(57)【要約】  光触媒構造体は、多数の空隙が形成されたスポンジ状の光触媒層を備え、前記光触媒層は、光触媒、吸水性ポリマー、および、水溶性のバインダを含む。空気清浄装置は、前記光触媒構造体と、前記光触媒構造体を配置させた第１の基板と、光源と、前記光源を配置させた第２の基板とを備え、前記光触媒構造体は、前記光源に対向するように配置される。  光触媒が均一に分散し、多数の空隙が形成された光触媒層を備えることにより、良好な光分解性能を有する光触媒構造体が提供でき、さらに、前記光触媒構造体を備えることで、好適な空気清浄機能を発揮する空気清浄装置を提供することができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の空隙が形成されたスポンジ状の光触媒層を備え、
前記光触媒層は、光触媒、吸水性ポリマー、および、水溶性のバインダを含むことを特徴とする、光触媒構造体。
【請求項２】
前記光触媒は、酸化チタンであり、前記吸水性ポリマーは、（１）アクリル酸またはその塩、アクリル酸エステル及びアクリルアミドから選ばれる単量体を含んで構成される架橋されたアクリル系ポリマー、（２）イソブチレン−無水マレイン酸共重合体の架橋体、並びに、（３）ポリオキシエチレン架橋体から選ばれる１種以上である、請求項１に記載の光触媒構造体。
【請求項３】
前記吸水性ポリマーは、アクリル酸又はその塩、アクリル酸エステル及びアクリルアミドから選ばれる単量体を含んで構成される架橋されたアクリル系ポリマーである、請求項２に記載の光触媒構造体。
【請求項４】
前記水溶性のバインダは、ポリビニルアルコール系又は酢酸ビニル樹脂系バインダである、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光触媒構造体。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の光触媒構造体と、前記光触媒構造体を配置させた第１の基板と、光源と、前記光源を配置させた第２の基板とを備え、前記光触媒構造体は、前記光源に対向するように配置されることを特徴とする、空気清浄装置。
【請求項６】
さらに、吸水して膨潤した含水ゲルを備える、請求項５に記載の空気清浄装置。
【請求項７】
前記含水ゲルは、ゲルの形態が維持可能な程度に吸水しているものである、請求項６に記載の空気清浄装置。
【請求項８】
前記含水ゲルは、収納容器に収納されているものである、請求項６または７に記載の空気清浄装置。
【請求項９】
空気を取り込む第１の開口と、空気を排出する第２の開口とを有するハウジングを備え、前記ハウジング内には、前記第１の基板に配置された前記光触媒構造体と、前記第２の基板に配置された前記光源である発光素子とを、前記第１の開口と前記第２の開口とを結んだ軸に対して平行に対向させ、かつ、前記第１の基板または前記第２の基板の、少なくともいずれか一方の背面側に、前記含水ゲルを収納した前記収納容器を配置する、請求項８に記載の空気清浄装置。
【請求項１０】
前記収納容器は、前記含水ゲルを収納する、メッシュシートからなる内側容器と、該内側容器を収納する、穴あきプラスチックからなる外側容器とを含む、請求項８または９に記載の空気清浄装置。
【請求項１１】
前記外側容器は、上下２個重ねた組を２つ、前記第１の基板または前記第２の基板の背面に、並列させている、請求項１０に記載の空気清浄装置。
【請求項１２】
前記外側容器を配置する側の前記第１または第２の基板の上端は、前記２個重ねた上側容器の上端より低い、請求項１１に記載の空気清浄装置。
【請求項１３】
前記含水ゲルは、金属イオンを含む水溶液を吸水したものである、請求項６〜１２のいずれか１項に記載の空気清浄装置。
【請求項１４】
前記含水ゲルは、乾燥した場合、吸水させることにより再生して再利用可能である、請求項６〜１３のいずれか１項に記載の空気清浄装置。
【請求項１５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の光触媒構造体の製造方法であって、
光触媒と、水溶性のバインダを混合、攪拌させ、第１の混合物を作製する工程と、
前記第１の混合物と、吸水性ポリマーとを混合させ、第２の混合物を作製する工程と、
前記第２の混合物を成形する工程と、
成形された前記第２の混合物を乾燥させる工程と、
