrophilicity means that the contact angle is about 20 degrees or less, so that it can be confirmed that the catalyst membrane of the heat exchanger has been changed from hydrophobic to hydrophilic by irradiation with ultraviolet rays. The reason why the heat exchanger according to the present embodiment is more hydrophilic than the third embodiment is that an adsorbent is added to the coating liquid.
[0070]
Next, a photocatalytic activity test of the heat exchanger is performed. The conditions of this test are the same as those of the third embodiment, but here, deodorization was measured. That is, the concentrations of ammonia, acetaldehyde and acetic acid in the box are measured before and 30 minutes after the operation of the siroccofan. The total removal rate η is expressed by the following equation according to the standards of the electric industry association.
η = (η₁+ 2η₂+ Η_Three) / 4
At this time, η₁Is the ammonia removal rate, η₂Is the acetaldehyde removal rate, η_ThreeIndicates the acetic acid removal rate.
[0071]
The total removal rate was determined by substituting the measurement results into the above formula, and found to be 84%. This is because the odor in the box is adsorbed on the heat exchanger by the adsorbent. On the other hand, when the same test was performed with a heat exchanger on which no catalyst film was supported, the total removal rate was almost 0%.
[0072]
Further, after this test, when the heat exchanger was continuously irradiated with ultraviolet rays for 48 hours and the same test was performed again, the same total removal rate was obtained. This is because the odor adsorbed on the heat exchanger in the previous test was decomposed by the photocatalyst, so that the odor was newly adsorbed. Therefore, the heat exchanger of this embodiment has a deodorizing function, and the deodorizing function is always maintained by irradiating ultraviolet rays.
[0073]
Further, the heat exchanger in this embodiment also had tar dirt adhered to the surface as in the third embodiment, but the dirt was decomposed when irradiated with ultraviolet rays for 48 hours. That is, the indoor unit of the air conditioner of this embodiment has a deodorizing function while having almost the same configuration as the conventional one, and the heat exchanger has antifouling properties.
[0074]
As described above, in the third embodiment and the fourth embodiment, the photocatalyst body of the present invention is applied to a heat exchanger of an air conditioner. it can.
[0075]
【The invention's effect】
As explained above,This applicationIn this photocatalyst, an organoalkoxysilane is used as a binder, so that the catalyst film has not only water resistance but also improved adhesion to the substrate and photocatalytic activity.Do.
[0077]
AlsoAn adsorbent is contained in the catalyst film supported on the substrate.OnlyThe organic matter is decomposed more efficiently than those containing no adsorbent. Further, since the adsorbent adsorbs odor, the photocatalyst has a deodorizing action even when the photocatalyst is not decomposed.
[0078]
Also,Includes adsorbentPercentage of binder weight in catalyst membraneThe20wt% ~ 80wt%ByThe catalyst film has sufficient photocatalytic activity and adhesion.
[0079]
AlsoThe ratio of the photocatalyst particles to the total weight of the photocatalyst particles and the adsorbent in the catalyst filmThe30wt% ~ 99wt%ByBy irradiating with ultraviolet rays, the photocatalyst always maintains a certain adsorption performance, and the photocatalytic activity is also improved.
[0080]
Also,Add 5-30 parts of silica to binderBy doingThe adhesion of the catalyst film is improved.
[0081]
Also, Titanium oxide as photocatalyst particlesButUseIsTherefore, the photocatalyst performs a stable decomposition reaction.
[0082]
AlsoOne or more of Cu-ZSM5 in which the sodium group of ZSM5, which is a synthetic zeolite, as an adsorbent is substituted with copper, silver-substituted Ag-ZSM5, palladium-substituted Pd-ZSM5, and hydrogen-substituted H-ZSM5 CombinedButUseWasTherefore, when compared with other adsorbents such as activated carbon, the adsorption performance is good, and when baking is performed, the baking temperature in the atmosphere can be increased to 500 ° C., and the baking time is shortened and the catalyst membrane is high. Effective in increasing hardness.
[0083]
AlsoSince the substrate to which the binder and photocatalyst particles are bonded is baked to carry the catalyst film, the time required for forming the catalyst film is shortened and the adhesion to the substrate is improved.
[0084]
In the air conditioner of the present application,Heat exchangerBy applying a photocatalyst toHeat exchanger has antifouling property. Therefore,No need for maintenance such as cleaning. Further, without providing a special deodorizing member, the deodorizing function is provided while having almost the same configuration as the conventional air conditioner.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a state of a coating liquid coating method according to a first embodiment.
FIG. 2 is a schematic view of the surface of the photocatalyst body of the first embodiment.
FIG. 3 is a schematic view of a surface of a photocatalyst body according to a second embodiment.
FIG. 4 is a schematic view showing a state of a deodorization test performed by the photocatalyst body of the second embodiment.
5 is a cross-sectional view taken along line AA ′ of the electrostatic precipitator in FIG. 4. FIG.
FIG. 6 is a schematic view showing a state of a photocatalytic activity test.
7 is a sectional view taken along line BB ′ of the test apparatus in FIG. 6. FIG.
FIG. 8 is a schematic view showing a state of a coating liquid coating method according to a third embodiment.
FIG. 9 is a graph showing the change in the contact angle of water of the photocatalyst of the third embodiment during the ultraviolet irradiation time.
FIG. 10 is a schematic view showing a state of a deodorization test performed by the photocatalyst of the third embodiment.
11A is a view showing a part of the heat exchanger, and FIG. 11B is a cross-sectional view taken along the line CC ′ of the indoor unit of the air conditioner in FIG.
FIG. 12 is a graph showing the change in the contact angle of water of the photocatalyst of the fourth embodiment during the ultraviolet irradiation time.
[Explanation of symbols]
1 Base
2 String
3 Winding motor
4 Bathtub
5 Photocatalyst particles
6 Binder
7 Adsorbent
8 boxes
9 Insertion slot
10 Electric dust collector
11 Honeycomb
12 Black light
13 Reflector
14 Sirocco fans
15 Inlet
16 Exhaust port
17 Ionization line
20 test equipment
30 Air conditioner indoor unit
31 heat exchanger
31a Aluminum fin
31b Copper pipe

