JP5730075B2 - 光触媒坦持炭素繊維及び光触媒坦持炭素繊維フィルタ - Google Patents
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Description
本発明の目的は、炭素繊維の表面に光触媒を安定的に固定することにある。
請求項1に係る発明は、ケイ素化合物を用いる蒸着処理が施された炭素繊維の表面に、光触媒を坦持してなる光触媒坦持炭素繊維であって、前記蒸着処理は、化学気相蒸着法(CVD法)により前記炭素繊維と前記ケイ素化合物とを反応させて当該炭素繊維の表面を炭化ケイ素(SiC)に転化させることを特徴とする光触媒坦持炭素繊維である。
請求項2に係る発明は、前記ケイ素化合物は、ハロゲン化ケイ素化合物を含むことを特徴とする請求項1に記載の光触媒坦持炭素繊維である。
請求項3に係る発明は、前記光触媒は、二酸化チタン(TiO 2 )を含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の光触媒坦持炭素繊維である。
請求項5に係る発明は、前記紫外線照射部材は、前記光触媒坦持炭素繊維部材の内部に配置されることを特徴とする請求項4に記載の光触媒坦持炭素繊維フィルタである。
請求項6に係る発明は、前記紫外線照射部材は、波長300nmの紫外線の光線透過率が70%以上である紫外線透過性アクリル樹脂から形成された紫外線導光体であることを特徴とする請求項4又は5記載の光触媒坦持炭素繊維フィルタである。
請求項7に係る発明は、前記紫外線導光体は、前記被浄化流体が流れる方向に略平行に配置された棒状形状を有し、且つ当該紫外線導光体の周囲は、当該棒状形状の長手方向に沿って前記光触媒坦持炭素繊維部材に取り囲まれていることを特徴とする請求項6に記載の光触媒坦持炭素繊維フィルタである。
請求項8に係る発明は、前記紫外線導光体は、前記被浄化流体が流れる方向と略直交するように配置された平板形状を有し、且つ前記光触媒坦持炭素繊維部材により、当該平板形状の表面側及び裏面側から挟まれていることを特徴とする請求項6に記載の光触媒坦持炭素繊維フィルタである。
本発明によれば、炭化ケイ素の転化が炭素繊維の表面に止まり、炭素繊維の機械的強度等を保持しつつ光触媒作用が発揮される。
本発明によれば、光触媒坦持炭素繊維部材の内部に坦持された光触媒に紫外線エネルギが効率良く照射され、光触媒作用が活性化される。
(炭素繊維)
本実施の形態で使用する炭素繊維は、一般に樹脂等の補強材に用いられる公知のものならば特に限定されない。具体的には、例えば、ポリアクリロニトリル系炭素繊維、等方性ピッチ系炭素繊維、異方性ピッチ系炭素繊維、カイノール樹脂系炭素繊維、レーヨン系炭素繊維、黒鉛繊維等が挙げられる。また、長繊維タイプまたは短繊維タイプのチョプドストランド、ミルドファイバー等から選択される。
炭素繊維は、成形時などの繊維折損を抑えるため高強度・高伸度タイプのものを用いることが望ましい。本実施の形態では、通常、引張強度が3500MPa以上、引張弾性率が300GPa以下、破断伸度が1.4%以上である炭素繊維が好ましい。
炭素繊維は、1種を単独で使用、または2種以上を併用してもよい。
本実施の形態で使用する光触媒は、例えば、フィルタとして使用する場合、浄化対象としての空気等の流体中に含まれる有害有機物質等を酸化分解による光触媒反応が可能な金属酸化物が挙げられ、特に限定されるものではない。
光触媒の具体例としては、例えば、二酸化チタン(特に、アナタース型二酸化チタン)、ルチル型二酸化チタン、ブルッカイト型二酸化チタンが挙げられる。さらに、酸化亜鉛、酸化錫、酸化鉛、酸化第二鉄等を含んでいても良い。
光触媒は、粉末状、塊状、粒状、平板状、繊維状等の様々な形態のものを用いることができる。本実施の形態では、平均粒径1nm〜100nmの粉末状の二酸化チタンを使用している。
光触媒坦持炭素繊維に坦持された光触媒の量は特に限定されない。本実施の形態では、0.01%〜99.9%の範囲で調製される。
(炭素繊維の蒸着処理)
本実施の形態で使用する炭素繊維は、ケイ素化合物を用いる化学気相蒸着法(CVD法:Chemical Vapor Deposition)により蒸着処理が施される。CVD法による炭素繊維とケイ素化合物との反応により、炭素繊維の表面が炭化ケイ素(SiC)に転化すると考えられる。炭化ケイ素の転化が炭素繊維の表面に止まることにより、炭素繊維の機械的強度等を保持しつつ、後述する光触媒の坦持する坦体として使用することができる。