を備えることを特徴とする光触媒構造体の製造方法。
【請求項１６】
前記光触媒は、酸化チタンであり、前記吸水性ポリマーは、（１）アクリル酸またはその塩、アクリル酸エステル及びアクリルアミドから選ばれる単量体を含んで構成される架橋されたアクリル系ポリマー、（２）イソブチレン−無水マレイン酸共重合体の架橋体、並びに、（３）ポリオキシエチレン架橋体から選ばれる１種以上である、請求項１５に記載の光触媒構造体の製造方法。
【請求項１７】
前記水溶性のバインダは、ポリビニルアルコール系又は酢酸ビニル樹脂系バインダである、請求項１５または１６に記載の光触媒構造体の製造方法。
【請求項１８】
前記吸水性ポリマーを混合させる工程では、更に水を添加することを含む、請求項１５〜１７のいずれか１項に記載の光触媒構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光触媒作用を示す光触媒構造体、及びこの光触媒構造体を用いた空気清浄装置並びに光触媒構造体の製造方法に関し、特に、空気中の汚臭物質や雑菌等を除去して空気を浄化するための、光触媒構造体、光触媒構造体の製造方法及び空気清浄装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
空気の汚臭物質には、食物から発生する、あるいはタバコ副流煙として発生するアンモニアや、建材などから発生するＶＯＣ（揮発性有機物質。例えば、アセトアルデヒド）などがある。空気清浄装置は、一般的には、居住空間や車内などの所謂、準閉鎖空間内の空気汚臭物質を清浄化する。空気清浄装置は、このような一般的な空気環境のみならず、例えば、約１．５ｍ３の密閉空間を有する仮設トイレにおける、強力な汚臭物質が連続的に発生する劣悪な環境を処理する場合がある。【０００３】
近年、酸化チタンを中心とした光触媒を利用した消臭、抗菌および防汚作用が注目されている。このような光触媒の作用は、光触媒に入射した光により生成した電子及び正孔が光触媒表面にある酸素や水と反応して活性酸素種であるスーパーオキサイドアニオン（・Ｏ２−）及びＯＨラジカル（・ＯＨ）を発生させることによるものである。【０００４】
すなわち、光触媒表面に生成した活性酸素スーパーオキサイドアニオン（・Ｏ２−）及びＯＨラジカルの強力な酸化反応によって、水中の有機化学物質の分解除去をはじめ、空気中の悪臭物質の分解、防菌・防黴などさまざまな分野の環境浄化を行うことができる。特に、ＯＨ（ヒドロキシ）ラジカルは、いわゆる活性酸素と呼ばれる分子種のなかでは最も反応性が高く、酸化チタンに光と水が供給されると発生し続けて、継続的に光触媒反応を行うといわれている。【０００５】
このような光触媒を固定・坦持する光触媒構造体を製造する場合、光触媒を部材（基材）表面に直接付着することが難しいため、光触媒をバインダと一緒に混合・混練した後、各種部材の表面に塗布して、あるいは、シート状に形成して、光触媒構造体とするのが、一般的なその製造方法である。しかし、光触媒作用を有効に発現させるためには、光触媒（粒子）の少なくとも一部分は、部材（基材）表面から露出して、光源からの光を受容可能な状態に無ければならないが、上記の様な方法で製造すると、多くの光触媒がバインダの内部に埋没してしまい、その結果、光触媒を有効利用できず、不経済であった。【０００６】
そこで、光触媒構造体の形成方法として、光触媒をバインダなしで部材表面に塗布する方法も提案されている（特許文献１）が、この方法で製造しても、有効に利用される光触媒は、やはり、部材（基材）表面に露出したものに制限されることから、部材の表面積を増やさなければならず、経済的・効率的に十分なものとはいえなかった。【０００７】
一方、上記光触媒を利用して空気を浄化するための空気清浄装置としては、一般的に、ケーシング内に、少なくとも、光触媒を固定・坦持した光触媒構造体と光源ランプとを備えるものが提案されている（特許文献２、３）。これらの装置では、光触媒構造体は、主にフィルタ型であって、部材内に空気を通過させて浄化することを目的とするもので、例えば、光触媒を固定・坦持したハニカム体や不織布等から構成されている（特許文献２）。また、例えば、多数の軽量粉体表面に光触媒を固定・坦持させて光触媒構造体とし、有効な表面積を増加させる試み等もなされている（特許文献３）。【０００８】
