(57)【要約】      （修正有）【課題】白色ＬＥＤなどの可視光照射下においても触媒機能を発揮し、高温、光強度の強い環境でも基材の劣化を抑制できる光触媒ペーパーフィルターの提供。【解決手段】ファイバーから構成されたペーパー状の基材１２と、基材１２の表面に担持された光触媒体１４と、を含み、光触媒体１４は、紫外光から５００ｎｍまでの可視光を含む光照射下で光触媒として機能し、基材１２は、完全無機組成であり、光触媒体１４の触媒反応によって分解劣化することがなく、かつ４００℃以下での耐熱性を有する、光触媒ペーパーフィルター１０。光触媒体１４が銅、鉄、銀または白金を担持した窒素ドープ酸化チタンである、光触媒ペーパーフィルター１０。基材１２を光触媒体１４のスラリーに浸し、その後熱処理する、光触媒ペーパーフィルター１０の製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ファイバーから構成されたペーパー状の基材と、
前記基材の表面に担持された光触媒体と、
を含み、
前記光触媒体は、紫外光から５００ｎｍまでの可視光を含む光照射下で光触媒として機能し、
前記基材は、完全無機組成であり、前記光触媒体の触媒反応によって分解劣化することがなく、かつ４００℃以下での耐熱性を有する、
光触媒ペーパーフィルター。
【請求項２】
請求項１に記載の光触媒ペーパーフィルターであって、
前記基材は、ファイバーを編み込んで形成されている、
光触媒ペーパーフィルター。
【請求項３】
請求項１または２に記載の光触媒ペーパーフィルターであって、
前記ファイバーは、アルミナ−シリカファイバーを含む、
光触媒ペーパーフィルター。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載の光触媒ペーパーフィルターであって、
前記ファイバーは、直径１０μｍ以下である、
光触媒ペーパーフィルター。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載の光触媒ペーパーフィルターであって、
前記基材の厚さが２ｍｍ以下である、
光触媒ペーパーフィルター。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１つに記載の光触媒ペーパーフィルターであって、
前記光触媒体が銅、鉄、銀または白金を担持した窒素ドープ酸化チタンである、
光触媒ペーパーフィルター。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１つに記載の光触媒ペーパーフィルターであって、
前記基材に担持されている前記光触媒体の担持量が０．１〜１０ｇ／ｍ２である、
光触媒ペーパーフィルター。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１つに記載の光触媒ペーパーフィルターの製造方法であって、
前記基材を前記光触媒体のスラリーに浸し、その後熱処理する、
光触媒ペーパーフィルターの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無機材料からなる基材に光触媒体を担持した光触媒ペーパーフィルターに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、フィルター基材に光触媒を担持する光触媒フィルターが知られている。特許文献特許１には、光触媒フィルターであって、特に画像形成装置から発生するオゾンガスまたはＶＯＣを分解・除去するものが示されている。この光触媒フィルターは、４００ｎｍ以上の波長の光を受光することにより光触媒作用を示すフィルターであり、開口率が３５〜８０％と比較的大きく、通気抵抗の小さいことを特徴としている。
【０００３】
特許文献２には、可視光下において防汚、抗菌、有害成分除去機能を発揮する機能性フィルターが示されている。不織布上に白金担持酸化タングステンを付与したフィルターである。
【０００４】
特許文献３には、連続孔を有する三次元立体構造の編物の構成繊維表面に石膏を付着させ、その上に光触媒を担持させた構造体であって、圧力損失が少なく柔軟性に富んだ脱臭、消臭、空気浄化等の機能に優れたフィルターが示されている。
【０００５】
