JPH1147558A - 空気の浄化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】光触媒酸化チタン微粒子をプラズマ放電で励起
し、この励起光触媒酸化チタン微粒子との接触により有
害ガスを分解する場合、低電力・小型・簡易なプラズマ
発生手段で有効なガス分解を可能とする空気の浄化方法
を提供する。 【解決手段】空気通路にプラズマ発生手段（２１−２
２）と光触媒酸化チタン微粒子を担持した多孔質接触体
４とを設けた空気浄化装置に空気を、プラズマとプラズ
マで励起させた光触媒酸化チタン微粒子に接触させつつ
通過させることにより空気中の有害ガスを分解する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光触媒酸化チタン微
粒子を用いて空気を浄化する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】酸化チタン半導体においては、バンドギ
ャップ以上のエネルギ−を有する光を照射すると、励起
されて電子及び正孔を発生し、表面に接触している物質
が電子授受により酸化・分解される。そこで、この酸化
チタン半導体の微粒子、すなわち光触媒酸化チタン微粒
子を表面に担持させた接触体を空気清浄器を取付けて、
空気中の臭気性ガスを分解させて消臭等を行うことが提
案されている。この提案においては、光触媒酸化チタン
を励起するのに、紫外線を照射しているが、紫外線ラン
プに起因しての装置の大型化が避けられず、また、エネ
ルギ−効率にも問題がある。従来、発電プラント用ボイ
ラ、ディ−ゼルエンジン、ガスタ−ビン、各種燃焼炉の
排ガス中に含まれている窒素酸化物や硫黄酸化物をブラ
ズマで分解処理する場合、プラズマからの発光エネルギ
−の有効利用を図るために、プラズマ発光で光触媒酸化
チタンを励起し、この励起光触媒酸化チタンとの接触に
よっても窒素酸化物や硫黄酸化物等の有害ガスを分解す
ることが公知である（特開平５−２３７３３７号）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この方
法ではプラズマで有害ガスを分解するために、数１０Ｋ
Ｖの高電圧パルスを印加しており、そのガス分解が実質
的に行われない低いパルス電圧のプラズマ放電下での光
触媒酸化チタンの励起によるガス分解の有利性乃至は技
術的意義は明らかにされていない。

【０００４】而るに、本発明者等においては、ガス分解
が実質的に行われない低エネルギ−のプラズマのもとで
も、ガスの種類の如何によっては、光触媒酸化チタン微
粒子を担持した接触体の改良により光触媒酸化チタン微
粒子の励起によるガス分解を効率よく行い得ることを見
出した。この方法によれば、そのガスを直接プラズマで
分解処理する場合や、紫外線照射による光触媒酸化チタ
ン微粒子の励起の場合よりも低電力の有利性等が期待さ
れる。

