JP4030234B2

JP4030234B2 - 空気浄化方法

Info

Publication number: JP4030234B2
Application number: JP25498899A
Authority: JP
Inventors: 信也火置
Original assignee: Mitsubishi Paper Mills Ltd
Current assignee: Mitsubishi Paper Mills Ltd
Priority date: 1999-09-09
Filing date: 1999-09-09
Publication date: 2008-01-09
Anticipated expiration: 2019-09-09
Also published as: JP2001070419A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、家庭、事業所、車室内などの各種建造物内等において、悪臭などの有害物質を除去するために用いられる空気浄化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
食品臭、たばこ臭、ペット臭、便所臭などの悪臭の成分は、多種多様であり、代表的なものとして、アンモニア、アミン類、インドール、スカトールなどの窒素化合物、硫化水素、メチルメルカプタン、硫化メチル、二硫化メチル、二硫化ジメチルなどの硫黄化合物、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒドなどのアルデヒド類、アセトンなどのケトン類、メタノール、エタノールなどのアルコール類がある。
【０００３】
従来、このような悪臭を脱臭する方法として、悪臭物質と薬剤とを化学反応させる方法、芳香剤で悪臭物質をマスキングする方法、活性炭、ゼオライトなどの吸着剤にて悪臭物質を吸着する方法、または、これらの方法を組み合わせて行う方法があった。このような各種の脱臭方法が使用されているが、薬剤及び芳香剤は、共に悪臭物質と反応した後での再生はほとんど不可能である。また、吸着剤の場合も、吸着容量が飽和すると脱臭性能は著しく低下する。従って、どのような方法においても、新しいものと定期的に交換しなければならない。
【０００４】
そこで、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空気浄化方法が開発されている。光触媒は光エネルギを化学エネルギに変える物質であり、この空気浄化方法では、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する。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。
【０００５】
このような光触媒を利用した空気浄化方法は非常に優れたものであるが、たばこ臭などの複合臭気を対象とする場合には、純ガスに比較して脱臭性が低下する問題があり、改良が求められていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、脱臭効率が高く、特に複合臭気に有効な光触媒による空気浄化方法の提供である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題を解決するため鋭意検討を重ねた結果、本発明に到達したものである。
【０００８】
（１）光触媒を用いた空気浄化方法において、光触媒による処理前に塩基性ガス除去フィルターを設け、該塩基性ガス除去フィルターの酢酸除去率が３０％以下であることを特徴とする空気浄化方法。
【０００９】
（２）上記の発明（１）において、該塩基性ガス除去フィルターが酸性ガス吸着剤を含有しないことを特徴とする空気浄化方法。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明は、光触媒を用いた空気浄化方法において、脱臭効率が高く、特に複合臭気の脱臭に優れた空気浄化方法を提供する。
【００１３】
本発明に係わる光触媒とは、０．５〜５ｅＶ、好ましくは１〜４ｅＶの禁止帯幅を有する、光触媒反応をもたらす光反応性半導体であり、励起光を照射することによって、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。
【００１４】
本発明に係わる光触媒としては、酸化亜鉛、酸化タングステン、酸化チタン、及び酸化セリウム等の金属酸化物粒子が挙げられる。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として有利に用いられる。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
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。
【００１７】
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、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。
【００１８】
本発明に係わる光触媒は基材に担持することが好ましく、光触媒を基材に担持する方法としては、基材の原料に練り混み等によって担持する方法、塗工や印刷、含浸などによって担持する方法、湿式抄造によって担持する方法、２枚以上の基材の間に封入する方法などが挙げられる。光触媒を基材に担持するに当たっては、所望により、後述する脱臭剤や抗菌剤などを併用担持しても良い。
