(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光照射により活性化する光触媒の触媒反応を利用して汚染物質を酸化，除去するために用いる光触媒シートであり、光触媒である二酸化チタンを主成分とする触媒と、該触媒を担持するフッ素樹脂とを混合，圧延して形成した多孔質の光触媒シートにおいて、該シート中の触媒含有率を50〜95重量％、該シートの厚さを少なくとも0.6mm以上とし、前記の触媒中にK2 TiO3、Mg(OH)2の少なくとも一種を二酸化チタンの１〜４０重量％添加したことを特徴とする汚染物質除去用の光触媒シート。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車道路のトンネル，あるいは地下駐車場などの環境大気中に含まれている低濃度な窒素酸化物（ＮＯＸ  ）などの汚染物質を除去するために用いる光触媒シートに関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近になり、環境対策の一つとして、自動車道路のトンネル，あるいは地下駐車場などの環境空気中に含まれている低濃度な窒素酸化物（ＮＯＸ  ）などの汚染物質を光触媒を用いて除去する技術の研究，開発が進められている。
すなわち、特許第１６１３３０１号には、代表的な光触媒である二酸化チタン（ＴｉＯ２  ）に活性炭を添加し、これに波長３００〜４００ｎｍ程度の近紫外線を照射することにより空気中含まれているｐｐｍレベルの窒素酸化物（ＮＯＸ  ）を酸化吸着して除去できる光触媒が示されている。すなわち、二酸化チタンに光を照射すると活性化してその表面に活性な酸素種が生成し、ＮＯＸ  を二酸化窒素（ＮＯ２  ）を経て硝酸（ＮＯ３  ）まで酸化し、その酸化生成物を硝酸イオンの形で活性炭に吸着，捕集される。
【０００３】
また、かかる光触媒を利用して自動車道路トンネルの換気空気から有害ガス成分であるＮＯＸ  を除去する換気設備が特開平３−２３３１００号で既に提案されている。さらに、かかる換気設備などに適用する光触媒の製品実用化を目的に、二酸化チタンを主成分とする触媒の粉末を耐薬品性，耐環境性に優れた特性を示すフッ素樹脂（ポリテトラフルオロエチレンなど）に担持させてシート状，あるいはパネル状に形成した取扱い便利な浄化材（光触媒シート）が特開平６−３１５６１４号として提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記の光触媒シートを大気浄化などの目的に使用する場合には、例えば道路沿いの建物の外壁面，高速道路の遮音壁、あるいはトンネル内の壁面などの非常に大きな面域に布設して使用されることから、このような目的に採用する光触媒シートとしては、実用性，経済性の面からも単位面積当たりの除染能力が高く、しかも運搬，施工などの通常の取扱いにも十分耐えるだけの機械的強度を確保することが望まれる。
【０００５】
本発明は上記の点にかんがみなされたものであり、その目的は単位面積当たりの汚染物質除去能力が高く、しかも取扱面でも十分な機械的強度を確保した実用性の高い汚染物質除去用の光触媒シートを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的は本発明により光触媒シートを次記のように作成することにより達成される。
１）光触媒である二酸化チタンを主成分とする触媒と、該触媒を担持するフッ素樹脂を混合，圧延して形成した多孔質の光触媒シートにおいて、該シート中の触媒含有率を５０〜９５重量％にして作成する。
【０００７】
２）また、前記のような組成を持つ光触媒シートの厚さを少なくとも0.６mm以上にして作成する。
３）さらに、光触媒シートのＮＯx 除去能力をより一層高めるために、前記の触媒中にK2 TiO3 ,  Mg(OH)2の少なくとも一種を二酸化チタンの１〜４０重量％添加して作成する。
