(57)【要約】      （修正有）【課題】微生物の制御や環境の消毒または改善をするための方法および装置を提供する。【解決手段】紫外線光源４と、金属または金属酸化物からなる光触媒(例えばＴiＯ２)と、触媒基板構造３と、空気分配機構からなるディフューザ装置を用い、環境中の酸素と水から生成された、実質的に例えば水和、オゾン、プラズマ種や有機質種のない精製過酸化水素ガス(ＰＨＰＧ)を、微生物の制御や環境の消毒または改善をもたらすべく作用するように環境中、好ましくは表面上および空気中へ放出する。【選択図】図１
2014061418.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微生物の制御や環境の消毒または改善をするための方法において、(a) 実質的に水和,オゾン,プラズマ種や有機質種のない精製過酸化水素ガス(ＰＨＰＧ)を生成し、(b) ＰＨＰＧを、微生物の制御や環境の消毒または改善をもたらすべく作用するように環境中の表面上および空気中へ放出することからなる方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、生成されたＰＨＰＧは、正および負に帯電した構造や微生物のサイトに引き付けられ、それによって微生物の制御や環境の消毒または改善の効能を加水過酸化水素およびオゾンに比して高める方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法において、生成されたＰＨＰＧの濃度は、0.005ppm乃至0.10ppmである方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法において、上記微生物の制御や環境の消毒または改善は、室内空気処理,水の浄化,カビ除去,バクテリア除去およびウイルス除去を含む方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法において、上記空気の湿度は、５％乃至９９％であるか、または５％乃至９９％に調整される方法。
【請求項６】
微生物の制御や環境の消毒または改善をするための方法において、(a) 金属または金属酸化物からなる触媒を、湿った清浄環境空気の存在下で、実質的に水和,オゾン,プラズマ種や有機質種のない精製過酸化水素ガス(ＰＨＰＧ)を生成するような条件で紫外光に曝し、(b) ＰＨＰＧを、感染対策や環境の消毒または改善をもたらすべく作用するように環境中の表面上および空気中へ放出することからなる方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法において、上記微生物の制御や環境の消毒または改善は、室内空気処理,水の浄化,カビ除去,バクテリア除去およびウイルス除去を含む方法。
【請求項８】
請求項６に記載の方法において、上記空気の湿度は、５％乃至９９％であるか、または５％乃至９９％に調整される方法。
【請求項９】
請求項６に記載の方法において、上記金属または金属酸化物からなる触媒は、ＴiＯ2である方法。
【請求項１０】
請求項６に記載の方法において、上記ＰＨＰＧの生成は、ＰＨＰＧとの直接化学反応によって空気中からオゾンおよびＶＯＣ(揮発性有機化合物)を除去するという結果をもたらし、上記除去は、(a) オゾンと反応して酸素と水を生成し、(b) ＶＯＣと反応して二酸化炭素と水を生成する方法。
【請求項１１】
ＰＨＰＧを生成するディフューザ装置であって、(a) 紫外光源と、(b) 金属または金属酸化物からなる触媒基板構造と、(c) 空気の分配機構からなるディフューザ装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載のディフューザ装置において、基板上の触媒の構造は、ディフューザ装置を通り抜ける空気流に垂直に配置された薄い帆状の通気性構造であり、
上記構造は、上記触媒が水の酸化と二酸素の還元の両方によって過酸化水素を生成するように触媒反応の平衡を変化させるとともに、過酸化水素を還元される前に迅速に触媒から離脱させ,流れ出させることによって、触媒上での過酸化水素の還元を実質的に防止するディフューザ装置。
【請求項１３】
請求項１１に記載のディフューザ装置において、上記空気の分配機構は、ファンであるディフューザ装置。
【請求項１４】
請求項１１に記載のディフューザ装置において、上記紫外光源は、少なくとも一範囲の波長の光を発するディフューザ装置。
【請求項１５】
請求項１１に記載のディフューザ装置において、上記紫外光源は、一以上の範囲の波長の光を発するディフューザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概ね感染および微生物の制御方法およびこの方法に係る装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
病原性の微生物,カビ,白カビ,胞子,有機質および無機質の汚染物質は、環境中に通常見つけられる。環境空間における微生物の制御および消毒は、健康増進のため望ましい。空気を浄化し,表面を消毒するための試みにおいて、従来から多くの方法が用いられている。例えば、光触媒による酸化処理などによって作られた反応性酸化種(ＲＯＳ)が、有機質汚染物質を酸化し,微生物を殺すことができることは、既に知られている。より詳しくは、ヒドロキシルラジカル,ヒドロペルオキシル,塩素およびオゾン,光触媒反応の最終生成物は、有機化合物を酸化し,微生物を殺すことができることが知られている。しかし、これらの既知の方法および装置には、有効性の限界のみならず安全性の問題による制約がある。
【０００３】
ＲＯＳは、環境中の湿った空気を紫外線に曝して得られる高度に活性化された空気を表すために用いられる用語である。紫外領域の光は、或る振動数でフォトンを放出し、このフォトンは、吸収されると化学結合を切り離すに十分なエネルギを有する。波長250〜255nmの紫外光は、殺菌剤として通常用いられている。略181nm以下から182〜187nmまでの波長の光は、オゾンを生成する能力がコロナ放電のそれに匹敵する。オゾン化と紫外線照射は、共に地域社会の水システムにおける消毒に用いられている。オゾンは、工業廃水の処理および冷却塔に現在用いられている。
【０００４】
