JP6144311B2 - 混合ガスに対する除去性能に優れた光触媒フィルタおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、光触媒フィルタおよびその製造方法に関し、より詳細には、光触媒表面の吸着性能を向上させることで、競争反応で劣るガスを含む混合ガスを光触媒反応の初期から分解することができる光触媒フィルタおよびその製造方法に関する。
光触媒反応（ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃ ｒｅａｃｔｉｏｎ）とは、二酸化チタン（ＴｉＯ２）などの光触媒物質を用いる反応を意味し、水の光分解、銀と白金などの電析反応、有機物の分解などが光触媒反応として知られている。このような光触媒反応は、新たな有機合成反応に対する応用、超純水の製造などに対する応用も試みられている。
空気中に存在するアンモニア、酢酸（ａｃｅｔｉｃ ａｃｉｄ）、アセトアルデヒドのような有害ガスあるいは悪臭誘発物質は前述した光触媒反応によって分解され、このような光触媒反応を活用した空気浄化装置は、光源（紫外線など）と光触媒物質がコーティングされたフィルタさえあれば半永久的に使用が可能である。光触媒フィルタは、光触媒反応効率が低下した時、フィルタの再生により光触媒反応効率を回復させた後、再使用が可能で半永久的といえる。
特に、紫外線光源としてＵＶ ＬＥＤを用いる場合には、既存の水銀ランプなどとは異なり、ランプ内部の有害な物質を必要としないことから、環境に優しく、エネルギー消費効率が高く、サイズが小さくて各種設計に有利である。しかしながら、プレフィル（pre-filter）タやヘパフィルタ(HEPA filter)のように空気がフィルタを経由しながら物理的に集塵される既存のフィルタとは異なり、光触媒フィルタは、有害ガスを含む空気がフィルタを通過しながらフィルタの表面と接触して吸着した有害ガスが光触媒反応によって形成されるヒドロキシラジカル、活性酸素のような活性酸素種によって分解される構造であって、光触媒表面の活性サイトに目標の物質がどれだけ効率的に接触するかが除去効率に大きな影響を及ぼす。
特に、紫外線光源としてＵＶ ＬＥＤを用いる場合には、既存の水銀ランプなどとは異なり、ランプ内部の有害な物質を必要としないことから、環境に優しく、エネルギー消費効率が高く、サイズが小さくて各種設計に有利である。しかしながら、プレフィル（pre-filter）タやヘパフィルタ(HEPA filter)のように空気がフィルタを経由しながら物理的に集塵される既存のフィルタとは異なり、光触媒フィルタは、有害ガスを含む空気がフィルタを通過しながらフィルタの表面と接触して吸着した有害ガスが光触媒反応によって形成されるヒドロキシラジカル、活性酸素のような活性酸素種によって分解される構造であって、光触媒表面の活性サイトに目標の物質がどれだけ効率的に接触するかが除去効率に大きな影響を及ぼす。
光触媒フィルタの光触媒反応効率は、空気清浄能力と直結する。言い換えれば、光触媒反応効率の良い空気清浄機を用いれば、同じ大きさと構造でも、相対的に効率の低い空気清浄機を用いる空間よりも、速やかに有害ガスを分解可能である。
一方、空気中に複数種の有害ガスが混合された状態の時には、光触媒フィルタの表面に先に吸着する有害ガスが先に分解されることを確認されている。したがって、有害ガスのうち、光触媒表面に対する吸着率が高いガスであるほど速やかに分解され、光触媒表面に対する吸着率の低いガスは、光触媒表面に対する吸着率の高いガスがある程度分解されてから光触媒表面に吸着して分解される。