【０００８】
光触媒シート中に含まれる光触媒の含有率は多ければ多いほど汚染物質の除去能力が高くなる反面、触媒を担持したバインダの役目を果たすフッ素樹脂の割合が少なくなと、シートとしての機械的強度が弱まって運搬，現場での施工などの取扱いに十分に耐えられなくなる。かかる点、触媒とフッ素樹脂との組成割合を様々に変えて作成した光触媒シートの供試試料について実用テストを行ったところ、シートにおける触媒含有率が５０％以下になるとＮＯＸ  除去率は実用上の目標目安である７０％を下回るようになり、触媒含有率が７０％以上であればほぼ一定の高いＮＯＸ  除去率を示すことが認められている。また、光触媒シートの機械的な強度に関しては、特にフッ素樹脂の含有率が５重量％以下（触媒の含有率９５％以上）になると殆どシート化できず、シート化できても僅かな力が加わるだけでシートが破損してしまって通常の取扱に耐えられないことが確認されている。したがって、前記テスト結果を基に、触媒含有率を５０〜９５重量％の範囲で作成した光触媒シートは汚染物質の除去率，並びに強度面でも十分に実用に供し得る。
【０００９】
また、触媒（二酸化チタンに活性炭を添加したもの）をフッ素樹脂で担持させて作成した光触媒シートは多孔質であり、実使用時にはシートの表面のみならずシート内部にまで汚染ガスが拡散し、汚染物質は光触媒との接触反応により酸化されてシートに吸着捕集されると考えられる。そこで、実際には光触媒シートが表面からどの程度の深さまで有効に機能するかを調べるために、発明者等はシートの厚さを様々に変えて作成した光触媒シートを供試試料として長時間連続して除染テストを行い、シート厚さとＮＯＸ  除去率との関係を調べた。このテストの結果、厚さ０．６ｍｍ以下ではシート厚さが増すにしたがってＮＯＸ  除去率は高くなり、シート厚さ０．６ｍｍ以上ではＮＯＸ  除去率がほぼ一定となることが明らかになった。したがって、光触媒シートの厚さを少なくとも０．６ｍｍ以上にすることで、長時間安定した汚染物質除去能力が確保できるようになる。
【００１０】
さらに、発明者等はＮＯx の除染能力のより一層の改善を狙いに、光触媒に種々な物質を添加して除染テストを行った結果、触媒として二酸化チタンにK2TiO3 , Mg(OH)2 から選んだ添加物を二酸化チタンの１〜４０重量％を加えることで、二酸化チタンを単独で使用するよりもＮＯx 除去能力が高くなることを見出した。なお、二酸化チタンに前記添加物を共存させた触媒を用いた場合にＮＯx 除去能力が高くなる理由は、光触媒へのＮＯx の吸着が促進されること、また光触媒との接触反応で酸化された汚染物質の酸化生成物（ＮＯ3- ）の保持力が大きくなり、光触媒が劣化し難くなるものと推測される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例，並びにその除染能力の評価に使用した実験装置を説明する。
まず、図４は実験装置の構成図であり、１は汚染物質（この場合には窒素酸化物ＮＯ）を含む標準ガス（ＮＯ濃度２５０ｐｐｍ）を入れた高圧容器、２は標準ガスを希釈するための非汚染空気を入れた高圧容器、３は減圧弁、４は流量調節弁、５は四方弁、６はガラス製の反応容器、７は反応容器６に収容した光触媒シートの供試試料、８はブラックライトなどの光化学用螢光灯（１００Ｗ×３本）、９は化学発光式の窒素酸化物測定器、１０は空気ポンプ、１１，１２は排気口である。
【００１２】