過酸化水素は、抗菌の特性を有すると一般に知られ、消毒および微生物の制御のため水溶液で用いられている。しかし、過酸化水素を気体の状態で用いる試みは、精製過酸化水素ガス(ＰＨＰＧ)を製造する技術的困難性によって今まで妨げられている。過酸化水素の水溶液を蒸発させると、過酸化水素水の微滴からなるエアロゾルが作られる。蒸発させた過酸化水素水を「乾燥」させる種々の処理は、高々、水和した形の過酸化水素を作るにすぎない。この水和した過酸化水素は、静電引力とロンドン分散力によって結合した水分子で囲まれている。従って、過酸化水素が静電的手段によって環境と直接相互作用する能力は、結合した水分子によって著しく弱められ、このことが、封入された過酸化水素分子の基本的な構造を事実上変えるのである。さらに、蒸発させた過酸化水素が達成できる最低濃度は、通常、米国労働安全衛生局(ＯＳＨＡ)による限度である1.0ppmよりも十分高いため、人がいる区域にこの処理を用いることを不適切にしている。
【０００５】
有機質汚染物質の分解に適すると実証された光触媒は、ＴiＯ2,ＺnＯ,ＳnＯ2,ＷＯ3,ＣdＳ,ＺrＯ2,ＳＢ2Ｏ4,Ｆe2Ｏ3を含むが、これらに限定されない。ＴiＯ2は、化学的に安定で、紫外線または可視光による活性化に適したバンドギャップを有し、比較的安価である。従って、ＴiＯ2の光触媒化学は、汚染された空気および水から有機および無機化合物を除去するために過去３０年広範囲に亘って研究されてきた。
【０００６】
光触媒は、十分なエネルギをもつ紫外線で活性化されると、吸着した水からヒドロキシルラジカルを生成することができ、気体状態で適用されれば環境中に放出すべきＰＨＰＧの製造に用いうる見込みがある。しかし、光触媒の既存の適用は、多くの異なる活性化学種を含んだプラズマを作ることに集中している。さらに、光触媒プラズマ中の大部分の化学種は、過酸化水素と反応し、過酸化水素を分解する反応によって過酸化水素ガスの生成を妨げる。また、プラズマ中に導入されるどの有機質ガスも、過酸化水素との直接反応および過酸化水素と反応した結果の酸化生成物の両方によって過酸化水素の生成を妨げる。
【０００７】
光触媒反応自体も、環境中に放出すべきＰＨＰＧの生成を制限する。過酸化水素は、犠牲の酸化体として還元されるべき酸素よりも大きな化学ポテンシャルを有するので、水の酸化によって生成されるや否や光触媒反応器中を下流へ移動するにつれて優先的に還元される。
酸化
２フォトン＋２Ｈ2Ｏ → ２ＯＨ*＋２Ｈ*＋２ｅ-
２ＯＨ* → Ｈ2Ｏ2
還元
Ｈ2Ｏ2＋２Ｈ+＋２ｅ- → ２Ｈ2Ｏ
加えて、幾つかの副反応が、光触媒プラズマの一部になる種々の種を生成し、これが環境中に放出すべきＰＨＰＧの生成を上述の如く妨げる。
【０００８】
光触媒を活性化するために用いる光の波長は、過酸化水素分子中の過酸化結合を光分解するに十分なエネルギを持ち、環境中に放出すべきＰＨＰＧの製造における阻害剤となる。さらに、オゾンを生成する波長の光を用いた実施は、過酸化水素を分解する光触媒プラズマ中に更なる他の種を導入する。
Ｏ3＋Ｈ2Ｏ2 → Ｈ2Ｏ＋２Ｏ2
【０００９】
実際には、光触媒の適用は、有機質汚染物質および微生物を酸化するために用いられるオゾンを屡々含んだプラズマを作ることに集中している。このようなプラズマは、そもそも反応容器自体の領域内で有効で、反応容器の領域外では化学的安定性が本来限定され、プラズマが含みうる限られた量の過酸化水素ガスは活発に分解する。さらに、プラズマはそもそも反応容器自体の領域内で有効なので、多くの反応容器は、容器を通る間に有機質汚染物質や微生物のより完全な酸化を促進すべく滞留時間が最大になるように設計されている。過酸化水素は、還元されるポテンシャルが既述の如く非常に高いので、最大の滞留時間は、過酸化水素の生産量を最小化することになる。
【００１０】
また、光触媒の適用の大部分は、環境上好ましくない化学種を作り出す。これら化学種のうちの第１は、多くのシステムの意図的な産物であるオゾン自体である。さらに、反応容器を通る有機質汚染物質は、１回の暴露で殆ど酸化されないため、二酸化炭素と水に完全に酸化するには複数回の空気交換が必要である。反応容器で不完全酸化が生じると、アルデヒド,アルコール,カルボキシル酸,ケトンおよび他の部分酸化された有機種が作られる。光触媒反応容器は、大きな有機分子をホルムアルデヒドのような複数の小さな有機分子に分解することによって、屡々、空気中の有機質汚染物質の全濃度を実際に増加させうる。
【００１１】
要約すれば、環境中に放出すべきＰＨＰＧの製造は、従来、達成されていなかった。過酸化水素水を蒸発させる方法は、高々、水和した形の過酸化水素を作るにすぎない。また、光触媒システムは、過酸化水素を作ることはできても、環境中に放出すべきＰＨＰＧの製造を大幅に妨げる複数の制限を有している。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一態様は、微生物の制御や環境の消毒または改善を提供する方法を開示する。この方法は、概ね (a) 過酸化水素ガスを優先的に作る光触媒セルを準備し、(b) 実質的に例えば水和,オゾン,プラズマ種や有機質種のない精製過酸化水素ガス(ＰＨＰＧ)を生成し、(c) 主としてＰＨＰＧからなるガスを、微生物の制御や環境の消毒または改善をもたらすべく作用するように環境中へ、より好ましくは表面上および空気中へ放出することからなる。
【００１３】
或る実施形態の方法は、(a) 金属または金属酸化物からなる触媒を、湿った清浄環境空気の存在下で、実質的に例えば水和,オゾン,プラズマ種や有機質種のない精製過酸化水素ガス(ＰＨＰＧ)を生成するような条件で紫外光に曝し、(b) ＰＨＰＧを、微生物の制御や環境の消毒または改善をもたらすべく作用するように環境中へ、より好ましくは表面上および空気中へ放出することからなる。
【００１４】
本発明の他の態様は、実質的に例えば水和,オゾン,プラズマ種や有機質種のないＰＨＰＧを生成するためのディフューザ装置に関する。このディフューザ装置は、概ね (a) 紫外光源と、(b) 金属酸化物からなる触媒基板構造と、(c) 空気の分配機構からなる。
【００１５】
本発明の他の態様は、環境に放出されたＰＨＰＧによって環境空気中のＶＯＣ(揮発性有機化合物)を酸化または除去することに関する。
【００１６】
本発明の他の態様は、環境に放出されたＰＨＰＧによって環境空気中からオゾンを除去することに関する。
【００１７】
本発明のこれらおよび他の態様は、本発明の開示を読めば当業者に明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明のディフューザ装置の特定の実施形態の断面図である。
【図２】図２は、本発明のディフューザ装置の特定の実施形態の一部破断図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明は、概ね微生物の制御や(および/または)環境の消毒または改善する方法ならびにこの方法に関連する装置に関する。或る実施形態では、上記方法および装置に光触媒による処理が用いられる。
【００２０】
