JP4227397B2

JP4227397B2 - 光触媒用担体

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Publication number: JP4227397B2
Application number: JP2002344704A
Authority: JP
Inventors: 道弘中居
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2002-11-27
Filing date: 2002-11-27
Publication date: 2009-02-18
Anticipated expiration: 2022-11-27
Also published as: JP2004174399A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光透過性材料の長尺体又は線条体からなる光導波体に光触媒を担持させ、その全長に渡ってほぼ均一な光触媒機能が得られるようにした光触媒用担体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光触媒は、その優れた特性からいろいろ分野での応用が期待されている。代表的な光触媒としてはＴｉＯ₂ が挙げられ、基本的には、３８０ｎｍ以下の波長の光（紫外線、紫外光とも同義）が照射されると、活性化して周囲にある有機化合物などを分解する機能（光触媒分解機能）や周囲にある水と馴染み易くなる機能（光親水化機能）などがあるとされている。
【０００３】
しかも、光触媒の反応には、熱エネルギーを必要としないため、常温での反応が可能となるだけでなく、熱と比較して、光の応答速度の速さ故に反応の制御性にも優れているなどの利点が挙げられている。
【０００４】
このような優れた特性を有する光触媒であるが、触媒の機能上、当然のことであるが、先ず反応物質と接触している必要があり、また、それと同時に反応光である、紫外線が触媒部分に有効に到達することが必要とされる。
【０００５】
例えば、光触媒を汚水などの流体浄化フィルタなどとして用いる場合、その汚れによって汚水の光透過性が悪いと、光触媒の側方に設置したＵＶランプなどからの紫外線が十分に伝達されないなどのことが問題となる。また、汚水の分解反応は光触媒との接触部分で起きるため、浄化効率の向上の観点から、光触媒の表面積をどのようにして増すか、或いは、光触媒の担持部分を反応物質に対してどのようにして化学的に安定化させるか、さらには、反応温度下での機械的強度をどのようにして確保するかなどの問題がある。
【０００６】
このような問題を解決するため、既に種々の形態からなる光触媒用担体や、これを用いた浄化フィルタなどの装置、さらには、流体浄化などの流体処理方法が提案されている。例えば、紫外線を伝達させる部分を、光透過性材料であるガラス、セラミックス、プラスチックなどの線材（導光体）で構成し、この表面に光触媒を担持させたものがある（例えば特許文献１参照）。この場合、紫外線は線材内から表面側の光触媒に伝達されるため、線材の周囲が汚れによって光透過性が悪化していても、光の効率的な伝達効果が得られる。或いは、シングルモード形の光ファイバのクラッド部分側に光触媒を担持させたものもある（例えば特許文献２参照）。この場合にも、紫外線は主にクラッド部分を通じて光触媒に伝達されるため、やはり光の効率的な伝達効果が得られる。
【０００７】
【特許文献１】
特開平９−２２５２６２号
【特許文献２】
特開平１１−２９０７０１号
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような光透過性材料からなる線材の外表面に光触媒を担持させるという構成においても、次のような問題点がある。
