JP4182209B2 - 微細セル磁器質構造体、磁器質フィルター、光触媒磁器質フィルターとその製造方法、及び浄化装置 - Google Patents
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Description
本発明は、高温酸化雰囲気で使用可能な微細セル磁器質構造体、磁器質フィルターとその製造方法、高効率の光触媒作用が得られる光触媒磁器質フィルターとその製造方法、及びＮＯx等の有害物を含む汚染空気の浄化や汚染水の清浄化等を高効率に行うことができる浄化装置に関するものである。
従来、高温、酸化雰囲気等の厳しい環境で使用できる素材は、ステンレスや貴金属、セラミック等に代表されるように高価で重量の嵩む材料が多い。このため、例えば、高温、酸化作用を有する流れの中に置かれ、長時間にわたって処理を行える安価で軽量のフィルターは少ないのが現状である。今のところ、こうした材料として、耐酸性、耐熱性の特性を有し、表面積が大きいセラミックハニカムや３次元セラミックフォームフィルター（以下、３次元セラミックフィルター）等が知られている。例えば、従来ブリジストン株式会社から販売されている鋳鉄用セラミックフォームフィルターもその１つである。これは、スポンジを炭化ケイ素粉末スラリーに含浸後、余剰スラリーの除去を行った後、乾燥、焼成して多孔質炭化ケイ素構造体として作成したものである。その物性値は、公称では、気孔率は約８５％、かさ密度約０．４２ｇ／ｃｍ３となっている。すなわち、この３次元セラミックフィルターは従来の素材と比較すると格段に軽量である。
また、同社では、コーディエライトとアルミナのブレンドタイプの酸化物系３次元セラミックフィルターも開発している（特許文献１参照）。特許文献１の３次元セラミックフィルターは、コーディエライト５０重量部とアルミナ５０重量部の粉末原料にシリカゾルと水が２対１からなる液体原料を加え、セラミックス泥漿を作成し、この泥漿を軟質ウレタンフォームに含浸、乾燥を所定の比重になるまで繰り返したのち、約１３５０℃で焼成して製造する。その空隙率（気孔率）は７５〜９５％である。
ところで、このほかにさらに汚染の進行が加わる環境もある。このような環境では、酸化チタンを被覆するなどして汚染物質を分解することが行われている。すなわち、酸化チタンは、太陽や蛍光灯などの光、とくに紫外線による光触媒作用でその表面に強力な酸化力が生まれ、接触している有機化合物や細菌などの有害な汚染物質を除去することができる（例えば、特許文献２参照）。しかし、酸化チタンは粉末状であって、そのままの状態で使用すると気体や流体中に拡散してしまうため、粉末を固定化して使用する必要がある。このとき、この粉末を固定化する担持体の構造、素材によって汚染物質と酸化チタンが接触する確率が左右されるため、光が酸化チタンに届かない場合には光触媒作用は得られない。
例えば、上述した３次元セラミックフィルターは、架橋部のセラミックスが透光性を有さず、また、セラミックスの粉末を焼結法で作製するため、スポンジ状骨格の架橋部分をある程度肉厚にしないと強度的に弱くなる。強度を上げるために肉厚にすると、余剰セラミックスがセルとなる部分の目を塞ぎ、流れも光も遮断してしまうし、スポンジ状骨格の架橋太さも太くなる。これらのことから、上述した３次元セラミックフィルターの透光性は低くならざるを得ず、酸化チタンの担持体には不向きである。
