(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＴｉＯ2光触媒を担持し、ＨＥＰＡフィルタ用濾材又はＵＬＰＡフィルタ用濾材の濾材本体がＳｉＯ2を含む無機質繊維を主体として構成され、前記光触媒と前記無機質繊維との界面がＴｉ−Ｏ−Ｓｉ結合で接合されていることを特徴とする粉塵除去用濾材。
【請求項２】
前記光触媒が４ｅＶ以下のエネルギ光で光触媒反応を起こすものであることを特徴とする請求項１記載の粉塵除去用濾材。
【請求項３】
前記光触媒が、光触媒に貴金属類を担持させたものであることを特徴とする請求項１又は２記載の粉塵除去用濾材。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れかに記載の光触媒の担持された粉塵除去用濾材を組み込んだことを特徴とするフィルタユニット。
【請求項５】
前記フィルタユニットの上流側若しくは下流側又は両方の側に光源を設置したことを特徴とする請求項４記載のフィルタユニット。
【請求項６】
粉塵や有害ガスや有害物質を含むガスを、請求項１乃至３の何れかに記載の光触媒の担持された粉塵除去用濾材を組み込んだフィルタユニットを通過させることを特徴とする前記ガスの濾過方法。
【請求項７】
前記フィルタユニットの上流側若しくは下流側又は両方の側に光源を設置し、且つ前記フィルタユニットの下流側に吸着材を配したことを特徴とする請求項６記載の濾過方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、エアフィルタ用の粉塵除去用濾材、該濾材を組み込んだエアフィルタ用フィルタユニット及び濾過方法に関し、特に被処理ガス中の粉塵を除去すると共に、被処理ガス中に含まれる有害ガス等の分解や、雑菌やかび等の殺菌を同時に行えるエアフィルタ用濾材、該濾材を組み込んだエアフィルタ用フィルタユニット及び該ガスの濾過方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、エアフィルタ用の粉塵除去用濾材として、その性能の違いにより粗フィルタ、中性能フィルタ、高性能フィルタに用いられるフィルタ用濾材が知られており、又これらの濾材を組み込んだ各種エアフィルタ用フィルタユニットも知られている。これらはその濾材の構成材料や厚さ、目付を変えることにより、また濾材の組み込み方法を変えることにより、様々なサイズの粒子をその設計効率に合わせて濾過除去することが可能である。また、これらフィルタユニットの上流側あるいは下流側に活性炭等の吸着剤を配し、濾過と合わせて有害ガス等を吸着除去する方法が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の濾材を組み込んだフィルタユニットの場合、粉塵はその設計効率に合わせて除去されるが、有害ガス等の気相状態で存在するものは除去できない。また、これらフィルタユニットの上流側あるいは下流側に活性炭等の吸着剤を配し、濾過と合わせて大気中のＮＯx，ＳＯx等の有害ガスを吸着除去する方法は、有害ガスのＮＯが吸着され難いため、ＫＭｎＯ4でＮＯガスを酸化してＮＯ2ガスとして活性炭で吸着除去することが一般的である。ところが、特開平５−１４９５８２号公報に記載のように、ＫＭｎＯ4からアルカリ金属（Ｋ）が発生し、クリーンルーム内を汚染する問題が指摘されている。また、従来使用している高純度石英ガラス繊維は高価な材料であり、しかもフィルタユニットとは別途に設けることは設置スペースを広くとる必要がある。また、被処理ガス中に含まれる雑菌やかびのもととなる胞子は濾材に捕獲されたのち、濾材上で繁殖する等の問題がある。