しかしながら、上記フィルタ型の空気清浄装置の場合は、光触媒作用の効率化のためには、光触媒構造体の表面積をより大きくしたり、部材の数や光源（ブラックライト）の数を多くしたり、嵩張るフィルタ類を設置しなければならず、また、特許文献３のような態様の場合は、軽量粉体を覆うための多量の光触媒や、光触媒を坦持した軽量粉体（光触媒構造体）の乱舞を制御するための動力などを必要とし、構造が大型化したり複雑化せざるをえなかった。【０００９】
このように、光触媒を利用した従来の空気清浄装置は、全体として、空気浄化効率が低いことが大きな問題であり、効率をより高めるためには、光触媒構造体の表面積を増やし、各部材の点数を増やさなければならず、その結果、必然的に装置が大型化してしまい、経済的にも空間配置的にも問題があった。つまり、少なくとも、仮設トイレ内等の狭く劣悪な環境下での空気の清浄化に適するものではなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００５−００７２１６号公報
【特許文献２】特開平０８−１２１８２７号公報
【特許文献３】国際公開第２００４／０４５６６０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、小型でも光触媒作用の効率が良好な光触媒構造体及び光触媒構造体の製造方法を提供することであり、また、上記光触媒構造体を備えることで、居住空間や車内などの所謂、準閉鎖空間はもとより、仮設トイレ内等の劣悪な環境下の空気でさえ、短時間に効率良く清浄化することが出来る、低コストでコンパクトな改良型空気清浄装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明の第１の観点に係る光触媒構造体は、多数の空隙が形成されたスポンジ状の光触媒層を備え、前記光触媒層は、光触媒、吸水性ポリマー、および、水溶性のバインダを含むことを特徴とするものである。【００１３】
前記光触媒は、酸化チタンであってもよく、前記吸水性ポリマーは、（１）アクリル酸又はその塩、アクリル酸エステル及びアクリルアミドから選ばれる単量体を含んで構成される架橋されたアクリル系ポリマー、（２）イソブチレン−無水マレイン酸共重合体の架橋体、並びに、（３）ポリオキシエチレン架橋体から選ばれる１種以上であってもよい。【００１４】
前記吸水性ポリマーは、アクリル酸又はその塩、アクリル酸エステル及びアクリルアミドから選ばれる単量体を含んで構成される架橋されたアクリル系ポリマーであってもよい。【００１５】
前記水溶性のバインダは、ポリビニルアルコール系又は酢酸ビニル樹脂系バインダであってもよい。【００１６】
上記目的を達成するため、本発明の第２の観点に係る空気清浄装置は、本発明の第１の観点に係る光触媒構造体と、前記光触媒構造体を配置させた第１の基板と、光源と、前記光源を配置させた第２の基板とを備え、前記光触媒構造体は、前記光源に対向するように配置されることを特徴とするものである。【００１７】
前記空気清浄装置は、さらに、吸水して膨潤した含水ゲルを備えるものであってもよい。【００１８】
前記含水ゲルは、ゲルの形態が維持可能な程度に吸水しているものであってもよい。【００１９】
前記含水ゲルは、収納容器に収納されているものであってもよい。【００２０】
前記空気洗浄装置は、空気を取り込む第１の開口と、空気を排出する第２の開口とを有するハウジングを備え、前記ハウジング内には、前記第１の基板に配置された前記光触媒構造体と、前記第２の基板に配置された前記光源である発光素子とを、前記第１の開口と第２の開口とを結んだ軸に対して平行に対向させ、かつ、前記第１の基板または前記第２の基板の、少なくともいずれか一方の背面側に、前記含水ゲルを収納した前記収納容器を配置するものであってもよい。【００２１】
前記収納容器は、前記含水ゲルを収納する、メッシュシートからなる内側容器と、該内側容器を収納する、穴あきプラスチックからなる外側容器とを含むものであってもよい。【００２２】
前記外側容器は、上下２個重ねた組を２つ、前記第１の基板または前記第２の基板の背面に、並列させているものであってもよい。【００２３】
前記外側容器を配置する側の前記第１または第２の基板の上端は、前記２個重ねた上側容器の上端より低いものであってもよい。【００２４】