空気清浄機協会の脱臭性能試験は、アセトアルデヒド、アンモニア、酢酸の３種の混合ガスに対する除去率を評価する方法で行われる。しかし、実験の結果、既に市販されているＴｉＯ２光触媒は、混合ガスに対する除去率実験の際にアセトアルデヒドの除去性能が低いことが確認できた。これは、アセトアルデヒドを分解する反応が競争反応であり、他のガスより遅れて反応するものだからである。すなわち、従来の光触媒フィルタは、競争反応で先に反応する有害ガスを分解した後、競争で劣る有害ガスを後で分解する仕組みとなっていることが分かった。
しかし、このような既存の光触媒フィルタの性質は、空気清浄機からしてあまり好ましくない。すなわち、光触媒反応の原理を利用する空気清浄機の場合、有害ガスの分解性能が重要であるのはもちろん、すべての有害ガスに対する分解性能に優れていなければならず、すべての有害ガスに対して競争反応なく初期から分解が行われるようにする必要がある。
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであって、混合ガス上においてもそれぞれのガスに対する除去率が良く、支持体（ｂａｓｅ）に付着性の優れた光触媒フィルタおよびその製造方法を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明は、光触媒物質のＴｉＯ２ナノ粒子および金属化合物を水に分散して光触媒分散液を製造するステップと、光触媒分散液を支持体にコーティングするステップと、コーティングされた支持体を乾燥するステップと、乾燥した支持体を焼結するステップとを含む光触媒フィルタの製造方法を提供する。
ここで、前記光触媒分散液に分散する金属化合物は、ナノ粒子であってもよい。
本発明の一実施形態において、支持体と、前記支持体上にコーティングされた光触媒物質および金属化合物と、を含む光触媒フィルタを提供することができる。
本発明の一実施形態に係る光触媒フィルタの製造方法は、二酸化チタン（ＴｉＯ２）ナノ粒子および金属化合物を水に分散する光触媒分散液製造ステップと、前記光触媒分散液で光触媒支持体をコーティングするステップと、コーティングされた前記光触媒支持体を乾燥させるステップと、乾燥した前記光触媒支持体を焼結するステップとを含む製造方法である。
本発明の一実施形態において、金属化合物は、タングステン（Ｗ）化合物を含んでもよい。
本発明の一実施形態において、タングステン（Ｗ）化合物は、Ｈ２ＷＯ４であってもよい。
本発明の一実施形態において、タングステン（Ｗ）化合物は、ＴｉＯ２ １モルに対して０．００３２〜０．００６４のモル比を有してもよい。
本発明の一実施形態において、金属化合物は、鉄（Ｆｅ）化合物を含んでもよい。
本発明の一実施形態において、鉄化合物は、Ｆｅ２Ｏ３であってもよい。
本発明の一実施形態において、鉄（Ｆｅ）化合物は、ＴｉＯ２１モルに対して０．００５〜０．０５のモル比を有してもよい。
本発明の一実施形態において、鉄化合物は、ナノ粒子であってもよい。
本発明の一実施形態において、ナノサイズのパウダー（ナノ粒子）の鉄（Ｆｅ）化合物は、ＴｉＯ２１モルに対して０．００１２５〜０．０１２５のモル比であってもよい。
本発明の一実施形態において、光触媒支持体は、多孔性セラミックを含んでもよい。
本発明の一実施形態において、光触媒支持体にコーティングするステップは、光触媒支持体を分散液に浸漬することを含んでもよい。