従来こうしたことから、特許文献１に記載されているような各種形状の基板、あるいは、膜状体、ガラスビーズ、シリカゲル、ステンレスウール等、様々のものが提案された。本発明者の一人も、微細中空ガラス球状体に酸化チタンを被覆したフィルター素材を発明し、これを使った浄化装置を提案した（特許文献３参照）。図示はしないが、この浄化装置は光源と外套管との間の空隙に上述の酸化チタンを被覆した多数の微細中空ガラス球状体を充填したものであり、簡単な構成で、組み立ても容易であり、しかも二次公害のおそれなしに、汚染流体を浄化しうるものであった。しかし、このような微細中空ガラス球状体では紫外線が充填空間内部まで届きにくく、さらに透光性に優れたフィルター素材の開発が望まれた。
そこで、本発明者らは、シリコンと炭化ケイ素からなる気孔率８５％以上のスポンジ状多孔質構造体を、酸化チタンを含有または生成する溶液に浸漬し、乾燥した後、酸化雰囲気下において１００〜８００℃で焼成することにより酸化チタン皮膜を形成した３次元微細セル構造光触媒フィルターと、この３次元微細セル構造光触媒フィルターを使い、透光域から光を照射したり、リング状にして内部に流体を流し、リング中心部の空隙内の光源から光を照射する方法を提案した（特願２００３−１１８０７３号）。
なお、このほかの技術として、三次元網目構造を有するセラミック多孔体の表面に平均粒径が１μｍ〜１００μｍの表層用セラミック粒子によって形成した凹凸表面層を有してなるとともに、凹凸表面層に光触媒を担持させてなる光触媒フィルターも開発されている（特許文献４参照）。これは、セラミック微粉末（アルミナ微粉末）、タルク、木節粘土、水、分散剤を加え、ポットミル粉砕・混合後、有機バインダーを添加し、更に長時間の攪拌を行ってアルミナ微粉末を含む泥漿とし、この泥漿に、三次元網目構造を有する有機多孔体であるウレタンフォームを投入、ウレタンフォームの表面に泥漿を馴染ませた後に、余分に付着した泥漿をローラーで押出すことにより除去し、次いで、上記ウレタンフォームの空隙に詰まった泥漿を、スプレーを用いて吹き飛ばすことにより目詰まりを解消し、次いで、上記ウレタンフォームに付着した泥漿に、篩を用いて表層用セラミック粒子（アルミナ粒子）を振り掛けることにより均一に付着させ、次いで、余分なアルミナ粒子を払い落として、オーブン中で乾燥させ、その後、１６００℃、１時間の焼成を行うことにより、上記ウレタンフォームを焼失させるとともに、上記アルミナ微粉末とアルミナ粒子を焼結させ、これにより、三次元網目構造を有するセラミック多孔体の表面に上記アルミナ粒子からなる凹凸表面層を形成するものである。
上述したように本発明者の一人が提案した特許文献３の浄化装置は、画期的ではあったが、光触媒の作用効果を最大限まで引き出したとまではいえないものであった。また、従来の３次元セラミックフィルターは、焼結法で作製するためある程度肉厚が必要で、スポンジ状骨格の架橋太さの平均（骨部分の太さの平均値）が太くなって気孔率が低くなる上に、余剰スラリーが残ってセルとなる部分の目を塞ぎ、流れを遮断し、内部に十分光が通らないものであった。そして従来の３次元セラミックフィルターでは、光を透過させることは想定外のことである。
また、先に提案した３次元微細セル構造光触媒フィルターとそれを用いた浄化装置は、可視光応答型３次元微細セル構造光触媒フィルターとして画期的であるが、３次元微細セル構造フィルターは、スポンジ状骨格を有する高分子化合物、糸または紙類の原型構造体に、炭素源としてのフェノール樹脂及びシリコン粉末をエタノールと混合したスラリーに浸し、過剰のスラリーを除去した後、アルゴン雰囲気下で焼成して炭素化した後、この炭素化したスポンジを真空中で昇温して反応焼結させるとともにシリコンを溶融含浸させることにより製造するため、製造工程が複雑で、ガス置換が可能な、また真空炉等の特殊な加熱炉を必要とするため、高価になるものであった。
