JP3991776B2

JP3991776B2 - 光触媒フィルター

Info

Publication number: JP3991776B2
Application number: JP2002171095A
Authority: JP
Inventors: 恵一郎吉田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-06-12
Filing date: 2002-06-12
Publication date: 2007-10-17
Anticipated expiration: 2022-06-12
Also published as: JP2004016832A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気浄化装置等に用いる通気性に優れたハニカム状の光触媒フィルターに関し、更に詳しくは、ハニカムの各セルの奥まで光を到達させるための光触媒フィルターの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、悪臭を脱臭する方法として、光触媒とランプとを用いて、脱臭機能を果たすようにした技術が開発されている。光触媒は光エネルギーを化学エネルギーに変える物質であり、この脱臭技術では、ランプから紫外線を光触媒に照射してその光エネルギーにて光触媒を活性化させ、酸化反応を促進させて悪臭物質を無臭物質に変換している。
【０００３】
より詳細には、紫外線照射によって光触媒が励起されると、光触媒から電子が飛び出し表面に吸着した酸素を攻撃してＯ₂を生成し、また、正孔が空気中の水分を攻撃して、ＯＨラジカルを生成し、これらの活性種により悪臭物質の酸化反応が促進され、種々の悪臭物質が、具体的には水蒸気、二酸化炭素などの無臭物質まで最終的に分解されるため、光触媒を利用した脱臭は非常に優れたものである。
【０００４】
このような脱臭に用いられる光触媒フィルターは、ハニカム状に形成することが好ましく、従来行なわれている。ハニカム状の光触媒フィルターは通気性に優れ、空気の通過面積当たりまたは単位体積当たりの光触媒担持面積が大きいという特徴を有し、脱臭速度が速くなる効果がある。市販されている光触媒方式の空気浄化装置等においても、ハニカム状の光触媒フィルターが採用される場合が多い。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図３は、ハニカム状の光触媒フィルター１に紫外線ランプ等の光源から光を照射した場合の光の到達領域を表す説明図である。図に示すように、セルの奥側においては光の当たらない領域が大きく、その部分が活性化されないため、空気を浄化する性能が充分に発揮されないという問題点がある。
【０００６】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて成されたものであり、その目的は、通気性に優れたハニカム状の光触媒フィルターにおいてセルの奥まで光が届き、活性領域の広い光触媒フィルターを提供することにある。
【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、下記の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の発明では、金属板（１ａ）をハニカム状に形成し、光触媒（２）を担持させたハニカム状フィルター（１）において、金属板（１ａ）に多数の小突起（１ｂ）形成しておき、その小突起（１ｂ）の先端側が露出するように光触媒（２）を担持させたことを特徴とする。
【００１３】
これは上記したように、光触媒（２）を含む液の表面張力により小突起（１ｂ）の先端側に光触媒（２）が付かない部分ができ、その部分が露出することにより光の反射がなされる。また、金属板（１ａ）を水平に置いて液面を調節することで、小突起（１ｂ）の先端側に光触媒（２）を付けないという方法でも良い。
【００１４】