前記含水ゲルは、金属イオンを含む水溶液を吸水したものであってもよい。【００２５】
前記含水ゲルは、乾燥した場合、水を吸水させることで再生して再利用可能なものであってもよい。【００２６】
上記目的を達成するために、本発明の第３の観点に係る光触媒構造体の製造方法は、本発明の第１の観点に係る光触媒構造体の製造方法であって、光触媒と、水溶性のバインダを混合、攪拌させ、第１の混合物を作製する工程と、前記第１の混合物と、吸水性ポリマーとを混合させ、第２の混合物を作製する工程と、前記第２の混合物を成形する工程と、成形された前記第２の混合物を乾燥させる工程と、を備えることを特徴とするものである。【００２７】
前記光触媒は、酸化チタンであってもよく、前記吸水性ポリマーは、（１）アクリル酸又はその塩、アクリル酸エステル及びアクリルアミドから選ばれる単量体を含んで構成される架橋されたアクリル系ポリマー、（２）イソブチレン−無水マレイン酸共重合体の架橋体、並びに、（３）ポリオキシエチレン架橋体から選ばれる１種以上であってもよい。【００２８】
前記水溶性のバインダは、ポリビニルアルコール系又は酢酸ビニル樹脂系バインダであってもよい。【００２９】
前記吸水性ポリマーを混合させる工程では、更に水を添加することを含むものであってもよい。【００３０】
なお、本願では、空気の「清浄」とは、空気中の汚臭物質や雑菌等の有害物の分解・除去・吸着等による空気の浄化を含むものである。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、光触媒が均一に分散し、多数の空隙が形成された光触媒層を備えることにより、良好な光分解性能を有する光触媒構造体が提供でき、そのための前記光触媒構造体の製造方法を提供することができる。さらに、前記光触媒構造体を備えることで、好適な空気清浄機能を発揮する空気清浄装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】実施形態に係る光触媒構造体を模式的に示す断面図である。
【図２】実施形態に係る光触媒構造体の表面を示す画像である。
【図３Ａ】実施形態に係る空気清浄装置の側面図である。
【図３Ｂ】実施形態に係る空気清浄装置の平面図である。
【図４】光触媒構造体のたばこの煙に対する消臭効果の実験結果を示す図である。
【図５】光触媒構造体のアンモニアに対する消臭効果の実験結果を示す図である。
【図６Ａ】タイプ１のゲルを模式的に示す概念図である。
【図６Ｂ】タイプ２のゲルを模式的に示す概念図で、タイプ３からタイプ１への移行状態のものである。
【図６Ｃ】本実施形態に係る、タイプ３の含水ゲルの概念図である。
【図７】実施形態に係る含水ゲルのメッシュ状内側容器の画像である。
【図８】実施形態に係る含水ゲルのプラスチック製外側容器の画像である。
【図９Ａ】実施形態に係る改良型空気清浄装置のハウジング上部から見た正面図である。
【図９Ｂ】実施形態に係る改良型空気清浄装置のハウジング上部から見た正面図における、気流の流れ（Ａ、Ｂ，Ｃ、Ｃ’）を示す図である。
【図１０】実施形態に係る改良型空気清浄装置の含水ゲル収納容器側から見た側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
本発明の実施形態に係る光触媒構造体、光触媒構造体の製造方法及び空気清浄装置の実施の形態について図を用いて説明する。
【００３４】
（１）光触媒構造体
光触媒構造体１０は、図１及び図２に示すように、光触媒層１１と、基板１２と、を備える。
【００３５】
図１に示すように、光触媒層１１には光触媒１１ａが分散されている。光触媒１１ａとしては、例えば、酸化チタンが好ましく、可視光応答型、紫外線応答型の酸化チタン（二酸化チタン）やそれらの混合物等を用いることもできる。また、光触媒層１１は、後述する方法により製造される結果、図１及び図２に示すように表面に微少な凹凸が形成され、更に内部には多数の空隙１１ｂが形成される。光触媒構造体１１は、例えば１５ｃｍ×１５ｃｍ、高さ４ｍｍに形成する。光触媒構造体１１の大きさや形状は、用いる用途、要求される性能、この光触媒構造体１１を用いた空気清浄装置２０（後述）の大きさ等により、適宜変更することが可能である。
【００３６】