先ず、線材中に導入された光は、当然その距離に応じて減衰するため、長手方向に担持された光触媒側にほぼ均一に照射することは、難しいという点である。つまり、均一な照射が得られないと、当然線材の各箇所における光触媒作用にバラ付きが生じることになる。また、用途によっては、担体自体やこれを用いた装置において、より一層のコンパクト化が求められる訳であるが、線材の外表面に光触媒を塗布や付着などにより担持させるだけでは、触媒面積の増量には限界があり、不十分な場合がある。さらに、光触媒の塗布や付着による場合、担体側との密着性が不十分で、布設時や使用時の曲げ、或いは経時的な擦れなどによって、光触媒部分が剥離するなどの恐れもある。また、使用目的によっては、光触媒部分が外表面側に露出している場合、損傷し易いなどの懸念もある。また、反応光用の光源としてＵＶランプを用いていては、光触媒機能の発現にあたって、効率が悪いなどの問題もある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような従来の状況下に鑑みてなされたもので、基本的には、光導波体が光透過性材料の長尺体又は線条体からなる光触媒用担体において、その長手方向に沿って光放射率が変わる不定放射率構造の層を設け、或いは、光触媒層を多孔質構造とし、さらには、光導波体の長手方向に１又は２以上の穴を設けるなどして、上記従来の問題点を解消せんとするものである。
【００１０】
請求項１記載の本発明は、光透過性材料の線条体からなる光導波体の表面に光触媒を担持させて光触媒層とすると共に、前記光導波体の両端側から光触媒用の反応光を入射させる光触媒用担体において、
前記光触媒層の下地部分、光触媒層部分、又は光導波体を、前記光導波体の両端側からその中央に掛けてその光放射率を漸増させて、前記光導波体の両端側から入射された光触媒用の反応光がその全長に渡ってほぼ均一に放射されるようにした光触媒用担体にある。
【００１１】
請求項２記載の本発明は、前記光触媒層の下地部分の光放射率を漸増させるにおいて、当該下地部分の添加剤添加による屈折率により、粗面化により、周期的な凹凸により、又は多孔質構造の密度により漸増させた請求項１記載の光触媒用担体にある。
【００１２】
請求項３記載の本発明は、前記光触媒層を多孔質構造とした請求項１記載の光触媒用担体にある。
【００１３】
請求項４記載の本発明は、前記光触媒層の光放射率を漸増させるにおいて、当該光触媒層の多孔質構造の密度により漸増させた請求項３記載の光触媒用担体にある。
【００１４】
請求項５記載の本発明は、前記光導波体の光放射率を漸増させるにおいて、当該光導波体の含有気泡密度を変化させた請求項１記載の光触媒用担体にある。
【００１５】
請求項６記載の本発明は、光透過性材料の線条体からなる光導波体の表面に光触媒を担持させて光触媒層とすると共に、前記光導波体の一端側から光触媒用の反応光を入射させる光触媒用担体において、
前記光触媒層を多孔質構造とし、かつ、前記光触媒層の下地部分、光触媒層部分、又は光導波体を、前記光導波体の一端側からその他端側に掛けてその光放射率を漸増させて、前記光導波体の光放射率の低い一端側から入射された光触媒用の反応光がその全長に渡ってほぼ均一に放射されるようにした光触媒用担体にある。
【００１６】
請求項７記載の本発明は、前記光触媒層の下地部分の光放射率を漸増させるにおいて、当該下地部分の添加剤添加による屈折率により、粗面化により、周期的な凹凸により、又は多孔質構造の密度により漸増させた請求項６記載の光触媒用担体にある。
【００１７】
請求項８記載の本発明は、前記光触媒層の光放射率を漸増させるにおいて、当該光触媒層の多孔質構造の密度により漸増させた請求項７記載の光触媒用担体にある。
【００１８】
請求項９記載の本発明は、前記光導波体の光放射率を漸増させるにおいて、当該光導波体の含有気泡密度を変化させた請求項７記載の光触媒用担体にある。
【００１９】
請求項１０記載の本発明は、前記光導波体の光触媒が担持される表面が、その外表面である請求項１、２、３、４、５、６、７、８又は９記載の光触媒用担体にある。
【００２０】
