JP3725933B2 - 気体処理用エレメントおよび気体処理装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光触媒酸化チタン担持有孔シートを用いた気体処理用エレメントおよび気体処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
気体雰囲気中の臭気成分、不純成分、塵埃などを除去するフィルターとして、活性炭を不織布や網体に包んだものを空調機に装備する脱臭フィルターが従来より使用されている。
【０００３】
特開昭５９−６９１２５号公報には、空気を清浄化するための一つの方法として、クレープまたはエンボス加工した紙をロール状に巻き取ると共に、必要に応じ巻き取りロールの紙と紙の間または紙中に脱臭剤等の薬剤（活性炭、脱臭剤、芳香剤、乾燥剤等）を介在させ、この巻き取りロールの一方の端面から他方の端面に空気を通過させる間に清浄化を図る方法が開示されている。
【０００４】
特開昭５６−１５８２８号公報、特開昭５６−１６０９７号公報、特開昭５７−１０２２２１号公報には、被処理気体中の臭気を除去するものとして、平面状シート素材と波形シート素材の一方あるいは双方を活性カーボン繊維混入紙で構成し、両シート素材を重層してなる脱臭用エレメントが開示されている。
【０００５】
脱臭に関するものではないが、特開昭５５−１５９８２７号公報には、吸着剤（活性炭等）を含有させた紙から製段加工され、多数の並行なガス通路を有するハニカム構造体に水吸収剤（塩化リチウム等）を含浸させた除湿体を内蔵した含湿ガスの除湿装置が開示されている。
【０００６】
本出願人の出願にかかる実開昭６２−１１４６２１号公報には、平面状シートと波形シートとを貼り合せた段ボールを多層に積層して多数の並行な透孔を有する積層物となすに際し、シート素材として非可燃紙を使用すると共に、この非可燃紙にツバキ科植物の抽出分または乾留分を添着させた気体処理用積層構造物が示されている。
【０００７】
同じく本出願人の出願にかかる実開平４−１０６６２４号公報には、平面状シートと波形シートとをコルゲーターにより貼り合せてなる段ボールを多層に積層して多数の並行な透孔を有するハニカム状の積層物となし、この積層物の透孔を通して気体を通過させることにより気体処理を行うフィルターにおいて、前記のハニカム状の積層物に、消臭有効成分としてセミカルバジドを添着させた消臭フィルターが示されている。
【０００８】
上記とは全く別の観点に立つものとして、近時、光触媒機能を有する超微細酸化チタンが、光脱臭（タバコ臭、生活臭、体臭等）、大気浄化（ＮＯx 、トリクロロエタン等）、汚れ分解（タバコのヤニ、油類等）、抗菌（衛生陶器、タイル等）、水質の改善または浄化に有効であることが報告されている。たとえば、「電気化学および工業物理化学、68, No. 1, p. 9-13 (1995) 、社団法人電気化学協会発行」、「日経ビジネス、１９９４年３月２１日号、６０〜６１頁」を参照。
【０００９】
また、木材パルプを水に分散させてスラリーとしたものに、予め水酸化アルミニウムで凝集させた酸化チタンゾルを添加して抄紙に供することも報告されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来技術のうち、光触媒機能を有する超微細酸化チタンは、光エネルギーにより活性化され、多くの有機有害物質や悪臭物質を酸化分解する働きがあるので、その脱臭フィルターへの応用が考えられる。
【００１１】
そこで本発明者らは、超微細酸化チタンを抄紙工程において添加することにより紙に含有させると共に、その含有紙をロール状に巻き取るか、その含有紙から段ボールを作製して多段に積み重ね、ついで所定の厚みにカットして、空調機等の脱臭エレメントに適用することにつき種々の検討を行ったが、そのような脱臭エレメントは次のような解決課題を有していた。
【００１２】
すなわち、この脱臭エレメントは、
（イ）所定の厚みを有するため、空調機等に組み込んだときに、紫外線ランプからの光が脱臭エレメントの目の中に充分には届かず、光触媒機能による脱臭が期待するほどには達成できないこと、
（ロ）所定の厚みを有するため嵩ばり、それだけ空調機等の奥行きが大になること、
（ハ）脱臭エレメント製造までの工程が長くなるので、製造コストの抑制に限界があること、
（ニ）紙に含有された超微細酸化チタンが、悪臭物質のみならず、支持体であるパルプそのものまで短期間のうちに酸化分解してしまい、紙の劣化が著しいこと、
などの解決すべき課題が残っていた。
【００１３】
このうち上記（ニ）の紙の劣化の問題については、予め水酸化アルミニウムで凝集させた酸化チタンゾルを用いることや、吸着固定能の小さな無機質填料と超微細酸化チタンとを凝集剤で強制的に共凝集させたものについても試験を行ってみたが、劣化がある程度改善されるにとどまった。
【００１４】
本発明は、このような背景下において、基材シートと光触媒酸化チタンとを用いた材料であって、脱臭、抗菌などの気体処理用のエレメントとしたときに光が届きやすく、従って良好な脱臭能、抗菌能が発揮され、嵩ばりも小さく、製造コストも最小限に抑えられ、基材シートとして紙（抄紙物）を用いているにもかかわらず劣化を防止することが可能な気体処理用エレメントを提供することを目的とするものである。また、その気体処理用エレメントを用いた気体処理装置を提供することを目的とするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の気体処理用エレメントは、
Ｘ線粒径１００nm以下の超微細酸化チタン(t) またはその超微細酸化チタン(t) の表面を金属または金属化合物で修飾した修飾超微細酸化チタン(t')からなる光触媒機能を有する光触媒酸化チタン(T) が担持された基材シート(1a)に、貫通孔または立ち起こし可能な爪状の切り込みからなる多数の孔(1b)が設けられた構成を有する光触媒酸化チタン担持有孔シート(1) からなること、
前記の光触媒酸化チタン (T) が担持された基材シート (1a) が、光触媒酸化チタン (T) と、その光触媒酸化チタン (T) を担持するための無機質系填料 (F) と、抄紙能を有する有機繊維質材料 (P) とを必須の構成成分とする抄紙物からなること、および、
前記光触媒酸化チタン担持有孔シート (1) の開孔率が１０〜４５％で、個々の孔 (1b) の面積が４〜１００ mm 2 であること
を特徴とするものである。
【００１６】
本発明の気体処理用エレメントの他の一つは、上記の気体処理用エレメントと静電フィルター(2) とを重層または近接配置したものである。
【００１７】
本発明の気体処理装置は、これらの気体処理用エレメントと紫外線ランプとを組み込んだものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下本発明を詳細に説明する。
【００１９】
〈光触媒酸化チタン担持有孔シート(1) 〉
本発明において用いる光触媒酸化チタン担持有孔シート(1) は、基材シート(1a)に、貫通孔または立ち起こし可能な爪状の切り込みからなる多数の孔(1b)が設けられた構成を有する。
【００２０】
貫通孔の形状は、円形、長円形、三角形、矩形、六角形、八角形、十字形など任意であり、１枚の基材シート(1a)に２以上の形状の貫通孔を設けることもできる。立ち起こし可能な爪状の切り込みの形状は、コの字形、Ｃ字形、Ｕ字形、Ｖ字形、Ｗ字形、Ω字形など任意である。
【００２１】
光触媒酸化チタン担持有孔シート(1) の開孔率は、通常は１０〜４５％、好ましくは１０〜４０％、特に好ましくは１０〜３５％とする。また個々の孔(1b)の面積は、通常は４〜１００mm2 、好ましくは５〜７０mm2 、特に好ましくは８〜５０mm2 とする。このような範囲の開孔率および個々の孔面積の場合に、圧損が許容限度以上に大きくなるのを防止しながら、所期の脱臭能、抗菌能が発揮されるからである。
【００２２】
基材シート(1a)には、Ｘ線粒径１００nm以下の超微細酸化チタン(t) またはその超微細酸化チタン(t) の表面を金属または金属化合物で修飾した修飾超微細酸化チタン(t')からなる光触媒機能を有する光触媒酸化チタン(T) が担持される。担持量は適宜に定められる。なお基材シート(1a)には、他の薬剤や調湿剤を担持させることもできる。
【００２３】