これにより、各セル（Ｃ）の入口から入った光が、光触媒（２）から露出した小突起（１ｂ）の先端側に反射を繰り返して奥まで届くことから、活性領域の広い光触媒フィルターとすることができる。ちなみに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、本発明の実施形態を、図面に基づき説明する。図１の（ａ）は本発明の第１実施形態における光触媒フィルター１の斜視図と、セルＣ内面を表す拡大説明図であり、（ｂ）は（ａ）のセルＣ内面における光触媒２と反射部材３との担持状態を表す局所拡大説明図である。本発明の光触媒フィルター１は、通気性に優れたハニカム状であり、各セルＣの内面に光触媒２を担持させたものである。
【００１６】
本発明に係わる光触媒２は、励起光を照射することによって光触媒反応をもたらし、抗菌、抗ウイルス、防黴、脱臭、防汚などの機能を発現する素材である。特にその抗菌性は優れたものであり、細菌の増殖を抑えるだけでなく、細菌が死滅する際に発生する毒素を分解して無害化し、また、細菌の死骸をも分解するため、その効果は従来の無機系抗菌剤などのように短期間で低下することがなく永続すると言われている。
【００１７】
本発明に係わる光触媒２としては、▲１▼：マンガン・鉄・アルミニウムの酸化物や複合化した酸化物、▲２▼：▲１▼に対しコバルト・銅・ニッケルを複合化した酸化物、▲３▼：アルミニウム・マグネシウムの酸化物、▲４▼：▲２▼とマグネシウム・ジルコニウム・亜鉛・セリウム・カルシウム・リチウムを複合化した酸化物、▲５▼：セピオライトおよび▲１▼〜▲４▼の触媒をこれに担持したもの、▲６▼：アルミニウム・マグネシウム・ジルコニウム・亜鉛・セリウム・カルシウム・リチウムの酸化物をあらかじめ担持したものに▲１▼▲２▼を担持したもの（但し担持体物質については特に限定する必要はない）、▲７▼：酸化チタン、▲８▼：▲１▼〜▲７▼に白金粒子触媒を混合したもの等の金属酸化物粒子が挙げられる。
【００１８】
中でも、酸化チタンはその構造安定性、光反応性有害物除去機能、更には取扱い上の安全性等から生活空間において使用するには最も適しており、また、酸化亜鉛は励起光が照射されない環境下でも抗菌性を有しており、この両者は本発明の光触媒２として有利に用いられる。
【００１９】
本発明に係わる酸化チタンは、白色顔料として用いられる汎用の二酸化チタン（但し、耐候処理が全くまたは部分的にしかされていないもの）の他、メタチタン酸・オルトチタン酸・含水酸化チタン・水和酸化チタン・水酸化チタンおよび過酸化チタン等のチタン酸化物や水酸化物などが挙げられる。
【００２０】
中でも一次粒径が数十ｎｍ程度で、アナターゼ結晶構造を有する微粒子酸化チタンは、比較的安価で性能の優れた光触媒である。但し、本発明に係わる酸化チタンはアナターゼ結晶構造に限定されるものではなく、光触媒機能を有するものであれば、ルチルやブルカイトなどの結晶構造を有するものや非晶性酸化チタンであっても良い。
【００２１】
酸化チタンの形状として、立方体状・球状・真球状・薄片状またはナノクラスターなどが挙げられる。上記のチタン化合物以外にも、チタニウムアルコキシドやチタニウムキレートなどの有機チタネートを用いても良く、均一性が高く、且つ透明性の高い光触媒膜を形成することが可能である。
【００２２】
本発明に用いられる酸化チタンは、硫酸法や塩素法など従来の製法で作製されるもの以外に、可視光に対応するなどの高機能化が達成される製法または後処理、例えばマグネトロンスパッター蒸着法・高周波熱プラズマＣＶＤ法・パルス電解処理による薄膜作製法・Ｘ線照射処理・低温プラズマ処理などによって製造または加工されたものでも良い。
【００２３】
これらの酸化チタンの表面および結晶構造の内部に、Ｐｔ・Ａｕ・Ａｇ・Ｃｕ・Ｐｄ・Ｎｉ・Ｃｏ・Ｆｅ・Ｚｎ・Ｍｏ・Ｉｒ・Ｂｉ・Ｗ・Ｏｓ・Ｒｈ・Ｎｂ・Ｚｒ・Ｓｎ・Ｖ・ＣｒおよびＲｕ等の種々の金属、そのイオンまたはその酸化物などの化合物を担持あるいはドーピングさせたりして複合しても良い。
【００２４】