本実施の形態において、光触媒は、通常、以下の手順により表面蒸着処理が施された炭素繊維に坦持される。即ち、上述した表面蒸着処理が施された炭素繊維を、二酸化チタン(TiO2)等の光触媒を含有するスラリー(TiO2スラリー)に浸漬し、乾燥後、大気中において100℃〜800℃程度の温度で焼成する。尚、TiO2スラリーの分散媒として水を使用する。
TiO2スラリー中の二酸化チタン(TiO2)の濃度は特に限定されないが、本実施の形態では、炭素繊維に坦持した際に、チタン(Ti)と炭素(C)のモル比(Ti/C)が0.1〜2の範囲内になるように調整されている。
炭素繊維は、ケイ素化合物を用いるCVD法により蒸着処理が施されることにより、その表面に、光触媒が安定的に固定される。
次に、光触媒坦持炭素繊維を用いた光触媒坦持炭素繊維フィルタについて説明する。
図1は、本実施の形態が適用される光触媒坦持炭素繊維フィルタ100の一例を説明する図である。図1に示すように、光触媒坦持炭素繊維フィルタ100は、光触媒30を坦持した光触媒坦持炭素繊維部材10と、光触媒坦持炭素繊維部材10の内部に配置された紫外線照射部材の一例としての紫外線導光体20と、を備えている。
光触媒坦持炭素繊維部材10は、表面にケイ素が蒸着処理され且つ表面に光触媒30が坦持された光触媒坦持炭素繊維の集合体であって、フィルタとして使用する際、被浄化流体としての空気等が通過可能な多孔質構造を有している。
紫外線導光体20は、光触媒坦持炭素繊維部材10の内部に坦持された光触媒30に、紫外線エネルギを照射するために、光触媒坦持炭素繊維部材10の内部に配置されている。後述するように、紫外線導光体20には、光触媒坦持炭素繊維フィルタ100の外部に設けた電源(図示せず)を用い、例えば、発光ダイオード(LED)(図示せず)により発生した波長200nm〜400nmの紫外線エネルギが導入される。発光ダイオード(LED)から発生する紫外線エネルギは、例えば、光ファイバ又は他の導光板等を介して、光触媒坦持炭素繊維フィルタ100の紫外線導光体20に導入する。
図2(a)に示す光触媒坦持炭素繊維フィルタ101は、光触媒(図示せず)が坦持された光触媒坦持炭素繊維の集合体である光触媒坦持炭素繊維部材12aと、浄化対象となる空気等の流れる方向(A)に略平行に配置された複数の紫外線導光体22aを有している。紫外線導光体22aは棒状形状を有している。そして、紫外線導光体22aの周囲が長手方向に沿って光触媒坦持炭素繊維部材12aに取り囲まれるように、光触媒坦持炭素繊維部材12aの内部に配置されている。
Claims (8)
- ケイ素化合物を用いる蒸着処理が施された炭素繊維の表面に、光触媒を坦持してなる光触媒坦持炭素繊維であって、
前記蒸着処理は、化学気相蒸着法(CVD法)により前記炭素繊維と前記ケイ素化合物とを反応させて当該炭素繊維の表面を炭化ケイ素(SiC)に転化させることを特徴とする光触媒坦持炭素繊維。 - 前記ケイ素化合物は、ハロゲン化ケイ素化合物を含むことを特徴とする請求項1に記載の光触媒坦持炭素繊維。
- 前記光触媒は、二酸化チタン(TiO2)を含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の光触媒坦持炭素繊維。
- 炭素繊維の表面にケイ素が蒸着処理され且つ当該表面に光触媒が坦持された光触媒坦持炭素繊維の集合体であって、被浄化流体が通過可能な多孔質構造を有する光触媒坦持炭素繊維部材と、
前記光触媒に紫外線エネルギが照射可能に配置された紫外線照射部材と、を有し、
前記蒸着処理は、化学気相蒸着法(CVD法)により前記炭素繊維とケイ素化合物とを反応させて当該炭素繊維の表面を炭化ケイ素(SiC)に転化させる
ことを特徴とする光触媒坦持炭素繊維フィルタ。 - 前記紫外線照射部材は、前記光触媒坦持炭素繊維部材の内部に配置されることを特徴とする請求項4に記載の光触媒坦持炭素繊維フィルタ。
- 前記紫外線照射部材は、波長300nmの紫外線の光線透過率が70%以上である紫外線透過性アクリル樹脂から形成された紫外線導光体であることを特徴とする請求項4又は5に記載の光触媒坦持炭素繊維フィルタ。
- 前記紫外線導光体は、前記被浄化流体が流れる方向に略平行に配置された棒状形状を有し、且つ当該紫外線導光体の周囲は、当該棒状形状の長手方向に沿って前記光触媒坦持炭素繊維部材に取り囲まれていることを特徴とする請求項6に記載の光触媒坦持炭素繊維フィルタ。
- 前記紫外線導光体は、前記被浄化流体が流れる方向と略直交するように配置された平板形状を有し、且つ前記光触媒坦持炭素繊維部材により、当該平板形状の表面側及び裏面側から挟まれていることを特徴とする請求項6に記載の光触媒坦持炭素繊維フィルタ。
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