図示の実験装置を使用して除染能力テストを次記のような手順に行う。すなわち、まず標準ガスと空気を流量調節弁４で所望の流量比に混合させて模擬汚染空気を生成する。次に、四方弁５を切換え、模擬汚染空気を所定の流量で光触媒シートの試料７を入れた反応容器６に送り込んで光触媒シートに接触させ、同時に螢光灯８を点灯して波長領域４００ｎｍ以下の近紫外線光を試料に照射させる。そして、この状態で空気ポンプ１０により反応容器６から採取した汚染空気を窒素酸化物測定器９に導き入れてＮＯ濃度の変化を記録した後、排気口１１から排出する。また、余分な空気は排気口１２から排気する。
【００１３】
次に、前記装置を用いて実施した光触媒シートの除染実験結果、並びにその評価について述べる。
実験例１：
まず、光触媒である二酸化チタンの微粒粉末と活性炭とを３：１の割合で混ぜ、さらに二酸化チタンの２重量％だけ酸化鉄（ＩＩＩ）を加えたものを触媒とし、また触媒の担体としてフッ素樹脂の粉末を用意した。次に、前記の触媒とフッ素樹脂との混合割合を様々に変え、それぞれについて触媒とフッ素樹脂の粉末に溶剤を加えて十分に混練し、厚さ０．５ｍｍのシート状に圧延した後に溶剤を蒸散させて多孔質の光触媒シートを作成し、このシートから５０×３００ｍｍの寸法に裁断して光触媒シートの供試試料を作成した。次に、各供試試料について光触媒シートを反応容器６の中にセットし、反応容器６に供給するＮＯの初期濃度を３．０ｐｐｍ  、空気流量を毎分３．０リットル、螢光灯から照射する波長３６５ｎｍの近紫外線強度を１．８〜２．１ｍＷ／ｃｍ２  としてＮＯの除染テストを行った。
【００１４】
図１は前記した光触媒シート各供試試料について、除染処理した際のＮＯＸ  除去率を実験開始後３時間の平均値として示した特性図である。ここで、ＮＯＸ  除去率は次記のように定義している。
【００１５】
【数１】
ＮＯＸ  除去率（％）＝〔（入口ＮＯ濃度）−（出口ＮＯ濃度＋ＮＯ２  濃度）〕÷（入口のＮＯ濃度）×１００
図１から明らかなように、光触媒シート中の触媒含有率が低い範囲ではＮＯＸ  除去率は触媒含有率に比例して大きくなり、触媒含有率が７０重量％以上ではほぼ一定の値になる。したがって、ＮＯＸ  除去能力の高い光触媒シートを得るには、シートの触媒含有率は高ければ高いほどよい。一方、触媒含有率を高めた場合には光触媒シートの機械的強度が低下し、特に触媒含有率が９５重量％を超える（フッ素樹脂の含有率は５重量％以下）では殆どシート化できず、あるいはシート状に成形できても僅かな外力がシートが破損してしまうことが判明した。
【００１６】
そこで、触媒の含有率を５０〜９５重量％の範囲で光触媒シートを作成したところ、ＮＯＸ  除去率，および機械的強度の面で十分実用に供し得る光触媒シートが得られた。
実験例２：
前記実験例１では光触媒シート試料厚さを０．５ｍｍとしたが、多孔質なシート内部へのガス拡散を考慮し、シート厚さを様々に変えた試料を作成してＮＯＸ  除去率との関係を調べた。図２はこの実験結果を表す特性図であり、図中には実験開始直後と１５時間経過した後のＮＯＸ  除去率を示している。
【００１７】
この実験結果から、実験開始直後では光触媒シートの厚さの影響は現れないものの、実験開始から１５時間経過した後ではＮＯＸ  除去率に与えるシート厚さの影響が顕著に現れるようになり、厚さ０．６ｍｍ以下のシートでは厚さが増すにしたがってＮＯＸ  除去率も高く、０．６ｍｍ以上ではほぼ一定のＮＯＸ  除去率になることが認められた。このことから、多孔質の光触媒シートは厚さ方向で表面から深さ０．６ｍｍまでの領域がＮＯＸ  除染に関与しており、それ以上の範囲は殆どＮＯＸ  除去には関与してないことが判明した。したがって、光触媒シートを作成するに当たっては、シート厚さを最低でも０．６ｍｍ以上にするのがよい。
【００１８】
実験例３：