光触媒酸化チタン(T) の担持は、基材シート(1a)に対する内添（シート製造時の内部添加）やコーティング（塗布、スプレー、ディッピング等）により行われる。コーティングの場合には、そのコーティング方法によっては、基材シート(1a)に孔(1b)を設けてからコーティングを行うこともできる。
【００２４】
ここで超微細酸化チタン(t) としては、Ｘ線粒径（Scherrerの式により算出）が１００nm以下のものが用いられる。Ｘ線粒径の好ましい範囲は２〜５０nm、特に好ましい範囲は３〜３０nmである。このような超微細の酸化チタンは、一般に光触媒機能を有する。超微細酸化チタン(t) の結晶形はアナタース形とすることが多いが、ルチル形であっても差し支えない。超微細酸化チタン(t) は粉体またはゾルの形態で入手でき、通常は粉体で用いるが（このときのＢＥＴ比表面積は１５０m2/g以上、殊に１８０m2/g以上、さらには２００m2/g以上であることが好ましい）、ゾルであってもよい。
【００２５】
上記の超微細酸化チタン(t) は、そのままで本発明の目的に使用することができるが、その表面を金属または金属化合物で修飾して修飾超微細酸化チタン(t')としたものが、脱臭性能が一段と高まるので、本発明の目的にはより好適である。ここで修飾剤としての金属または金属化合物としては、金、銀、銅、白金、亜鉛、ケイ素、鉄などの金属や、これらの金属の酸化物や水酸化物があげられる。特に好ましい修飾剤は酸化亜鉛（または酸化亜鉛と酸化ケイ素）である。修飾は、種々の方法により行うことができ、たとえば特開平６−１９９５２４号公報に記載の方法を採用することができる。酸化亜鉛で修飾する場合の一例をあげると、超微細酸化チタン(t) の分散液と、塩化亜鉛、硫酸亜鉛、硝酸亜鉛などの亜鉛の塩と、アルカリ物質の水溶液とを混合し、ついで中和して析出させ、必要に応じて洗浄した後、乾燥する。
【００２６】
修飾超微細酸化チタン(t')における超微細酸化チタン(t) と、修飾剤である金属または金属化合物との重量比は、通常は６５：３５〜９９：１、好ましくは７０：３０〜９８：２、さらに好ましくは７５：２５〜９７：３の範囲から選ばれる。修飾剤の割合がこの範囲より少ないときは修飾による脱臭効果の向上が少なく、一方修飾剤の割合が余りに多いときはかえって脱臭効果が小さくなる。
【００２７】
本発明において、光触媒酸化チタン (T) が担持された基材シート (1a) は、光触媒酸化チタン(T) と、その光触媒酸化チタン(T) を担持するための無機質系填料(F) と、抄紙能を有する有機繊維質材料(P) とを必須の構成成分とする抄紙物（つまり紙）からなる。
【００２８】
無機質系填料(F) は、光触媒酸化チタン(T) を担持するためのものであるが、一般の無機質填料は光触媒酸化チタン(T) を吸着固定する能力に大きな差があるので、セピオライト、シリカゲル、ベントナイト、ゼオライト、硫酸マグネシウムおよび活性炭よりなる群から選ばれた少なくとも１種を用いる（特にセピオライトが重要である）ことが望ましい。そのような特定の填料を用いると、紙中の光触媒酸化チタン(T) の含有量を大幅に向上させることができる。この無機質系填料(F) は、粉体状、微粉に近い繊維状、ウイスカー状のいずれであってもよい。
【００２９】
上記無機質系填料(F) の光触媒酸化チタン(T) の吸着固定能は、両者を水中で混合したときの凝集速度や凝集状態で確認することができる。また、抄紙後の紙を高倍率（１０００〜３０００倍程度）で顕微鏡観察することによっても確認することができる。ここで言う固定能は、填料そのものに光触媒酸化チタン(T) を吸着固定する能力があるということで、定着剤や凝集剤で強制的に固定したものは、経時的に酸化チタンの脱落等が発生し、好ましい結果が得られない傾向がある。
【００３０】
なお、水酸化アルミニウム、カオリン、炭酸カルシウム、タルクなどの無機質は、光触媒酸化チタン(T) の吸着固定能力が小さいので、これらを併用することは差し支えないが、上記の無機質系填料(F) の代替の意味はほとんど有しない。
【００３１】
抄紙能を有する有機繊維質材料(P) としては、通常のパルプが好適に用いられるが、抄紙能を有する限りにおいて他の有機繊維質を用いることもできる。
【００３２】
抄紙にあたっては、上述の光触媒酸化チタン(T) 、無機質系填料(F) 、および有機繊維質材料(P) と共に、他の補強繊維、たとえばガラス繊維、セラミックス繊維、合成繊維などを加えてもよい。また、有機質または無機質のバインダーを適当量添加してもよい。そのほか、通常の抄紙に際して添加される種々の助剤ないし添加剤を添加することもできる。
【００３３】
抄紙後の抄紙物全体に占める光触媒酸化チタン(T) と無機質系填料(F) との合計量は、５〜９０重量％、殊に１０〜７０重量％、なかんずく２０〜６０重量％とすることが好ましい。無機質系填料(F) に対する光触媒酸化チタン(T) の重量比は、0.02〜２０、特に 0.1〜１０、なかんずく 0.5〜５とすることが好ましい。光触媒酸化チタン(T) の過少は脱臭効果や抗菌効果の不足を招き、その許容限度を越える過多は紙強度の低下を招く。無機質系填料(F) が余りに少ないときは光触媒酸化チタン(T) の必要量を吸着固定させることが難しく、余りに多いときは相対的に光触媒酸化チタン(T) の割合が小さくなるので、その分だけ脱臭効果や抗菌効果が不足するようになる。
【００３４】
抄紙物全体に占める有機繊維質材料(P) の割合は、５〜９０重量％、殊に１０〜６０重量％、なかんずく１０〜４０重量％とすることが好ましい。有機繊維質材料(P) の過少は紙強度の不足を招き、その過多は光触媒酸化チタン(T) および無機質系填料(F) の割合の相対的な低下を招き、脱臭効果が不足するようになる。
【００３５】
抄紙は、上述の光触媒酸化チタン(T) 、無機質系填料(F) 、および有機繊維質材料(P) （必要に応じ、さらに補強繊維、バインダー、助剤、添加剤、他の脱臭用薬剤などを併用することもある）を、水に分散させた状態で常法に従って湿式抄紙することにより達成される。
【００３６】
〈気体処理用エレメントおよび気体処理装置〉
上述の光触媒酸化チタン担持有孔シート(1) は、そのまま、脱臭、抗菌などの目的の気体処理用エレメントとなる。もし必要なら、これを適当な枠体で固定したり、ラフな目の網体や孔あき薄板を当てがうことができる。光触媒酸化チタン担持有孔シート(1) は、１枚のみならず、２枚以上を重ねる用い方をすることもできる。シート(1) は、波打ちや屈曲させて使用することもできる。
【００３７】
なお、基材シート(1a)に設けた孔(1b)が立ち起こし可能な爪状の切り込みであるときは、その爪状の切り込みを立ち起こしておく。切り込みは基材シート(1a)の片面側に立ち起こすのが通常であるが、場合によっては一部を基材シート(1a)の片面側に、一部を基材シート(1a)の他面側に立ち起こすようにすることもできる。
【００３８】
また、上記の光触媒酸化チタン担持有孔シート(1) を適当なフィルター、殊に静電フィルター(2) と重層または近接配置することによっても、気体処理用エレメントとすることができる。
【００３９】
ここで静電フィルター(2) とは、空気中の微粒子を静電気力によって捕集するフィルターを言う。静電フィルター(2) の好適な例は、エレクトレット繊維を用いたもの、殊にエレクトレット極細繊維層と繊維密度勾配層との２層構造からなるものである。エレクトレット繊維の静電気力は、空気中のエアロゾル荷電粒子にはクーロン力を、無荷電の中性粒子には誘起力を作用させて、エアロゾル粒子を吸引し、エレクトレット繊維上に捕集する。
【００４０】
本発明の気体処理装置は、これらの気体処理用エレメントと紫外線ランプとを組み込んだものである。気体処理装置とは、脱臭や抗菌専用の脱臭機や殺菌機のほか、空調機、空気清浄機、集塵機、除湿機、送・排風機などを指す。紫外線ランプは、光触媒酸化チタン担持有孔シート(1) の一辺側に設けるのが通常である。
【００４１】
〈作用〉
光触媒酸化チタン担持有孔シート(1) には多数の孔(1b)が設けられているので、紫外線ランプの設置個所を選ぶことにより、該シート(1) の全面に光が当たるようになるのみならず、該シート(1) からの光の漏れを小さくすることができる。加えてこのシート(1) は、嵩ばらない上、多数の孔(1b)が存在するので、圧損が小さいという利点もある。静電フィルター(2) との併用は特に有効である。
【００４２】