請求項１１記載の本発明は、前記光導波体の光触媒が担持される表面が、その長手方向に設けた１又は２以上の穴の内表面である請求項１、２、３、４、５、６、７、８又は９記載の光触媒用担体にある。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１〜図２は、本発明に係る光触媒用担体の一例になる形態を示したものである。この光触媒用担体１０Ｈは、光透過性材料の長尺体又は線条体からなる光導波体１１の表面に光触媒を担持させて光触媒層１３とする一方、光触媒層１３の下地部分１５を、その光放射率が、その長手方向に沿って不定放射率構造となるようにしてある。ここで、不定放射率構造とは、その光放射率を漸増させることをいい、光導波体１１の両端側から反応光が入射される図１の例では、光導波体１１の両端側からその中央に掛けて屈折率を徐々に傾斜状に増やしてある（図１と同様の場合以下同じ）。なお、この漸増は、理想的には傾斜状に増える場合であるが、より広くは階段状に徐々に増える場合も含まれる。
【００２２】
いずれにしても、この構造から、光導波体１１の両端側から、紫外線（反応光）を入射させると、入射光は、光導波体１１内の伝搬送損失と光触媒層１３側への放射により、次第に減衰するものの、下地部分１５の光放射率が中央に掛けて漸増させてあるため、光導波体１１の全長に渡って、ほぼ均一な光放射量を光触媒層１３側に放射することができる。つまり、この光触媒用担体１０Ｈでは、その全長に渡って、ほぼ均一な光触媒機能が得られる。
【００２３】
これを、図１に添えたグラフの模式図により説明すると、次のようになる。光導波体１１の両端寄りでは、グラフＩＩａ，ＩＩｃに示すように、入射光の強度自体が大きい反面、光放射率が小さいため、その分光放射量が少なくなる一方、光導波体１１の中央部付近では、伝搬損失と光触媒層１３側への放射により、グラフＩＩｂから明らかなように、入射光の強度自体が減衰するものの、中央部付近になるに従って、下地部分１５の光放射率が漸増するため、光放射量が増える。このため、担体全体から見れば、その全長に渡って、ほぼ均一な光触媒機能が得られることとなる。
【００２４】
ここで、光導波体１１の材料としては、光透過性材料であれば特に問わないが、通常のガラスや石英ガラス、フッ素含有石英ガラス、プラスチック、又はフッ素含有プラスチックが用いられる。特にプラスチックの場合、紫外線の透過性がよいＰＭＭＡやフッ素含有ＰＭＭＡ、さらにはフッ素樹脂などの使用が望ましい。その長尺体や線条体としての太さや長さも、用途などによって適宜設定することができる。特に石英ガラスやフッ素含有石英ガラスを用いる場合、光ファイバ製造技術を適用することで、外径が１００ｍｍ程度以下であれば、任意の太さ、任意の長さのものを自在に得ることができる。例えば外径が１００ｍｍ程度で長さ１〜２ｍ程度の石英母材を製造した後、これを加熱して延伸させれば、自在の太さ、長さのものが得られる。
【００２５】
通常のガラスは１０００℃程度まで安定し、また、石英ガラスでは１２００℃程度まで安定しているため、担体自体としても高い安定性が得られる。
【００２６】
光放射率を漸増させる下地部分１５の形成にあたっては、その構成材料、例えば光導波体材料と同一材料の場合、これに光放射率を高める材料や逆に光放射率を下げる材料を適宜添加して形成すればよい。ガラス、石英ガラスなどで、光放射率を高めるには、ゲルマニウムやリン、チタンなどの添加剤（ドーパント）を添加し、光放射率を下げるには、フッ素やボロンなどの添加剤を添加すればよい。プラスチックにおいては、光放射率を高める場合、芳香族スルフィドなどの低分子化合物などの添加剤とすればよい。勿論、光導波体１１の両端部分から中央に掛けて、次第にその光放射率が増えるように添加する。
【００２７】
光導波体１１として、特に石英母材を用いる場合には、その外周にガラス微粒子（スート）を堆積させて下地部分１５とし、その際光放射率を高める添加剤を添加すればよい。石英母材構造では、その後延伸すれば、任意の長さや太さのものが得られ、かつ、下地部分１５の光放射率の漸増構造は、延伸してもそのまま受け継がれる。
【００２８】
この下地部分１５は、光触媒層１３部分と一体的に形成することが望ましい。例えば下地部分１５をガラス微粒子の堆積で形成する場合、この上に光触媒材料の微粒子、例えばＴｉＯ₂ 微粒子などを堆積させればよい。混在させて堆積させることも可能である。これにより、下地部分１５と光触媒層１３部分の両者は、多孔質構造として一体的に形成される。
【００２９】
