JP4924184B2 - 光触媒性部材およびその光触媒性部材を用いた空質浄化装置 - Google Patents
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Description
本発明は、脱臭・消臭用の光触媒性部材と、その光触媒性部材を用いた空質浄化装置に関する。
光触媒の有機物分解作用は約３０年前に見出された。酸化チタンなどある種の半導体は光照射で電子を励起、正孔を生成し、その電荷担体が半導体表面でスパーオキサイドアニオンやヒドロキシラジカルを生成する。これらが有機分子を攻撃し、有機物を分解する。この種の作用をもつ半導体材料を光触媒と呼んでいる。元々酸化チタンがこの種の反応を示すことから、光触媒と言えば酸化チタンを意味すると言っても問題ない。
今までにこの光触媒有機分解作用を利用した製品やデバイスの提案が数多くされている。中でも空気中の臭気（有機ガス）成分を光触媒作用で分解するデバイス、フィルターに関する開発が盛んに行われてきている。この開発のほとんどは、臭気成分をより効果的に脱臭する目的で、吸着剤と光触媒との組合せにより脱臭速度を向上させており（たとえば特許文献１参照）、特にハイシリカゼオライトと組み合わせることで、エチレンなどの特定のガスに対する分解速度を向上させているものもある（たとえば特許文献２参照）。
また、光触媒層の構成についても、下層より上層の吸着剤中の酸化チタン比率を高め、かつ比較的緻密な、２層の触媒層を形成することで、吸着した臭気成分が再び外気に開放されること無く分解させるような光触媒層構成の提案もある（たとえば特許文献３、特許文献４参照）。
特開平１−１８９３２２号公報
特開平７−１６４７３号公報
特開平１０−９４５８７号公報
特開平１０−１３７３２９号公報
しかしながら、吸着剤として、ハイシリカゼオライトのように、光触媒の励起に有効な３００ｎｍ付近以上の紫外線を透過する吸着剤と光触媒とを混合した光触媒層の表面では、紫外光の一部が吸着剤を透過して下部の光触媒の励起に利用されるか、または散乱する。
そのため紫外光の透過により、光触媒と吸着剤とからなる光触媒層の脱臭速度は、光触媒のみからなる光触媒層の脱臭速度より高速化するが、一方で紫外光の散乱の分だけ、紫外光を有効に利用できないという課題を有していた。
本発明は、前期従来の課題を解決するもので、吸着剤によって散乱された紫外光の活用を目的とした、光触媒性部材を提供することを目的とする。
前期従来の課題を解決するため、本発明の光触媒性部材は、下層に光触媒と吸着剤とバインダーとの混合層を、上層に酸化チタンとバインダーからなる層を設け、下層の膜厚が１５μｍ以上の厚さからなり、かつ上層の膜厚が４０μｍ以下の厚さからなることを有し、アセトアルデヒドなどの気相中の臭気成分を脱臭する。
本構成によって、脱臭速度は向上し、臭気濃度が低下する。
また、本発明の光触媒性部材と、紫外線光源を備えた、空質浄化装置によって、臭気物質の濃度を低下することができる。
本発明の光触媒性部材によれば、気相中の有機ガスの脱臭速度を高速化することが可能である。
以下本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における光触媒性部材の断面を模式化した図である。下層に光触媒酸化チタン１０１、吸着剤の東ソー製ハイシリカゼオライトＨＳＺ−８９０ＨＯＡ１０２、バインダーの信越化学製テトラエトキシシランの加水分解重縮合によって生じたシリカ１０３を、上層に、光触媒酸化チタン１０１、バインダーの信越化学製テトラエトキシシランの加水分解重縮合によって生じたシリカ１０３を８０ｍｍ、横１８０ｍｍのガラス基板上に形成させる。
図１は、本発明の実施の形態１における光触媒性部材の断面を模式化した図である。下層に光触媒酸化チタン１０１、吸着剤の東ソー製ハイシリカゼオライトＨＳＺ−８９０ＨＯＡ１０２、バインダーの信越化学製テトラエトキシシランの加水分解重縮合によって生じたシリカ１０３を、上層に、光触媒酸化チタン１０１、バインダーの信越化学製テトラエトキシシランの加水分解重縮合によって生じたシリカ１０３を８０ｍｍ、横１８０ｍｍのガラス基板上に形成させる。
この光触媒性部材を、図２に示す内容積１００Ｌのアクリル製ボックス内の測定装置２０１に挿入し、撹拌用ファン２０２を回転させながら、乾燥空気にてボックス内を置換した後、ボックス内のアセトアルデヒド濃度が１０ｐｐｍとなる、窒素希釈のアセトアルデヒド５２４ｐｐｍ標準ガスを１．８０Ｌ導入する。
導入直後に撹拌用ファン２０２を停止させて、あらかじめウシオ電機製ＵＶＳ３６５プルーブで１．０ｍＷ／ｃｍ２となるように測定装置２０３との距離を調節した、松下電器製６Ｗブラックライトブルー蛍光灯２０４を点灯させ、測定装置２０３のファンを回転させてから、３分毎の自動サンプリング装置を備えた島津製ガスクロマトグラフＧＣ−１４Ｂをスタートさせた。
なお、島津製ガスクロマトグラフＧＣ−１４Ｂに用いたカラムは、ＧＬサイエンス製ＧＡＳＣＨＲＯＰＡＣＫ５６を使用した。