光触媒酸化チタン担持有孔シート(1) に担持されている光触媒酸化チタン(T) は、光の照射下においてすぐれた酸化作用を発揮し、それに接触する悪臭や有機物質をすみやかに分解する。このときの脱臭、抗菌効果は顕著であり、また通常の吸着系の脱臭剤では除去しがたい硫化水素やアンモニアのような悪臭成分も効果的に除去することができる。そして本発明の気体処理用エレメントを脱臭、抗菌に用いながら光照射するか、脱臭、抗菌に用いたのち光照射すれば、脱臭、抗菌能力が回復するので、繰り返し再使用することができる。
【００４３】
光触媒酸化チタン(T) が修飾超微細酸化チタン(t')であるときの酸化亜鉛などの修飾剤は、臭気成分等を一旦吸着捕捉し、超微細酸化チタン(t) による臭気成分等の酸化分解を助ける役割を果たすものと考えられる。そのため、修飾剤の修飾量が適切である限り、超微細酸化チタン(t) よりも修飾超微細酸化チタン(t')の方が一段と脱臭、抗菌効率が増す。
【００４４】
本発明においては、光触媒酸化チタン(T) が担持された基材シート(1a)として、光触媒酸化チタン(T) と、その光触媒酸化チタン(T) を担持するための無機質系填料(F) と、抄紙能を有する有機繊維質材料(P) とを必須の構成成分とする抄紙物を用いている。無機質系填料(F) は光触媒酸化チタン(T) を有効に吸着固定する役割を果たす。そして無機質系填料(F) に吸着固定された光触媒酸化チタン(T) は、光の照射下においてすぐれた酸化作用を発揮し、光触媒酸化チタン(T) に接触する悪臭や有機物質を分解する。この場合、光触媒酸化チタン(T) は無機質系填料(F) に吸着固定した状態で紙中に存在するので、パルプなどの有機繊維質材料(P) に対する光触媒酸化チタン(T) の接触部分は僅少であり、光照射がなされても、有機物である有機繊維質材料(P) が存在しているにかかわらず抄紙物の劣化が極めて小さい。またこの抄紙物は、それを構成する各成分の種類や量を選ぶことにより、難燃性ないし不燃性とすることもできる。
【００４５】
【実施例】
次に実施例をあげて本発明をさらに説明する。以下「部」とあるのは重量部である。
【００４６】
図１は光触媒酸化チタン担持有孔シート(1) からなる本発明の気体処理用エレメントの一例を示した平面図である。図２は図１の気体処理用エレメントを組み込んだ気体処理装置の模式図である。
【００４７】
〈基材シート(1a)〉
修飾超微細酸化チタン(t')（光触媒酸化チタン(T) の一例）として石原産業株式会社製の光触媒用酸化チタン「ＳＴ−３１」（結晶形：アナタース、１１０℃乾燥品のＴｉＯ2 含量：８１重量％、ＺｎＯ含量：１４重量％、Ｘ線粒径：７nm、ＢＥＴ比表面積：２６０m2/g）３０部、無機質系填料(F) としてセピオライト７部と粒径１０数μm の活性炭２０部、有機繊維質材料(P) としてパルプ２０部を用い、さらに補強繊維としてセラミックス繊維８部、バインダーとしてアルミナゾル５部、ラテックスエマルジョン６部および有機繊維状バインダー４部を用い、常法に従って湿式抄紙を行った。これにより、光触媒酸化チタン(T) が担持された基材シート(1a)が得られた。坪量は１７１g/m2、厚みは0.29mm、密度は0.59g/cm3 、引張強度は 2.7kg/15mm であった。
【００４８】
〈光触媒酸化チタン担持有孔シート(1) 〉
上記で得た基材シート(1a)に、図１のように直径５mmの円形の孔(1b)をあけた。これにより、開孔率３０％の光触媒酸化チタン担持有孔シート(1) が得られた。
【００４９】
〈気体処理用エレメントおよび気体処理装置〉
上記で得た光触媒酸化チタン担持有孔シート(1) を所定の寸法にカットした後、枠体(4) で固定して気体処理用エレメント(3) となした（この際、片面または両面に目の粗い網体などを当てて補強することもできる）。ついで家庭用の空気清浄機を改良したものに、この気体処理用エレメント(3) と紫外線ランプ(5) とを組み込んで、図２の気体処理装置となした。
【００５０】
図２のように、紫外線は白抜き矢印の方向から照射されるので、気体処理用エレメント(3) の片面の全面に紫外線が当たり、しかも紫外線の前方への漏れは小さい。そして実際に使用したときの脱臭、抗菌効果は、極めて好ましいものであった。
【００５１】
〈脱臭試験その１／静的試験〉
上記で得た光触媒酸化チタン担持有孔シート(1) を１００mm×１００mmの大きさに裁断し、樋状に湾曲させた状態で、４Ｗの紫外線ランプ（ブラックライト）(5) を覆うようにランプから若干離して固定した。このように光触媒酸化チタン担持有孔シート(1) をセットした紫外線ランプ(5) を悪臭成分（アンモニア、アセトアルデヒド、酢酸、トリメチルアミン、メチルメルカプタン、硫化水素、スチレン）と共に容積５リットルの撹拌機付きガラス容器内に密封し、一定温度（３５〜３７℃）で所定時間放置してから、残留ガス濃度を検知管にて測定した。
【００５２】
試験結果を表１に示す。繰り返し回数ｎは５とし（０ppm の結果が３回連続して得られたときは３回で打ち切り）、最大値および最小値を除いて平均し、平均値とした。除去率は、空試験のそれぞれの時間（１hr、３hr、５hr）に対応するデータに対するものである。
【００５３】
【表１】
アンモニア
試験法 平均値 (ppm) ／除去率 (%)
悪臭ガス １ hr ３ hr ５ hr
アンモニア 空試験 360／基準 313／基準 327／基準
ＵＶ照射なし 167／53.6 83／73.5 63／80.7
ＵＶ照射あり 113 ／ 68.6 8 ／ 97.4 3 ／ 99.1
アセトアルデヒド 空試験 317／基準 333／基準 317／基準
ＵＶ照射なし 117／63.1 92／72.4 72／77.3
ＵＶ照射あり 11 ／ 96.5 1 ／ 99.7 0 ／ 100
酢酸 空試験 327／基準 367／基準 343／基準
ＵＶ照射なし 17／94.8 6／98.4 4／98.8
ＵＶ照射あり 4 ／ 98.8 3 ／ 99.2 2 ／ 99.4
トリメチルアミン 空試験 313／基準 327／基準 300／基準
ＵＶ照射なし 47／85.0 42／87.2 38／87.3
ＵＶ照射あり 17 ／ 94.6 2 ／ 99.4 0 ／ 100
メチルメルカプタ 空試験 310／基準 310／基準 323／基準
ン ＵＶ照射なし 11／96.5 2／99.4 0／100
ＵＶ照射あり 2 ／ 99.4 1 ／ 99.4 0 ／ 100
硫化水素 空試験 317／基準 310／基準 320／基準
ＵＶ照射なし 0／100 0／100 0／100
ＵＶ照射あり 0 ／ 100 0 ／ 100 0 ／ 100
スチレン 空試験 313／基準 300／基準 333／基準
ＵＶ照射なし 12／96.2 5／98.3 0／100
ＵＶ照射あり 10 ／ 96.8 5 ／ 98.3 0 ／ 100
【００５４】
表１から、本発明の気体処理用エレメントは、紫外線を照射しなくても悪臭成分の除去性がすぐれているが、紫外線照射を行うことによりさらに悪臭成分の除去性が向上することがわかる。
【００５５】
〈脱臭試験その２／繰り返し試験〉
上記で得た光触媒酸化チタン担持有孔シート(1) を１００mm×１００mmの大きさに裁断し、樋状に湾曲させた状態で、４Ｗの紫外線ランプ（ブラックライト）(5) を覆うようにランプから若干離して固定した。このように光触媒酸化チタン担持有孔シート(1) をセットした紫外線ランプ(5) を悪臭成分（アンモニア、アセトアルデヒド、酢酸、トリメチルアミン、メチルメルカプタン、硫化水素、スチレン）約３００ppm と共に容積５リットルの撹拌機付きガラス容器内に密封し、一定温度（３５〜３７℃）で２時間後に濃度測定を行ってから悪臭ガスのパージを行い、以下、一定温度（３５〜３７℃）で、２時間ごとに悪臭ガスの注入→濃度測定→悪臭ガスのパージの操作を繰り返して、脱臭性能の劣化の有無を調べた。残留ガス濃度は、検知管にて測定した。
【００５６】
試験結果を表２に示す。除去率は空試験に対するものである。空試験では紫外線照射を行っていない。
【００５７】
【表２】
ＵＶ 除去率 (%)
悪臭ガス 照射 １回目 ２回目 ３回目 ４回目 ５回目 ６回目
アンモニア なし 78.5 60.2 49.6 40.0 42.3 36.1
あり 98.0 98.3 97.4 97.9 98.2 97.5