本発明の一実施形態において、焼結ステップは、３５０〜５００℃の温度で０．５〜３時間行われてもよい。
また、本発明の一実施形態は光触媒フィルタであり、該光触媒フィルタは、光触媒支持体と、前記光触媒支持体上にコーティングされた光触媒物質および金属化合物とを含み、前記金属化合物は、タングステン（Ｗ）化合物および鉄（Ｆｅ）化合物を含む光触媒フィルタである。
本発明の一実施形態において、タングステン化合物は、Ｈ２ＷＯ４であり、鉄化合物は、Ｆｅ２Ｏ３であってもよい。
本発明の一実施形態において、タングステン（Ｗ）化合物は、ＴｉＯ２１モルに対して０．０１６〜０．０４８のモル比を有し、前記鉄化合物は、ＴｉＯ２１モルに対して０．００５〜０．０２５のモル比を有してもよい。
本発明の一実施形態において、鉄化合物は、ナノサイズの粒子であってもよい。
本発明の一実施形態において、タングステン（Ｗ）化合物は、ＴｉＯ２１モルに対して０．０１６〜０．０４８のモル比を有し、前記鉄化合物は、ＴｉＯ２１モルに対して０．００１２５〜０．００６２５のモル比であってもよい。
本発明の一実施形態において、光触媒支持体は、多孔性セラミックであってもよい。
本発明の一実施形態において、光触媒物質および金属化合物は、焼結されて光触媒支持体上に固着していてもよい。
本発明の光触媒フィルタによれば、混合ガスに対してもそれぞれのガスに対する除去率が高く、競争反応の優劣なく反応初期から前記混合ガスのすべてのガスに対する除去率に優れている。
また、本発明の光触媒フィルタの製造方法によれば、支持体に対する光触媒物質の付着性に優れている。
前述した効果とともに、本発明の具体的な効果は、以下の発明を実施するための具体的な事項を説明しながら併せて記述する。
以下、本発明による好ましい実施例を、添付した図面を参照して詳細に説明する。なお、明細書中、ナノサイズのパウダーをナノ粒子として説明する。
本発明は、以下に開示される実施例に限定されるものではなく、互いに異なる多様な形態で実現可能であり、単に本実施例は本発明の開示が完全になるようにし、通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものである。
本発明により開示される技術は、アセトアルデヒド、アンモニア、および酢酸に対する吸着と分解効率が向上した光触媒フィルタに関する。これは、酸化チタン（ＴｉＯ２）に金属あるいは金属酸化物を導入することにより製造される。
このような光触媒フィルタは、水にＴｉＯ２ナノ粒子とともに１つ以上の金属化合物を分散し、支持体を該分散液に浸漬してコーティングし、コーティングされた支持体を乾燥した後、これを焼結する方式で製造される。
このような光触媒フィルタは、水にＴｉＯ２ナノ粒子とともに１つ以上の金属化合物を分散し、支持体を該分散液に浸漬してコーティングし、コーティングされた支持体を乾燥した後、これを焼結する方式で製造される。
支持体上に形成された光触媒物質は、紫外線に照射される場合、光学的に活性化して、光触媒物質に吸着した汚染物質を光触媒反応により分解する。このような汚染物質は、細菌や微生物、有機物、そして多様な化合物であり得る。ＵＶ ＬＥＤのような紫外線光源を利用して紫外線を直接光触媒物質に照射する形態は、空気清浄機などの多様な分野に適用可能である。
本発明による第１実施例の光触媒フィルタは、既存のＴｉＯ２光触媒物質に、金属物質であるＷとＦｅ、またはその酸化物を導入することにより、混合ガスに対する除去率に優れている。すなわち、ＴｉＯ２光触媒に金属あるいは金属酸化物を添加することにより、光触媒表面の酸度を調節して有機物の吸着性能が向上し、これによってガス除去率を向上させることができる。