図３は光触媒シートの触媒に各種の添加物を加えた場合に、その添加物の共存によるＮＯＸ  除去率に及ぼす影響を調べた実験の結果を表にして示したものである。ここで、添加物は粉末状にして二酸化チタン（ＴｉＯ２  ）と混合した。なお、光触媒シートの各供試試料（図中のＮｏ．１〜９）の触媒成分は、ＴｉＯ２  を７０重量％，添加物を１０．５重量％，フッ素樹脂を１９．５重量％とした。なお、除染テストは前記した実験例１，２と同様な実験条件で行い、ＮＯＸ  除去率は２４時間の平均値を示した。さらに、比較のために触媒に添加物を加えない供試試料に付いてのＮＯＸ  除去率を試料Ｎｏ．  １０，および１１で示した。
【００１９】
この実験結果から判るように、試料No. １〜９で触媒に加えた添加物質はいずれもＮＯX 除去率の改善に効果があり、特に試料No．１のK2 TiO3 、および試料No．２のMg(OH)2での効果は顕著であった。なお、この実験例では添加物の割合を触媒シートの10.5％（TiO2 に対して１５重量％）としたが、添加物の割合が少な過ぎると十分な効果が現れず、また多過ぎると光触媒が機能しなくなることから、その添加量はTiO2の１〜４０重量％の範囲にするのがよい。
【００２０】
なお、いままで述べた実施例では、汚染物質としてＮＯＸ  の除去について述べたが、ＮＯＸ  以外の汚染物質、例えば二酸化硫黄，有機塩素化合物，悪臭成分などのように光触媒である二酸化チタンの触媒反応で酸化される物質についても同様に適用できることは勿論である。また、当該光触媒シートを使用してパネル状の浄化材を得るには、光触媒シートを樹脂などで作られた基板の表面に貼付けて構成することができる。
【００２１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば次記の効果を奏する。すなわち、光触媒である二酸化チタンを主成分として活性炭などを加えた触媒と、該触媒を担持するフッ素樹脂とを混合，圧延して形成した多孔質の光触媒シートにおいて、
１）光触媒シート中の触媒含有率を５０〜９５重量％としたことにより、運搬，貼付け施工などの通常の取扱いにも十分耐える機械的な強度を確保しつつ、高い汚染物質除去能力を発揮する実用性の高い光触媒シートを提供することができる。
【００２２】
２）光触媒シートの厚さを少なくとも0.６mm以上にして作成したことにより、表面のみならず多孔質シートの内部でも十分に除染機能を発揮させて汚染物質除去能力高い光触媒シートを得ることができる。
３）さらに、触媒中にK2 TiO3、 Mg(OH)2 の少なくとも一種を二酸化チタンの１〜４０重量％添加して作成することにより、二酸化チタンを単独で使用するよりもＮＯx 除去効率のより一層の改善が図れる。
【００２３】
４）したがって、本発明による光触媒シートを環境大気浄化用として例えば高速道路のトンネル，地下駐車場などに適用することにより、限られた設置面積で高い除染能力が発揮できるほか、経済的にも設備費，運転費が低コストになるなどの実益が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実験結果より求めた光触媒シートの触媒含有率とＮＯＸ  除去率との関係を表す特性図
【図２】実験結果より求めた光触媒シートのシート厚さとＮＯＸ  除去率との関係を表す特性図
【図３】触媒に各種添加物を加えた光触媒シートの各供試試料について、その添加物の種類とＮＯＸ  除去率との関係を表した表図
【図４】本発明の光触媒シートを供試試料として、図１〜図３に示したＮＯＸ  除去率を確認するために使用した実験装置の構成図
【符号の説明】
１    ＮＯＸ  を含む標準ガスの容器
２    希釈用空気の容器
６    反応容器
７    光触媒シート（供試試料）
８    光化学用螢光灯
９    化学発光式窒素酸化物測定器
１０    空気ポンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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