Claims

In a photocatalyst body comprising a photocatalyst particle adhered to a substrate together with a binder and a catalyst film supported on the substrate,
An organoalkoxysilane is used for the binder,
The catalyst film supported on the substrate contains an adsorbent,
As the adsorbent, one or more of Cu-ZSM5 in which the sodium group of ZSM5, which is a synthetic zeolite, is substituted with copper, silver-substituted Ag-ZSM5, palladium-substituted Pd-ZSM5, and hydrogen-substituted H-ZSM5, A photocatalyst that is used in combination.

2. The photocatalyst body according to claim 1 , wherein a ratio of the binder in the catalyst film is 20 wt% to 80 wt%.

3. The photocatalyst body according to claim 1, wherein a ratio of the photocatalyst particles to a total weight of the photocatalyst particles and the adsorbent is 30 wt% to 99 wt% in the catalyst film.

The photocatalyst according to any one of claims 1 to 3, wherein 5 to 30 parts of silica is added to the binder.

The photocatalyst according to any one of claims 1 to 4, wherein titanium oxide is used as the photocatalyst particles.

The photocatalyst according to any one of claims 1 to 5, wherein the substrate to which the binder and the photocatalyst particles are bonded is baked to carry a catalyst film.

A plurality of fins and a pipe through which the refrigerant passes, and when the air flow taken from outside passes between the fins, the air flow is heat-exchanged with the refrigerant, and the heat-exchanged air flow is in the air conditioning apparatus to be delivered, an air conditioner, wherein the photocatalyst is provided according to any one of claims 1 to claim 6 on at least one surface of the said fin tube.