このような金属、そのイオンまたはその酸化物などの化合物を酸化チタンなどの光触媒に複合する方法として、光触媒および複合しようとする物質の原料金属を蒸発気化させた後に酸素など反応させようとする所定の物質を含む雰囲気下で処理して固化する方法・加速器等を用いて高エネルギー化した金属イオンビームを注入する方法・インターカレーションによって層間包摂する方法などが挙げられるが、特にこれらに限定されるものではない。
【００２５】
また、本発明に係わる光触媒２はシリカまたはアルミナ−シリカなどの多孔性物質によって被覆されたマイクロカプセル化光触媒であっても良く、光触媒が基材と直接接触することがなく担持性に優れ、また、被覆物である多孔性物質が吸着剤として機能する場合があるため好ましい。
【００２６】
本発明の光触媒フィルター１におけるハニカムは、通常用いられる材料によって作製される。その種類は限定されることはないが、例えば、各種の紙・不織布・樹脂フィルムなどのシート・セラミック・ガラス・金属・木材などを用いることができる。本発明においては、光触媒を担持した繊維状シート、例えば紙・不織布・布帛などは多孔質構造であり、光触媒２と臭気物質との接触の機会が多いため、特に好ましい。
【００２７】
上記の各種材料に光触媒２を担持させて、本発明の光触媒フィルター１とするには、例えば、各種の紙・不織布・樹脂フィルムなどのシートは、光触媒を抄き込み・含浸・練り込みなどの各種の方法により、担持させた後、ハニカム状に加工して、光触媒フィルター１を作製することができる。
【００２８】
また、酸化チタン・酸化亜鉛などの光触媒２を、そのままハニカムの構成材料として光触媒フィルター１を作製してもよい。また、予めハニカム状に加工した構造体に、各種の光触媒２を担持させて光触媒フィルター１を作製してもよい。
【００２９】
本発明の光触媒フィルター１は、予めハニカム状に加工した構造体に光触媒２を担持して作製する場合には、ハニカム状構造体が下記に挙げるような各種脱臭剤、中でも吸着剤を含有することが好ましい。また、光触媒２は使用時に光が照射される面に散布して担持することが好ましく、光触媒担持量が均一となるように光触媒２を散布しても良く、または励起光が照射される部分の光触媒担持量を高密度化するように光触媒フィルター１を用いる際の励起光の照射と角度を合わせて光触媒２を散布しても良い。
【００３０】
本発明の光触媒フィルター１は、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、脱臭剤・抗菌剤・防黴剤・抗ウイルス剤・防虫剤・殺虫剤・害虫忌避剤・芳香剤などの各種薬剤を併用しても良く、これらの各種薬剤は光触媒２と併用担持しても良い。
【００３１】
本発明の光触媒フィルター１は、光触媒性能を低下させる硫酸イオンや硝酸イオンなどを洗浄除去できるように水洗可能であることが好ましい。水洗可能性を得るために、ハニカムを作製する際の接着剤は適度な耐水性を有することが好ましく、また、光触媒２または所望により含有させる脱臭剤などの各種薬品は、水中に流出しないように担持することが好ましい。
【００３２】
本発明の光触媒フィルター１は、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、防虫・殺虫・害虫忌避・芳香・除湿・調湿・水分透過・油吸着・陽イオン除去または陰イオン生成などの各種機能を有しても良い。
【００３３】
本発明の光触媒フィルター１には浄化しようとする流体を通過させることができる。該流体が気体の場合には、通気手段は特に限定されるものではなく、シロッコ型・軸流型・プロペラ型・ターボ型・ラジアル型・クロスフロー型などの各種ファンモータなどの送風機を用いる方法、自然風または換気扇等の排気ファンやエアコン等の空調機などが発する風を利用する方法、熱対流による方法、乗用車などの移動に伴って生じる気流を利用する方法などが挙げられる。一方、本発明の光触媒フィルター１は、その受光性を活かして、装置の内壁などに設置して流体を通過させない部材として用いても良い。
【００３４】