この多孔質構造とすることで、光触媒面積の大幅な拡大増加を図ることができる。結果として、光触媒機能のより一層の向上、さらには、光触媒用担体自体のコンパクト化が可能となる。また、多孔質構造の層は、通常高温下で行われるため、下地部分１５即ち光導波体１１側に対して、光触媒層１３部分が一体的な密着され、剥離などの恐れのない安定した層が得られる。
【００３０】
光触媒層の光触媒材料としては、上記のように最も代表的なものとしてＴｉＯ₂ が挙げられるが、その以外のものとしては、ＺｎＯ、Ｆｅ₂ Ｏ₃ 、ＧａＡｓ、ＣｄＳ、ＧａＰ、ＳｒＴｉＯ₃ 、ＷＯ₃ などが挙げられる。そして、これら、又はこれらの化合物の少なくとも一つを選んで使用すればよい。この光触媒材料の屈折率は、通常光導波体材料のガラスや石英ガラス、プラスチックなどのそれより大きくして、紫外線がより有効に吸収されるように調整してある。また、光触媒の周囲に有機色素を有するものを用いることもできる。この有機色素により、効率よく光を吸収する効果が得られる。
【００３１】
このようにしてなる、本発明の光触媒用担体１０Ｈの用途としては、特に限定されないが、例えば図３に示すように、汚水（廃液）を処理する流体浄化フィルタなどの装置、即ち光触媒用担体装置１００として使用することができる。
【００３２】
ここでは、線条体とした光触媒用担体１０Ｈを、流体処理容器４０内にループ状に纏めた状態で納め、流体処理容器４０の一方（図中左側）から汚水（処理液）を注入すれば、他方（図中右側）から浄化水（処理済液）を取り出すことができる。この場合、反応光としての紫外線は、狭帯域光源２０，２０からのものを用い、光触媒用担体１０Ｈの両端面側に設けた光導入部３０，３０を通じて、光導波体１１の長さ方向に入射、伝搬させる。これにより、光導波体１１の外周の光触媒層１３側に紫外線が照射されるため、光触媒が活性化されて、所望の流体処理が行われる。
【００３３】
この流体処理方法によると、先ず、光触媒層１３部分が多孔質構造であるため、光触媒面積の大幅な増加があり、高い光触媒機能が得られる。しかも、光導波体１１のほぼ全長に渡ってほぼ均一な光触媒作用が得られるため、局所的に偏ったりすることのない効率的な流体処理が得られる。また、狭帯域光源２０，２０を用いているため、光エネルギーの無駄を最小限に抑えることができる。つまり、光触媒は、特定の波長以下の光で活性化される訳であるが（ＴｉＯ₂ などでは３８０ｎｍ以下、例えばカチオンとして遷移金属などをドープした化合物やアニオンとして窒素、リン、ホウ素などをドープした化合物とすることで３８０〜５００ｎｍ以下も可能）、通常のＵＶランプなどでは、波長範囲が広く、光エネルギーの無駄が避けられないからである。また、光導波体材料中を紫外線が直接伝搬する構造であるため、伝搬損失を小さく抑えることができる。さらに、光導波体材料に対して、光触媒層の屈折率が大きくしてあるため、入射された紫外線は殆ど無駄になることなく、効率よく、触媒反応に利用される。
【００３４】
図４は、図１の光触媒用担体の変形例を示したものである。この光触媒用担体１０Ｉは、光導波体１１の一端側から反応光が入射される例で、下地部分１５が光導波体１１の一端側から他端側に掛けて屈折率を漸増させてある。即ち、光放射率を漸増させる不定放射率構造層としてある。なお、階段状に漸増させることも可能である。
【００３５】
この光触媒用担体１０Ｉの場合、光導波体１１の一端側から、紫外線を入射させるのみでよく、用途によっては大きなメリットが得られる。一端側から入射された入射光は、光導波体１１内の伝搬送損失と光触媒層１３側への放射により、次第に減衰するものの、下地部分１５の光放射率が他端側に掛けて漸増させてあるため、光導波体１１の全長に渡って、ほぼ均一な光放射量が放射される。このため、この光触媒用担体１０Ｉでも、ほぼその全長に渡って、ほぼ均一な光触媒作用が得られる。
【００３６】
図５は、本発明に係る光触媒用担体の他の例を示したものである。この光触媒用担体１０Ｊでは、不定放射率構造層である下地部分１５を、粗面化による不定放射率構造としてある。ここで、粗面化とは、光導波体１１の外周に微細な凹凸を設けることをいい、その方法は、特に限定されないが、例えば高温下で軟化状態にある光導波体１１の表面に砂状の微粒子を吹き付ける方法やブラシ状のもので擦る方法などで、小さな傷を付ける方法などが挙げられる。