さらに、特許文献１の３次元セラミックフィルターの製造方法は、泥漿の調整方法や繰り返し含浸工程が複雑であり、同様に、特許文献４のセラミック多孔体の製造方法も、泥漿の調整方法が複雑で、バインダーも必要で、焼成前までに行う工程が複雑であった。
そこで本発明は、製造が容易で、透光性に優れ、安価、軽量な微細セル磁器質構造体、磁器質フィルター及び光触媒磁器質フィルターを提供することを目的とする。
また、本発明は、スラリーの調製が容易で、バインダーの添加も必要なく、焼成前までに行う工程が簡単で、通常の加熱炉を用いて、１３００℃以下の酸化雰囲気で製造でき、透光性に優れ、安価、軽量な微細セル磁器質構造体の製造方法と光触媒磁器質フィルターの製造方法を提供することを目的とする。
また本発明は、光触媒へ照射する光の管理が容易で、高効率の光触媒作用が得られる浄化装置を提供することを目的とする。
上記目的を解決するため本発明の微細セル磁器質構造体は、磁器素地粉体を焼結することにより形成されたガラスを主成分とする半透明の磁器質のスポンジ状骨格を備え、該骨格の架橋太さの平均が１ｍｍ以下で気孔率が９５％以上、且つ光透過率が８．５％／１０ｍｍ〜１０．０％／１０ｍｍの微細セル磁器質構造体であって、スポンジ状骨格が、焼失可能な原型構造体に磁器素地粉体を含む陶土スラリーを含浸させて９００℃〜１３００℃で焼結した構造を有し、磁器質のガラスマトリックスにはムライト、石英の微粒子が点在することを主要な特徴とする。
本発明によれば、通常の加熱炉を用いることができ製造が容易で、透光性に優れ、安価、軽量な微細セル磁器質構造体、磁器質フィルター及び光触媒磁器質フィルターを提供できる。そして、この磁器質フィルターや光触媒磁器質フィルターを使用することにより、製造が容易で、透光性に優れ、安価、軽量な浄化装置を実現できるし、光触媒へ照射する光の管理が容易で、高効率の光触媒作用が得られる浄化装置を提供することができる。
また、スラリーの調製が容易で、バインダーの添加も必要なく、焼成前までに行う工程が簡単で、通常の加熱炉を用いて、１３００℃以下の酸化雰囲気で製造でき、透光性に優れ、安価、軽量な微細セル磁器質構造体の製造方法と光触媒磁器質フィルターの製造方法を提供できる。
本発明の実施のための第１の形態は、磁器素地粉体を焼結することにより形成されたガラスを主成分とする半透明の磁器質のスポンジ状骨格を備え、該骨格の架橋太さの平均が１ｍｍ以下で気孔率が９５％以上、且つ光透過率が８．５％／１０ｍｍ〜１０．０％／１０ｍｍの微細セル磁器質構造体であって、スポンジ状骨格が、焼失可能な原型構造体に磁器素地粉体を含む陶土スラリーを含浸させて９００℃〜１３００℃で焼結した構造を有し、磁器質のガラスマトリックスにはムライト、石英の微粒子が点在する微細セル磁器質構造体であり、磁器質の架橋により微細セルが多数繋がった構成のスポンジ状骨格を容易に製造することができ、架橋部（３次元の網目状の骨格）の磁器質素材が半透明であるため構造全体の透光性に優れ、耐熱性、耐酸性が高く、安価、軽量の微細セル磁器質構造体を提供できる。９００℃より低い温度では脆くなるが、９００℃以上で焼結するため磁器質の架橋１本の強度は低いが、スポンジ状骨格全体で大きな強度が得られる。１３００℃以下であるため通常の加熱炉が使用できる。
本発明の実施のための第２の形態は、第１の形態に加えて、スポンジ状骨格が、磁器原料を粉砕した平均粒径５μｍ〜２０μｍ、最大粒径１００μｍの磁器素地粉体に水を添加した陶土スラリーを原型構造体に含浸させて焼結してなる構造を備えている微細セル磁器質構造体であり、スラリーの調製が容易で、表面粗さの管理ができ、架橋を細くしても強度が強く、高気孔率の半透明のスポンジ状骨格にすることができる。