また、本発明による第２実施例の光触媒フィルタは、既存のＴｉＯ２光触媒物質に、金属物質であるＷとＦｅ、またはその酸化物を導入するに際し、Ｆｅ化合物をナノサイズで導入することにより、混合ガスに対する除去率がさらに優れる光触媒フィルタである。
［光触媒フィルタの製造方法］
本発明による光触媒フィルタの製造方法は次の通りである。製造工程は、光触媒物質のＴｉＯ２ナノ粒子とＷ化合物、Ｆｅ化合物を水に分散して光触媒分散液を製造するステップと、光触媒分散液を多孔性セラミックハニカム支持体（支持体）にコーティングするステップと、コーティングされた支持体を乾燥するステップと、乾燥した支持体を焼結するステップとに区分することができる。
本発明による光触媒フィルタの製造方法は次の通りである。製造工程は、光触媒物質のＴｉＯ２ナノ粒子とＷ化合物、Ｆｅ化合物を水に分散して光触媒分散液を製造するステップと、光触媒分散液を多孔性セラミックハニカム支持体（支持体）にコーティングするステップと、コーティングされた支持体を乾燥するステップと、乾燥した支持体を焼結するステップとに区分することができる。
光触媒物質のＴｉＯ２ナノ粒子としては、エボニック社製のＰ２５パウダーを用いた。
Ｗ化合物は、Ｈ２ＷＯ４、ＷＯ３、ＷＣｌ６、ＣａＷＯ４などを用いてもよいし、Ｆｅ化合物は、ＦｅＣｌ２、ＦｅＣｌ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ（ＮＯ３）３などを用いてもよい。本発明では、Ｗ化合物としてはＨ２ＷＯ４を用い、Ｆｅ化合物としてはＦｅ２Ｏ３を用いた。
Ｗ化合物のうち、Ｈ２ＷＯ４（ｔｕｎｇｓｔｅｎ ｏｘｉｄｅ ｈｙｄｒａｔｅ）を用いた理由は、光触媒物質にＷＯ３を導入するためであり、Ｈ２ＷＯ４は該ＷＯ３を導入するための前駆体として用いられる。すなわち、ＷＯ３パウダーを直接加えるよりも、ＷＯ３の前駆体としてＨ２ＷＯ４を導入した方が、脱水反応でＷＯ３とＴｉＯ２と反応性を向上させることができると考えられるためである。
Ｆｅ化合物について説明すれば、Ｆｅ２＋の電子配置は１ｓ２２ｓ２２ｐ２３ｓ２３ｐ６３ｄ６で、最外殻電子が最外殻電子価の半分より１つ多い状態であり、Ｆｅ３＋の電子配置は１ｓ２２ｓ２２ｐ２３ｓ２３ｐ６３ｄ５で、最外殻電子が最外殻電子価の半分だけある状態であるので、Ｆｅ２＋は最外殻電子を１つ渡して相対的に安定した最外殻電子価の半分だけを有するＦｅ３＋になろうとする傾向が強くなる。しかし、このようにＦｅ２＋が渡した電子は、ＴｉＯ２の励起反応時に生成されるＨ＋と反応することになる。したがって、Ｆｅ２＋を用いると、Ｆｅ２＋が渡した電子がＴｉＯ２の励起反応時に生成されるＨ＋と反応して、Ｆｅ２＋がＦｅ３＋になってから光触媒反応に参加する。すなわち、Ｆｅ２＋とＦｅ３＋はいずれも光触媒反応を促進するが、Ｆｅ３＋の方が、Ｆｅ２＋よりも光触媒反応の促進効率がさらに高い。
光触媒にＦｅを導入する物質としては、ＦｅＣｌ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ（ＮＯ３）３などを用いてもよいが、これらのうち、ＦｅＣｌ３、Ｆｅ（ＮＯ３）３は、前記Ｈ２ＷＯ４と混合時の混合過程で問題が生じたり、光触媒活性の向上が確認されなかった。反面、実験の結果、Ｆｅ２Ｏ３は、Ｈ２ＷＯ４とともに光触媒活性の相乗効果を得ることができるので、Ｆｅ化合物としてはＦｅ２Ｏ３を用いることが好ましい。