アセトアルデヒド なし 70.6 52.1 28.8 11.4 0.0 0.0
あり 100 99.6 99.4 100 98.9 99.2
酢酸 なし 96.5 95.2 93.6 87.2 82.6 78.9
あり 98.8 97.5 98.0 96.6 92.8 90.1
トリメチルアミン なし 88.4 76.7 50.6 39.6 32.5 30.2
あり 98.7 95.3 86.4 80.6 68.2 60.8
メチルメルカプタン なし 99.5 94.6 90.5 86.4 81.3 75.8
あり 100 98.2 94.8 92.3 90.2 89.6
硫化水素 なし 100 100 100 100 100 99.7
あり 100 100 100 100 100 100
スチレン なし 97.8 92.6 52.7 40.4 10.2 4.8
あり 98.7 98.0 86.4 54.3 33.4 30.6
【００５８】
表２から、本発明の光触媒酸化チタン担持有孔シート(1) を用いた脱臭のための気体処理用エレメントは、繰り返し使用したときの悪臭成分の除去性もすぐれており、従って、一度設置すれば長期にわたって使用できることがわかる。
【００５９】
実施例２
図３は光触媒酸化チタン担持有孔シート(1) からなる本発明の気体処理用エレメントの他の一例を示した平面図である。
【００６０】
円形の貫通孔に代えて、基材シート(1a)に、立ち起こし可能な爪状の切り込みからなる多数の孔(1b)を設けた。これにより、立ち起こし状態の開孔率が３０％の光触媒酸化チタン担持有孔シート(1) が得られた。この光触媒酸化チタン担持有孔シート(1) を用いて実施例１と同様の試験を行ったところ、爪の部分だけ有孔面積が増えるため、実施例１を上回る効果が得られた。
【００６１】
実施例３
図４は光触媒酸化チタン担持有孔シート(1) と静電フィルター(2) とを用いた気体処理用エレメントを組み込んだ気体処理装置の一例を示した模式図である。
【００６２】
エレクトレット極細繊維層と繊維密度勾配層との２層構造からなるエアフィルター（東洋紡績株式会社製の「ＥＬＩＴＯＬＯＮ ＥＦ−Ａ−８１００」）を重層したエレメントを用いたほかは、実施例１と同様にして気体処理装置を組み立てた。初期圧損は、処理風速が３０cm/minのときが 0.7mmAq、５０cm/minのときが 1.0mmAq、８０cm/minのときが 1.3mmAqと小さいものであった。
【００６３】
実施例４
超微細酸化チタン(t) （光触媒酸化チタン(T) の一例）として石原産業株式会社製の光触媒用酸化チタン「ＳＴ−０１」（結晶形：アナタース、１１０℃乾燥品のＴｉＯ2 含量：９５重量％、Ｘ線粒径：７nm、ＢＥＴ比表面積：３２０m2/g）３０部、無機質系填料(F) としてセピオライト７部と粒径１０数μm の活性炭２０部、有機繊維質材料(P) としてパルプ２０部を用い、さらに補強繊維としてセラミックス繊維８部、バインダーとしてアルミナゾル５部、ラテックスエマルジョン６部および有機繊維状バインダー４部を用い、常法に従って湿式抄紙を行った。これにより、坪量１７０g/m2、厚み0.28mm、密度0.61g/cm3 、引張強度 2.8kg/15mm の酸化チタン含有紙が得られた。
【００６４】
上記で得た基材シート(1a)に、図１のように直径５mmの円形の孔(1b)をあけた。これにより、開孔率３０％の光触媒酸化チタン担持有孔シート(1) が得られた。
【００６５】
上記で得た光触媒酸化チタン担持有孔シート(1) を所定の寸法にカットした後、枠体(4) で固定して気体処理用エレメント(3) となした。ついで家庭用の空気清浄機を改良したものに、この気体処理用エレメント(3) と紫外線ランプ(5) とを組み込んで、図２の気体処理装置となした。これを実際に使用したときの脱臭効果は、実施例１に準ずるものであった。
【００６６】
実施例５〜７
無機質系填料(F) として、セピオライト２５部（実施例５）、ベントナイト２０部（実施例６）、硫酸マグネシウム１０部とセピオライト１０部（実施例７）を用いたほかは実施例１を繰り返して光触媒酸化チタン担持有孔シート(1) を得、さらには気体処理用エレメント(3) を作製した。これらの場合も良好な脱臭効果が得られた。
【００６７】
実施例８〜１０
修飾超微細酸化チタン(t')（光触媒酸化チタン(T) の一例）として石原産業株式会社製の光触媒用酸化チタン「ＳＴ−３１」（結晶形：アナタース、１１０℃乾燥品のＴｉＯ2 含量：８１重量％、ＺｎＯ含量：１４重量％、Ｘ線粒径：７nm、ＢＥＴ比表面積：２６０m2/g）３０部、無機質系填料(F) としてセピオライト５部と粒径１０数μm の活性炭２０部、バインダーとしてのアルミナゾル１０部、ラテックスエマルジョン３０部および有機繊維状バインダー５部を水３００部に投入して混合し、固形分濃度２５重量％のコーティング液を調製した。
【００６８】
このコーティング液を、坪量７５g/m2のクラフト紙（実施例８）、ポリエステル／ポリエチレンからなる厚み１００μm のラミネートフィルム（実施例９）、ポリエチレン被覆アルミニウム箔（実施例１０）にコーティングしてから乾燥し、厚み約５μm のコーティング層を形成した。
【００６９】
これを基材シート(1a)として用い、実施例１と同様にして光触媒酸化チタン担持有孔ート(1) を作製し、気体処理用エレメント(3) となしてから、家庭用の空気清浄機を改良したものにこの気体処理用エレメント(3) と紫外線ランプ(5) とを組み込んで気体処理装置となした。これを実際に使用したときの脱臭効果は、実施例１に準ずるものであった。
【００７０】
【発明の効果】
基材シート(1a)に担持した光触媒酸化チタン(T) （微細酸化チタン(t) または修飾超微細酸化チタン(t')、特に後者）は、光の照射下においてすぐれた酸化作用を発揮し、それに接触する悪臭や有機物質をすみやかに分解するという性質を有する。このときの脱臭効果、抗菌効果は顕著であり、また通常の吸着系の脱臭剤では除去しがたい硫化水素やアンモニアのような悪臭成分も効果的に除去することができる。基材シート(1a)として紙を用いた場合であっても劣化を防止することが可能である。
【００７１】
光触媒酸化チタン担持有孔シート(1) を用いた本発明の気体処理用エレメントおよび気体処理装置にあっては、エレメントの全面に紫外線が届き、従って良好な脱臭能、抗菌能が発揮される。光の漏れも小さくすることができる。またこの気体処理用エレメントは、
嵩張りが小さい上、圧損が小さく、製造コストも最小限に抑えられるという利点もある。
静電フィルター(2) との併用は特に有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 光触媒酸化チタン担持有孔シート(1) からなる本発明の気体処理用エレメントの一例を示した平面図である。
【図２】 図１の気体処理用エレメントを組み込んだ気体処理装置の模式図である。
【図３】 光触媒酸化チタン担持有孔シート(1) からなる本発明の気体処理用エレメントの他の一例を示した平面図である。
【図４】 光触媒酸化チタン担持有孔シート(1) と静電フィルター(2) とを用いた気体処理用エレメントを組み込んだ気体処理装置の一例を示した模式図である。
【符号の説明】
(1) …光触媒酸化チタン担持有孔シート、
(1a)…基材シート、(1b)…孔、
(2) …静電フィルター、
(3) …気体処理用エレメント、
(4) …枠体、
(5) …紫外線ランプ
【発明の属する技術分野】
本発明は、光触媒酸化チタン担持有孔シートを用いた気体処理用エレメントおよび気体処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
気体雰囲気中の臭気成分、不純成分、塵埃などを除去するフィルターとして、活性炭を不織布や網体に包んだものを空調機に装備する脱臭フィルターが従来より使用されている。
【０００３】
特開昭５９−６９１２５号公報には、空気を清浄化するための一つの方法として、クレープまたはエンボス加工した紙をロール状に巻き取ると共に、必要に応じ巻き取りロールの紙と紙の間または紙中に脱臭剤等の薬剤（活性炭、脱臭剤、芳香剤、乾燥剤等）を介在させ、この巻き取りロールの一方の端面から他方の端面に空気を通過させる間に清浄化を図る方法が開示されている。
【０００４】