本発明の目的は、被処理ガス中の粉塵を除去するとともに、被処理ガス中に含まれる有害ガス等の分解や雑菌、かび等の殺菌を同時に行うことが可能なエアフィルタ用の粉塵除去用濾材、かかる濾材を組み込んだエアフィルタ用フィルタユニット及びかかるフィルタユニットを用いる該ガスの濾過方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の第一の発明に関する粉塵除去用濾材は、上記目的を達成すべく、ＴｉＯ2光触媒を担持し、ＨＥＰＡフィルタ用濾材又はＵＬＰＡフィルタ用濾材の濾材本体がＳｉＯ2を含む無機質繊維を主体として構成され、前記光触媒と前記無機質繊維との界面がＴｉ−Ｏ−Ｓｉ結合で接合されていることを特徴とする。
本発明でいう「濾材」には、例えば、ガラス質やセラミック質等からなる無機質繊維を主体として構成されたもの、具体的には、乾式法により繊維を積層した不織布、フェルト状のもの、あるいは湿式法により抄造された不織布等が包含される。例えば、ＨＥＰＡ等の高性能フィルタ用濾材が包含される。
【０００５】
また、本発明の第二の発明に関するフィルタユニットは、上記目的を達成すべく、光触媒の担持された粉塵除去用濾材を組み込んだことを特徴とする。
本発明でいう「フィルタユニット」には、ＨＥＰＡ、ＵＬＰＡ等の高性能フィルタが包含される。また、フィルタユニットに組み込まれる粉塵除去用濾材には、例えば、上記したようにガラス質やセラミック質等からなる無機質繊維を主体として構成されたものが包含される。
【０００６】
また、本発明の第三の発明に関するガスの濾過方法は、上記目的を達成すべく、粉塵や有害ガスや有害物質を含むガスを、上記光触媒の担持された粉塵除去用濾材を組み込んだフィルタユニットを通過させることを特徴とする。前記フィルタユニットの上流側若しくは下流側又は両方の側に光源を設置し、且つ前記フィルタユニットの下流側に吸着材を配して行うことが望ましい。
【０００７】
上記光触媒としては、４ｅＶ以下の低エネルギ光で光触媒反応を起こすもの、特に酸化チタンが適している。該酸化チタンはルチル形あるいはアナターゼ形、又はこれらの共存形のいずれでもかまわない。より低エネルギの光に反応させるにはルチル形が適しており、また反応の活性を高めるためにはアナターゼ形が適している。
【０００８】
上記濾材に酸化チタンを担持させるには、濾材の材質は酸化チタンとの接合力の点からＳｉＯ2を含有しているもの、具体的には、ＳｉＯ2を含むガラス質やセラミック質等の無機質繊維を主体として構成された濾材が適している。なお、濾材の材質自体がＳｉＯ2を含んでいない場合には、濾材の表面にＳｉＯ2含有層を設けるようにしてもよい。
【０００９】
酸化チタンを担持した濾材を製造するには、ＳｉＯ2を含むガラス質やセラミック質等の無機質繊維に予め以下に述べる方法で酸化チタンを担持するか、通常の方法で濾材を製造した後、その濾材に同様な方法で担持してもかまわない。
上記濾材をＳｉＯ2を含むガラス質やセラミック質等の無機質繊維を主体として構成し、酸化チタン光触媒を担持させた場合、その界面をＴｉ−Ｏ−Ｓｉ結合で接合させる。このようにＴｉ−Ｏ−Ｓｉ結合で接合させることは、以下で述べるように、加熱により酸化チタンとなる酸化チタンの前駆体と有機物樹脂との溶液を出発原料として用いることにより可能である。かかる酸化チタンの前駆体としては、チタンアルコキシド、チタン塩化物、チタン硫化物、チタン酢酸塩等が使用できるが、有機物樹脂との相溶性の関係から、アルコール類を相溶性溶媒として用いる場合はチタンアルコキシド、水を相溶性溶媒として用いる場合はチタン塩化物、チタン硫化物、チタン酢酸塩を選択することが好ましい。しかし、前記前駆体と有機物樹脂とが相溶する場合はどの組み合わせを選択してもかまわない。
【００１０】
また、有機物樹脂としては、アクリル系、オレフィン系等が一般的であるが、製造工程中の焼成工程で酸化分解することが必要であるため、分解温度が２００℃以上かつ焼成温度以下の樹脂であって、更に該酸化チタンの前駆体との相溶性があれば良く、モノマーの種類や分子量によって限定されるものではない。