光触媒処理の基本的性質は、化学反応において光の吸収によって活性な中間生成物を作ることである。これは、適切な波長をもつフォトンが光触媒に当たったときに生じる。フォトンのエネルギが価電子帯の電子に与えられ、この電子が伝導帯へ励起され、価電子帯に「ホール」を残す。吸着した化学種がない場合は、励起された電子は減衰し、価電子帯のホールと再結合する。価電子帯のホールが酸化されうる種−優先的には光触媒の活性表面サイトに吸着された水分子−から電子を捕捉すると、再結合は妨げられる。同時に、光触媒に吸着された還元されうる種−優先的には酸素分子−は、伝導帯の電子を捕捉する。
【００２１】
光触媒処理が始まる,即ち光触媒反応が開始するとき、次の反応が起こる。
酸化
２フォトン＋２Ｈ2Ｏ → ２ＯＨ*＋２Ｈ*＋２ｅ-
２ＯＨ* → Ｈ2Ｏ2
還元
Ｏ2＋２Ｈ+＋２ｅ- → Ｈ2Ｏ2
しかし、過酸化水素が一旦生成されると、光触媒は、酸素分子の代わりに過酸化水素を優先的に還元し、反応は、反応容器の大部分の体積中で生じる次の平衡に推移する。
酸化
２フォトン＋２Ｈ2Ｏ → ２ＯＨ*＋２Ｈ*＋２ｅ-
２ＯＨ* → Ｈ2Ｏ2
還元
Ｈ2Ｏ2＋２Ｈ+＋２ｅ- → ２Ｈ2Ｏ
【００２２】
本発明との関連で、過酸化水素ガス(ＰＨＰＧ)は、光触媒による続く還元を受けさせられる前に過酸化水素を反応容器から除去できるような目的に適って設計された形態をもつ光触媒処理を用いて製造できる。吸着した過酸化水素ガスを利用できなくなれば、光触媒は、過酸化水素の代わりに酸素を優先的に還元せざるを得なくなる。そうすれば、過酸化水素ガスは、一般に、光触媒処理において水の酸化と二酸素の還元の両方によって同時に製造される。限定する意図はないが、処理操作において、生成される過酸化水素の量は２倍になり、その大部分が還元される前に系から除去される。その結果、ＰＨＰＧの生産量は、同じ条件下で標準的な光触媒反応容器から生産される精製が不十分な過酸化水素の量の１５０倍までに達する。目的に適って設計された形態における支配的な反応は、次のようになる。
酸化
２フォトン＋２Ｈ2Ｏ → ２ＯＨ*＋２Ｈ*＋２ｅ-
２ＯＨ* → Ｈ2Ｏ2
還元
Ｏ2＋２Ｈ+＋２ｅ- → Ｈ2Ｏ2
しかし、理論に制限されることなく、本発明の微生物の制御や環境の消毒または改善の方法および装置は、光触媒処理の結果としてではなく、環境中に放出されたＰＨＰＧの作用によって達成される。
【００２３】
過酸化水素ガスを還元される前に直ちに除去できる形態を用いて、ＰＨＰＧは、水をガス状態に酸化すると同時に酸素ガスを還元する気相光触媒法を含む従来技術で知られた適切ないかなる処理によっても製造でき、この処理は、限定する意図はないが例えばＴiＯ2,ＺrＯ2,(Ｃu,Ｒh,Ａg,Ｐt,Ａuなどの)触媒でドープされたＴiＯ2などの金属からなる触媒または他の適切な金属酸化物からなる光触媒を用いる。ＰＨＰＧは、適切な任意の金属または過酸化水素ガスを還元される前に直ちに除去できる構造を用いた金属酸化物セラミックからなる陰極および陽極を用いた電気分解によっても製造できる。これと択一的に、ＰＡＰＧは、過酸化水素ガスを還元される前に直ちに除去できる構造を用いた適切な支持基板上で気体の水と酸素分子を高周波数で励起することによって製造できる。
【００２４】
本発明の一態様は、微生物の制御や環境の消毒または改善の方法を開示する。この方法は、(a) 実質的に例えば水和,オゾン,プラズマ種や有機質種のないＰＨＰＧからなるガスを生成し、(b) ＰＨＰＧを含むガスを、微生物の制御や環境の消毒または改善をもたらすべく作用するように環境中へ、より好ましくは表面上および空気中へ放出することからなる。
【００２５】
或る実施形態による方法は、(a) 金属または金属酸化物からなる触媒を、湿った清浄環境空気の存在下で、実質的に例えば水和,オゾン,プラズマ種や有機質種のない精製過酸化水素ガス(ＰＨＰＧ)を生成するような条件で紫外光に曝し、(b) ＰＨＰＧを、感染対策や環境の消毒または改善をもたらすべく作用するように環境中へ、より好ましくは表面上および空気中へ放出し、環境空気からオゾンおよびＶＯＣを除去することからなる。
【００２６】
一実施形態では、紫外光は、略181nm以上,略185nm以上,略187nm以上,略182nm〜略254nm,略187nm〜略250nm,略188nm〜略249nmの範囲のうちの少なくとも１つの範囲の波長をもつ。
【００２７】
本発明の他の形態は、実質的に例えば水和,オゾン,プラズマ種や有機質種のない精製過酸化水素ガス(ＰＨＰＧ)を製造するためのディフューザ装置に関する。図１,２を参照すると、ディフューザ装置は、概ね (a) 紫外光源４と、(b) 金属または金属酸化物からなる触媒基板構造３と、(c) 空気分配機構５,６,７からなる。
【００２８】
上記空気分配機構は、ファン５であるかあるいは例えば空気などの流体をディフューザ装置を通って移動させるに適切な他の機構である。本発明の或る態様によれば、空気分配機構の選択,設計,寸法,運転は、ディフューザ装置を通って流れる例えば空気などの流体が、概ね実際的に最も速くなるようでなければならない。理論に制限される意図なく、最適なＰＨＰＧのレベルは、流れが速い条件下で流体がディフューザ装置を抜け出る場合に作られると考えられている。
【００２９】
紫外光源４は、通常、湿った環境空気に光触媒反応を起こさせるに十分な少なくとも１つの波長域の光を発するが、酸素を光分解してオゾンの生成を始めさせることはない。一実施形態では、紫外光は、略181nm以上,略185nm以上,略187nm以上,略182nm〜略254nm,略187nm〜略250nm,略188nm〜略249nmの範囲のうちの少なくとも１つの範囲の波長をもつ。このような波長は、通常、実質上オゾンのない過酸化水素を含むＰＨＰＧを生成する。
【００３０】
本発明では、「実質上オゾンのない」という用語は、0.015ppm以下でＬＯＤ(検出下限)までのオゾン量を意味する。このようなレベルは、人間の健康に対する許容限以下である。この関連で、米国食品医薬品局(ＦＤＡ)は、室内医療機器のオゾン排出量を0.05ppm以下と定めている。米国労働安全衛生局(ＯＳＨＡ)は、労働者は0.10ppm以上の平均濃度のオゾンに８時間以上曝されてはならないと定めている。米国国立労働安全衛生研究所(ＮＩＯＳＨ)は、0.1ppmのオゾン上限は常に超えられてはならないと推奨している。米国環境保護庁(ＥＰＡ)の環境空気品質基準は、オゾンに対して室外平均濃度0.08ppmで最大８時間と定めている。
【００３１】
或る実施形態では、ＰＨＰＧは、周囲環境から次の反応によってオゾンを除去するために用いられる。
Ｏ3＋Ｈ2Ｏ2 → Ｈ2Ｏ＋２Ｏ2
【００３２】
或る実施形態では，ＰＨＰＧは、ＶＯＣをＰＨＰＧで直接酸化することによって周囲環境からＶＯＣを除去するために用いられる。