第１実施例において、ＴｉＯ２１モル対比、Ｈ２ＷＯ４は０．００３２〜０．０６４モル、Ｆｅ２Ｏ３は０．００５〜０．０５モルを用いてもよいし、好ましくは、ＴｉＯ２１モル対比、Ｈ２ＷＯ４は０．０１６〜０．０４８モル、Ｆｅ２Ｏ３は０．００５〜０．０２５モルを使用するのがよい。
一方、光触媒にＦｅを導入する物質としてナノサイズの粒子を用いる場合、光触媒活性効果がより向上することを確認した。すなわち、第２実施例において、ナノサイズのＦｅ２Ｏ３を用いる場合、光触媒活性効果がより向上するが、この時、ＴｉＯ２ １モル対比、Ｈ２ＷＯ４は０．００３２〜０．０６４モル、Ｆｅ２Ｏ３は０．００１２５〜０．０１２５モルを用いてもよいし、好ましくは、ＴｉＯ２ １モル対比、Ｈ２ＷＯ４は０．０１６〜０．０４８モル、Ｆｅ２Ｏ３は０．００１２５〜０．００６２５モルを使用するのが良い。
光触媒支持体としては、金属、活性炭、セラミックなどが用いられてもよい。本発明の一実施例では、光触媒物質の付着力を増進させるために、多孔性セラミックハニカムを支持体として用いた。多孔性セラミックハニカムを支持体として用いる際には、コーティング時、ナノ光触媒分散液がセラミック気孔に侵入して、乾燥後、アンカリング（ａｎｃｈｏｒｉｎｇ）されて光触媒の付着力を増強させることができる。金属支持体の場合は、多孔性セラミックより光触媒物質の付着が容易でなく、活性炭は気孔を持っているが、焼結時に破損する場合があり、支持体として用いることが難しい。したがって、金属を支持体として用いる場合には、当該金属にコーティングが容易となるように作製された光触媒分散液が必要である。光触媒はどの物質にもコーティングできると知られているが、各支持体の性質に合わせて分散液を製造する必要がある。気孔を持つ活性炭に直接コーティングをする方法もあるが、光触媒のコーティングによって気孔の表面積が減少して、活性炭の固有の役割を失う可能性があり、金属と同じく支持体の性質に合ったコーティング条件を見つけることが重要であるといえる。
光触媒分散液製造ステップでは、エボニック社のＰ２５ＴｉＯ２パウダーとＷ化合物、Ｆｅ化合物（またはそのナノ粒子）をシリコーン系分散剤を用いて分散する。シリコーン系分散剤は、Ｐ２５ＴｉＯ２パウダーとＷ化合物、Ｆｅ化合物で構成された固形分対比０．１〜１０ｗｔ％を適用する。シリコーン系分散剤０．１〜１０ｗｔ％を水に溶解した後、Ｐ２５ＴｉＯ２ナノ粒子、Ｗ化合物、Ｆｅ化合物を投入し、撹拌またはボールミル（ｂａｌｌ ｍｉｌｌ）で分散すると、固形分２０〜４０ｗｔ％で構成されたＴｉＯ２分散液（重量比基準：全体分散液対比の固形分の重量）を得る。この時、分散剤は１種以上を用いることができる。
コーティングステップでは、多孔性セラミック支持体を前記製造した光触媒分散液にｄｉｐコーティングした。ｄｉｐコーティング時、セラミックの気孔に前記製造した光触媒分散液が十分に吸収できるように１〜５分静置する。
乾燥ステップでは、光触媒のコーティングされたセラミック支持体を１５０〜２００℃の乾燥機にて３〜５分おいて乾燥させた。
乾燥ステップでは、光触媒のコーティングされたセラミック支持体を１５０〜２００℃の乾燥機にて３〜５分おいて乾燥させた。
焼結ステップでは、前記乾燥ステップを経た光触媒のコーティングされたセラミックハニカムを高温電気炉３５０〜５００℃で０．５〜３時間焼結した。実験の結果、焼結温度が３００℃以下の場合、コーティングされた光触媒が支持体から剥がれる現象が発生し、４００〜５００℃では、光触媒の付着性に優れていることを確認した。５００℃を超える場合には、光触媒物質が変性してむしろ光触媒反応効率が低下する。本実験から、光触媒の付着性は焼結温度に大きな影響を受けることが分かった。