支持基板１２としては、例えば、コルク材、ベニヤ、合板、紙、フィルム、金網等を用いることができる。なお、光触媒層１１に接触する面に空気が存在すると、光触媒層１１の光分解性能を向上させることができるため、より高い光分解性能が求められる場合は、支持基板１２としてはコルク材を用いることが好ましい。この支持基板１２を省略し、光触媒層１１のみとすることも可能である。なお、ステンレス等からなる金網を支持基板１２として用いると、光触媒層１１の両面から光を照射することができ、更に光触媒層１１が金網で保持されるため、シート状の形状を保持しやすくなり、好ましい。この場合、金網の一方の面に光触媒層１１を形成してもよいし、金網の両面に光触媒層１１を形成してもよい。
【００３７】
このように、光触媒層１１がスポンジ状に形成され、多数の空隙１１ｂを備えることにより、光触媒層に含有される光触媒１１ａが空気と接触する面積を大きくすることができ、その結果、以下のように、光触媒の光分解効率を高めることができる（後述の実験例、参照）。
【００３８】
（１）汚臭や細菌などを含んだ空気と光触媒１１ａとが接触する面積が格段に大きくなり、光触媒の光分解効率を高めることが可能となる。また、（２）周囲の湿気が高ければ、空気中の汚臭や細菌などと共に、光触媒作用に重要な水分を空気中からトラップできるため、光触媒反応がより効率的に行われて、消臭や殺菌等の効率が向上する。そして、（３）光分解効率が向上することにより、光触媒構造体１０のサイズを小さくすることができ、空気清浄装置２０をコンパクトなサイズとすることが可能となる。
【００３９】
上述した実施形態では、光触媒構造体はシート状に形成される例を挙げて説明したが、これに限られず、シート以外の形状、例えば、ハニカム体等の立体的形状や、繊維状等に成形してもよい。
【００４０】
（２）光触媒構造体の製造方法
次に、光触媒構造体１０の製造方法を説明する。
【００４１】
まず、可視光又は紫外線応答型の酸化チタンの粉末を水溶性のバインダに添加し、攪拌、混合させ、混合液を作製する。水溶性のバインダとしては、特に制限はないが、例えばペースト状酢酸ビニル樹脂系エマルジョンボンド、ポリビニルアルコール（ＰＶＡＬ）系の液状のりであってもよい。ＰＶＡＬ系のバインダでは、酢酸ビニル系と比較し、ベトツキが少なく、流動性が高いため、基板上に塗布しやすく製造時の作業が容易となるため、好ましい。
【００４２】
次に、吸水性ポリマーを混合液に添加し、ミキサー等で攪拌、混合する。この際、適宜水を追加してもよい。吸水性ポリマーとしては、特に制限はないが、水性ゲルの吸水性や安定性の観点から、（１）アクリル酸又はその塩、アクリル酸エステル及びアクリルアミドから選ばれる単量体を含んで構成される架橋されたアクリル系ポリマー、（２）イソブチレン−無水マレイン酸共重合体の架橋体、並びに、（３）ポリオキシエチレン架橋体から選ばれる１種以上が好ましい。さらに、アクリル酸塩系（アクリル酸重合体部分ナトリウム塩架橋物、ポリアクリル酸重合体部分カルシウム塩架橋物）等の、側鎖に親水基を有する高分子鎖を架橋した分子構造をもつアクリル系ポリマーであってもよい。
【００４３】
例えば、酸化チタンと水溶性の酢酸ビニル樹脂系エマルジョンボンドと、吸水性ポリマーとをミキサー等で混ぜ合わせると吸水性ポリマーが水を吸収しはじめ、ゲル状に膨潤する。エマルジョン中に共存している酸化チタン粉末は、ゲルの内外に付着し、混練される。
【００４４】
続いて、吸水性ポリマーを混合させた混合液を基板上に塗布し、混合液の上からプレスする、又は混合液を二対のロール間に通すことにより、例えばシート状に成形する。
【００４５】
上述したように、支持基板１２としては、コルク材が適するが、ベニヤ、合板、紙、フィルム等を用いてもよい。また、基板を、例えば鉄、銅、ステンレス、アルミ等の金属を用いた板とすることにより、シートを基板から剥離させてもよい。
【００４６】
続いて、シート状に成形された混合液を、室温で自然乾燥させる。乾燥させるとゲル内外から水分が蒸発する際、ゲル中に混練された酸化チタン粉末は、ゲルの内外に残存する。更に乾燥が進むとこの吸水性ポリマー混合ゲルは、小さくなり、弾力性を維持したスポンジ構造体となる。
【００４７】
この際、乾燥効率をあげ、吸水ポリマーが吸収している水分を強制的に蒸発させた方が効果的にスポンジ状の構造となるため、天日乾燥や熱風乾燥とするのが好ましい。基板を金属製の物とした場合は、乾燥後、基板から剥離させる。この様にして、光触媒構造体が製造される。