特開昭５６−１５８２８号公報、特開昭５６−１６０９７号公報、特開昭５７−１０２２２１号公報には、被処理気体中の臭気を除去するものとして、平面状シート素材と波形シート素材の一方あるいは双方を活性カーボン繊維混入紙で構成し、両シート素材を重層してなる脱臭用エレメントが開示されている。
【０００５】
脱臭に関するものではないが、特開昭５５−１５９８２７号公報には、吸着剤（活性炭等）を含有させた紙から製段加工され、多数の並行なガス通路を有するハニカム構造体に水吸収剤（塩化リチウム等）を含浸させた除湿体を内蔵した含湿ガスの除湿装置が開示されている。
【０００６】
本出願人の出願にかかる実開昭６２−１１４６２１号公報には、平面状シートと波形シートとを貼り合せた段ボールを多層に積層して多数の並行な透孔を有する積層物となすに際し、シート素材として非可燃紙を使用すると共に、この非可燃紙にツバキ科植物の抽出分または乾留分を添着させた気体処理用積層構造物が示されている。
【０００７】
同じく本出願人の出願にかかる実開平４−１０６６２４号公報には、平面状シートと波形シートとをコルゲーターにより貼り合せてなる段ボールを多層に積層して多数の並行な透孔を有するハニカム状の積層物となし、この積層物の透孔を通して気体を通過させることにより気体処理を行うフィルターにおいて、前記のハニカム状の積層物に、消臭有効成分としてセミカルバジドを添着させた消臭フィルターが示されている。
【０００８】
上記とは全く別の観点に立つものとして、近時、光触媒機能を有する超微細酸化チタンが、光脱臭（タバコ臭、生活臭、体臭等）、大気浄化（ＮＯx 、トリクロロエタン等）、汚れ分解（タバコのヤニ、油類等）、抗菌（衛生陶器、タイル等）、水質の改善または浄化に有効であることが報告されている。たとえば、「電気化学および工業物理化学、68, No. 1, p. 9-13 (1995) 、社団法人電気化学協会発行」、「日経ビジネス、１９９４年３月２１日号、６０〜６１頁」を参照。
【０００９】
また、木材パルプを水に分散させてスラリーとしたものに、予め水酸化アルミニウムで凝集させた酸化チタンゾルを添加して抄紙に供することも報告されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来技術のうち、光触媒機能を有する超微細酸化チタンは、光エネルギーにより活性化され、多くの有機有害物質や悪臭物質を酸化分解する働きがあるので、その脱臭フィルターへの応用が考えられる。
【００１１】
そこで本発明者らは、超微細酸化チタンを抄紙工程において添加することにより紙に含有させると共に、その含有紙をロール状に巻き取るか、その含有紙から段ボールを作製して多段に積み重ね、ついで所定の厚みにカットして、空調機等の脱臭エレメントに適用することにつき種々の検討を行ったが、そのような脱臭エレメントは次のような解決課題を有していた。
【００１２】
すなわち、この脱臭エレメントは、
（イ）所定の厚みを有するため、空調機等に組み込んだときに、紫外線ランプからの光が脱臭エレメントの目の中に充分には届かず、光触媒機能による脱臭が期待するほどには達成できないこと、
（ロ）所定の厚みを有するため嵩ばり、それだけ空調機等の奥行きが大になること、
（ハ）脱臭エレメント製造までの工程が長くなるので、製造コストの抑制に限界があること、
（ニ）紙に含有された超微細酸化チタンが、悪臭物質のみならず、支持体であるパルプそのものまで短期間のうちに酸化分解してしまい、紙の劣化が著しいこと、
などの解決すべき課題が残っていた。
【００１３】
このうち上記（ニ）の紙の劣化の問題については、予め水酸化アルミニウムで凝集させた酸化チタンゾルを用いることや、吸着固定能の小さな無機質填料と超微細酸化チタンとを凝集剤で強制的に共凝集させたものについても試験を行ってみたが、劣化がある程度改善されるにとどまった。
【００１４】
本発明は、このような背景下において、基材シートと光触媒酸化チタンとを用いた材料であって、脱臭、抗菌などの気体処理用のエレメントとしたときに光が届きやすく、従って良好な脱臭能、抗菌能が発揮され、嵩ばりも小さく、製造コストも最小限に抑えられ、基材シートとして紙（抄紙物）を用いているにもかかわらず劣化を防止することが可能な気体処理用エレメントを提供することを目的とするものである。また、その気体処理用エレメントを用いた気体処理装置を提供することを目的とするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の気体処理用エレメントは、
Ｘ線粒径１００nm以下の超微細酸化チタン(t) またはその超微細酸化チタン(t) の表面を金属または金属化合物で修飾した修飾超微細酸化チタン(t')からなる光触媒機能を有する光触媒酸化チタン(T) が担持された基材シート(1a)に、貫通孔または立ち起こし可能な爪状の切り込みからなる多数の孔(1b)が設けられた構成を有する光触媒酸化チタン担持有孔シート(1) からなること、
前記の光触媒酸化チタン (T) が担持された基材シート (1a) が、光触媒酸化チタン (T) と、その光触媒酸化チタン (T) を担持するための無機質系填料 (F) と、抄紙能を有する有機繊維質材料 (P) とを必須の構成成分とする抄紙物からなること、および、
前記光触媒酸化チタン担持有孔シート (1) の開孔率が１０〜４５％で、個々の孔 (1b) の面積が４〜１００ mm 2 であること
を特徴とするものである。
【００１６】
本発明の気体処理用エレメントの他の一つは、上記の気体処理用エレメントと静電フィルター(2) とを重層または近接配置したものである。
【００１７】
本発明の気体処理装置は、これらの気体処理用エレメントと紫外線ランプとを組み込んだものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下本発明を詳細に説明する。
【００１９】
〈光触媒酸化チタン担持有孔シート(1) 〉
本発明において用いる光触媒酸化チタン担持有孔シート(1) は、基材シート(1a)に、貫通孔または立ち起こし可能な爪状の切り込みからなる多数の孔(1b)が設けられた構成を有する。
【００２０】
貫通孔の形状は、円形、長円形、三角形、矩形、六角形、八角形、十字形など任意であり、１枚の基材シート(1a)に２以上の形状の貫通孔を設けることもできる。立ち起こし可能な爪状の切り込みの形状は、コの字形、Ｃ字形、Ｕ字形、Ｖ字形、Ｗ字形、Ω字形など任意である。
【００２１】
光触媒酸化チタン担持有孔シート(1) の開孔率は、通常は１０〜４５％、好ましくは１０〜４０％、特に好ましくは１０〜３５％とする。また個々の孔(1b)の面積は、通常は４〜１００mm2 、好ましくは５〜７０mm2 、特に好ましくは８〜５０mm2 とする。このような範囲の開孔率および個々の孔面積の場合に、圧損が許容限度以上に大きくなるのを防止しながら、所期の脱臭能、抗菌能が発揮されるからである。
【００２２】
基材シート(1a)には、Ｘ線粒径１００nm以下の超微細酸化チタン(t) またはその超微細酸化チタン(t) の表面を金属または金属化合物で修飾した修飾超微細酸化チタン(t')からなる光触媒機能を有する光触媒酸化チタン(T) が担持される。担持量は適宜に定められる。なお基材シート(1a)には、他の薬剤や調湿剤を担持させることもできる。
【００２３】
光触媒酸化チタン(T) の担持は、基材シート(1a)に対する内添（シート製造時の内部添加）やコーティング（塗布、スプレー、ディッピング等）により行われる。コーティングの場合には、そのコーティング方法によっては、基材シート(1a)に孔(1b)を設けてからコーティングを行うこともできる。
【００２４】
ここで超微細酸化チタン(t) としては、Ｘ線粒径（Scherrerの式により算出）が１００nm以下のものが用いられる。Ｘ線粒径の好ましい範囲は２〜５０nm、特に好ましい範囲は３〜３０nmである。このような超微細の酸化チタンは、一般に光触媒機能を有する。超微細酸化チタン(t) の結晶形はアナタース形とすることが多いが、ルチル形であっても差し支えない。超微細酸化チタン(t) は粉体またはゾルの形態で入手でき、通常は粉体で用いるが（このときのＢＥＴ比表面積は１５０m2/g以上、殊に１８０m2/g以上、さらには２００m2/g以上であることが好ましい）、ゾルであってもよい。
【００２５】