【０００５】本発明の目的は、光触媒酸化チタン微粒子
をプラズマ放電で励起し、この励起光触媒酸化チタン微
粒子との接触により有害ガスを分解する場合、低電力・
小型・簡易なプラズマ発生手段で有効なガス分解を可能
とする空気の浄化方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る空気の浄化
方法は、空気通路にプラズマ発生手段と光触媒酸化チタ
ン微粒子を担持した多孔質接触体とを設けた空気浄化装
置に空気を、プラズマとプラズマで励起させた光触媒酸
化チタン微粒子に接触させつつ通過させることにより空
気中の有害ガスを分解することを特徴とする構成であ
り、プラズマは、プラズマによる有害ガスの分解度より
も、励起された光触媒酸化チタン微粒子との接触による
有害ガスの分解度が充分に大であるように設定される。
上記光触媒酸化チタン微粒子を担持した多孔質接触体と
しては、光触媒酸化チタン微粒子をフッ素系合成樹脂を
バインダ−として結合した組織の多孔質フィルム、光触
媒酸化チタン微粒子をフッ素系合成樹脂をバインダ−と
して結合した組織の多孔質膜を支持体上に有するシ−
ト、または、光触媒酸化チタン微粒子をフッ素系合成樹
脂をバインダ−として結合した組織の多孔質繊維のフェ
ルト状物、綿状物、織布の何れかを使用することができ
る。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。本発明において使用する多孔質接触体の組
織構造は、光触媒酸化チタン微粒子を樹脂をバインダ−
として結合した多孔質膜であり、光触媒酸化チタン微粒
子を孔内の空隙に表出させてある。光触媒酸化チタンに
は、触媒活性が高いアナタ−ゼ型を使用することが好ま
しいが、ルチル型の使用も可能である。この微粒子の粒
子径は２００ｎｍ以下である。上記樹脂バインダ−とし
ては、活性光触媒酸化チタン微粒子で劣化され難い抗酸
化性の樹脂が使用され、ポリテトラフルオロエチレン樹
脂、テトラフルオロエチレン−６フッ化プロピレン共重
合体、テトラフルオロエチレン−パ−フルオロアルコキ
シエチレン共重合体等のフッ素系合成樹脂を使用するこ
とがことが好ましく、特に、コスト上からポリテトラフ
ルオロエチレン樹脂の使用が最適である。上記多孔質膜
の気孔率は、ガス分解効率上から１０％以上とされ、特
に機械強度を勘案し、１０％〜３０％とすることが好ま
しい。また、多孔質膜の厚みは、ガスの拡散深さを勘案
し、５〜３０μｍとすることが好ましい（３０μｍ以上
の深さでは、ガス拡散が生じ難い）。上記光触媒酸化チ
タン微粒子の含有量は、５〜６０％とすることが好まし
い（５％以下では、触媒活性が不充分であり、６０％以
上では樹脂バインダ−による結合が難しい）。

【０００８】上記多孔質膜は、乳化重合で製造した０．
１〜１μｍのポリテトラフルオロエチレン粒子と光触媒
酸化チタン微粒子とを溶媒、例えば水に分散させたディ
スパ−ジョンを作成し、これを塗膜に形成し、この塗膜
から溶剤を除去したのち、３３０℃以上で焼成すること
により製作でき、酸化チタン微粒子の添加のために、容
易に気孔率５％以上の多孔質にできる。なお、多孔質化
を促すための添加剤や多孔質膜の強度向上のための添加
剤をディスパ−ジョンに添加でき、またガス吸着剤の添
加も可能である。

【０００９】上記光触媒酸化チタン微粒子を担持した多
孔質接触体には、金属板、金属箔、ポリテトラフルオ
ロエチレン樹脂含浸ガラスクロスシ−ト等の支持基材の
片面または両面に酸化チタン／フッ素系樹脂のディスパ
−ジョンに塗布、焼成して多孔質膜を形成したもの、
ガラス繊維、セラミックス繊維、金属繊維、炭素繊維の
単独または混合物のフエルト状物を酸化チタン／フッ素
系樹脂のディスパ−ジョンに浸漬して、引上げ乾燥後、
焼成して繊維に多孔質膜を形成したもの、ガラス繊
維、セラミックス繊維、金属繊維、炭素繊維の単独また
は混合物の網状物を酸化チタン／フッ素系樹脂のディス
パ−ジョンに浸漬して、引上げ乾燥後、焼成して繊維に
多孔質膜を形成したもの、基板上に酸化チタン／フッ
素系樹脂のディスパ−ジョンを塗布、焼成して多孔質膜
を形成し、これを剥離して得た多孔質フィルム、または
のシ−ト状多孔質接触体をガラス繊維、セラミックス
繊維、金属繊維、炭素繊維の単独または混合物の網状物
と共巻きしたもの、上記の多孔質フィルムを長手方
向に４倍延伸したのち、解繊による繊維化工程を経て綿
乃至はフエルト状にしたもの、等を使用できる。

【００１０】図１は本発明において使用する空気浄化装
置の一例を示している。図１において、１は絶縁筒、２
１は絶縁筒１の中心に保持した線状の放電電極であり、
保持手段の図示は省略してある。３は放電電極２１に接
続した高圧パルス電源である。２２は絶縁筒１の外周に
取付けた接地電極である。４は絶縁筒１内に収容した光
触媒酸化チタン微粒子担持の多孔質接触体であり、上記
〜の巻回体または共巻体、例えば図２に示すように
多孔質シ−ト４１とネット４２との共巻体を、放電電極
２１との間に放電空間を確保するように絶縁筒１内に挿
入してある。図１において、矢印は、空気の流通方向を
示している。