本発明の実施のための第３の形態は、流れの中に置かれたときに異物を濾過するための厚みを備えると共に、素材が第１または第２の形態の微細セル磁器質構造体から構成された磁器質フィルターであり、製造が容易で、架橋部の磁器質素材が半透明であるため構造全体で透光性に優れ、耐熱性、耐酸性が高く、安価、軽量の微細セル磁器質構造体を提供できる。スラリーの調製が容易で、架橋を細くしても強度が強く、高気孔率の半透明の磁器質フィルターにすることができる。
本発明の実施のための第４の形態は、流れの中に置かれたとき異物を濾過するための厚みを備えると共に、素材が第１または第２の形態の微細セル磁器質構造体から構成され、かつ、微細セル磁器質構造体の表面に酸化チタンが被覆された光触媒磁器質フィルターであり、製造が容易で、架橋部の磁器質素材が半透明であるため構造全体で透光性に優れ、耐熱性、耐酸性が高く、安価、軽量の微細セル磁器質構造体を提供できる。スラリーの調製が容易で、酸化チタンの被覆に好適な表面粗さとすることができ、架橋を細くしても強度が強く、高気孔率の半透明の光触媒磁器質フィルターにすることができる。
本発明の実施のための第５の形態は、両端に流体導入口と流体出口が設けられるとともに外部に紫外線を透過できる透光域が設けられた容器と、容器の内部に収容された光触媒フィルターとを備え、透光域から受光した紫外線により光触媒フィルターが流体導入口から流入した流体を浄化して流体出口から排出する浄化装置であって、光触媒フィルターが、第４の形態の光触媒磁器質フィルターを平板状に形成したフィルターユニットで構成された浄化装置であり、光触媒へ照射する光の管理が容易で、高効率の光触媒作用が得られる。透光域（外表面の一部となる透光窓とするのでも、外表面全体を透光域とするのでもよい）を設け、透光域に透明なガラスや樹脂製板が設けられるため、流体を流すことができるとともに紫外線を透過することができる。平板状のフィルターユニットを重ねて利用するため、内部にまで光が届くとともに、整形と組み立てが容易であり、低コストで汚染物質を含むガスや液体に対して高効率の光触媒作用が得られる浄化装置を提供できる。
本発明の実施のための第６の形態は、流体導入口と流体出口とが両端に設けられた容器と、容器の内部に収容され内部に円筒状空隙が設けられたリング状光触媒フィルターと、円筒状空隙内に設けられ紫外線をリング状光触媒フィルターの内面に照射できる光源を備え、光源から照射された紫外線によりリング状光触媒フィルターが流体導入口から流入した流体を浄化して流体出口から排出する浄化装置であって、リング状光触媒フィルターが、第４の形態の光触媒磁器質フィルターをリング状に形成したフィルターユニットで構成された浄化装置であり、光触媒へ照射する光の管理が容易で、高効率の光触媒作用が得られる。汚染物質を含むガスや液体に対しては高効率の光触媒作用が得られる浄化装置とすることができる。流体導入口と流体出口とが両端に設けられた容器内にリング状のフィルターユニットを設置するから、組み立てが容易であり、リング状のフィルターユニット内部の円筒状空隙に直接または内管を介してブラックライトや殺菌灯、さらには蛍光灯を配置することにより、容易にこの浄化装置を提供できる。
本発明の実施のための第７の形態は、気孔率が９５％以上のスポンジ状骨格を有し、該骨格の架橋太さの平均が１ｍｍ以下で焼結時には焼失する原型構造体に対して、平均粒径５μｍ〜２０μｍ、最大粒径１００μｍの磁器素地粉体に水を添加した陶土スラリーを含浸し、酸化雰囲気下９００℃〜１３００℃で焼結し、ガラスを主成分としてガラスマトリックス中にムライト、石英の微粒子が点在する半透明の磁器質でスポンジ状骨格を形成する微細セル磁器質構造体の製造方法であり、スラリーの調製が容易で、バインダーの添加も必要なく、焼成前までに行う工程が簡単で、通常の加熱炉を用いて、１３００℃以下の酸化雰囲気で製造でき、架橋部の磁器質素材が半透明であるため構造全体で透光性に優れ、耐熱性、耐酸性が高く、安価、軽量な微細セル磁器質構造体を製造できる。