上記したように、選定された前駆体と有機物樹脂とを相溶性のある溶媒に溶解してなる溶液を酸化チタン光触媒製造用の出発原料とする。即ち、この出発原料から光触媒を得るためには、担持体となる濾材又濾材の原料である無機質繊維をこの原料液にディップするか、又はこれらに該原料液を塗布するかスプレーし、乾燥した後焼成すればよい。この乾燥は、１５０℃以下で３０分以上行うことが好ましい。液担持後乾燥まで及び乾燥後焼成までの昇温速度は１０℃／分以下が好ましい。また、最終焼成工程は基材の耐熱性を考慮して行う必要があるが、５５０℃以下の温度で焼成することが好ましい。
【００１１】
光触媒を担持させるものが天然繊維や合成繊維等の有機質繊維を主体としてなる濾材である場合には、例えば前記酸化チタンの前駆体あるいは単に１ミクロン以下の酸化チタン微粉末を有機系の接着剤に分散あるいは混合し、これを有機質繊維からなる濾材に塗布するかスプレーするだけでもかまわない。あるいは、濾材を抄造する場合に、濾材の原料に予め上記酸化チタン微粉末を混合し、抄造することにより、光触媒酸化チタンを混抄してもかまわないし、また、濾材を集綿する場合に、紡糸した繊維と上記酸化チタン粉末を混合してもかまわない。
【００１２】
また、上記光触媒に貴金属類を担持させたものも本発明の範囲に入る。この場合の貴金属類としては、白金、パラジウム、ロジウム、金、銀、銅等の貴金属あるいはそれらの貴金属の硝酸塩、硫酸塩、酢酸塩等が好ましい。貴金属類の担持方法としては、光析出法詳しくは金属イオン水を吹き付けるか、金属イオン水にディップした後光を照射する方法、あるいは金属イオン水にディップした状態で光を照射する方法によって光還元メッキにより固定化する方法を用いれば容易である。
【００１３】
本発明の第二の発明では、上記したようにして作製した光触媒の担持された粉塵除去用濾材が、目的と用途に合わせた設計で、通常の方法で、フィルタユニットに組み込まれる。図１及び図２に本発明の光触媒担持濾材を組み込んだフィルタユニットの例を示す。また、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に図１及び図２で使用する本発明の光触媒担持濾材の要部を示す断面図を示す。
【００１４】
除塵と光触媒による有害ガスの分解だけであれば、図１のように、本発明の粉塵除去用濾材２を図３（Ａ）のように配置してセパレータ３により濾材２、２同士の間隔を保持して枠１内に組み込む。特に、分解したガスを吸着することまで必要であれば、図２のように、本発明のフィルタユニットの下流側に吸着材としてＫＭｎＯ4、ゼオライト、ベントナイト、活性炭等からなる吸着材層４を設けるか、あるいは図３（Ｂ）のように、本発明の粉塵除去用濾材２の下流側に吸着材として活性炭素繊維、多孔質ガラス繊維、イオン交換繊維等からなる濾紙５を積層して、図１のように組み込む。なお、図２に示すようなフィルタユニットと吸着材層との間は離れていてもよい。
また、吸着材からの発塵の問題がある場合は、更に吸着材の下流側にＰＴＦＥ等の多孔質フィルムをラミネートすることもできる。
【００１５】
また、本発明の第三の発明では、上記光触媒の担持された粉塵除去用濾材を組み込んだフィルタユニットに対し、被処理ガス、例えば吸気エアを通過させて除塵と光触媒反応を同時に行う。上記したように、光触媒反応を起こさせる光源としては、室内で通常に得られる蛍光灯や白熱電灯の光や、窓ガラスを透過してくる太陽光でよい。また、光触媒反応をより有効に起こさせるためには、該フィルタユニットの上流側若しくは下流側又は両方の側に蛍光灯等の光源を設置してもよい。
【００１６】
【作用】