特許文献４には、可視光を吸収するよう改質された光触媒特性を伴うフィルムを有するガラス基材が示されている。例えば、ＴｉＯ２のフィルムをガラス板、セラミックスフォーム、ガラスファイバーなど様々な形態の基材上に付与し光触媒活性を持たせた部材で、防汚用のガラス板や臭気吸収や浄化用フィルターとして使用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１８−４９９６号公報
【特許文献２】特開２０１７−２０５６９２号公報
【特許文献３】特開２００８−２７２１７１号公報
【特許文献４】特許第５１５４９２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１は、金網やパンチングメタル等を基材として使用した開口率が３５〜８０％の通気抵抗の小さいフィルターであり、ガス捕集特性が低く、またＰＭ粒子などの微小体の捕捉機能が小さいと思われる。
【０００８】
また、特許文献２は基材に不織布を使用しており、基材の劣化が懸念される。さらに、特許文献３に関しては、柔軟性を持ち基材が光触媒により劣化しない光触媒フィルターであるが、構造躯体が樹脂繊維であるため、２００℃以上の温度領域では構造を維持できず、高温環境での使用には不適である。
【０００９】
特許文献４は、ガラス基材等にＴｉＯ２フィルムを付着させて光触媒効果を発現しており、ガラスファイバーなどを基材とすることでフィルターとして用いることも示している。しかし、光吸収波長が長波長ＵＶＡまでの紫外光領域であるため、白色ＬＥＤ等の可視光領域の光照射下で使用することができない。
【００１０】
本発明は、十分なフィルター機能を持つフィルターであって、白色ＬＥＤなどの可視光照射下においても触媒機能を発揮し、高温、光強度の強い環境でも基材の劣化を抑制できる光触媒ペーパーフィルターを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る光触媒ペーパーフィルターは、ファイバーから構成されたペーパー状の基材と、前記基材の表面に担持された光触媒体と、を含み、前記光触媒体は、紫外光から５００ｎｍまでの可視光を含む光照射下で光触媒として機能し、前記基材は、完全無機組成であり、前記光触媒体の触媒反応によって分解劣化することがなく、かつ４００℃以下での耐熱性を有する。
【００１２】
前記基材は、ファイバーを編み込んで形成されているとよい。
【００１３】
前記ファイバーは、アルミナ−シリカファイバーを含むとよい。
【００１４】
前記ファイバーは、直径１０μｍ以下であるとよい。
【００１５】
前記基材の厚さが２ｍｍ以下であるとよい。
【００１６】
前記光触媒体が銅、鉄、銀または白金を担持した窒素ドープ酸化チタンであるとよい。
【００１７】
前記基材に担持されている前記光触媒体の担持量が０．１〜１０ｇ／ｍ２であるとよい。
【００１８】
本発明に係る光触媒ペーパーフィルターの製造方法では、前記基材を前記光触媒体のスラリーに浸し、その後熱処理することで上述したような光触媒ペーパーフィルターを製造する。
【発明の効果】
【００１９】
ファイバーを編み込んで構成するため、フィルターとしての機能を十分なものにでき、また基材を無機組成とすることで、高温、光強度の強い環境でも光触媒の触媒機能による劣化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施形態に係る光触媒ペーパーフィルターの基本構成を示す模式図である。
【図２】実施例１と比較例１の紫外線プレ照射下でのＣＯ２濃度変化を示す図である。
【図３】実施例１と比較例１の可視光照射下でのＡＡ分解試験結果における、ＡＡ濃度変化を示す図である。
【図４】実施例１と比較例１の可視光照射下でのＡＡ分解試験結果におけるＣＯ２濃度変化を示す図である。
【図５】実施例１のサンプルの光照射前後のＳＥＭ写真である。
【図６】比較例１のサンプルの光照射前後のＳＥＭ写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態について、説明する。なお、本発明は、ここに記載される実施形態に限定されるものではない。
【００２２】
「基本構成」