図２に実験データを示す。縦軸のアセトアルデヒド濃度を対数表示し、近似対数から求めた傾きを、脱臭速度定数として他のデータとの比較を行った。脱臭速度定数は、吸着の影響をできうる限り排除するために、開始３分後からのアセトアルデヒド濃度で計算した。
図３に、下層と上層の膜厚と、上層の空隙率を変化させた場合の反応速度係数と判定結果を示す。膜厚は、マイクロメーターにて測定した。
この結果における判定基準は、下層の膜厚が同じ厚さで上層がないものと比較して、脱臭速度係数の絶対値が大きく、かつ下層単独の場合の絶対値が最大である、脱臭速度係数−０．１４２７より絶対値の大きいものは○、下層の膜厚が同じ厚さで上層がないものと比較して、脱臭速度係数の絶対値が大きいが、下層単独の場合の絶対値が最大である、脱臭速度係数−０．１４２７より絶対値の小さいものは△、下層の膜厚が同じ厚さで上層がないものと比較して、脱臭速度係数の絶対値が小さいものは×とした。
図４に、図３の結果をグラフにしたものを示す。縦軸が脱臭速度係数、横軸が上層の膜厚である。脱臭速度係数−０．１４２７より大きいものは、少なくとも上層の膜厚が４０μｍであることから、上層の膜厚は４０μｍ以下が好ましく、特に１０μｍ以上４０μｍ以下が好ましい。
図５に、図３の結果をグラフにしたものを示す。縦軸が脱臭速度係数、横軸が上層の空隙率である。脱臭速度係数−０．１４２７より大きいものは、少なくとも上層の空隙率が７０％以上であることから、上層の空隙率は７０％以上が好ましく、特に７０％以上８５％以下が好ましい。
（実施の形態２）
図６は、本発明の実施の形態２における空質浄化装置の図である。本発明の光触媒性部材５０１を、ファン５０２の気流前方側に固定し、その上部より松下電器製６Ｗブラックライトブルー蛍光灯５０３で光触媒性部材の表面に平均１ｍＷ／ｃｍ２の紫外光が照射されるように調節する。
図６は、本発明の実施の形態２における空質浄化装置の図である。本発明の光触媒性部材５０１を、ファン５０２の気流前方側に固定し、その上部より松下電器製６Ｗブラックライトブルー蛍光灯５０３で光触媒性部材の表面に平均１ｍＷ／ｃｍ２の紫外光が照射されるように調節する。
この装置を内容積１ｍ３のアクリル製ボックス内に入れた後、窒素希釈のアセトアルデヒド５２４ｐｐｍ標準ガス５２４ｐｐｍ１．８０Ｌを導入して、ボックス内のアセトアルデヒドが１ｐｐｍとなるように調節した。
導入直後に撹拌用ファンを停止させて、空質浄化装置のファン５０２を回転させてから、３分毎の自動サンプリング装置を備えた島津製ガスクロマトグラフＧＣ−１４Ｂをスタートさせた。
なお、島津製ガスクロマトグラフＧＣ−１４Ｂに用いたカラムは、ＧＬサイエンス製ＧＡＳＣＨＲＯＰＡＣＫ５６を使用した。
このときの光触媒性部材は、開孔率６６．７％、１８０ｍｍ×８０ｍｍのガラスクロスを用い、下層が４０μｍ、上層が１８μｍである。
図７に実験データを示す。本発明の空質浄化装置によって、６０分でおよそ８０％のアセトアルデヒドを脱臭することができる。
なお、本実施の形態としてフィルターにガラスクロスを用いたが、セラミックハニカムやパンチングメタルなどを用いることもできる。
本発明にかかる光触媒性部材及び空質浄化装置は、脱臭または消臭のための装置として有用である。
１０１ 光触媒酸化チタン
１０２ 吸着剤ハイシリカゼオライトＨＳＺ−８９０ＨＯＡ
１０３ バインダーシリカ
２０１ １００Ｌアクリルボックス
２０２ ボックス内空気撹拌用ファン
２０３ 光触媒性部材測定装置
２０４ ６Ｗブラックライトブルー蛍光灯
５０１ 光触媒性部材
５０２ ファン
５０３ ６Ｗブラックライトブルー蛍光灯
１０２ 吸着剤ハイシリカゼオライトＨＳＺ−８９０ＨＯＡ
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５０１ 光触媒性部材
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Claims (6)
- 下層に少なくとも光触媒と紫外線透過性の吸着剤との混合層を、上層に少なくとも光触媒からなる層を設け、下層の膜厚が１５μｍ以上の厚さからなり、かつ上層の膜厚が１０μｍ以上４０μｍ以下の厚さからなることを特徴とする光触媒性部材。
- 上記光触媒性部材の、下層の膜厚が３４μｍ以上６０μｍ以下の厚さからなることを特徴とする、請求項１記載の光触媒性部材。
- 上記光触媒性部材の、上層の酸化チタンの空隙率が７０％以上１００%未満であることを特徴とする、請求項１から２記載の光触媒性部材。
- 上記光触媒が、フッ素を含有する酸化チタンであることを特徴とする、請求項１から３記載の光触媒性部材。
- 上記吸着剤が、ハイシリカゼオライトであることを特徴とする、請求項１から４記載の光触媒性部材。
- 上記請求項１から５までの光触媒性部材を利用し、紫外線光源を備えた、気相中の有機物を吸着、分解する空質浄化装置。
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