【００３７】
この粗面化により、光導波体１１に入射された紫外線は、粗面化部分から洩れ易くなり、また、その粗面化の度合いが大きいほど、即ち密なほど洩れ量が多くなる。このため、粗面化にあたっては、図示の局部拡大図から明らかなように、光導波体１１の両端側からその中央に掛けて粗面化の度合いが漸増するようにしてある。つまり、端部寄りでは粗面化の度合いが小さく、即ち粗く、中央に掛けては次第に粗面化の度合いが大きく、即ちより細かく密にしてある。なお、階段状に漸増させることも可能である。
【００３８】
したがって、上記光触媒用担体１０Ｈの場合と同様、この光触媒用担体１０Ｊでも、光導波体１１の両端側から、紫外線を入射させると、入射光は光導波体１１内の伝搬送損失と光触媒層１３側への放射により、次第に減衰するものの、下地部分１５の粗面化の度合いが中央に掛けて漸増させてあるため、光導波体１１の全長に渡って、ほぼ均一な光放射量を光触媒層１３側に放射することができる。なお、粗面化の度合いを、上記光触媒用担体１０Ｉの場合と同様、光導波体１１の一端側から他端側に掛けて漸増させるようにしたり、或いは、階段状に漸増させることも可能である。これらの担体も、上記のような装置として、流体処理に使用することができる。
【００３９】
図６は、本発明に係る光触媒用担体の他の例を示したものである。この光触媒用担体１０Ｋでは、不定放射率構造層である下地部分１５を、周期的な凹凸による不定放射率構造としてある。ここで、周期的な凹凸とは、広い意味では上記粗面化と同様であるが、その周期性において単なる粗面化とは異なる。この周期的な凹凸は、一種の回析格子として機能するため、光導波体１１内の光を外部に放射することができる。周期的な凹凸の形成にあっては、特に限定されないが、例えば、光導波体１１をガラス母材から溶融延伸により製造する際、延伸速度を周期的に変化させることで、光導波体１１側と一体化して形成することができる。勿論、下地部分１５を周期的な凹凸を持って付着させるなどして形成することも可能である。このときの周期としては、１μｍ〜５ｍｍ程度とするとよい。例えば放射角を６０°〜８９°とすると波長（λ）＝３８０ｎｍでは３μｍ〜３ｍｍ程度、放射角を４０°〜８９°とすると波長（λ）＝３８０ｎｍでは１μｍ〜３ｍｍ程度とすればよい。また、放射率を高めるには、凹凸の深さを深くしたり（大きくしたり）、凹凸の周期を短くすればよい。
【００４０】
この周期的な凹凸の形成により、光導波体１１に入射された紫外線は、凹凸部分から洩れ易くなり、また、その凹凸の深さが深く、或いは周期が短いほど洩れ量が多くなる。このため、凹凸の形成にあたっては、図示の局部拡大図から明らかなように、光導波体１１の両端側からその中央に掛けて粗面化の度合いが漸増するようにしてある。つまり、端部寄りでは凹凸の深さが浅く、或いは周期が長く、中央に掛けては次第に凹凸の深さが深く、或いは周期が短くなる。なお、階段状に漸増させることも可能である。
【００４１】
したがって、上記光触媒用担体１０Ｈの場合と同様、この光触媒用担体１０Ｋでも、光導波体１１の両端側から、紫外線を入射させると、入射光は光導波体１１内の伝搬送損失と光触媒層１３側への放射により、次第に減衰するものの、下地部分１５の凹凸の深さや周期が中央に掛けて漸増させてあるため、光導波体１１の全長に渡って、ほぼ均一な光放射量を光触媒層１３側に放射することができる。なお、凹凸の深さや周期を、上記光触媒用担体１０Ｉの場合と同様、光導波体１１の一端側から他端側に掛けて漸増させるようにしたり、或いは、階段状に漸増させることも可能である。これらの担体も、上記のような装置として、流体処理に使用することができる。
【００４２】
図７は、本発明に係る光触媒用担体の他の例を示したものである。この光触媒用担体１０Ｌでは、不定放射率構造層である下地部分１５を、多孔質構造密度の不定放射率構造としてある。ここで、下地部分１５を微粒子材料で形成する際、多孔質構造密度を光導波体１１の長手方向に変化させてある。この多孔質構造密度が大きいほど、空隙が少なくなり、実効屈折率が大きくなる。
【００４３】