【００３３】
或る実施形態では、ＰＨＰＧは、室内空気処理のための殺菌剤,カビや真菌除去剤,バクテリア除去剤,やウイルス除去剤を含むがこれらに限定されない微生物の制御に用いられる。ＰＨＰＧによる方法は、所望の微生物の制御や環境の消毒または改善を実行できるに十分な量の過酸化水素ガスを製造する。十分な量は、当業者に通常知られており、浄化すべき固体,液体,気体および特定の殺菌または改善の性質に応じて変更できる。
【００３４】
或る実施形態では、微生物の制御や空気の殺菌または改善および関連する環境(その中の表面を含む)を参照して、ＰＨＰＧの量は、殺菌すべき環境において略0.005ppmから略0.10ppmまで、特に略0.02ppmから略0.05ppmまでに変化する。このような量は、例えばネコカリシウイルス(ＥＰＡは、ノロウイルスの代替と認めている),メチシリン耐性黄色ブドウ球菌(ＭＲＳＡ),バンコマイシン耐性腸球菌ファカリス(ＶＲＥ),クロストリジウム・ディフィシル(Ｃ-Ｄiff),ジェオバシラス・ステアロサーモフィラス,クロコウジカビに対して有効なことが実証されている。このような量のＰＨＰＧは、(学校,病院,事務所,家庭,他の共用領域を含むがこれらに限られない)人のいる領域で安全に使用でき、表面を汚染する微生物を殺菌し、空中の病原菌を殺菌し、例えばインフルエンザ大流行の拡大を防ぎ,院内感染を制御し,一般の疾病の伝染を減じるなどの微生物制御を提供する。
【００３５】
本発明の或る態様では、環境空気の湿度は、好ましくは相対湿度(ＲＨ) 略１％以上,ＲＨ略５％以上,ＲＨ略１０％以上などである。或る実施形態では、環境空気の湿度は、ＲＨ略１０％〜９９％である。或る実施形態では、本発明の方法は、環境空気の湿度をＲＨ略５％〜９９％の範囲内またはＲＨ略１０％〜９９％の範囲内に制御する。
【００３６】
金属または金属酸化物からなる触媒は、ＴiＯ2,Ｃu,ＣuＯ,Ｚn,ＺnＯ,Ｆe,Ｆe2Ｏ3またはこれらの混合物から選ばれ、より好ましくはＴiＯ2である。より詳しくは、ＴiＯ2は、電磁スペクトルの近紫外部分の光を吸収する半導体である。ＴiＯ2は、アナターゼとルチルの２つの形に合成され、両者は、実際同じ親結晶構造の異なった面である。成す形は、準備方法と用いる出発材料によって決まる。アナターゼは、380nm以下の波長のフォトンを吸収し、ルチルは、405nm以下の波長のフォトンを吸収する。
【００３７】
厚さが略４μmのＴiＯ2の層は、入射する短波長光を100％吸収する。ＴiＯ2は、1cm2当たり略９〜１４×１０14の活性表面サイトをもつことが知られている。活性表面サイトは、表面上の配位的に不飽和なサイトであり、ヒドロキシルイオンまたは他の塩基性種に結合することができる。ＴiＯ2の光触媒的活性は、その構造(アナターゼまたはルチル),表面積,寸法分布,ポロシティ,表面上のヒドロキシル群の密度に影響される。アナターゼは、一般にルチルよりも活性な光触媒であると考えられている。アナターゼは、ルチルよりも強く二酸素を吸着し、フラッシュ発光の後にルチルよりも長く光伝導性を維持することが知られている。アナターゼおよびルチルのバンドギャップエネルギは、夫々3.2eV(エレクトロンボルト)および3.0eVである。
【００３８】
多くの化学物質が光触媒作用に影響することが確認されている。このような化学物質は、反応対象環境に加えられて、光触媒処理に影響を与える。当業者に認められているように、或る化学物質は処理を増進し、他の化学物質は処理を低下させる。また、他の化学物質は、或る反応を増進し、他の反応を低下させる。
【００３９】
酸−塩基化学において塩基性物質は触媒の活性サイトに結合することが分かっている。理論に制限されることなく、触媒上に二酸素よりも強く吸着する還元性物質は、電子受容体として代替することができる。小分子の化学物質,金属,イオンは、総てこの能力を備えている。このような場合、ＰＨＰＧの生成に及ぼされる影響は、二酸素および過酸化水素に比較した還元性物質の電子受容効率によって決定づけられる。
【００４０】
或る追加の化学物質は、副反応における,あるいは所望の反応を行うことができないより不活性なラジカルの生成におけるラジカル種を含んでいる。また、他の化学物質は、光触媒を物理的に改変し、その能力を変化させる。本発明によれば、追加の化学物質は、ＰＨＰＧの生成を最適化する(オプションとしてオゾン,プラズマ種,有機性種の生成を最小化またはなくす)ように選ばれる。
【００４１】
一態様では、既述の如く、追加の化学物質は、共触媒を含んでいる。共触媒は、選択されたＰＨＰＧ反応の効率を改善すべく触媒の表面に堆積される金属または被膜である。共触媒は、触媒の物理的特性を２通りに変更する。共触媒は、第１に伝導帯の電子が占める新たなエネルギ準位を与える。共触媒は、第２に共触媒を担持する光触媒とは異なった吸着特性を有する。これは、複数の競合する反応のうち共触媒上で起こる反応の順序を、触媒上で起こる反応の順序と異ならせる。共触媒は、一般に５％以下の表面被覆で最も有効である。
【００４２】
典型的な共触媒は、Ｐt,Ａg,Ｎi,Ｐdおよび他の多くの金属化合物から選ばれる。フタロシアニンも、共触媒能力を有することが実証されている。
【００４３】
本発明によるディフューザ装置は、球状,半球状,立方体,直方体などを含む適切な任意の形状と寸法を有する。ディフューザ装置は、テディーベアー,豚の貯金箱,モックラジオなど任意の空想的な形状にできる。ディフューザ装置の芯は、紫外光源にすることができる。ディフューザ装置の中心または内部に配置した紫外光源４は、装置の寸法および意図する適用に応じて種々の強度にできる。例えば、図１に示す実施形態では、例えば管状の紫外光源４が、細長い楔形または管状のディフューザ殻２内に収容されている。或る構造では、装置の特定の形状により必要になる反射器１が、装置内の特定の方向に光を収束させる役割を果たす。
【００４４】
ディフューザ装置の殻２は、セラミック,磁器,ポリマーなど適切な任意の基板材料から形成できる。例えば、ポリマーは、波長が254nm〜182nmの紫外光によって劣化しない疎水性の多孔質または通気性のポリマーである。上記範囲内の総てではなく或る波長の光に耐性のあるポリマーは、耐性のある範囲の波長の光のみを発する紫外光ランプと共に用いられる。ディフューザ殻は、所望の任意の寸法および形状ならびに所望の任意の色にモールド成形できる。或る実施形態では、殻の材料に紫外光を吸収して可視光を発するリン光性材料を組み込むことができる。
【００４５】