本発明の実施のための第８の形態は、第７の形態に加えて、原型構造体が、焼失可能な高分子化合物から構成される微細セル磁器質構造体の製造方法であり、原型構造体を作製するのが容易で、陶土スラリーが含浸し易くなる。
本発明の実施のための第９の形態は、気孔率が９５％以上のスポンジ状骨格を有し、該骨格の架橋太さの平均が１ｍｍ以下で焼結時には焼失する原型構造体に対して、平均粒径５μｍ〜２０μｍ、最大粒径１００μｍの磁器素地粉体に水を添加した陶土スラリーを含浸し、酸化雰囲気下９００℃〜１３００℃で焼結し、ガラスを主成分としてガラスマトリックス中にムライト、石英の微粒子が点在する半透明の磁器質でスポンジ状骨格を形成し、このスポンジ状骨格の表面に酸化チタンを被覆する光触媒磁器質フィルターの製造方法であり、スラリーの調製が容易で、バインダーの添加も必要なく、焼成前までに行う工程が簡単で、通常の加熱炉を用いて、１３００℃以下の酸化雰囲気で製造でき、架橋部の磁器質素材が半透明であるため構造全体で透光性に優れ、酸化チタンで被覆し易く、安価、軽量な微細セル磁器質構造体を製造できる。
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１の浄化装置について図１（ａ）（ｂ）に基づいて説明する。図１（ａ）は本発明の実施の形態１における透光窓を備えた浄化装置の断面図、図１（ｂ）は本発明の実施の形態１における内部光源を備えた浄化装置の断面図である。
本発明の実施の形態１の浄化装置について図１（ａ）（ｂ）に基づいて説明する。図１（ａ）は本発明の実施の形態１における透光窓を備えた浄化装置の断面図、図１（ｂ）は本発明の実施の形態１における内部光源を備えた浄化装置の断面図である。
図１（ａ）において、１は樹脂等で形成された平板状の容器、１ａは流体導入口、１ｂは流体出口、２は骨格の架橋太さの平均が１ｍｍ以下、気孔率が９５％以上で、光透過率が８．５％／１０ｍｍ〜１０．０％／１０ｍｍ、表面に酸化チタンが被覆された光触媒磁器質フィルターである。この光触媒磁器質フィルター２は、５ｍｍ〜３０ｍｍ、できれば５ｍｍ〜２０ｍｍ厚さの平板状のフィルターユニットから構成し、図１（ａ）に示すように積層して容器１内に収容される。３は平板状の容器１の正面に設けられた透明なガラスや樹脂製板等の透光窓（本発明の透光域）である。なお、実施の形態１の浄化装置は物理的な濾過を行わず、流体導入口１ａの上流に物理的なフィルター要素が置かれている（図示しない）。
流体導入口１ａから導入された流体は容器１内に入り、透光窓３を透過した外部からの紫外線等によって、高効率の光触媒作用を行って、流体出口１ｂから流出するものである。平板状のフィルターユニットを重ねて利用するため、内部にまで光が届くとともに、整形と組み立てが容易である。
次に、図１（ａ）の浄化装置は平板状で透光窓から紫外線を照射するものであったが、図１（ｂ）の浄化装置は内部に光源を設けたものである。図１（ｂ）において、４は円筒状の容器、４ａは流体導入口、４ｂは流体出口、５はリング状光触媒磁器質フィルターである。光触媒磁器質フィルター５は内径２０ｍｍ〜４０ｍｍ、外径５０ｍｍ〜８０ｍｍ、高さ２０ｍｍ〜３０ｍｍのリング状のフィルターユニットで、図１（ｂ）に示すように積層して容器１内に収容される。６はブラックライトや殺菌灯、蛍光灯等の光源、７は透光性のあるガラスや樹脂等の内管、８は流体導入口１ａのリング状光触媒磁器質フィルター５への入口と、流体出口４ｂのリング状光触媒磁器質フィルター５からの出口に設けられた物理的フィルターである。