図１は、実施形態に係る光触媒ペーパーフィルターの基本構成を示す模式図である（光触媒粒子を大きく描いている）。光触媒ペーパーフィルター１０は、基材１２を１００％無機物で構成した完全無機組成（耐熱性を有する材料）のファイバーを編み込んだブランケットで構成されている。なお、完全無機組成というのは、通常の生産技術においてできる限り有機物が混入しないように配慮した現実的な１００％をいい、理論的な完全を意味するものではない。
【００２３】
そして、この基材１２に可視光応答性の光触媒微粒子からなる光触媒体１４を担持する。これによって、光触媒体１４が光照射によって、光触媒機能を発揮し、フィルターに捕捉した有機物を効果的に酸化分解する。さらに、光強度が強い状況下においても、基材１２は実施的に完全無機組成であり光触媒体１４の光触媒反応においても分解劣化することがなく、また温度上昇にも耐えることができる。
【００２４】
ここで、基材１２を構成するファイバーの材質は、高温で安定な無機物であれば、アルミナ−シリカなど各種のセラミックファイバーが利用することができる。また、光触媒体１４と同等の耐熱性を有することで、高温での使用に耐え得る。基材１２の表面に担持される光触媒体１４は、紫外光から５００ｎｍまでの可視光を含む光照射下で光触媒として機能するものが採用され、例えば窒素ドープ酸化チタンが好適であるが、硫黄ドープ酸化チタンなどでもよく、さらに銅、鉄、銀、白金などの助触媒を担持することとよい。
【００２５】
基材１２は、ペーパー状であり、不織布のようにファイバーを絡み合わせて形成してもよいが、適切な開口（連続孔）を得るためにファイバーを編み込んで形成するとよい。
【００２６】
用途によって、適切なフィルター細孔径やフィルターの厚みは異なるが、一般的な空気や水のフィルターとして利用する場合は、ファイバーは直径１０μｍ以下で、基材１２の厚さが２ｍｍ以下であるとよい。
【００２７】
基材１２に担持されている光触媒体１４の担持量は、光触媒の機能を十分に発揮するために０．１〜１０ｇ／ｍ２であるとよい。
【００２８】
「作製例」
実施形態に係る光触媒ペーパーフィルターの製造方法の一実施例について説明する。この実施例では、基材を構成する繊維の材質として、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）−シリカ（ＳｉＯ２）ファイバー繊維を用い、光触媒としては、銅担持窒素ドープ酸化チタン（Ｃｕ−ＴｉＯＮ）を用いる。
【００２９】
まず、４０ｍｍ×４０ｍｍにカットした厚さ１ｍｍのアルミナ−シリカファイバー繊維を織り込んだ生地（株式会社ＩＴＭ製、ＦＭＸ１６００ブランケット）からなる基材を用意した。そして、用意した基材を固形分１０ｗｔ％の銅担持窒素ドープ酸化チタン光触媒粒子のスラリー５ｍＬに浸した。スラリーの液体としては、水を使用した。これによって、基材の表面に、光触媒粒子を付着させ、その後１２０℃で１時間熱処理して乾燥させ、基材に光触媒粒子を０．０５ｇ担持した。
【００３０】
比較例として、同サイズのポリマー系不織布について同様の処理を行い、０．０３ｇの光触媒を担持してサンプルを作製した。
【００３１】
＜アルミナ−シリカファイバーブランケットの作製＞
実施例のアルミナ−シリカファイバーブランケットの作製について説明する。
【００３２】
塩基性塩化アルミニウムとシリカゾルを増粘剤として有機重合体を混合した水に所定量溶解させた紡糸液をブローイング法で紡糸してアルミナ−シリカ繊維前駆体の集合体を得る。紡糸液のアルミナ：シリカの混合割合は７０：３０として、アルミニウム濃度が１８０〜２００ｇ／Ｌ、有機重合体濃度が３０〜４０ｇ／Ｌである。得られた繊維前駆体のマット状集合体は両面からニードリング処理を行い、１０００〜１３００℃で焼成して結晶化し完全無機組成のブランケットを作製する。なお、このような作製については、特開２０１８−２１２７６号公報などに記載がある。
【００３３】
＜実施例１＞
アルミナ−シリカファイバーブランケットに銅担持窒素ドープ酸化チタンを０．０５ｇ担持したものを実施例１のサンプルとして用いた。
【００３４】
＜比較例１＞
ポリマー系不織布に銅担持窒素ドープ酸化チタンを０．０３ｇ担持したものを比較例１のサンプルとして用いた。
【００３５】
「試験内容」
＜紫外光プレ照射による耐光性確認試験＞
光触媒を付与したブランケット（光触媒ペーパーフィルター）について、紫外光照射により表面の不純物除去と耐光性を確認した。