【００１１】図３は本発明において使用する空気浄化装
置の別例を示し（ケ−スの図示は省略してある）、通気
性の放電電極２１と通気性の接地電極２２（例えば、メ
ッシュ電極）間に矢印で示す空気流れ方向に通気性の光
触媒酸化チタン微粒子担持の多孔質接触体４、例えば、
網状、綿乃至はフエルト状の多孔質接触体４を収容して
ある。３は放電電極２１に接続した高圧パルス電源であ
る。

【００１２】図４は本発明において使用する空気浄化装
置の他の別例を示し（ケ−スの図示は省略してある）、
一対の接地電極間２２，２２の中央に線状の放電電極２
１を保持し、これらの電極間に矢印で示す空気流れ方向
に通気性の光触媒酸化チタン微粒子担持の多孔質接触体
４、例えば、網状物、綿状物乃至はフエルト状物または
上記〜の巻回体または共巻体を、放電電極２１との
間に放電空間を確保するように収容してある。３は放電
電極２１に接続した高圧パルス電源である。図４におい
て、一対の接地電極にメッシュ電極のような通気性電極
を使用し、電極に対して垂直な方向に通気性の光触媒酸
化チタン微粒子担持の多孔質接触体、例えば、網状、綿
乃至はフエルト状の多孔質接触体を放電電極との間に放
電空間を確保するようにして収容し、同垂直方向に空気
を流通させる絶縁ケ−ス内にその電極や多孔質接触体を
配設することもできる。

【００１３】上記空気浄化装置を用いて本発明により空
気を浄化するには、高圧パルス電源で放電電極に高電圧
パルスを印加し、放電電極と接地電極との間の空間に放
電を発生させてプラズマ化し、このプラズマ化のもとで
空気を矢印方向に流通させていく。上記高電圧パルスの
印加は、放電電極と接地電極との間の高電圧化できる空
間部分を可及的に広領域にでき、かつ空間電荷効果によ
る放電抑制を可及的に低減できるように、瞬時に行うこ
とが有効であり、例えば、パルス立上り時間１０ｎｓ、
パルス持続時間１μｓ以下とすることが好ましい。な
お、空気浄化装置の入口には、過度のダスト混入を防止
するためにプレフィルタ−を設け、出口には、空気の放
電分解で生じるオゾンの除去のためにオゾン分解触媒を
設けることが好ましい。

【００１４】上記多孔質接触体の光触媒酸化チタン微粒
子においては、３．０ｅｖのバンドギャップを有してお
り、プラズマの発光エネルギ−中の紫外線領域及び走行
電子のエネルギ−で光触媒酸化チタンが励起される。本
発明の特徴の一つは、プラズマ自体による有害ガスの酸
化・分解は実質的に生じさせず、プラズマで光触媒酸化
チタン微粒子を励起させ、その活性化光触媒酸化チタン
微粒子との接触で有害ガスを酸化・分解させることにあ
る。従って、有害ガスのプラズマによる酸化・分解は生
じず、有害ガスの酸化・分解の殆どが活性化光触媒酸化
チタン微粒子との接触による酸化・分解に依存するが、
有害ガスと活性化光触媒酸化チタン微粒子との接触面積
を充分に広くするように、光触媒酸化チタン微粒子担持
の接触体を多孔質にしているから有害ガスの分解効率を
充分に高くできる。このことは、次ぎの実施例と比較例
との対比からも確認できる。

【００１５】本発明に係る空気の浄化方法によれば、そ
のガスを直接プラズマで分解処理する場合や、紫外線照
射による光触媒酸化チタン微粒子の励起の場合よりも低
電力で有害ガスを分解・処理でき、その有害ガスとして
は、塗料の溶剤であるトルエン、果物や農作物の熟成を
速めるエチレン等がある。なお、上記光触媒酸化チタン
微粒子に代え、他の光触媒微粒子、例えば、酸化亜鉛、
酸化タングステン、酸化鉄、チタン酸ストロンチウム等
の金属化合物半導体粉末を使用することも可能である。