一実施形態では、ディフューザ殻の内面は、１つ以上の他の金属でドープされたＴiＯ2を含む光触媒で被覆することによって一般に基板として用いることができる。例えば、光触媒は、ディフューザ基板上に塗料として塗布される。塗布は、通常、ディフューザ基板内の微細孔を塞がないように行われる。一実施形態では、空気が、ディフューザ基板に供給され、光触媒塗布後の基板の微細孔を強制的に通過させられて、塗料が乾燥されるとともに微細孔を貫通状態に保つ。光触媒被覆とディフューザ基板の組み合わせは、組み立てられたディフューザ装置から紫外光が逃げ出さないように十分不透明であるのが好ましい。
【００４６】
他の実施形態では、ディフューザ殻と光触媒基板は、基板の層をディフューザ殻の内面に非常に接近して配置した別々の構成部材である。
【００４７】
ディフューザの設計は、空気を通す光触媒反応器の表面を、反応器内の滞留時間を最大にする設計である体積最適化の構造に小型化するのでなく、空気流に垂直に大きな面積に亘って薄く拡げることによってＰＨＰＧの生成を最適化する。反応器の構造を、ディフューザの内殻の直ぐ内側の薄くて帆のような空気を通す構造にすることによって、光触媒上で生成された過酸化水素分子の出口通路の長さは、非常に短くなり、過酸化水素の反応構造内での滞留時間は、コンマ１秒に減少し、過酸化水素分子の大部分が続いて光触媒に吸着して水に還元されることが防止される。また、光触媒の基板をディフューザ殻の内面の直ぐ内側に配置することによって、反応容器の表面積が最大化されるばかりでなく、生成されるＰＨＰＧが直ちにディフューザから抜け出し、紫外光に長く曝されることによるＰＨＰＧの光分解が防がれる。この構造によって、産出されるＰＨＰＧの濃度は、0.08ppmという高さに達する。
【００４８】
好ましい実施形態では、ＰＨＰＧの濃度は、互いに反応すると水と酸素に分解するＰＨＰＧ分子間の静電的引力によって自己制御される。ＰＨＰＧの自己制御は、ＰＨＰＧが、ＰＨＰＧ分子が互いに静電的引力の圏内まで近づくような濃度に達すれば常に生じる。自己制御が生じると、ＰＨＰＧ分子は、ＰＨＰＧの分子間距離が延びて静電的引力の圏外になるまで、互いに引き合って分解する。これによって、ＰＨＰＧの濃度は、ＯＳＨＡの職場安全限界である1.0ppmよりも十分低いレベルに維持される。
【００４９】
このＰＨＰＧ最適化構造は、系に入って系を通り抜けるいかなる有機汚染物質の滞留時間も最小化し、有機汚染物質が酸化される可能性を劇的に減じることに注目すべきである。ＰＨＰＧの製造に最適化された光触媒系は、構造により、触媒構造を通る有機汚染物質を効果的に酸化されにくくし、有機汚染物質の酸化を最適化する光触媒系は、設計により、過酸化水素ガスの生成を妨げる。
【００５０】
ディフューザ装置は、通常、流体分配機構を備えている。流体分配機構は、通常、空気などの流体をディフューザ装置を通って移動させる役割を果たす。より詳しくは、空気分配機構は、通常、流体をディフューザ装置内に送り込み、次いで流体はディフューザ基板を通り抜けて拡散する。図２の一実施形態を参照すると、流体分配機構は、通気入口７を通ってディフューザ装置の開口５に嵌め込まれた(図示しない)小さなファンに流体を向かわせる。ファンは、有機質のガスや塵芥がディフューザ装置に入るのを防ぐ交換可能な疎水性のガスや塵芥フィルタ６を上流側に備え、ＰＨＰＧを実質上有機種のない状態に確実に保つ。必要によって、或る実施形態では、流体分配機構は、ディフューザ内で穏やかな過圧を作るに必要な最低の出力であり、他の実施形態では、速いファン速度がより好ましい。
【００５１】
本発明の或る態様では、ＰＨＰＧは、実質上オゾン,プラズマ種,有機種のない状態において、例えば既述の範囲の紫外光で活性化された光触媒による吸着水分子の酸化によって生成される。一実施形態では、内側を光触媒で被覆されたディフューザ基板(または内側を薄い帆状の通気性光触媒構造で覆われたディフューザ殻)が、紫外光ランプの上および周囲に配置される。ディフューザ内の開口は、紫外光の電源と構造上の支持部が嵌め込まれる枠の役割を果たす。組み立てられたディフューザ装置は、次のように動作する。即ち、(a) 流体分配機構は、空気を有機性の蒸気および塵芥フィルタを通してディフューザ内に送り込んで過圧を作り、(b) 空気は、基板やディフューザ殻の細孔または通気孔を通ってディフューザ外へ流れ、(c) 空気に含まれる湿気は光触媒の表面に吸着し、(d)ランプから発せられた紫外光は、光触媒を照射して活性化し、光触媒は、吸着した水を酸化するとともに吸着した酸素を還元してＰＨＰＧを生成し、(e) ディフューザ装置内で生成されたＰＨＰＧは、ディフューザの細孔または通気孔を通ってディフューザから周囲環境へ急速に移動する。
【００５２】
或る実施形態では、ＰＨＰＧは、中圧水銀アーク(ＭＰＭＡ)ランプによって生成される。ＭＰＭＡランプは、紫外光のみならず赤外域の波長をもつ可視光を発する。ランプを選ぶ際、紫外域の出力を詳しく調べることが重要である。紫外域のスペクトル出力は、グラフで表され、重要な紫外域波長で比例した出力を示すことがある。ＭＰＭＡランプの広いスペクトルは、その機能性の故に選ばれる。
【００５３】
他の実施形態では、ＰＨＰＧは、紫外線発光ダイオード(ＵＶ ＬＥＤ)によって発せられる。ＵＶ ＬＥＤは、より小型で、ＵＶ ＬＥＤの群が種々の寸法と方法で列に並べられ、より小さく,より頑丈な製品を可能にする。
【００５４】
他の実施形態では、ＰＨＰＧの出力は、素子を単一またはグループで管理する制御システムによって制御される。このような制御システムは、(a) 装置のオン・オフを調整し、(b) 光の強度やファン速度を調整し、(c) 自動比色分析器,自動ドレガー・インジケータ,水トラップに蓄積したＰＨＰＧのフラッシュ蒸発,過酸化水素の蓄積を検知する基板の導電率の変化の測定によって、またはＰＨＰＧとＰＨＰＧが静電引力で引き付けられる安定な反応体との間の発熱反応で放出される熱を測定する熱的手段によって環境中のＰＨＰＧレベルを直接モニタし、(d) 相対湿度によって環境中のＰＨＰＧレベルを間接的にモニタすることによって操作を制御する。
【００５５】
実施例
発明を次の実施例に制限する意図はないが、本発明の一実施形態では、(a) 装置は、長さ50.8cm,半径21.6cmの１／４円筒状をなし、(b) １／４円筒は、壁と天井の出会いが成す９０°の角度に適合するように設計され、１／４円筒の真っ直ぐな両面が天井と壁にぴったりと接し、１／４円筒の湾曲面が外方かつ下方に向かって室に面し、(c) １／４円筒の下から見た右端は、毎分6.79m3の最大出力をもつ可変速度ファンおよび活性炭からなる疎水性の高効率入口フィルタを収容し、(d) １／４円筒の左端は、ファン用の電源コネクタおよび１／４円筒の中心に位置し,１／４円筒の長手方向に延びる35.6cmの中圧水銀アーク(ＭＰＭＡ)ランプを収容し、(e) 光を１／４円筒の湾曲面の内側に向かって反射する通気口付き金属反射板が、ＭＰＭＡランプの背後に配置され、(f) １／４円筒の湾曲面は、空気を流出させるが光を洩れ出させない構造となっている。