例えば、下地部分１５を、光導波体１１側より屈折率の大きいガラス微粒子で形成する場合、図示の局部拡大図から明らかなように、光導波体１１の両端側からその中央に掛けて多孔質構造密度を漸増させてある。この結果、端部寄りでは実効屈折率が小さく、中央に掛けては次第に実効屈折率が大きくなる。なお、階段状に漸増させることも可能である。
【００４４】
したがって、この光触媒用担体１０Ｌでも、上記光触媒用担体１０Ｈの場合と同様の作用、効果が得られる。つまり、光導波体１１の全長に渡って、ほぼ均一な光放射量を光触媒層１３側に放射することができる。なお、多孔質構造密度を、上記光触媒用担体１０Ｉの場合と同様、光導波体１１の一端側から他端側に掛けて漸増させたり、或いは、階段状に漸増させることも可能である。これらの担体も、上記のような装置として、流体処理に使用することができる。
【００４５】
図８は、本発明に係る光触媒用担体の他の例を示したものである。この光触媒用担体１０Ｍは、光導波体１１の不定放射率構造が、含有気泡密度による不定放射率構造としてある。ここでは、光導波体１１の長手方向において含有気泡密度を変化させてある。この含有気泡密度が大きいほど、気泡による光の散乱が多くなる。
【００４６】
このような含有気泡密度による不定放射率構造の形成にあたって、光導波体１１を石英母材で製造する場合には、例えば、図９や図１０に示すような方法によって製造することができる。
【００４７】
図９の方法では、多孔質母材を加熱炉で焼結して透明ガラス化する際、加熱炉２００のヒーター２１０側に故意に温度分布を持たせて、母材１１Ａの長手方向における焼結度を不均一にしてある。この場合、焼結の程度は空孔率の差として現れるため、長手方向の空孔率、即ち含有気泡密度が不均一になる。因みに、ヒーターの温度分布を２０ｍｍ間隔の周期で変化させて、得られた半径が２０ｍｍの母材から、半径１００μｍのファイバに引き延ばすと、空孔率の周期（ｍｍ）は、２０×〔（２０²×π）／（０．１²×π）〕から、８０００００ｍｍ、即ち８００ｍとなる。つまり、ファイバの両端から中央の４００ｍ部分にかけて含有気泡密度を漸増させたものを簡単に得ることができる。なお、この場合により短い周期で空孔率を変化させるには、ファイバを太くするか、母材側の半径を小さくすればよい。また、逆に、周期を長くしたいときには、ファイバをより細くするか、母材側の半径を太くすればよい。
【００４８】
なお、上記の母材からファイバ化する際には、ファイバを溶融延伸するわけであるが、このときの加熱温度は、母材の焼結温度と同等か高い温度で行われるため、母材中の空孔率が若干小さくなる。しかしながら、溶融延伸時の処理時間が短いため、空孔が消失することはなく、基本的には、母材中の空孔率が反映された形のファイバが得られる。
【００４９】
一方、図１０の方法では、先ず、上記と同様、焼結工程において、空孔率の高いままの不完全な焼結の母材１１Ｂを形成し、これを、線引き工程の加熱炉３００中で溶融延伸する際、線引き速度を変化させる。つまり、線引き速度を上げれば、ファイバは細くなり、空孔率は高くなり、逆に、線引き速度を下げれば、ファイバは太くなり、空孔率は小さくなる。したがって、線引き速度を漸増させれば、これに対応して、含有気泡密度を漸増させたファイバを簡単に得ることができる。なお、空孔率と同時にファイバの外径も変化するが、実用上の問題は特にない。また、階段状に漸増させることも可能である。
【００５０】
したがって、この光触媒用担体１０Ｍでも、上記光触媒用担体１０Ｈの場合と同様の作用、効果が得られる。つまり、光導波体１１の全長に渡って、ほぼ均一な光放射量を光触媒層１３側に放射することができる。なお、含有気泡密度を、上記光触媒用担体１０Ｉの場合と同様、光導波体１１の一端側から他端側に掛けて漸増させたり、或いは、階段状に漸増させることも可能である。これらの担体も、上記のような装置として、流体処理に使用することができる。
【００５１】
図１１は、本発明に係る光触媒用担体の他の例を示したものである。この光触媒用担体１０Ｎは、光触媒層１３の不定放射率構造が、多孔質構造密度による不定放射率構造としてある。ここでは、光触媒層１３部分を微粒子材料、例えばＴｉＯ₂ 微粒子などで形成する際、多孔質構造密度を光導波体１１の長手方向に変化させてある。この多孔質構造密度が大きいほど、空隙が少なくなり、実効屈折率が大きくなる。