【００１６】

【実施例】以下の実施例において、ディスパ−ジョンと
は光触媒酸化チタン微粒子／ポリテトラフルオロエチレ
ンの水分散液であり、光触媒酸化チタン微粒子には粒径
７ｎｍ、比重３．８４のものを、ポリテトラフルオロエ
チレン粒子には、粒径０．３μｍ、比重２．２０のもの
を使用した。 〔実施例１〕光触媒酸化チタン微粒子の含有量４０重量
％のディスパ−ジョンに、厚さ６０μｍのアルミニウム
箔を浸漬し、引き上げて１００℃で乾燥させたのち、３
８０℃×１０分で焼成し、この多孔質接触体と厚み１．
６ｍｍのポリエチレンネットを重ねて円筒状に形成し、
この円筒体を図１に示した絶縁筒内径２９ｍｍの空気浄
化装置に挿入した。多孔質膜の厚み、気孔率は表１に示
す通りであった。放電電極に５KV、５０KHzの交流パル
スを印加し、５ｐｐｍ濃度のトルエン含有空気を流速
０．８ｍ／秒で流入させ、空気の入口及び出口でのトル
エン濃度をガスクロマトグラフィ−で測定したところ、
表１の通りであった。

【００１７】〔実施例２〕ディスパ−ジョンへのアルミ
ニウム箔の浸漬、乾燥、焼成を２回行った以外、実施例
１に同じとした。多孔質膜の厚み、気孔率、空気の入口
及び出口でのトルエン濃度は表１の通りであった。 〔実施例３〕ディスパ−ジョンへのアルミニウム箔の浸
漬、乾燥、焼成を３回行った以外、実施例１に同じとし
た。多孔質膜の厚み、気孔率、空気の入口及び出口での
トルエン濃度は表１の通りであった。 〔実施例４〕炭素繊維フェルトを光触媒酸化チタン微粒
子の含有量４０重量％のディスパ−ジョンに、実施例１
と同様にして浸漬、乾燥、焼成することにより多孔質接
触体を得、この多孔質接触体を円筒状に形成して空気浄
化装置の絶縁筒に挿入した以外、実施例１と同じとし
た。多孔質膜の厚み（電子顕微鏡観察で測定）、気孔
率、空気の入口及び出口でのトルエン濃度は表１の通り
であった。 〔実施例５〕ガラスクロスを光触媒酸化チタン微粒子の
含有量４０重量％のディスパ−ジョンに、実施例１と同
様にして浸漬、乾燥、焼成することにより多孔質接触体
を得、この多孔質接触体を円筒状に形成して空気浄化装
置の絶縁筒に挿入した以外、実施例１と同じとした。多
孔質膜の厚み（電子顕微鏡観察で測定）、気孔率、空気
の入口及び出口でのトルエン濃度は表１の通りであっ
た。 〔実施例６〕金属布を光触媒酸化チタン微粒子の含有量
４０重量％のディスパ−ジョンに、実施例１と同様にし
て浸漬、乾燥、焼成することにより多孔質接触体を得、
この多孔質接触体を円筒状に形成して空気浄化装置の絶
縁筒に挿入した以外、実施例１と同じとした。多孔質膜
の厚み（電子顕微鏡観察で測定）、気孔率、空気の入口
及び出口でのトルエン濃度は表１の通りであった。 〔実施例７〕セラミックス綿を光触媒酸化チタン微粒子
の含有量４０重量％のディスパ−ジョンに、実施例１と
同様にして浸漬、乾燥、焼成することにより多孔質接触
体を得、この多孔質接触体を円筒状に形成して空気浄化
装置の絶縁筒に挿入した以外、実施例１と同じとした。
多孔質膜の厚み（電子顕微鏡観察で測定）、気孔率、空
気の入口及び出口でのトルエン濃度は表１の通りであっ
た。