【００１９】
本発明に係わる光触媒を担持する基材は特に限定されるものではなく、各種の紙、不織布、樹脂フィルム、金属箔などのシート、セラミクス、カーボン、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、例えば紙、不織布、布帛などの繊維状シートは多孔質構造であり、光触媒と臭気物質との接触の機会が多いため好ましい。
【００２０】
これらの基材の形状は、シート状、平板状、波板状、プリーツ状、フィルター状、フォーム状、ハニカム状、フェルト状、ネット状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。
【００２１】
本発明の空気浄化方法においては、光触媒に励起光を照射することが好ましく、ブラックライト、捕虫灯、健康ランプ、殺菌灯、高圧水銀ランプ、メタルハライドランプおよび高圧ナトリウムランプなど専用の光源を設けて照射することが好ましいが、それ以外にも、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。光触媒励起光の照射は連続または間欠のいずれを採ることも可能である。
【００２２】
本発明の空気浄化方法においては、光触媒または光触媒を担持したフィルター等や塩基性ガス除去フィルターなどに通気しても良く、通気する手段は特に限定されるものではないが、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。
【００２３】
本発明の空気浄化方法は、光触媒による処理前に塩基性ガス除去フィルターを設けることを特徴とするが、上記のように通気を実施する場合には、光触媒の風上に塩基性ガス除去フィルターを配置することができる。
【００２４】
本発明に係わる塩基性ガス除去フィルターとは、酸性物質などを主成分とする塩基性ガス脱臭剤を含有する脱臭フィルターであり、このような塩基性ガス脱臭剤としては、フマル酸、マレイン酸、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、スチレンスルフォン酸、ビニル安息香酸、アルギン酸などの有機酸またはその多量体やオリゴマーまたはポリマーなどの重合体、活性白土などの酸性基を有する無機吸着剤および燐酸などの酸性物質を添着した酸添着活性炭等が挙げられる。
【００２５】
本発明に係わる塩基性ガス除去フィルターは酸性ガス吸着剤を含有することができ、上記の塩基性ガス脱臭剤とは別の酸性ガス吸着剤を含有しても良く、また、塩基性ガス除去を目的とした脱臭剤が例えば両性物質からなるなどして酸性ガス吸着能を併せ持っても良い。更に、本発明に係わる塩基性ガス除去フィルターは、塩基性ガス脱臭剤や酸性ガス吸着剤以外にも後述する各種の脱臭剤や抗菌剤の他、防ダニ剤等の防虫剤や殺虫剤、害虫忌避剤、芳香剤などの各種薬剤等を含有しても良く、また、エレクトレットフィルターなどの除塵フィルターと併用しても良い。
【００２６】
本発明に係わる塩基性ガス除去フィルターは、例えば水酸化カリウムなどの塩基性物質を添着した塩基添着活性炭等の酸性ガス吸着剤を含有しないことが好ましい。より具体的には、本発明に係わる塩基性ガス除去フィルターはＪＩＳ−Ｂ−９９０１に準拠して測定される酢酸のガス除去率すなわち酢酸除去率が３０％以下であることが好ましく、当初予期しなかったことではあるが、光触媒による脱臭性が著しく向上することが分かった。なお、本発明に係わる酢酸除去率は、本発明の空気浄化方法が適用される条件下での風速または風量において測定すれば良い。
【００２７】
光触媒から発生した電子が表面に吸着した酸素を攻撃して生成するスーパーオキサイドアニオンＯ₂ ^-はそれほど高い反応性を持たないが、プロトン化されてペルオキシラジカルＨＯＯ・になると反応性が大幅に高まるため、予め塩基性ガスを除去することにより上記のプロトン化を阻害する因子が取り除かれ、更に酸性ガスを残すことでプロトン化が促進され、光触媒を用いた脱臭性が大きく向上したものと考えられる。
【００２８】
本発明に用いられる脱臭剤は主に悪臭を除去する目的で用いられる薬剤であり、具体的には、活性炭、添着活性炭、ゼオライト、セピオライト、活性アルミナ、活性白土、イオン交換樹脂、鉄アスコルビン酸、鉄フタロシアニン誘導体などの吸着脱臭剤、マンガン系酸化物やペロブスカイト型触媒などの低温酸化触媒、炭化珪素、窒化珪素、珪酸カルシウム、アルミナ・シリカ系、ジルコニア系などの合成セラミクスや麦飯石、フェルソング石などの遠赤外線セラミクス、植物抽出成分に含まれる化合物であるフィトンチット、カテキン、タンニン、フラボノイド等を用いた消臭剤などが挙げられる。これらの脱臭剤は必要に応じて複数のものを併用しても良く、また、これらの脱臭剤を複合化したハイブリット脱臭剤としても良い。
【００２９】
光触媒と併用担持される脱臭剤は、吸着剤、中でも対象とする主な臭気物質に対して物理吸着を主体とするものが好ましく、特に臭気物質の吸着熱量が11kcal/mol以下であることが好ましく、臭気物質によって脱臭性が飽和すること無く光触媒により再生される。更に、光触媒と併用担持される脱臭剤は酸吸着性が低いものが好ましく、特にＪＩＳ−Ｋ−１４７４に準拠して測定されるｐＨ値が５．０以下であることが好ましく、光触媒反応に起因する反応性に富む活性種を有効に活かすことが可能となる。このような脱臭剤として具体的には、活性白土などの無機吸着剤および燐酸などを添着した酸添着活性炭等が挙げられる。
【００３０】