上記の超微細酸化チタン(t) は、そのままで本発明の目的に使用することができるが、その表面を金属または金属化合物で修飾して修飾超微細酸化チタン(t')としたものが、脱臭性能が一段と高まるので、本発明の目的にはより好適である。ここで修飾剤としての金属または金属化合物としては、金、銀、銅、白金、亜鉛、ケイ素、鉄などの金属や、これらの金属の酸化物や水酸化物があげられる。特に好ましい修飾剤は酸化亜鉛（または酸化亜鉛と酸化ケイ素）である。修飾は、種々の方法により行うことができ、たとえば特開平６−１９９５２４号公報に記載の方法を採用することができる。酸化亜鉛で修飾する場合の一例をあげると、超微細酸化チタン(t) の分散液と、塩化亜鉛、硫酸亜鉛、硝酸亜鉛などの亜鉛の塩と、アルカリ物質の水溶液とを混合し、ついで中和して析出させ、必要に応じて洗浄した後、乾燥する。
【００２６】
修飾超微細酸化チタン(t')における超微細酸化チタン(t) と、修飾剤である金属または金属化合物との重量比は、通常は６５：３５〜９９：１、好ましくは７０：３０〜９８：２、さらに好ましくは７５：２５〜９７：３の範囲から選ばれる。修飾剤の割合がこの範囲より少ないときは修飾による脱臭効果の向上が少なく、一方修飾剤の割合が余りに多いときはかえって脱臭効果が小さくなる。
【００２７】
本発明において、光触媒酸化チタン (T) が担持された基材シート (1a) は、光触媒酸化チタン(T) と、その光触媒酸化チタン(T) を担持するための無機質系填料(F) と、抄紙能を有する有機繊維質材料(P) とを必須の構成成分とする抄紙物（つまり紙）からなる。
【００２８】
無機質系填料(F) は、光触媒酸化チタン(T) を担持するためのものであるが、一般の無機質填料は光触媒酸化チタン(T) を吸着固定する能力に大きな差があるので、セピオライト、シリカゲル、ベントナイト、ゼオライト、硫酸マグネシウムおよび活性炭よりなる群から選ばれた少なくとも１種を用いる（特にセピオライトが重要である）ことが望ましい。そのような特定の填料を用いると、紙中の光触媒酸化チタン(T) の含有量を大幅に向上させることができる。この無機質系填料(F) は、粉体状、微粉に近い繊維状、ウイスカー状のいずれであってもよい。
【００２９】
上記無機質系填料(F) の光触媒酸化チタン(T) の吸着固定能は、両者を水中で混合したときの凝集速度や凝集状態で確認することができる。また、抄紙後の紙を高倍率（１０００〜３０００倍程度）で顕微鏡観察することによっても確認することができる。ここで言う固定能は、填料そのものに光触媒酸化チタン(T) を吸着固定する能力があるということで、定着剤や凝集剤で強制的に固定したものは、経時的に酸化チタンの脱落等が発生し、好ましい結果が得られない傾向がある。
【００３０】
なお、水酸化アルミニウム、カオリン、炭酸カルシウム、タルクなどの無機質は、光触媒酸化チタン(T) の吸着固定能力が小さいので、これらを併用することは差し支えないが、上記の無機質系填料(F) の代替の意味はほとんど有しない。
【００３１】
抄紙能を有する有機繊維質材料(P) としては、通常のパルプが好適に用いられるが、抄紙能を有する限りにおいて他の有機繊維質を用いることもできる。
【００３２】
抄紙にあたっては、上述の光触媒酸化チタン(T) 、無機質系填料(F) 、および有機繊維質材料(P) と共に、他の補強繊維、たとえばガラス繊維、セラミックス繊維、合成繊維などを加えてもよい。また、有機質または無機質のバインダーを適当量添加してもよい。そのほか、通常の抄紙に際して添加される種々の助剤ないし添加剤を添加することもできる。
【００３３】
抄紙後の抄紙物全体に占める光触媒酸化チタン(T) と無機質系填料(F) との合計量は、５〜９０重量％、殊に１０〜７０重量％、なかんずく２０〜６０重量％とすることが好ましい。無機質系填料(F) に対する光触媒酸化チタン(T) の重量比は、0.02〜２０、特に 0.1〜１０、なかんずく 0.5〜５とすることが好ましい。光触媒酸化チタン(T) の過少は脱臭効果や抗菌効果の不足を招き、その許容限度を越える過多は紙強度の低下を招く。無機質系填料(F) が余りに少ないときは光触媒酸化チタン(T) の必要量を吸着固定させることが難しく、余りに多いときは相対的に光触媒酸化チタン(T) の割合が小さくなるので、その分だけ脱臭効果や抗菌効果が不足するようになる。
【００３４】
抄紙物全体に占める有機繊維質材料(P) の割合は、５〜９０重量％、殊に１０〜６０重量％、なかんずく１０〜４０重量％とすることが好ましい。有機繊維質材料(P) の過少は紙強度の不足を招き、その過多は光触媒酸化チタン(T) および無機質系填料(F) の割合の相対的な低下を招き、脱臭効果が不足するようになる。
【００３５】
抄紙は、上述の光触媒酸化チタン(T) 、無機質系填料(F) 、および有機繊維質材料(P) （必要に応じ、さらに補強繊維、バインダー、助剤、添加剤、他の脱臭用薬剤などを併用することもある）を、水に分散させた状態で常法に従って湿式抄紙することにより達成される。
【００３６】
〈気体処理用エレメントおよび気体処理装置〉
上述の光触媒酸化チタン担持有孔シート(1) は、そのまま、脱臭、抗菌などの目的の気体処理用エレメントとなる。もし必要なら、これを適当な枠体で固定したり、ラフな目の網体や孔あき薄板を当てがうことができる。光触媒酸化チタン担持有孔シート(1) は、１枚のみならず、２枚以上を重ねる用い方をすることもできる。シート(1) は、波打ちや屈曲させて使用することもできる。
【００３７】
なお、基材シート(1a)に設けた孔(1b)が立ち起こし可能な爪状の切り込みであるときは、その爪状の切り込みを立ち起こしておく。切り込みは基材シート(1a)の片面側に立ち起こすのが通常であるが、場合によっては一部を基材シート(1a)の片面側に、一部を基材シート(1a)の他面側に立ち起こすようにすることもできる。
【００３８】
また、上記の光触媒酸化チタン担持有孔シート(1) を適当なフィルター、殊に静電フィルター(2) と重層または近接配置することによっても、気体処理用エレメントとすることができる。
【００３９】
ここで静電フィルター(2) とは、空気中の微粒子を静電気力によって捕集するフィルターを言う。静電フィルター(2) の好適な例は、エレクトレット繊維を用いたもの、殊にエレクトレット極細繊維層と繊維密度勾配層との２層構造からなるものである。エレクトレット繊維の静電気力は、空気中のエアロゾル荷電粒子にはクーロン力を、無荷電の中性粒子には誘起力を作用させて、エアロゾル粒子を吸引し、エレクトレット繊維上に捕集する。
【００４０】
本発明の気体処理装置は、これらの気体処理用エレメントと紫外線ランプとを組み込んだものである。気体処理装置とは、脱臭や抗菌専用の脱臭機や殺菌機のほか、空調機、空気清浄機、集塵機、除湿機、送・排風機などを指す。紫外線ランプは、光触媒酸化チタン担持有孔シート(1) の一辺側に設けるのが通常である。
【００４１】
〈作用〉
光触媒酸化チタン担持有孔シート(1) には多数の孔(1b)が設けられているので、紫外線ランプの設置個所を選ぶことにより、該シート(1) の全面に光が当たるようになるのみならず、該シート(1) からの光の漏れを小さくすることができる。加えてこのシート(1) は、嵩ばらない上、多数の孔(1b)が存在するので、圧損が小さいという利点もある。静電フィルター(2) との併用は特に有効である。
【００４２】
光触媒酸化チタン担持有孔シート(1) に担持されている光触媒酸化チタン(T) は、光の照射下においてすぐれた酸化作用を発揮し、それに接触する悪臭や有機物質をすみやかに分解する。このときの脱臭、抗菌効果は顕著であり、また通常の吸着系の脱臭剤では除去しがたい硫化水素やアンモニアのような悪臭成分も効果的に除去することができる。そして本発明の気体処理用エレメントを脱臭、抗菌に用いながら光照射するか、脱臭、抗菌に用いたのち光照射すれば、脱臭、抗菌能力が回復するので、繰り返し再使用することができる。
【００４３】
光触媒酸化チタン(T) が修飾超微細酸化チタン(t')であるときの酸化亜鉛などの修飾剤は、臭気成分等を一旦吸着捕捉し、超微細酸化チタン(t) による臭気成分等の酸化分解を助ける役割を果たすものと考えられる。そのため、修飾剤の修飾量が適切である限り、超微細酸化チタン(t) よりも修飾超微細酸化チタン(t')の方が一段と脱臭、抗菌効率が増す。
【００４４】