流体導入口１ａから導入された流体は容器１内に入り、光源６からの紫外線等によって、高効率の光触媒作用を行って、流体出口１ｂから流出するものである。コンパクトな構成であり、光触媒へ照射する光の管理が容易で、高効率の光触媒作用が得られる。
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によってなんら限定されるものではない。
図２は本発明の実施例１における微細セル磁器質構造体がガラスを主成分とし、ガラスマトリックスの中にムライト、石英、クリストバライト微粒子が点在することを示すＸ線回折図である。
実施例１は、１０ｍｍ×５０ｍｍ×５０ｍｍの板状の形態を有し、スポンジ状骨格の架橋太さの平均が約０．２ｍｍ、セル数の平均が約１３個／２５ｍｍのポリウレタン製のスポンジ状原型構造体に対して、石英の含有割合が約５０ｗｔ％、カオリン鉱物の含有割合が約２５ｗｔ％、セリサイトの含有割合が約２５ｗｔ％、平均粒径が約１０μｍの磁器素地粉体１００重量部に９３重量部の水を添加したスラリーに浸漬した後、過剰のスラリーを絞って除去し、大気中で昇温速度１０℃／分で１３００℃まで昇温し、１時間保持した後、室温まで冷却した。なお、磁器質自体の透光性を上げるためには、磁器原料ごとに具体的に、平均粒径５μｍ〜２０μｍ（最大粒径１００μｍ）から選び、且つ１００重量部に対して７０重量部〜１３０重量部の水を添加し濃度調整して確認するのがよい。気孔率のコントロールに関しては、スポンジ状原型構造体の材料、架橋太さの平均値、セル数の平均値を選択して原型構造体の気孔率を９５％以上にし、磁器素地粉体の材料と粒度、スラリー濃度を選択し、さらに熱処理温度を９００℃〜１３００℃で調整することにより、焼結後の微細セル磁器質構造体の気孔率を原型構造体の気孔率より高いか、あるいはそれを維持する９５％以上の気孔率にすることができる。なお、焼結後９８％以上の気孔率だと実用上の強度が不足してしまうので避けるのがよい。
（表１）は本発明の骨格の架橋太さの平均が１ｍｍ以下のスポンジ状骨格を有する微細セル磁器質構造体と比較例試料のかさ密度、気孔率、３６５ｎｍ光透過率である。この微細セル磁器質構造体は微細セル構造磁器質フィルターとして使用できるものである。なお、比較例１は、ブリジストン株式会社から販売されている鋳鉄用セラミックフォームフィルター＃１３、比較例２は、特許文献１記載の３次元微細セル構造光触媒フィルターである。比較例１，２はいずれも、セル数が約１３個／２５ｍｍで、１０ｍｍ×５０ｍｍ×５０ｍｍの板状構造を有しているものである。
実施例２は、実施例１の微細セル磁器質構造体を、光触媒用酸化チタンコーティング剤、テイカ株式会社の商品名「ＴＫＣ−３０３」の溶液に浸漬し、乾燥した後、大気中等の酸化雰囲気において昇温速度１０℃／分で４００℃まで昇温し、１時間保持した後、室温まで冷却した酸化チタン被覆微細セル磁器質構造体であり、光触媒フィルターとして使用する光触媒磁器質フィルターである。
実施例１の微細セル磁器質構造体は、上述したように、９ｍｍ×４４ｍｍ×４４ｍｍの板状形態を有し、ポリウレタン製のスポンジ状原型構造体の形態とほぼ同一形態を保持しており、架橋太さの平均も約０．２ｍｍでほぼ同一であるが、酸化チタンは０．１４１ｇ付着した。