上記粉塵除去用濾材では、担持された酸化チタン等の光触媒は、そのバンドギャップが３〜３．２ｅＶと小さいので、エネルギの小さい光でも容易に励起される。日常生活で通常用いられる蛍光灯や白熱電灯の光には、４．５ｅＶ以上の高いエネルギを有する紫外光はほとんど含まれていないが、酸化チタンのバンドギャップ以上のエネルギを有する光は含まれているので、これらの通常光により本発明で用いる光触媒は容易に励起され、光触媒反応を引き起こす。また、通常の透明窓ガラスを透過してくる太陽光は３．７ｅＶ以下のエネルギ光であるが、これも酸化チタンのバンドギャップ以上のエネルギを有するので、これら窓ガラスを透過してくる太陽光により本発明で用いる光触媒は容易に励起され、光触媒反応を引き起こす。また、光触媒反応を引き起こし得る光源を、濾材の近傍、即ち濾材を組み込んだフィルタユニットの上流側若しくは下流側又はその両方の側に備えて、この光により光触媒反応を引き起こさせてもかまわない。この光触媒反応により、通常の濾材としての又はフィルタユニットとしての濾過性能に加え、吸気エア中に含まれるあるいは室内に発生する有害ガスや悪臭は容易に分解される。更に、上記粉塵除去用濾材に捕集された細菌やかびの胞子等の雑菌も殺菌される。
【００１７】
また、本発明で、ＳｉＯ2を含有する無機質繊維を主体として構成された粉塵除去用濾材に光触媒としての酸化チタンを担持させ、該濾材と該光触媒との界面をＴｉ−Ｏ−Ｓｉ結合で接合せしめるには、光触媒の出発原料として有機物樹脂と酸化チタンの前駆体との混合液を用い、これらを構成している有機残基の酸化分解反応によって生成する燃焼熱により濾材と光触媒との界面にＴｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を形成させている。かくして基材と光触媒とは強固な結合で接合されることになり、光触媒は脱落しない。
【００１８】
上記方法で作製された光触媒担持濾材によれば、通常の濾材としての濾過性能に加え、蛍光灯や白熱電灯などの通常の照明器具より発生する光や窓ガラスを透過してくる太陽光や、濾材の近傍に設けられた光源からの光や、あるいはそれらの組合わさった光で光触媒反応が進行し、吸気エア中に含まれる又は室内で発生する有害ガスや悪臭が吸着材で吸着除去され易いものに分解される。例えば、ＮＯx、ＳＯx等では、２ＮＯ＋Ｏ2→２ＮＯ2、２ＳＯ2＋Ｏ2→２ＳＯ3、２ＣＯ＋Ｏ2→２ＣＯ2といったように、除去され易いものに酸化され、好ましくは吸着材により吸着除去され得る。更に、濾材に捕集された細菌やかびの胞子等の雑菌も殺菌される。
【００１９】
また、上記方法で作製された光触媒担持濾材を組み込んだフィルタユニットの場合も、通常のフィルタユニットとしての濾過性能に加え、上記したような蛍光灯や白熱電灯などの通常の照明器具より発生する光や窓ガラスを透過してくる太陽光やフィルタユニットの上流側若しくは下流側又は両方の側に設けられた光源からの光や、あるいはそれらの組合わさった光で光触媒反応が進行し、吸気エア中に含まれる又は室内で発生する有害ガスや悪臭が上記したように分解され、好ましくは吸着材の使用により吸着除去される。更に、濾材に捕集された細菌やかびの胞子等の雑菌も殺菌される。
【００２０】
また、上記酸化チタンなどの光触媒の表面に貴金属類を担持させても光触媒反応は引き起こされ、特に抗菌効果を持つ銀、銅等の金属を担持させれば、強力な酸化・還元力による抗菌作用をもつので、光触媒作用とあわせて、更にＭＲＳＡ、大腸菌、緑膿菌に対する抗菌効果を高めることが出来る。
また、分解されたガスを特に吸着除去する必要のない低清浄度の家、オフィス、倉庫、ビル、工場等の空調では吸着材を設置する必要はない。
【００２１】
【実施例】
以下、本発明の実施例を説明する。
（実施例１）