本発明においては、光触媒酸化チタン(T) が担持された基材シート(1a)として、光触媒酸化チタン(T) と、その光触媒酸化チタン(T) を担持するための無機質系填料(F) と、抄紙能を有する有機繊維質材料(P) とを必須の構成成分とする抄紙物を用いている。無機質系填料(F) は光触媒酸化チタン(T) を有効に吸着固定する役割を果たす。そして無機質系填料(F) に吸着固定された光触媒酸化チタン(T) は、光の照射下においてすぐれた酸化作用を発揮し、光触媒酸化チタン(T) に接触する悪臭や有機物質を分解する。この場合、光触媒酸化チタン(T) は無機質系填料(F) に吸着固定した状態で紙中に存在するので、パルプなどの有機繊維質材料(P) に対する光触媒酸化チタン(T) の接触部分は僅少であり、光照射がなされても、有機物である有機繊維質材料(P) が存在しているにかかわらず抄紙物の劣化が極めて小さい。またこの抄紙物は、それを構成する各成分の種類や量を選ぶことにより、難燃性ないし不燃性とすることもできる。
【００４５】
【実施例】
次に実施例をあげて本発明をさらに説明する。以下「部」とあるのは重量部である。
【００４６】
図１は光触媒酸化チタン担持有孔シート(1) からなる本発明の気体処理用エレメントの一例を示した平面図である。図２は図１の気体処理用エレメントを組み込んだ気体処理装置の模式図である。
【００４７】
〈基材シート(1a)〉
修飾超微細酸化チタン(t')（光触媒酸化チタン(T) の一例）として石原産業株式会社製の光触媒用酸化チタン「ＳＴ−３１」（結晶形：アナタース、１１０℃乾燥品のＴｉＯ2 含量：８１重量％、ＺｎＯ含量：１４重量％、Ｘ線粒径：７nm、ＢＥＴ比表面積：２６０m2/g）３０部、無機質系填料(F) としてセピオライト７部と粒径１０数μm の活性炭２０部、有機繊維質材料(P) としてパルプ２０部を用い、さらに補強繊維としてセラミックス繊維８部、バインダーとしてアルミナゾル５部、ラテックスエマルジョン６部および有機繊維状バインダー４部を用い、常法に従って湿式抄紙を行った。これにより、光触媒酸化チタン(T) が担持された基材シート(1a)が得られた。坪量は１７１g/m2、厚みは0.29mm、密度は0.59g/cm3 、引張強度は 2.7kg/15mm であった。
【００４８】
〈光触媒酸化チタン担持有孔シート(1) 〉
上記で得た基材シート(1a)に、図１のように直径５mmの円形の孔(1b)をあけた。これにより、開孔率３０％の光触媒酸化チタン担持有孔シート(1) が得られた。
【００４９】
〈気体処理用エレメントおよび気体処理装置〉
上記で得た光触媒酸化チタン担持有孔シート(1) を所定の寸法にカットした後、枠体(4) で固定して気体処理用エレメント(3) となした（この際、片面または両面に目の粗い網体などを当てて補強することもできる）。ついで家庭用の空気清浄機を改良したものに、この気体処理用エレメント(3) と紫外線ランプ(5) とを組み込んで、図２の気体処理装置となした。
【００５０】
図２のように、紫外線は白抜き矢印の方向から照射されるので、気体処理用エレメント(3) の片面の全面に紫外線が当たり、しかも紫外線の前方への漏れは小さい。そして実際に使用したときの脱臭、抗菌効果は、極めて好ましいものであった。
【００５１】
〈脱臭試験その１／静的試験〉
上記で得た光触媒酸化チタン担持有孔シート(1) を１００mm×１００mmの大きさに裁断し、樋状に湾曲させた状態で、４Ｗの紫外線ランプ（ブラックライト）(5) を覆うようにランプから若干離して固定した。このように光触媒酸化チタン担持有孔シート(1) をセットした紫外線ランプ(5) を悪臭成分（アンモニア、アセトアルデヒド、酢酸、トリメチルアミン、メチルメルカプタン、硫化水素、スチレン）と共に容積５リットルの撹拌機付きガラス容器内に密封し、一定温度（３５〜３７℃）で所定時間放置してから、残留ガス濃度を検知管にて測定した。
【００５２】
試験結果を表１に示す。繰り返し回数ｎは５とし（０ppm の結果が３回連続して得られたときは３回で打ち切り）、最大値および最小値を除いて平均し、平均値とした。除去率は、空試験のそれぞれの時間（１hr、３hr、５hr）に対応するデータに対するものである。
【００５３】
【表１】
アンモニア
試験法 平均値 (ppm) ／除去率 (%)
悪臭ガス １ hr ３ hr ５ hr
アンモニア 空試験 360／基準 313／基準 327／基準
ＵＶ照射なし 167／53.6 83／73.5 63／80.7
ＵＶ照射あり 113 ／ 68.6 8 ／ 97.4 3 ／ 99.1
アセトアルデヒド 空試験 317／基準 333／基準 317／基準
ＵＶ照射なし 117／63.1 92／72.4 72／77.3
ＵＶ照射あり 11 ／ 96.5 1 ／ 99.7 0 ／ 100
酢酸 空試験 327／基準 367／基準 343／基準
ＵＶ照射なし 17／94.8 6／98.4 4／98.8
ＵＶ照射あり 4 ／ 98.8 3 ／ 99.2 2 ／ 99.4
トリメチルアミン 空試験 313／基準 327／基準 300／基準
ＵＶ照射なし 47／85.0 42／87.2 38／87.3
ＵＶ照射あり 17 ／ 94.6 2 ／ 99.4 0 ／ 100
メチルメルカプタ 空試験 310／基準 310／基準 323／基準
ン ＵＶ照射なし 11／96.5 2／99.4 0／100
ＵＶ照射あり 2 ／ 99.4 1 ／ 99.4 0 ／ 100
硫化水素 空試験 317／基準 310／基準 320／基準
ＵＶ照射なし 0／100 0／100 0／100
ＵＶ照射あり 0 ／ 100 0 ／ 100 0 ／ 100
スチレン 空試験 313／基準 300／基準 333／基準
ＵＶ照射なし 12／96.2 5／98.3 0／100
ＵＶ照射あり 10 ／ 96.8 5 ／ 98.3 0 ／ 100
【００５４】
表１から、本発明の気体処理用エレメントは、紫外線を照射しなくても悪臭成分の除去性がすぐれているが、紫外線照射を行うことによりさらに悪臭成分の除去性が向上することがわかる。
【００５５】
〈脱臭試験その２／繰り返し試験〉
上記で得た光触媒酸化チタン担持有孔シート(1) を１００mm×１００mmの大きさに裁断し、樋状に湾曲させた状態で、４Ｗの紫外線ランプ（ブラックライト）(5) を覆うようにランプから若干離して固定した。このように光触媒酸化チタン担持有孔シート(1) をセットした紫外線ランプ(5) を悪臭成分（アンモニア、アセトアルデヒド、酢酸、トリメチルアミン、メチルメルカプタン、硫化水素、スチレン）約３００ppm と共に容積５リットルの撹拌機付きガラス容器内に密封し、一定温度（３５〜３７℃）で２時間後に濃度測定を行ってから悪臭ガスのパージを行い、以下、一定温度（３５〜３７℃）で、２時間ごとに悪臭ガスの注入→濃度測定→悪臭ガスのパージの操作を繰り返して、脱臭性能の劣化の有無を調べた。残留ガス濃度は、検知管にて測定した。
【００５６】
試験結果を表２に示す。除去率は空試験に対するものである。空試験では紫外線照射を行っていない。
【００５７】
【表２】
ＵＶ 除去率 (%)
悪臭ガス 照射 １回目 ２回目 ３回目 ４回目 ５回目 ６回目
アンモニア なし 78.5 60.2 49.6 40.0 42.3 36.1
あり 98.0 98.3 97.4 97.9 98.2 97.5
アセトアルデヒド なし 70.6 52.1 28.8 11.4 0.0 0.0
あり 100 99.6 99.4 100 98.9 99.2
酢酸 なし 96.5 95.2 93.6 87.2 82.6 78.9
あり 98.8 97.5 98.0 96.6 92.8 90.1
トリメチルアミン なし 88.4 76.7 50.6 39.6 32.5 30.2
あり 98.7 95.3 86.4 80.6 68.2 60.8
メチルメルカプタン なし 99.5 94.6 90.5 86.4 81.3 75.8
あり 100 98.2 94.8 92.3 90.2 89.6
硫化水素 なし 100 100 100 100 100 99.7
あり 100 100 100 100 100 100
スチレン なし 97.8 92.6 52.7 40.4 10.2 4.8
あり 98.7 98.0 86.4 54.3 33.4 30.6
【００５８】
表２から、本発明の光触媒酸化チタン担持有孔シート(1) を用いた脱臭のための気体処理用エレメントは、繰り返し使用したときの悪臭成分の除去性もすぐれており、従って、一度設置すれば長期にわたって使用できることがわかる。