【００５６】
湾曲した帆状の光触媒構造は、１／４円筒の湾曲面の直ぐ内側に平行に配置され、(a) 光触媒基板は、長さ45.7cm,高さ27.9cmの枠に入れられ、頂部から底部まで半径21.0cmの円弧を成し、(b) 結晶性ＴiＯ2粉で被覆されたガラス繊維からなり、(c) ＴiＯ2は、ガラス繊維の全面を完全に覆うように５層で塗布された後、光触媒の結晶を相互に,かつガラス繊維に結合させるべく、炉内で焼結される。
【００５７】
運転の間、ファンとＭＰＭＡランプは電源がオンされ、(a) 吸入空気は、活性炭からなる疎水性の高効率入口フィルタを経て装置内に吸い込まれ、フィルタは、吸入空気から湿気を除去することなく、揮発性有機炭化水素(ＶＯＣ)を吸着して除去し、(b) 吸入空気は、装置の背部に送られ、通気口付き金属反射板によって光触媒構造および１／４円筒の湾曲面の内側に向かって均一に方向転換され、(c) 吸入空気中の湿気と酸素は、ＭＰＭＡランプからの波長254nmの光で活性化された光触媒上に吸着され、(d) 活性化された光触媒は、水を酸化してヒドロキシルラジカルにし、このヒドロキシルラジカルが結合して過酸化水素となる一方、二酸素が同時に光触媒上で還元されて過酸化水素となり、(e) 生成された精製過酸化水素ガス(ＰＨＰＧ)が、空気流によって光触媒から運び去られ、装置の通気性であるが光を通さない湾曲面を通って、室内へ放出される。
【００５８】
こうして生成されたＰＨＰＧは、(a) 水溶液の蒸発によってではなく、触媒手段によって生成さられているので、実質上結合水がなく、(b) ＭＰＭＡランプが二酸素を光分解できる波長の光を用いないので、ＰＨＰＧは、実質上オゾンがなく、(c) 光触媒の構造が、過酸化水素が続いて光触媒で還元される前に光触媒の表面から迅速に離脱することを可能にするので、ＰＨＰＧは、実質上プラズマ種がなく、(d) ＰＨＰＧは、光触媒の表面から離脱すると直ちに１／４円筒の非透光性で通気性の面を通って装置外へ抜け出るので、ＰＨＰＧは、紫外光による光分解から保護され、(e) 活性炭からなる疎水性の高効率入口フィルタによってＶＯＣが吸着されるので、ＰＨＰＧは、実質上有機種がない。
【００５９】
本発明の装置は、認定された２つの研究所によって計画され,実施された次のような試験を受けた。即ち、(a) ＰＨＰＧの産出量を測定し、(b) 産出物(ＰＨＰＧ)に実質上オゾンがないことを確認し、(c) 産出物に実質上ＶＯＣがないことを確認し、(d) ネコカリシウイルス(米国環境保護庁がノロウイルスの代替と認定),メチシリン耐性黄色ブドウ球菌(ＭＲＳＡ),バンコマイシン耐性腸球菌ファカリス(ＶＲＥ),クロストリジウム・ディフィシル(Ｃ-Ｄiff),ジェオバシラス・ステアロサーモフィラス(微生物に対する改善が成功したか否かを実証するために保険業界が用いる安定なバクテリア),クロコウジカビに対するＰＨＰＧの有効性を測定し、(e) 華氏７０〜７２度,相対湿度３５％〜４０％、華氏８１〜８５度,相対湿度５６％〜５９％、華氏７８度,相対湿度９８％の種々の環境で試験を行うことである。
【００６０】
オゾン,ＶＯＣ,温度,湿度の測定は、総て標準的装置を用いて行われた。0.10ppm以下のレベルの過酸化水素ガスを測定する装置は、未だ容易に利用できないので、３つの新たな手段が考案された。即ち、(a) 水溶液中の近似濃度の測定に通常用いられる過酸化水素試験片は、時間経過後のＰＨＰＧの存在を検知することが見出され、(b)通常２０秒の暴露後に読むように設計された過酸化水素試験片は、ＰＨＰＧを蓄積し、１時間以内の暴露時間で標準化した場合、ＰＨＰＧの近似濃度を0.01ppmの精度で読み取ることができることが分かった。例えば、５分間で0.5ppmのＰＨＰＧを蓄積した試験片は、１５×２０秒の間暴露され、0.5ppm/15即ち0.033ppmの近似濃度を示し、(c) 2000cm3の空気を吸引した後に0.10ppmの低濃度の過酸化水素を検出するように設計されたドレガー・チューブ(インジケータ)は、較正されたポンプによって大量の空気が吸引された場合、0.005ppmの精度で低いＰＨＰＧ濃度を読み取れることが分かった。例えば、4000cm3の吸引後に0.10ppm濃度を示すドレガー・チューブは、略0.05ppmのＰＨＰＧ濃度を測定し、6000cm3の吸引後に0.10ppm濃度を示すドレガー・チューブは、略0.033ppmのＰＨＰＧ濃度を測定し、(d) 過酸化水素試験片およびドレガー・チューブを用いた測定は、互いに良好に一致していることが分かった。
【００６１】
湿度を変化させて過酸化水素のレベルを測定する試験では、次のようなデータが得られた。
【表１】
2014061418.tif 000003
【００６２】
ＰＨＰＧ測定データは、生成されたＰＨＰＧの濃度が、相対湿度に大きく依存することを示している。このことは、ＰＨＰＧの生成が空気中の利用できる水分子に直接依存することから予測できる。病院の手術室の相対湿度を３０％〜６０％に維持することを米国保健社会福祉省が要求していることに注目すべきである。
【００６３】
ＰＨＰＧ測定データは、長時間に亘って一定を保ち、略0.08ppmの平衡上限値を示している。このことも、ＰＨＰＧ分子間の距離が分子間の静電的引力の範囲内になった場合は常に働く静電的引力から予測できる。この場合、過剰なＰＨＰＧは、自ら反応して酸素分子と水分子になる。この上限値0.08ppmは、米国労働安全衛生局の安全限である1.0ppmよりも低くて安全に呼吸できるから、ＰＨＰＧシステムが、人のいる領域で安全かつ持続的に使えることを示している。
【００６４】
また、総ての試験は、装置から放出される気体にはオゾンが全くないことを示した。
【００６５】
ＶＯＣ試験では、70.8m3の室内の２-プロパノールの近似濃度が７ppmに設定された。本発明の装置は、室内のＶＯＣレベルを急速に減少させることが分かった。
【表２】
2014061418.tif 000004
【００６６】
微生物の質的試験では、ジェオバシラス・ステアロサーモフィラスを植菌したチップが幾つかの試験の環境に置かれ、総ての場合、数時間以内にバクテリアの著しい減少が認められた。
【００６７】
ミネソタ州イーガンにあるＡＴＳ(American Thoracic Society)研究所における微生物の量的試験で、次のデータが得られた。相対湿度３５％〜４０％で生成された僅か0.005
ppm〜0.01ppmの濃度のＰＨＰＧによって、目覚ましい殺菌率が達成されたことに注目すべきである。
【表３】
2014061418.tif 000005
2014061418.tif 000006