［混合ガス除去実験］
（第１実施例）第１実施例ＴｉＯ２単独からなる従来の光触媒フィルタと、本発明による第１実施例の光触媒フィルタを用いた混合ガス除去実験は１ｍ３のチャンバで進行させ、混合ガス中にある各ガスの濃度は１０ｐｐｍとした。従来の光触媒フィルタと、本発明の光触媒フィルタは、支持体と光触媒物質のｌｏａｄｉｎｇ量がすべて同じく２．５ｇであり、同じ紫外線光源を活用して紫外線を照射した。なお、ＴｉＯ２はナノ粒子を用いた。
（第１実施例）第１実施例ＴｉＯ２単独からなる従来の光触媒フィルタと、本発明による第１実施例の光触媒フィルタを用いた混合ガス除去実験は１ｍ３のチャンバで進行させ、混合ガス中にある各ガスの濃度は１０ｐｐｍとした。従来の光触媒フィルタと、本発明の光触媒フィルタは、支持体と光触媒物質のｌｏａｄｉｎｇ量がすべて同じく２．５ｇであり、同じ紫外線光源を活用して紫外線を照射した。なお、ＴｉＯ２はナノ粒子を用いた。
本発明による第１実施例の光触媒フィルタは、各成分のモル比がＴｉＯ２とＨ２ＷＯ４とＦｅ２Ｏ３とが、１．０、０．０３２、０．０１の条件、ＴｉＯ２とＨ２ＷＯ４とＦｅ２Ｏ３とが、１．０、０．０３２、０．０１５の条件、そしてＴｉＯ２とＨ２ＷＯ４とＦｅ２Ｏ３とが、１．０、０．０３２、０．０２の条件を作製して構成してそれぞれ比較した。
ＴｉＯ２単独構成である既存の光触媒フィルタと、本発明の第１実施例により製造された前記光触媒フィルタの混合ガス除去性能を実験した結果を記載した下記表１から、ＴｉＯ２が単独でコーティングされた従来の光触媒フィルタを用いた混合ガス除去実験の際、アセトアルデヒドは反応開始後３０分までは除去されないことが分かり、表２から、他のガスがある程度除去されてからやっと除去され始めたことが分かる。他方、表１および表２の結果から本発明の第１実施例により製造された光触媒フィルタは、脱臭実験の初期からアセトアルデヒドが除去され、アンモニア除去性能も従来に比べて向上して、全体的な脱臭性能が向上したことが分かる。
反応開始後３０分での除去率
反応開始後１２０分での除去率
なお、重量比（括弧内はモル比）は以下の通りである。
ＴｉＯ２とＨ２ＷＯ４とＦｅ２Ｏ３とが１００、１０、２の重量比（ＴｉＯ２とＨ２ＷＯ４とＦｅ２Ｏ３とが１．０、０．０３２、０．０１０のモル比）
ＴｉＯ２とＨ２ＷＯ４とＦｅ２Ｏ３とが、１００、１０、３の重量比（ＴｉＯ２とＨ２ＷＯ４とＦｅ２Ｏ３とが、１．０、０．０３２、０．０１５のモル比）
ＴｉＯ２とＨ２ＷＯ４とＦｅ２Ｏ３とが、１００、１０、４の重量比（ＴｉＯ２とＨ２ＷＯ４とＦｅ２Ｏ３とが、１．０、０．０３２、０．０２０のモル比）
ＴｉＯ２とＨ２ＷＯ４とＦｅ２Ｏ３とが１００、１０、２の重量比（ＴｉＯ２とＨ２ＷＯ４とＦｅ２Ｏ３とが１．０、０．０３２、０．０１０のモル比）
ＴｉＯ２とＨ２ＷＯ４とＦｅ２Ｏ３とが、１００、１０、３の重量比（ＴｉＯ２とＨ２ＷＯ４とＦｅ２Ｏ３とが、１．０、０．０３２、０．０１５のモル比）
ＴｉＯ２とＨ２ＷＯ４とＦｅ２Ｏ３とが、１００、１０、４の重量比（ＴｉＯ２とＨ２ＷＯ４とＦｅ２Ｏ３とが、１．０、０．０３２、０．０２０のモル比）
また、本実験結果から、アセトアルデヒド、アンモニア、酢酸の３種の混合ガス上においてもそれぞれのガスに対する除去率が良く、付着性に優れた光触媒フィルタは、ＴｉＯ２とＨ２ＷＯ４とＦｅ２Ｏ３とが、１．０、０．０３２、０．０１５のモル比であり、３５０〜５００℃で焼結して製造することが好ましいことが分かる。