本発明の光触媒フィルター１に励起光を照射する方法としては、ブラックライト・捕虫灯・健康ランプ・殺菌灯・一般照明用の蛍光灯・高圧水銀ランプ・メタルハライドランプ・高圧ナトリウムランプ・紫外線ＬＥＤなど専用の光源を設けて照射することが好ましいが、専用光源以外にも、光触媒方式の空気清浄化装置が内蔵する光源が発する直接光や反射光等の間接光や多孔質フィルター等からもれる漏洩光の照射、蛍光灯などの室内照明光の照射、および屋外や窓際での日光の照射などを利用することができる。
【００３５】
光触媒励起光の照射は連続または断続のいずれを採ることも可能であり、特に、光源を保有しない装置の内部に設置されて使用中に励起光が当たらない場合には、装置の停止中などに一時的に日光や室内照明光を照射する手段もある。
【００３６】
次に、本実施形態での特徴を述べる。光触媒２を担持させたハニカム状フィルター１において、各セルＣの内面に、光触媒２と一緒に微小な反射部材３を担持させている。本発明は、ガラス面や金属面で光が反射することに着目し、これらの素材から光を反射する微小な反射部材３を形成し、光触媒２の露出を妨げない程度に各セルＣの内面に配置したものである。これにより、各セルＣの入口から入った光が反射部材３に反射を繰り返して奥まで届くことから、活性領域の広い光触媒フィルターとすることができる。
【００３７】
また、本発明の反射部材３は、ガラスや石英の粉末か箔の小片である。このような耐熱性のある素材を反射部材３として用いることにより、光触媒２をハニカムに担持させる際、光触媒２を含む液の中にこれらの反射部材３を混合しておき、その液中にハニカムを浸漬し含浸させてから炉で焼成することで、反射部材３各セルＣの内面に光触媒２と一緒に微小な反射部材３を、容易に担持させることができる。
【００３８】
この際、反射部材３をある程度の粒子径としておくことにより、液の表面張力で反射部材３の粒子に光触媒２が付かない部分ができ、その部分が露出することにより光の反射がなされる。
【００３９】
また、本発明の反射部材３は、セルＣの内面に光触媒２によって固定されている。これは上記したように、光触媒２をハニカムに担持させる際、光触媒２を含む液の中に反射部材３を混合しておき、その液中にハニカムを浸漬し含浸させてから炉で焼成することで、各セルＣの内面に光触媒２と一緒に微小な反射部材３を、容易に固定することができる。
【００４０】
（第２実施形態）
図２は、本発明の第２実施形態における光触媒フィルター１の構造を表す説明図である。上述の第１実施形態と異なるのは、金属板１ａをハニカム状に形成して光触媒２を担持させたハニカム状フィルター１であり、金属板１ａに多数の小突起１ｂが形成してある。そして、その小突起１ｂの先端側が露出するように光触媒２を担持させている。
【００４１】
これは上述したように、光触媒２を含む液の表面張力により小突起１ｂの先端側に光触媒２が付かない部分ができ、その部分が露出することにより光の反射がなされる。また、金属板１ａを水平に置いて液面を調節することで、小突起１ｂの先端側に光触媒２を含む液を付けないという方法でも良い。これにより、各セルＣの入口から入った光が、光触媒２から露出した小突起１ｂの先端側に反射を繰り返して奥まで届くことから、活性領域の広い光触媒フィルターとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の第１実施形態における光触媒フィルターの斜視図と、セル内面を表す拡大説明図であり、（ｂ）は（ａ）のセル内面における光触媒と反射部材との担持状態を表す局所拡大説明図である。
【図２】本発明の第２実施形態における光触媒フィルターの構造を表す説明図である。
【図３】ハニカム状の光触媒フィルターに紫外線ランプ等の光源から光を照射した場合の光の到達領域を表す説明図である。
【符号の説明】
１光触媒フィルター（ハニカム状フィルター）
１ａ金属板
１ｂ小突起
２光触媒
３反射部材
Ｃセル

Claims

金属板（１ａ）をハニカム状に形成し、光触媒（２）を担持させたハニカム状フィルター（１）において、
前記金属板（１ａ）に多数の小突起（１ｂ）形成しておき、その小突起（１ｂ）の先端側が露出するように前記光触媒（２）を担持させたことを特徴とする光触媒フィルター。