【００６８】
湿度がより高いと、より高い濃度のＰＨＰＧが生成され、微生物の減少率は増加する。相対湿度５６％〜５９％以上で得られたデータは、上記量的試験で用いられた濃度の少なくとも８倍高いＰＨＰＧ濃度が達成できることを示している。
【００６９】
また、比較試験は、このＰＨＰＧ試験装置が、標準的な光触媒セルから生産される精製が不十分な過酸化水素の150倍もの平衡濃度のＰＨＰＧを製造することを示した。
【００７０】
本発明は、概ねある程度の特殊性をもって特定の実施形態について述べられたが、この明細書は、単なる例を述べただけで、部材の組み合わせおよび配置を含む構造,製造および使用の詳細には、本発明の神髄と範囲内において多くの変更が可能であると理解されるべきである。
【図１】
2014061418.tif 000007
【図２】
2014061418.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成25年12月6日(2013.12.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微生物の制御や環境の消毒または改善をするための方法であって、
(a) 湿った環境空気から無水和過酸化水素ガスを含むガスを生成し、
このガスの生成は、0.015ppm以下のオゾンを含む無水和過酸化水素ガスを生成すべく、金属または金属酸化物からなる触媒を、上記湿った環境空気の存在下、上記触媒上での１秒未満の滞留時間の間、紫外光に曝すことによって行い、
(b) 上記無水和過酸化水素ガスを、環境中へ放出し、
(c) 上記無水和過酸化水素ガスが、表面上においても空気中においても、微生物の制御や環境の消毒または改善をもたらすことができるようにすることを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、生成された無水和過酸化水素ガスは、正および負に帯電した構造や微生物のサイトに静電気により引き付けられ、それによって微生物の制御や環境の消毒または改善の効能を水和過酸化水素またはオゾンに比して高める方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法において、生成された無水和過酸化水素ガスの濃度は、0.005ppm乃至0.10ppmである方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法において、上記微生物の制御や環境の消毒または改善は、室内空気処理,カビ除去,バクテリア除去およびウイルス除去を含む方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法において、上記空気の湿度は、５％乃至９９％であるか、または５％乃至９９％に調整される方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法において、上記金属または金属酸化物からなる触媒は、ＴiＯ2である方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法において、さらに、上記無水和過酸化水素ガスがオゾン及びVOC（揮発性有機化合物）を、これらオゾン及びＶＯＣとの直接化学反応によって空気中から除去できるようにし、その除去は、少なくとも、 (a) オゾンと反応して酸素と水を生成し、(b) ＶＯＣと反応して二酸化炭素と水を生成することにより行われる方法。
【請求項８】
湿った環境空気中から無水和精製過酸化水素ガスを生成するディフューザ装置であって、
(a) 上記湿った環境空気の空気流を提供する空気の分配機構と、
(b) 紫外光源と、
(c)) 表面を有する薄い通気性基板構造上の金属または金属酸化物からなる触媒と
を備え、
上記空気流は、上記通気性基板構造の表面に垂直であって上記表面を通過し、上記湿った環境空気は上記金属または金属酸化物からなる触媒での滞留時間が１秒未満であり、
上記無水和精製過酸化水素ガスは0.015ppm以下のオゾンを含み、ディフューザ装置の動作中、ディフューザ装置から環境中へ放出されることを特徴とするディフューザ装置。
【請求項９】
請求項８に記載のディフューザ装置において、上記空気の分配機構は、ファンであるディフューザ装置。
【請求項１０】
請求項８に記載のディフューザ装置において、上記紫外光源は、約181ナノメートルと約254ナノメートルとの間で、少なくとも一範囲の波長の光を発するディフューザ装置。
【請求項１１】
請求項８に記載のディフューザ装置において、上記紫外光源は、２以上の範囲の波長の光を発するディフューザ装置。
【請求項１２】
請求項８に記載のディフューザ装置において、上記金属または金属酸化物からなる触媒は、ＴiＯ2、Ｃu、ＣuＯ、Ｚn、ＺnＯ、Ｆe、Ｆe2Ｏ3及びこれらの混合物からなる群から選ばれるディフューザ装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載のディフューザ装置において、上記金属または金属酸化物からなる触媒は共触媒を含んでいるディフューザ装置。
【請求項１４】
請求項８に記載のディフューザ装置において、上記通気性基板構造はガラス繊維を含んでいるディフューザ装置。
【請求項１５】
請求項８に記載のディフューザ装置において、上記薄い通気性基板構造の上流側に配置されたフィルタを更に備えたディフューザ装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載のディフューザ装置において、上記フィルタは、有機性の蒸気フィルタ、塵芥フィルタ、高効率フィルタ、疎水性フィルタ、活性炭入口フィルタ、またはこれらの組み合わせであるディフューザ装置。
【請求項１７】
請求項８に記載のディフューザ装置において、上記空気流は、この装置の動作中、上記薄い通気性基板構造を湾曲させるディフューザ装置。
【請求項１８】
請求項８に記載のディフューザ装置において、上記湿った環境空気の相対湿度は、１０％〜９９％、３０％〜６０％、３５％〜４０％、または、５６％〜５９％であるディフューザ装置。
【請求項１９】
湿った環境空気から無水和精製過酸化水素ガスを精製するための光触媒反応器であって、
(a) ハウジングと、
(b) 上記湿った環境空気の空気流を提供する空気の分配機構と、
(c) 入口フィルタと、
(d) 紫外光源と、
(e) 表面を有する薄い通気性基板構造上の金属または金属酸化物からなる触媒と
を備え、
上記薄い通気性基板構造の表面はこの薄い通気性基板構造を通過する空気流の方向に対して垂直であり、
上記湿った環境空気は上記金属または金属酸化物からなる触媒での滞留時間が１秒未満であり、