【００３６】
５００ｍＬのガラス瓶にサンプルを入れて、瓶内を大気組成の酸素・窒素混合ガスで置換し、ブラックライトにより紫外光を１ｍＷ／ｃｍ２の強度で照射し、所定時間のＣＯ２濃度をガスクロマトグラフィで測定した。
【００３７】
＜光触媒活性評価＞
光触媒活性は、アセトアルデヒド（ＡＡ）の完全分解により評価した。５００ｍＬのガラス瓶にサンプルを入れて、瓶内を大気組成の酸素・窒素混合ガスで置換し、３％のＡＡスを２０Ｌの１２００ｐｐｍ相当量を注入して、１６時間暗所で静置した。
【００３８】
その後４１０ｎｍ以下カットフィルターを巻いた２０Ｗ蛍光灯で６０００Ｌｘの照度で光照射し瓶内のＡＡとＣＯ２濃度を測定し、実施例１と比較例１の光触媒活性を比較した。
【００３９】
＜形態観察＞
サンプルの状態観察を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により行った。光照射前とＵＶプレ照射と光触媒活性評価後の各サンプルを加速電圧５ｋＶで分析し二次電子像を得た。観察前のサンプルには、予め真空度６Ｐａ、放電電流１５ｍＡ、３０秒間のＰｔコーティング処理を実施した。
【００４０】
「試験結果」
図２に実施例１と比較例１の紫外線プレ照射下でのＣＯ２濃度変化を示す。
【００４１】
実施例１ではＣＯ２濃度変化が無いが、比較例１ではＣＯ２濃度が増加する。実施例１では、１時間のところで僅かにＣＯ２濃度が増加し、その後一定を保っていることから、基材表面か光触媒粉末表面にある不純物が分解され除去されたことが確認された。
【００４２】
一方、比較例１では、担持されている光触媒量に大きな差はないことから、ＣＯ２濃度の大幅な増大は不織布のポリマー樹脂が光触媒により酸化され基材劣化が起こっているためと考えられる。
【００４３】
図３、４に実施例１と比較例１の可視光照射下でのＡＡ分解試験結果を示す。図３はＡＡ濃度変化、図４はＣＯ２濃度変化を示す。
【００４４】
ガラス瓶へのＡＡの仕込み量と容器中のＡＡ濃度から、ＡＡの初期吸着量が実施例１では１１５０ｐｐｍ、比較例１では２５０ｐｐｍ相当となる。さらに、５時間後には比較例１で７５０ｐｐｍに対して実施例ではＡＡ濃度が０となることから、ＡＡ除去特性は実施例１が大きく優れている。一方、２６時間後のＣＯ２濃度は比較例１に比べて実施例１が２倍程度高い。光触媒担持量（実施例が１．６７倍）を考慮しても、比較例１に対して実施例１の方がＡＡ分解能力に優れていることが示唆される。
【００４５】
図５、６は、サンプルの光照射前後のＳＥＭ写真であり、図５は実施例１、図６は比較例１を示す。図５の実施例１のサンプルでは繊維部分を拡大して観察しても光照射前後で大きな変化は見られなかった。一方、図６の比較例１のサンプルの光照射前後のＳＥＭ写真では、光照射後で表面の光触媒層が剥がれ、下層のポリマー繊維部分に穴が確認された。すなわち、比較例１では光照射により基材の劣化が明らかとなった。
【００４６】
「実施形態の効果」
酸化チタンに代表される環境浄化型の光触媒体は酸化力が強く、その酸化力で臭い物質や菌やウイルス等を分解、または不活化する。一方、その強い酸化力ゆえに基材等の周辺物質の有機物も分解する。そのため、有機系の基材では劣化が起こり長期的に使用することが困難である。
【００４７】
本実施形態では、基材を完全無機組成にすることで、光触媒による基材劣化を抑制する。また、基材が無機酸化物のファイバーであるため耐熱性も高く、担持する窒素ドープ酸化チタン光触媒の耐熱温度である４００℃でも基材が分解することなく、無機酸化物ファイバーも変質することはなくペーパーフィルターの状態を維持することが可能となる。これにより、強い光環境ならびに高温環境下でも継続的に光触媒効果が持続し長期使用が可能となる。また、交換が困難で長期に使用する必要のある場所での利用も可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１０  光触媒ペーパーフィルター、１２  基材、１４  光触媒体。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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