（表２）は、骨格の架橋太さの平均が１ｍｍ以下のスポンジ状骨格を有する微細セル構造磁器質光触媒フィルターと比較例試料の比較表で、試料寸法、試料重量、酸化チタン被覆量で比較している。なお、ここで比較例３は、実施例２と同様に、ブリジストン株式会社から販売されている鋳鉄用セラミックフォームフィルター＃１３を光触媒用酸化チタンコーティング剤、テイカ株式会社の商品名「ＴＫＣ−３０３」の溶液に浸漬し、乾燥した後、大気中等の酸化雰囲気において昇温速度１０℃／分で４００℃まで昇温し、１時間保持した後、室温まで冷却したものである。比較例４は、特許文献１記載の３次元微細セル構造光触媒フィルターである。
試料寸法が９ｍｍ×４４ｍｍ×４４ｍｍと小さいにも係わらず、（表３）に示すように高濃度になっても、波長２５４ｎｍの紫外線では、入口濃度５．０８ｐｐｍで出口濃度３．４６ｐｐｍになり、大きな光触媒効果が認められた。波長３６５ｎｍの紫外線では、（表４）に示すように入口濃度４．９７ｐｐｍで出口濃度２．６５ｐｐｍとなり、顕著な光触媒効果が認められた。
図３（ａ）は（表３）の測定における光触媒効果、図３（ｂ）は（表４）の測定における光触媒効果を示している。両図を比較すると、波長３６５ｎｍの紫外線が波長２５４ｎｍの紫外線より光触媒効果は大きくなっているのが分かる。
また（表２）によれば、実施例２と比べて、比較例３が酸化チタンの付着量は多いにもかかわらず光触媒作用が劣っている。これは、本発明の酸化チタン被覆微細セル磁器質構造体が透光性によってきわめて高効率の光触媒作を奏することを示している。
実施例３は、実施例２と同じ条件で酸化チタンを被覆した酸化チタン被覆微細セル磁器質構造体を、図１（ｂ）に示す浄化装置で動作させるために加工し、浄化装置内に収容して測定したものである。まず、微細セル磁器質構造体の形状を内径約３０ｍｍ、外径約６５ｍｍ、高さ約２５ｍｍのリング状のフィルターユニットに加工し、これを１４枚積層して約３５０ｍｍにした。このリング状のフィルターユニットの積層体を光触媒磁器質フィルターとして、両端に流体導入口と流体出口が設けられた内径６５ｍｍの外套管と、内部に光源が配設され、透光構造に形成された外径３０ｍｍの内管（石英管）からなる長さ約４５０ｍｍの二重管から構成された浄化装置内に収容した。
光源として、ブラックライト（最強波長３６５ｎｍ）、殺菌灯（最強波長２５４ｎｍ）を用いた。１ｐｐｍ〜１６ｐｐｍのＮＯxガスを含む空気をこの浄化装置に通過させて、ＮＯxガス濃度を測定した。（表５）は５００ｍｌ／分で通過させたときのこの浄化装置によるＮＯxガスの測定値であり、（表６）は１０００ｍｌ／分で通過させたときのこの浄化装置によるＮＯxガスの測定値であり、図３（ａ）は（表５）を図示したもので、本発明の実施例３における光触媒磁器質フィルターを含む浄化装置に空気流量５００ml/minで汚染空気を通過させたときのＮＯx分解に基づく光触媒作用の第３説明図であり、図３（ｂ）は（表６）を図示したもので、本発明の実施例３における光触媒磁器質フィルターを含む浄化装置に空気流量１０００ml/minで汚染空気を通過させたときのＮＯx分解に基づく光触媒作用の第４説明図である。
本発明の微細セル磁器質構造体は、製造が容易で、透光性に優れ、安価、軽量であるため磁器質フィルターや建材に最適であり、酸化チタンを被覆すると汚染物質を分解できる光触媒磁器質フィルター及びそれを内蔵した浄化装置に適用できる。光触媒磁器質フィルターも汚染物質を分解できる建材として用いることができる。
１，４ 容器
１ａ，４ａ 流体導入口
１ｂ，４ｂ 流体出口
２ 光触媒磁器質フィルター
３ 透光窓
５ リング状光触媒磁器質フィルター
６ 光源
７ 内管
８ 物理的フィルター
１ａ，４ａ 流体導入口
１ｂ，４ｂ 流体出口
２ 光触媒磁器質フィルター
３ 透光窓
５ リング状光触媒磁器質フィルター
６ 光源
７ 内管
８ 物理的フィルター