上記無水和精製過酸化水素ガスは、0.015ppm以下のオゾンを含み、光触媒反応器の動作中、光触媒反応器から環境中へ放出されることを特徴とする光触媒反応器。
【請求項２０】
請求項１９に記載の光触媒反応器において、上記薄い通気性基板構造はガラス繊維を含んでいる光触媒反応器。
【請求項２１】
請求項１９に記載の光触媒反応器において、上記入口フィルタは、有機性蒸気フィルタ、塵芥フィルタ、高効率フィルタ、疎水性フィルタ、活性炭フィルタ、またはこれらの組み合わせである光触媒反応器。
【請求項２２】
請求項１９に記載の光触媒反応器において、上記空気流は、この光触媒反応器の動作中、上記薄い通気性基板構造を湾曲させる光触媒反応器。
【請求項２３】
請求項１９に記載の光触媒反応器において、上記金属または金属酸化物からなる触媒は、ＴiＯ2、Ｃu、ＣuＯ、Ｚn、ＺnＯ、Ｆe、Ｆe2Ｏ3およびこれらの混合物からなる群から選ばれる光触媒反応器。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
実際には、光触媒の適用は、有機質汚染物質および微生物を酸化するために用いられるオゾンを屡々含んだプラズマを作ることに集中している。このようなプラズマは、そもそも反応器自体の領域内で有効で、反応器の領域外では化学的安定性が本来限定され、プラズマが含みうる限られた量の過酸化水素ガスは活発に分解する。さらに、プラズマはそもそも反応器自体の領域内で有効なので、多くの反応器は、反応器を通る間に有機質汚染物質や微生物のより完全な酸化を促進すべく滞留時間が最大になるように設計されている。過酸化水素は、還元されるポテンシャルが既述の如く非常に高いので、最大の滞留時間は、過酸化水素の生産量を最小化することになる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
また、光触媒の適用の大部分は、環境上好ましくない化学種を作り出す。これら化学種のうちの第１は、多くのシステムの意図的な産物であるオゾン自体である。さらに、反応器を通る有機質汚染物質は、１回の暴露で殆ど酸化されないため、二酸化炭素と水に完全に酸化するには複数回の空気交換が必要である。反応器で不完全酸化が生じると、アルデヒド,アルコール,カルボキシル酸,ケトンおよび他の部分酸化された有機種が作られる。光触媒反応器は、大きな有機分子をホルムアルデヒドのような複数の小さな有機分子に分解することによって、屡々、空気中の有機質汚染物質の全濃度を実際に増加させうる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
光触媒処理が始まる,即ち光触媒反応が開始するとき、次の反応が起こる。
酸化
２フォトン＋２Ｈ2Ｏ → ２ＯＨ*＋２Ｈ*＋２ｅ-
２ＯＨ* → Ｈ2Ｏ2
還元
Ｏ2＋２Ｈ+＋２ｅ- → Ｈ2Ｏ2
しかし、過酸化水素が一旦生成されると、光触媒は、酸素分子の代わりに過酸化水素を優先的に還元し、反応は、反応器の大部分の体積中で生じる次の平衡に推移する。
酸化
２フォトン＋２Ｈ2Ｏ → ２ＯＨ*＋２Ｈ*＋２ｅ-
２ＯＨ* → Ｈ2Ｏ2
還元
Ｈ2Ｏ2＋２Ｈ+＋２ｅ- → ２Ｈ2Ｏ
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
本発明との関連で、過酸化水素ガス(ＰＨＰＧ)は、光触媒による続く還元を受けさせられる前に過酸化水素を反応器から除去できるような目的に適って設計された形態をもつ光触媒処理を用いて製造できる。吸着した過酸化水素ガスを利用できなくなれば、光触媒は、過酸化水素の代わりに酸素を優先的に還元せざるを得なくなる。そうすれば、過酸化水素ガスは、一般に、光触媒処理において水の酸化と二酸素の還元の両方によって同時に製造される。限定する意図はないが、処理操作において、生成される過酸化水素の量は２倍になり、その大部分が還元される前に系から除去される。その結果、ＰＨＰＧの生産量は、同じ条件下で標準的な光触媒反応器から生産される精製が不十分な過酸化水素の量の１５０倍までに達する。目的に適って設計された形態における支配的な反応は、次のようになる。
酸化
２フォトン＋２Ｈ2Ｏ → ２ＯＨ*＋２Ｈ*＋２ｅ-
２ＯＨ* → Ｈ2Ｏ2
還元
Ｏ2＋２Ｈ+＋２ｅ- → Ｈ2Ｏ2
しかし、理論に制限されることなく、本発明の微生物の制御や環境の消毒または改善の方法および装置は、光触媒処理の結果としてではなく、環境中に放出されたＰＨＰＧの作用によって達成される。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４７】
ディフューザの設計は、空気を通す光触媒反応器の表面を、反応器内の滞留時間を最大にする設計である体積最適化の構造に小型化するのでなく、空気流に垂直に大きな面積に亘って薄く拡げることによってＰＨＰＧの生成を最適化する。反応器の構造を、ディフューザの内殻の直ぐ内側の薄くて帆のような空気を通す構造にすることによって、光触媒上で生成された過酸化水素分子の出口通路の長さは、非常に短くなり、過酸化水素の反応構造内での滞留時間は、コンマ１秒に減少し、過酸化水素分子の大部分が続いて光触媒に吸着して水に還元されることが防止される。また、光触媒の基板をディフューザ殻の内面の直ぐ内側に配置することによって、反応器の表面積が最大化されるばかりでなく、生成されるＰＨＰＧが直ちにディフューザから抜け出し、紫外光に長く曝されることによるＰＨＰＧの光分解が防がれる。この構造によって、産出されるＰＨＰＧの濃度は、0.08ppmという高さに達する。
【外国語明細書】
2014061418.tif 000009
2014061418.tif 000010
2014061418.tif 000011
2014061418.tif 000012
2014061418.tif 000013
2014061418.tif 000014
2014061418.tif 000015
2014061418.tif 000016
2014061418.tif 000017
2014061418.tif 000018
2014061418.tif 000019
2014061418.tif 000020
2014061418.tif 000021
2014061418.tif 000022
2014061418.tif 000023
2014061418.tif 000024
2014061418.tif 000025
2014061418.tif 000026
2014061418.tif 000027
2014061418.tif 000028
2014061418.tif 000029
2014061418.tif 000030
2014061418.tif 000031