ガラス繊維で構成されたＨＥＰＡ用濾紙に、酸化チタンの前駆体であるチタンイソプロポキシド７６０ｇと有機物樹脂４００ｇとをエチルアルコール８４０ｇに溶解した溶液を塗布した。この濾紙を、６０℃で１時間乾燥し、その後毎分１℃の速度で３５０℃まで昇温し、３５０℃で１２時間焼成した。この処理で有機物樹脂は完全に除去され、更にチタンイソプロポキシドはアナターゼ型を主体とする酸化チタンに変化し、濾紙を構成するガラス繊維の表面に強固に酸化チタンを被覆できた。得られた酸化チタンの膜厚は約０．３ミクロンであった。
【００２２】
この濾紙の濾過効率を、０．３ミクロンサイズのＤＯＰを用い、風速Ｖ＝５．３ｃｍ／ｓの条件下、ＭＩＬ−Ｆ−５１０７９Ｄ法に従って測定した結果、９９．９９７％の除去率であり、光触媒を担持していないこと以外は同様のＨＥＰＡ用濾紙の場合の値（９９．９９７％）と同等であった。この光触媒を担持した濾紙と、光触媒を担持していない濾紙を蛍光灯のもとに置き、温度４０℃、湿度８５％の状態で一週間放置した。光触媒を担持した濾紙にはかびは発生しなかったが、光触媒を担持していない濾紙にはかびが１００ｍ2あたり２０ヶ所発生した。
【００２３】
（実施例２）
実施例１で得られた光触媒の担持された濾紙を通常の方法で組み込んでＨＥＰＡを作製した。このＨＥＰＡの濾過効率を、０．３ミクロンサイズのＤＯＰを用い、面風速Ｖ＝０．７ｍ／ｓの条件下、ＪＩＳ  Ｚ−４８１２法に従って測定した結果、９９．９９７％の除去率であり、光触媒を担持していないこと以外は同様のＨＥＰＡの値（９９．９９７％）と同等であった。この光触媒を担持したＨＥＰＡと、光触媒を担持していないＨＥＰＡを蛍光灯のもとに置き、温度４０℃、湿度８５％の状態で一週間放置した。光触媒を担持したＨＥＰＡにはかびは発生しなかったが、光触媒を担持していないＨＥＰＡにはかびが１００ｍ2あたり２０ヶ所発生した。
【００２４】
また、光触媒を担持したＨＥＰＡと、光触媒を担持していないＨＥＰＡの上流側に蛍光灯を置き、かつ、図２の如く下流側にＫＭｎＯ4を含まぬ活性炭で構成される吸着材を配設し、１００ｐｐｂＮＯガス含有空気を、温度２０℃、湿度５０〜７０ＲＨ％、ＳＶ１２０００（ＳＶ＝（吸着材通過風量ｍ3／ｈ）／（吸着材容量ｍ3））の条件で、それぞれのＨＥＰＡを通過させたところ、光触媒を担持したＨＥＰＡではＮＯガスが吸着し易いＮＯ2に酸化されて除去効率が８０％と優れていたが、光触媒を担持していないＨＥＰＡではＮＯガスが酸化されずそのままの状態で通過してきたので、除去効率２０％であった。なお、ＮＯ濃度測定は、ケミルミネセンス法（化学発光方式）でガスを直接測定して行った。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、粉塵除去用濾材に光触媒が担持されているので、特別な装置を設けることなく除塵と同時に有害ガスの分解やかび等の雑菌の殺菌をすることができる。本発明で用いる光触媒は、通常の室内で得られる蛍光灯や白熱電灯などの４ｅＶ以下の低エネルギ光や窓ガラスを透過してくる太陽光や粉塵除去用濾材の近傍に設けられた光源からの光により光触媒反応を起こすので、除塵に加え有害ガスの分解やかび等の雑菌を殺菌することができるのである。
また、光触媒に貴金属類特に銀又は銅を担持したものでは、前記光触媒作用に加え、ＭＲＳＡ、大腸菌、緑膿菌等に対する殺菌効果を更に高めることができる。また、たとえ暗時でも前記抗菌効果を有することになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のフィルタユニットの一例を示す斜視図
【図２】  本発明のフィルタユニットの別の例を示す斜視図
【図３】（Ａ）本発明の光触媒担持濾材の一例の要部を示す断面図
（Ｂ）本発明の光触媒担持濾材の別の例の要部を示す断面図
【符号の説明】
１  枠
２  粉塵除去用濾材
３  セパレータ
４  吸着材層
５  濾紙
【図１】
0003722515.tif 000002
【図２】
0003722515.tif 000003
【図３】
0003722515.tif 000004