【００５２】
例えば、光触媒層１３を、光導波体１１側より屈折率の大きいＴｉＯ₂ 微粒子で形成する場合、図示の局部拡大図から明らかなように、光導波体１１の両端側からその中央に掛けて多孔質構造密度を漸増させてある。この結果、端部寄りでは実効屈折率が小さく、中央に掛けては次第に実効屈折率が大きくなる。なお、階段状に漸増させることも可能である。
【００５３】
したがって、この光触媒用担体１０Ｎでも、上記光触媒用担体１０Ｌの場合と同様の作用、効果が得られる。つまり、光導波体１１の全長に渡って、ほぼ均一な光放射量が放射される。ただし、放射部分が光触媒層１３自体であるため、実効屈折率が小さい端部寄りと実効屈折率が大きい中央部分とでは、光触媒層１３の厚さなどを適宜調整して、担体の全長に渡って、ほぼ均一な光触媒作用が得られるようにする必要がある。なお、多孔質構造密度を、上記光触媒用担体１０Ｉの場合と同様、光導波体１１の一端側から他端側に掛けて漸増させたり、或いは、階段状に漸増させることも可能である。これらの担体も、上記のような装置として、流体処理に使用することができる。
【００５４】
なお、上記実施の形態では、光導波体１１の外表面（外周）側に光触媒層１３を設けた場合であったが、本発明はこれに限定されない。例えば、図１２〜図１３に示すように、光導波体１１の長手方向に設けた１又は２以上の穴１２の内側（内表面側）に光触媒層を設けたものにおいて、上述したように、この光触媒層の下地部分、光触媒層部分、又は光導波体の光放射率を、その長手方向に沿って不定放射率構造とする、本発明を適用することもできる。さらに、このように１又は２以上の穴１２を有する光導波体１１において、その内外の両表面側に、上記のような本発明を適用することもできる。また、これらの光触媒用担体においても、光導波体はガラス、石英ガラス、フッ素含有石英ガラス、プラスチック、又はフッ素含有プラスチックとする。勿論、これらの場合も、上記とほぼ同様の作用、効果を得ることができる。
【００５５】
また、上記の実施の形態では、光触媒用担体の利用法、即ち流体処理方法の例として、汚水を浄化する方法についてであったが、本発明は、勿論これに限定されるものではない。例えば廃油処理方法や排ガス処理方法などとして利用することができる。さらに、光触媒用担体を除菌フィルタや脱臭フィルタなどして用いた除菌処理方法や脱臭処理方法などとしても利用することもできる。
【００５６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によると、以下のような優れた効果が得られる。
【００５７】
先ず、本発明の光触媒用担体では、光導波体の表面に設けた光触媒層の下地部分、光触媒層部分、又は光導波体の光放射率を、その長手方向に沿って不定放射率構造としてあるため、光導波体に入射された光触媒用の反応光がその全長に渡ってほぼ均一に放射される。したがって、担体の全長に渡ってほぼ均一な光触媒機能が得られる。
【００５８】
また、光触媒層の下地部分、光触媒層部分、又は光導波体の光放射率を、その長手方向に沿って不定放射率構造とする際、対応する部分の屈折率や粗面化の度合い、周期的な凹凸の変化、多孔質構造密度、含有気泡密度などを調整するのみで得られる。つまり、比較的簡単な方法で実現することができる。
【００５９】
また、この不定放射率構造において、光導波体の両端側からその中央に掛けて屈折率を漸増させれば、光導波体の両端側から紫外線を導入することで、担体の全長に渡って、ほぼ均一な光触媒機能が得られる。
【００６０】
また、この不定放射率構造において、光導波体の一端側から他端側に掛けて屈折率を漸増させれば、光導波体の一端側から紫外線を導入することで、担体の全長に渡って、ほぼ均一な光触媒機能が得られる。この場合、用途によっては、大きなメリットが得られる。
【００６１】
また、光触媒層を多孔質構造とした場合、担体の単位堆積当たりの触媒体積を大幅に増加させることができる。結果として、担体のコンパクト化が可能となり、また、高効率の光触媒用担体が得られる。また、多孔質構造の場合、担体側と一体的に密着されるため、布設時や使用時の曲げ、或いは経時的な擦れなどによっても容易に剥離することのない、安定した光触媒層が得られる。