Claims (9)
- 磁器素地粉体を焼結することにより形成されたガラスを主成分とする半透明の磁器質のスポンジ状骨格を備え、該骨格の架橋太さの平均が１ｍｍ以下で気孔率が９５％以上、且つ光透過率が８．５％／１０ｍｍ〜１０．０％／１０ｍｍの微細セル磁器質構造体であって、前記スポンジ状骨格が、焼失可能な原型構造体に前記磁器素地粉体を含む陶土スラリーを含浸させて９００℃〜１３００℃で焼結した構造を有し、前記磁器質のガラスマトリックスにはムライト、石英の微粒子が点在することを特徴とする微細セル磁器質構造体。
- 前記スポンジ状骨格が、磁器原料を粉砕した平均粒径５μｍ〜２０μｍ、最大粒径１００μｍの磁器素地粉体に水を添加した陶土スラリーを前記原型構造体に含浸させて焼結してなる構造を備えていることを特徴とする請求項１記載の微細セル磁器質構造体。
- 流れの中に置かれたときに異物を濾過するための厚みを備えると共に、素材が請求項１または２に記載された微細セル磁器質構造体から構成されたことを特徴とする磁器質フィルター。
- 流れの中に置かれたとき異物を濾過するための厚みを備えると共に、素材が請求項１または２に記載された微細セル磁器質構造体から構成され、かつ、前記微細セル磁器質構造体の表面に酸化チタンが被覆されたことを特徴とする光触媒磁器質フィルター。
- 両端に流体導入口と流体出口が設けられるとともに外部に紫外線を透過できる透光域が設けられた容器と、前記容器の内部に収容された光触媒フィルターとを備え、前記透光域から受光した紫外線により光触媒フィルターが前記流体導入口から流入した流体を浄化して前記流体出口から排出する浄化装置であって、前記光触媒フィルターが、請求項４に記載された光触媒磁器質フィルターを平板状に形成したフィルターユニットで構成されたことを特徴とする浄化装置。
- 流体導入口と流体出口とが両端に設けられた容器と、前記容器の内部に収容され内部に円筒状空隙が設けられたリング状光触媒フィルターと、前記円筒状空隙内に設けられ紫外線を前記リング状光触媒フィルターの内面に照射できる光源を備え、前記光源から照射された紫外線によりリング状光触媒フィルターが前記流体導入口から流入した流体を浄化して前記流体出口から排出する浄化装置であって、前記リング状光触媒フィルターが、請求項４に記載された光触媒磁器質フィルターをリング状に形成したフィルターユニットで構成されたことを特徴とする浄化装置。
- 気孔率が９５％以上のスポンジ状骨格を有し、該骨格の架橋太さの平均が１ｍｍ以下で焼結時には焼失する原型構造体に対して、平均粒径５μｍ〜２０μｍ、最大粒径１００μｍの磁器素地粉体に水を添加した陶土スラリーを含浸し、酸化雰囲気下９００℃〜１３００℃で焼結し、ガラスを主成分としてガラスマトリックス中にムライト、石英の微粒子が点在する半透明の磁器質でスポンジ状骨格を形成することを特徴とする微細セル磁器質構造体の製造方法。
- 前記原型構造体が、焼失可能な高分子化合物から構成されることを特徴とする請求項７記載の微細セル磁器質構造体の製造方法。
- 気孔率が９５％以上のスポンジ状骨格を有し、該骨格の架橋太さの平均が１ｍｍ以下で焼結時には焼失する原型構造体に対して、平均粒径５μｍ〜２０μｍ、最大粒径１００μｍの磁器素地粉体に水を添加した陶土スラリーを含浸し、酸化雰囲気下９００℃〜１３００℃で焼結し、ガラスを主成分としてガラスマトリックス中にムライト、石英の微粒子が点在する半透明の磁器質でスポンジ状骨格を形成し、このスポンジ状骨格の表面に酸化チタンを被覆することを特徴とする光触媒磁器質フィルターの製造方法。
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