図１と下記表３は、従来のＰ２５光触媒フィルタと、本発明の第１実施例による光触媒フィルタをＴｉＯ２とＨ２ＷＯ４とＦｅ２Ｏ３とが、１．０、０．０３２、０．０１５のモル比で構成した場合の脱臭性能を比較したものである。
これをみると、従来のＰ２５光触媒フィルタに比べて、本発明の第１実施例による光触媒フィルタのモル比をＴｉＯ２とＨ２ＷＯ４とＦｅ２Ｏ３とが、１．０、０．０３２、０．０１５で構成した場合、脱臭性能が顕著に上昇したことが分かる。
第２実施例（第２実施例）
ＴｉＯ２単独からなる従来のＰ２５光触媒フィルタと、本発明による第１実施例の光触媒フィルタおよび第２実施例の光触媒フィルタを用いた混合ガス除去実験は４ｍ３のチャンバで進行させ、混合ガス中にある各ガスの濃度は１０ｐｐｍとした。従来の光触媒フィルタと、本発明の光触媒フィルタは、支持体と光触媒物質のローディング（ｌｏａｄｉｎｇ）量がすべて同じく２．５ｇであり、同じ紫外線光源を活用して紫外線を照射した。なお、ＴｉＯ２とＦｅ化合物とはナノサイズのパウダー（ナノ粒子）を用いた。
ＴｉＯ２単独からなる従来のＰ２５光触媒フィルタと、本発明による第１実施例の光触媒フィルタおよび第２実施例の光触媒フィルタを用いた混合ガス除去実験は４ｍ３のチャンバで進行させ、混合ガス中にある各ガスの濃度は１０ｐｐｍとした。従来の光触媒フィルタと、本発明の光触媒フィルタは、支持体と光触媒物質のローディング（ｌｏａｄｉｎｇ）量がすべて同じく２．５ｇであり、同じ紫外線光源を活用して紫外線を照射した。なお、ＴｉＯ２とＦｅ化合物とはナノサイズのパウダー（ナノ粒子）を用いた。
本発明による第１実施例の光触媒フィルタは、各成分のモル比を、ＴｉＯ２とＨ２ＷＯ４とＦｅ２Ｏ３とが、１．０、０．０３２、０．０１５となるように構成し、第２実施例の光触媒フィルタは、各成分のモル比を、ＴｉＯ２とＨ２ＷＯ４とＦｅ２Ｏ３とが、１．０、０．０３２、０．００５となるように構成した。
ＴｉＯ２単独構成である既存のＰ２５光触媒フィルタ、本発明の第１実施例により製造された前記光触媒フィルタ、第２実施例により製造された前記光触媒フィルタの混合ガス除去性能を実験した結果を記載した下記表４と図２を参照すれば、ＴｉＯ２が単独でコーティングされた従来の光触媒フィルタを用いた混合ガス除去実験の際、アセトアルデヒドは３０分まではほとんど除去されず、同じく他のガスがある程度除去されてからやっと除去され始めた。反面、本発明の第１実施例により製造された光触媒フィルタは、脱臭実験の初期からアセトアルデヒドが除去され、アンモニア除去性能も従来に比べて向上して、全体的な脱臭性能が向上したことが分かる。一方、本発明の第２実施例により製造された光触媒フィルタは、第１実施例の場合よりも、アンモニア、アセトアルデヒド、および酢酸に対する脱臭性能がさらに向上したことが分かる。
時間別の各気体の除去率
第１実施例の組成は、ＴｉＯ２とＨ２ＷＯ４とＦｅ２Ｏ３とが、１００、１０、３の重量比（ＴｉＯ２とＨ２ＷＯ４とＦｅ２Ｏ３とが、１．０、０．０３２、０．０１５のモル比）である。
第２実施例の組成は、ＴｉＯ２とＨ２ＷＯ４とナノＦｅ２Ｏ３とが、１００、１０、１の重量比（ＴｉＯ２とＨ２ＷＯ４とナノＦｅ２Ｏ３とが、１．０、０．０３２、０．００５のモル比）である。
第２実施例の組成は、ＴｉＯ２とＨ２ＷＯ４とナノＦｅ２Ｏ３とが、１００、１０、１の重量比（ＴｉＯ２とＨ２ＷＯ４とナノＦｅ２Ｏ３とが、１．０、０．０３２、０．００５のモル比）である。