【００５９】
実施例２
図３は光触媒酸化チタン担持有孔シート(1) からなる本発明の気体処理用エレメントの他の一例を示した平面図である。
【００６０】
円形の貫通孔に代えて、基材シート(1a)に、立ち起こし可能な爪状の切り込みからなる多数の孔(1b)を設けた。これにより、立ち起こし状態の開孔率が３０％の光触媒酸化チタン担持有孔シート(1) が得られた。この光触媒酸化チタン担持有孔シート(1) を用いて実施例１と同様の試験を行ったところ、爪の部分だけ有孔面積が増えるため、実施例１を上回る効果が得られた。
【００６１】
実施例３
図４は光触媒酸化チタン担持有孔シート(1) と静電フィルター(2) とを用いた気体処理用エレメントを組み込んだ気体処理装置の一例を示した模式図である。
【００６２】
エレクトレット極細繊維層と繊維密度勾配層との２層構造からなるエアフィルター（東洋紡績株式会社製の「ＥＬＩＴＯＬＯＮ ＥＦ−Ａ−８１００」）を重層したエレメントを用いたほかは、実施例１と同様にして気体処理装置を組み立てた。初期圧損は、処理風速が３０cm/minのときが 0.7mmAq、５０cm/minのときが 1.0mmAq、８０cm/minのときが 1.3mmAqと小さいものであった。
【００６３】
実施例４
超微細酸化チタン(t) （光触媒酸化チタン(T) の一例）として石原産業株式会社製の光触媒用酸化チタン「ＳＴ−０１」（結晶形：アナタース、１１０℃乾燥品のＴｉＯ2 含量：９５重量％、Ｘ線粒径：７nm、ＢＥＴ比表面積：３２０m2/g）３０部、無機質系填料(F) としてセピオライト７部と粒径１０数μm の活性炭２０部、有機繊維質材料(P) としてパルプ２０部を用い、さらに補強繊維としてセラミックス繊維８部、バインダーとしてアルミナゾル５部、ラテックスエマルジョン６部および有機繊維状バインダー４部を用い、常法に従って湿式抄紙を行った。これにより、坪量１７０g/m2、厚み0.28mm、密度0.61g/cm3 、引張強度 2.8kg/15mm の酸化チタン含有紙が得られた。
【００６４】
上記で得た基材シート(1a)に、図１のように直径５mmの円形の孔(1b)をあけた。これにより、開孔率３０％の光触媒酸化チタン担持有孔シート(1) が得られた。
【００６５】
上記で得た光触媒酸化チタン担持有孔シート(1) を所定の寸法にカットした後、枠体(4) で固定して気体処理用エレメント(3) となした。ついで家庭用の空気清浄機を改良したものに、この気体処理用エレメント(3) と紫外線ランプ(5) とを組み込んで、図２の気体処理装置となした。これを実際に使用したときの脱臭効果は、実施例１に準ずるものであった。
【００６６】
実施例５〜７
無機質系填料(F) として、セピオライト２５部（実施例５）、ベントナイト２０部（実施例６）、硫酸マグネシウム１０部とセピオライト１０部（実施例７）を用いたほかは実施例１を繰り返して光触媒酸化チタン担持有孔シート(1) を得、さらには気体処理用エレメント(3) を作製した。これらの場合も良好な脱臭効果が得られた。
【００６７】
実施例８〜１０
修飾超微細酸化チタン(t')（光触媒酸化チタン(T) の一例）として石原産業株式会社製の光触媒用酸化チタン「ＳＴ−３１」（結晶形：アナタース、１１０℃乾燥品のＴｉＯ2 含量：８１重量％、ＺｎＯ含量：１４重量％、Ｘ線粒径：７nm、ＢＥＴ比表面積：２６０m2/g）３０部、無機質系填料(F) としてセピオライト５部と粒径１０数μm の活性炭２０部、バインダーとしてのアルミナゾル１０部、ラテックスエマルジョン３０部および有機繊維状バインダー５部を水３００部に投入して混合し、固形分濃度２５重量％のコーティング液を調製した。
【００６８】
このコーティング液を、坪量７５g/m2のクラフト紙（実施例８）、ポリエステル／ポリエチレンからなる厚み１００μm のラミネートフィルム（実施例９）、ポリエチレン被覆アルミニウム箔（実施例１０）にコーティングしてから乾燥し、厚み約５μm のコーティング層を形成した。
【００６９】
これを基材シート(1a)として用い、実施例１と同様にして光触媒酸化チタン担持有孔ート(1) を作製し、気体処理用エレメント(3) となしてから、家庭用の空気清浄機を改良したものにこの気体処理用エレメント(3) と紫外線ランプ(5) とを組み込んで気体処理装置となした。これを実際に使用したときの脱臭効果は、実施例１に準ずるものであった。
【００７０】
【発明の効果】
基材シート(1a)に担持した光触媒酸化チタン(T) （微細酸化チタン(t) または修飾超微細酸化チタン(t')、特に後者）は、光の照射下においてすぐれた酸化作用を発揮し、それに接触する悪臭や有機物質をすみやかに分解するという性質を有する。このときの脱臭効果、抗菌効果は顕著であり、また通常の吸着系の脱臭剤では除去しがたい硫化水素やアンモニアのような悪臭成分も効果的に除去することができる。基材シート(1a)として紙を用いた場合であっても劣化を防止することが可能である。
【００７１】
光触媒酸化チタン担持有孔シート(1) を用いた本発明の気体処理用エレメントおよび気体処理装置にあっては、エレメントの全面に紫外線が届き、従って良好な脱臭能、抗菌能が発揮される。光の漏れも小さくすることができる。またこの気体処理用エレメントは、
嵩張りが小さい上、圧損が小さく、製造コストも最小限に抑えられるという利点もある。
静電フィルター(2) との併用は特に有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 光触媒酸化チタン担持有孔シート(1) からなる本発明の気体処理用エレメントの一例を示した平面図である。
【図２】 図１の気体処理用エレメントを組み込んだ気体処理装置の模式図である。
【図３】 光触媒酸化チタン担持有孔シート(1) からなる本発明の気体処理用エレメントの他の一例を示した平面図である。
【図４】 光触媒酸化チタン担持有孔シート(1) と静電フィルター(2) とを用いた気体処理用エレメントを組み込んだ気体処理装置の一例を示した模式図である。
【符号の説明】
(1) …光触媒酸化チタン担持有孔シート、
(1a)…基材シート、(1b)…孔、
(2) …静電フィルター、
(3) …気体処理用エレメント、
(4) …枠体、
(5) …紫外線ランプ
Claims (6)
- Ｘ線粒径１００nm以下の超微細酸化チタン(t) またはその超微細酸化チタン(t) の表面を金属または金属化合物で修飾した修飾超微細酸化チタン(t')からなる光触媒機能を有する光触媒酸化チタン(T) が担持された基材シート(1a)に、貫通孔または立ち起こし可能な爪状の切り込みからなる多数の孔(1b)が設けられた構成を有する光触媒酸化チタン担持有孔シート(1) からなること、
前記の光触媒酸化チタン (T) が担持された基材シート (1a) が、光触媒酸化チタン (T) と、その光触媒酸化チタン (T) を担持するための無機質系填料 (F) と、抄紙能を有する有機繊維質材料 (P) とを必須の構成成分とする抄紙物からなること、および、
前記光触媒酸化チタン担持有孔シート (1) の開孔率が１０〜４５％で、個々の孔 (1b) の面積が４〜１００ mm 2 であること
を特徴とする気体処理用エレメント。 - 抄紙物全体に占める光触媒酸化チタン(T) と無機質系填料(F) との合計量が５〜９０重量％であり、無機質系填料(F) に対する光触媒酸化チタン(T) の重量比が0.02〜２０であり、有機繊維質材料(P) の割合が５〜９０重量％である請求項１記載の気体処理用エレメント。
- 無機質系填料(F) が、セピオライト、シリカゲル、ベントナイト、ゼオライト、硫酸マグネシウムおよび活性炭よりなる群から選ばれた少なくとも１種の無機質系填料である請求項１記載の気体処理用エレメント。
- 修飾超微細酸化チタン(t')における超微細酸化チタン(t) と、修飾剤である金属または金属化合物との重量比が、６５：３５〜９９：１である請求項１記載の気体処理用エレメント。
- 請求項１の気体処理用エレメントと静電フィルター(2) とを重層または近接配置した気体処理用エレメント。
- 請求項１または５の気体処理用エレメントと紫外線ランプとを組み込んだ気体処理装置。
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