【００６２】
また、光導波体部分をガラス又は石英ガラスとしたときには、熱的にも、機械的にも安定した担体が得られる。勿論、これにより、光触媒の反応物質や反応生成物に対しても、化学的に高い安定性が得られる。
【００６３】
また、光導波体の表面が、その長手方向に設けた１又は２以上の穴の内表面側の場合、外傷に強い担体が得られ、用途によっては大きなメリットとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光触媒用担体の一例を示した縦断面図である。
【図２】（Ａ）〜（Ｃ）図１の担体の各部分の端面図である。
【図３】本発明に係る光触媒用担体を用いた装置及び流体処理方法の一例を示した概略説明図である。
【図４】本発明に係る光触媒用担体の他の例を示した縦断面図である。
【図５】本発明に係る光触媒用担体の他の例を示した縦断面図である。
【図６】本発明に係る光触媒用担体の他の例を示した縦断面図である。
【図７】本発明に係る光触媒用担体の他の例を示した縦断面図である。
【図８】本発明に係る光触媒用担体の他の例を示した縦断面図である。
【図９】図８の光触媒用担体の製造方法の一例を示した説明図である。
【図１０】図８の光触媒用担体の製造方法の他の例を示した説明図である。
【図１１】本発明に係る光触媒用担体の他の例を示した縦断面図である。
【図１２】本発明に係る担体用の光導波体の一例を示した斜視図である。
【図１３】本発明に係る担体用の光導波体の他の例を示した斜視図である。
【符号の説明】
１０Ｈ〜１０Ｎ光触媒用担体
１１光導波体
１２穴
１３光触媒層
１５光触媒層の下地部分
２０狭帯域光源
３０光導入部
４０流体処理容器
１００光触媒用担体装置

Claims

光透過性材料の線条体からなる光導波体の表面に光触媒を担持させて光触媒層とすると共に、前記光導波体の両端側から光触媒用の反応光を入射させる光触媒用担体において、
前記光触媒層の下地部分、光触媒層部分、又は光導波体を、前記光導波体の両端側からその中央に掛けてその光放射率を漸増させて、前記光導波体の両端側から入射された光触媒用の反応光がその全長に渡ってほぼ均一に放射されるようにした光触媒用担体。
前記光触媒層の下地部分の光放射率を漸増させるにおいて、当該下地部分の添加剤添加による屈折率により、粗面化により、周期的な凹凸により、又は多孔質構造の密度により漸増させた請求項１記載の光触媒用担体。
前記光触媒層を多孔質構造とした請求項１記載の光触媒用担体。
前記光触媒層の光放射率を漸増させるにおいて、当該光触媒層の多孔質構造の密度により漸増させた請求項３記載の光触媒用担体。
前記光導波体の光放射率を漸増させるにおいて、当該光導波体の含有気泡密度を変化させた請求項１記載の光触媒用担体。
光透過性材料の線条体からなる光導波体の表面に光触媒を担持させて光触媒層とすると共に、前記光導波体の一端側から光触媒用の反応光を入射させる光触媒用担体において、
前記光触媒層を多孔質構造とし、かつ、前記光触媒層の下地部分、光触媒層部分、又は光導波体を、前記光導波体の一端側からその他端側に掛けてその光放射率を漸増させて、前記光導波体の光放射率の低い一端側から入射された光触媒用の反応光がその全長に渡ってほぼ均一に放射されるようにした光触媒用担体。
前記光触媒層の下地部分の光放射率を漸増させるにおいて、当該下地部分の添加剤添加による屈折率により、粗面化により、周期的な凹凸により、又は多孔質構造の密度により漸増させた請求項６記載の光触媒用担体。
前記光触媒層の光放射率を漸増させるにおいて、当該光触媒層の多孔質構造の密度により漸増させた請求項７記載の光触媒用担体。
前記光導波体の光放射率を漸増させるにおいて、当該光導波体の含有気泡密度を変化させた請求項７記載の光触媒用担体。
前記光導波体の光触媒が担持される表面が、その外表面である請求項１、２、３、４、５、６、７、８又は９記載の光触媒用担体。
前記光導波体の光触媒が担持される表面が、その長手方向に設けた１又は２以上の穴の内表面である請求項１、２、３、４、５、６、７、８又は９記載の光触媒用担体。