上記で説明した本発明の光触媒フィルタは、アセトアルデヒド、アンモニア、酢酸の３種の混合ガス上においてもそれぞれのガスに対する除去率がすべて良いことを説明しているが、本発明の光触媒フィルタは、これらガスおよびこれらガスの組み合わせだけでなく、本発明の課題の解決原理に符合する限り、他のガスおよびそれら組み合わせについても効果を有することはもちろんである。
以上、本発明について例示した図面を参照して説明したが、本明細書に開示された実施例と図面によって本発明が限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内において当業者によって多様な変形が可能であることは自明である。同時に、上記で本発明の実施例を説明しながら本発明の構成による作用効果を明示的に記載して説明しなかったとしても、当該構成により予測可能な効果も認められなければならないことは当然である。
Claims (13)
- ＴｉＯ２ナノ粒子および金属化合物を水に分散させる光触媒分散液製造ステップと、
前記光触媒分散液で光触媒支持体をコーティングするステップと、
前記コーティングされた光触媒支持体を乾燥させるステップと、
を含み、
前記金属化合物は、Ｈ ２ ＷＯ ４ 、ＷＯ ３ 、ＷＣｌ ６ 、またはＣａＷＯ ４ を含むタングステン化合物および鉄化合物を含み、
前記タングステン化合物は、ＴｉＯ ２ １モルに対して０．００３２〜０．０６４のモル比であること、
を特徴とする、光触媒フィルタの製造方法。 - 前記金属化合物は、Ｈ原子を含むタングステン化合物を含むこと、
を特徴とする、請求項１に記載の光触媒フィルタの製造方法。 - 前記タングステン化合物は、Ｈ２ＷＯ４であること、
を特徴とする、請求項２に記載の光触媒フィルタの製造方法。 - 前記鉄化合物は、Ｆｅ３＋化合物であること、
を特徴とする、請求項１乃至請求項３のいずれか一に記載の光触媒フィルタの製造方法。 - 前記鉄化合物は、ＦｅＣｌ２、ＦｅＣｌ３、Ｆｅ２Ｏ３、またはＦｅ（ＮＯ３）３であること、
を特徴とする、請求項１乃至請求項３のいずれか一に記載の光触媒フィルタの製造方法。 - 前記鉄化合物は、ナノ粒子であること、
を特徴とする、請求項１乃至請求項３のいずれか一に記載の光触媒フィルタの製造方法。 - 前記鉄化合物は、Ｆｅ２Ｏ３であること、
を特徴とする、請求項６に記載の光触媒フィルタの製造方法。 - 前記鉄化合物は、ＴｉＯ２１モルに対して０．００５〜０．０５のモル比を有すること、
を特徴とする、請求項１乃至請求項３のいずれか一に記載の光触媒フィルタの製造方法。 - 前記ナノサイズのパウダーの鉄化合物は、ＴｉＯ２１モルに対して０．００１２５〜０．０１２５のモル比であること、
を特徴とする、請求項１乃至請求項３のいずれか一に記載の光触媒フィルタの製造方法。 - 前記光触媒支持体は、多孔性セラミックを含むこと、
を特徴とする、請求項１乃至請求項３のいずれか一に記載の光触媒フィルタの製造方法。 - 前記光触媒支持体にコーティングするステップは、光触媒支持体を分散液に浸漬することを含むこと、
を特徴とする、請求項１乃至請求項３のいずれか一に記載の光触媒フィルタの製造方法。 - 乾燥した前記光触媒支持体を焼結するステップをさらに含むこと、
を特徴とする、請求項１乃至請求項３のいずれか一に記載の光触媒フィルタの製造方法。 - 前記焼結ステップは、３５０〜５００℃の温度で０．５〜３時間行われること、
を特徴とする、請求項１２に記載の光触媒フィルタの製造方法。
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