例えば酸添着活性炭であれば、アンモニアなどの塩基性ガスを不可逆的に化学吸着する性能を有するが、本発明においては光触媒による処理前に塩基性ガス除去フィルターが設けられており、光触媒脱臭の対象となる主な臭気物質からは除外されるため、このような脱臭剤も物理吸着を主体とすると見なし得ることは云うまでもない。
【００３１】
本発明に用いられる抗菌剤は、細菌、黴類またはウイルスなどの有害微生物および病原体の除去、殺滅、失活または繁殖抑制などの目的で用いられる薬剤であり、具体的には、銀や亜鉛または燐酸カルシウムなどを主成分とする無機系抗菌剤、ベンツイミダゾール系、イソチアゾリン系、ピリチオン系、クロロヘキシジン系などの有機系抗菌剤、キチンやキトサンなどの高分子系抗菌剤、茶や柿などから抽出されるカテキンや孟宋竹抽出エキス、ヒノキチオールなどの天然物由来の抗菌剤およびこれらを複合したハイブリット抗菌剤などが挙げられる。
【００３２】
本発明の空気浄化方法は、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、抗菌フィルターなどの各種フィルター、オゾン脱臭器などの脱臭手段またはエレクトレットフィルターやＨＥＰＡフィルターなど除塵フィルターや集塵電極ユニットなどの除塵手段を併用しても良く、特に集塵手段は、一般的に光触媒および光源よりも風上に設置されることが好ましい。
【００３３】
【実施例】
以下、本発明を実施例により説明するが、本発明の趣旨を逸脱しない限り、実施例に限定されるものではない。
【００３４】
参考例１
図１に示すように、本発明の一参考例を示す空気浄化方法に該当する装置は、吸気口１と排気口２を有する筐体３の内部に、吸気口側すなわち風上から順に、エレクトレットフィルター濾材をプリーツ加工してなる除塵フィルター４、燐酸添着活性炭を含有する塩基性ガス除去フィルター５、光触媒として酸化チタンおよび吸着剤として活性白土を担持した光触媒部材６（商品名：ラジット光触媒コルゲート、三菱製紙製）、ブラックライトからなる光触媒励起光源７および軸流ファンモータからなる送風機８を配してなる。この装置を用いた空気浄化方法を参考例１の空気浄化方法とした。
【００３５】
実施例１
参考例１において、燐酸添着活性炭を含有する塩基性ガス除去フィルターに代えて、フマル酸系有機酸−亜鉛化合物を含有する塩基性ガス除去フィルターとする以外は全て参考例１と同様とし、これを実施例１の空気浄化方法とした。
【００３６】
比較例１
参考例１において、塩基性ガス除去フィルター５の位置を光触媒励起光源７と送風機８の間に移動させる以外は全て参考例１と同様とし、これを比較例１の空気浄化方法とした。
【００３７】
次いで、参考例１、実施例１および比較例１の空気浄化方法の脱臭性を以下の方法で測定し、その結果を表１に示した。
【００３８】
［脱臭試験１］
実施例、参考例および比較例の空気浄化方法に該当する装置を１立米の密閉容器内に設置して、アセトアルデヒド１０ｐｐｍを注入した後に、光触媒励起光源７を点灯し且つ送風機８を運転し、１０分後のアセトアルデヒド濃度をガスクロマトグラフを用いて測定して除去率（％）を求め、この結果を脱臭性１とした。
【００３９】
［脱臭試験２］
実施例、参考例および比較例の空気浄化方法に該当する装置を１立米の密閉容器内に設置して、ＪＥＭ−１４７６に記載の脱臭性能試験に準拠してタバコ５本を燃焼させた後に、光触媒励起光源７を点灯し且つ送風機８を運転し、１０分後のアセトアルデヒド濃度をガスクロマトグラフを用いて、またアンモニアおよび酢酸の濃度をガス検知管を用いて測定して各臭気の除去率（％）を求め、この結果を脱臭性２とした。
【００４０】
［複合ガス脱臭指標］
実施例、参考例および比較例の空気浄化方法について、上記の方法により求めた脱臭性２のアセトアルデヒド除去率（％）を脱臭性１のアセトアルデヒド除去率（％）で除した値を複合ガス脱臭指標とした。この複合ガス脱臭指標の値が大きいほど複合ガスに対する光触媒の脱臭性が高いことを示す。
【００４１】
［予備脱臭試験］
実施例及び参考例の空気浄化方法に用いた塩基性ガス除去フィルターの酢酸２０±２ｐｐｍに対する除去率をＪＩＳ−Ｂ−９９０１に準拠して測定し、この結果を塩基性ガス除去フィルターの酢酸除去率（％）とした。
【００４２】
【表１】

【００４３】
【発明の効果】
本発明の空気浄化方法は、光触媒を用いた空気浄化方法において光触媒による処理前に塩基性ガス除去フィルターを設けることを特徴とし、脱臭効率が高く、特に複合臭気に対する除去性が優れたものである。中でも、塩基性ガス除去フィルターが酸性ガス吸着剤を含有せず、酢酸除去率が３０％以下の場合には、脱臭効率が更に高く、複合臭気に対する除去性が一層優れた空気浄化方法が得られる。このような本発明の空気浄化方法は家庭用空気清浄機や脱臭器、産業用の空調機器などに用いられる脱臭手段として特に有用なものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の空気浄化方法の一実施例に該当する装置を示す側面の断面図である。
【符号の説明】
１吸気口
２排気口
３筐体
４除塵フィルター
５塩基性ガス除去フィルター
６光触媒部材
７光触媒励起光源
８送風機

Claims

光触媒を用いた空気浄化方法において、光触媒による処理前に塩基性ガス除去フィルタ
ーを設け、該塩基性ガス除去フィルターの酢酸除去率が３０％以下であることを特徴とする空気浄化方法。
該塩基性ガス除去フィルターが酸性ガス吸着剤を含有しないことを特徴とする請求項１記載の空気浄化方法。