【００１８】〔比較例〕光触媒酸化チタン微粒子担持の
多孔質接触体を使用しなかった以外、実施例１に同じと
した。空気の入口及び出口でのトルエン濃度は表１の通
りであった。

【００１９】

【表１】

【００２０】上記比較例においては、プラズマの発生が
あっても、トルエンガスの分解が殆ど行われていない。
しかしながら、実施例では、比較例と同じ強度のプラズ
マであるにもかかわらず、空気を光触媒酸化チタン微粒
子の多孔質接触体に接触させているので、トルエンガス
が高効率で分解されている。すなわち、プラズマ自体で
直接トルエンを酸化・分解できなくても、そのプラズマ
で光触媒酸化チタン微粒子を担持し、その励起光触媒酸
化チタンの活性力でトルエンガスが酸化・分解された結
果でである。従って、本発明によれば、トルエンガスの
ような有害ガスをプラズマ処理による場合よりも、低電
力で酸化分解することが可能である。

【００２１】なお、実施例１（多孔質接触体の光触媒酸
化チタン微粒子の含有量４０重量％、気孔率１２．２
％。トルエンの分解率６０．４％）に対し、光触媒酸化
チタン微粒子の含有量４重量％に減量したところ、多孔
質接触体の気孔率が３．１％に低下し、トルエンの分解
率が１１．４％に低下した。この測定結果から、本発明
での高ガス分解効率が光触媒酸化チタン微粒子担持の接
触体の多孔性に依存していることが明らかであり、多孔
質接触体の気孔率は１０％以上とすることが有効であ
る。

【００２２】

【発明の効果】本発明に係る空気の浄化方法において
は、光触媒酸化チタンを励起し、その光触媒酸化チタン
との接触により空気を浄化する場合、光触媒酸化チタン
の励起にプラズマを使用して高効率の浄化を可能にして
おり、その励起を紫外線ランプで行う場合やプラズマ処
理の場合に較べ、低電力での処理が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明において使用する空気浄化装置の一例を
示す図面である。

【図２】本発明において使用する光触媒酸化チタン微粒
子を担持した多孔質接触体の一例を示す図面である。

【図３】本発明において使用する空気浄化装置の上記と
は別の例を示す図面である。

【図４】本発明において使用する空気浄化装置の上記と
は別の例を示す図面である。

【符号の説明】

２１ 放電電極 ２２ 接地電極 ３ 高電圧パルス電源 ４ 光触媒酸化チタン微粒子を担持した多孔質
接触体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上森 一好 大阪府茨木市下穂積１丁目１番２号 日東 電工株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】空気通路にプラズマ発生手段と光触媒酸化
   チタン微粒子を担持した多孔質接触体とを設けた空気浄
   化装置に空気を、プラズマとプラズマで励起させた光触
   媒酸化チタン微粒子に接触させつつ通過させることによ
   り空気中の有害ガスを分解することを特徴とする空気の
   浄化方法。
2. 【請求項２】光触媒酸化チタン微粒子を担持した多孔質
   接触体として、光触媒酸化チタン微粒子をフッ素系合成
   樹脂をバインダ−として結合した組織の多孔質フィルム
   を使用する請求項１記載の空気の浄化方法。
3. 【請求項３】光触媒酸化チタン微粒子を担持した多孔質
   接触体として、光触媒酸化チタン微粒子をフッ素系合成
   樹脂をバインダ−として結合した組織の多孔質膜を支持
   体上に有するシ−トを使用する請求項１記載の空気の浄
   化方法。
4. 【請求項４】光触媒酸化チタン微粒子を担持した多孔質
   接触体として、光触媒酸化チタン微粒子をフッ素系合成
   樹脂をバインダ−として結合した組織の多孔質繊維のフ
   ェルト状物、綿状物、織布の何れかを使用する請求項１
   記載の空気の浄化方法。
5. 【請求項５】多孔質接触体の気孔率が１０％以上である
   請求項１乃至４何れか記載の空気の浄化方法。
6. 【請求項６】光触媒酸化チタン微粒子とは異なる光触媒
   微粒子を使用する請求項１乃至５何れか記載の空気の浄
   化方法。