【００４８】
上記の製造方法によれば、光触媒を水溶性のバインダと混合させ、更に吸水性ポリマーを添加した後に、水分を蒸発させる工程を行うことから、混練工程、乾燥工程等が簡単で、安全であり、コストをかけることなく、光触媒１１ａを含む光触媒層１１を、空隙１１ｂを有する多孔性のスポンジ状に形成することができる。これにより、光触媒１１ａが空気と接触する面積を大きくすることができ、光触媒構造体１０の光分解効率を高めることができる（後述の実験例、参照）。
【００４９】
上述した実施形態では、光触媒構造体はシート状に形成される例を挙げて説明したが、これに限られず、シート以外の形状、例えば、ハニカム体等の立体的形状や、繊維状等に成形してもよい。
【００５０】
（３）光触媒構造体を備える空気清浄装置
次に、上記光触媒構造体を備える空気清浄装置の実施態様について説明する。
【００５１】
＜＜空気清浄装置＞＞
図３Ａにあるように、例えば、空気清浄装置２０は、光触媒構造体１０と、光触媒構造体のための支持基板２１と、光源としてのＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）２２と、光源を配置させて光触媒構造体に対向させるための対向基板２３と、を備える。
【００５２】
支持基板２１と、対向基板２３とは、それぞれ金属板から形成され、支持基板２１と対向基板２３の四隅には、図３Ｂに示すように例えばボルト等からなる柱部２４が設けられてもよい。柱部２４によって、支持基板２１と対向基板２３とは図３Ａに示すように所定距離離間して配置される。
【００５３】
光源２２は、ＬＥＤであってもよく、例えば紫外線ピーク波長３７５ｎｍ、強度が０．３８ｍｗ／１ｃｍ２のダイオードを用いる。このＬＥＤ２２は、図３Ｂに示すように、例えば１５ｃｍ×１５ｃｍの基材に４２個程度配置されている。ＬＥＤ２２は、対向基板２３の光触媒構造体１０と対向する面に配置され、図示しない電源に接続される。ある実施形態では、ＬＥＤ２２と光触媒構造体１０とは１ｍｍ程度離間して配置される。なお、光触媒構造体１０に分散させる光触媒１１ａの応答する光が可視光であるか、紫外線であるかにより、ＬＥＤ２２は適宜変更することが可能である。
【００５４】
上記の空気清浄装置２０では、ＬＥＤを用いる場合を例に挙げたが、これに限られず、用いる光触媒の性質に応じて、ブラックライト等の他の光源を用いることができる。また、光触媒構造体や光源の数や配置方法、光源と光触媒構造体とを離間させる距離、紫外線の強度等は適宜変更することが可能である。さらに、上述した実施形態では、光触媒構造体はシート状に形成される例を挙げて説明したが、これに限られず、シート以外の形状に成形してもよい。本発明は上述した実施形態に限られず、様々な変更、及び応用が可能である。
【００５５】
＜＜実験例＞＞空気清浄装置（実験１〜１３）
上記光触媒構造体を備える空気清浄装置の実施態様での、空気清浄に関する実験結果を以下に示す。なお、以下の各実験では、臭気の測定は、ＧＡＳＴＥＣＨ  ＣＯ．，ＬＴＤ製のにおいモニタ（ＧＴ３００−ＶＯＣモデル）を用いた。ここで、においモニタ値とは、新鮮な空気を１として、空気中の炭化水素系化合物などの濃度の変化をにおいの度合として数値化されたものであり、例えば、公衆トイレは一般的に１０〜４０、下水口２０〜４０、喫煙室３０〜９０の数値を示す。
【００５６】
＜閉鎖型仮設トイレでの消臭実験＞  実験１〜３、表１
実験では、１つの実施態様として、紫外線型の酸化チタン、水溶性のバインダ、及び、吸水性ポリマーを表１の実験１〜３に示す分量で、上記の製造方法で光触媒構造体を製造し、これらの光触媒構造体を用いた空気清浄装置を作製した。紫外線型の酸化チタンとしては、石原産業（株）製ＳＴ−２１の二酸化チタン、水溶性のバインダとしては、酢酸ビニル樹脂系エマルジョンボンド（コニシ株式会社製）を用い、吸水性ポリマーとしては、アクリル酸重合体部分ナトリウム塩架橋物（ケニス株式会社）を用いた。また、空気清浄装置は１７ｃｍ×１７ｃｍ、高さ３７ｍｍ程度のコンパクトな大きさとした。空気清浄装置には光源としてＬＥＤを用い、ＬＥＤとして、紫外線ピーク波長３７５ｎｍ、強度が０．３８ｍＷ／ｃｍ２のダイオード４２個を１５ｃｍ×１５ｃｍの基板に７ｃｍ幅に配置させた。また、光触媒構造体とＬＥＤとの距離を１ｍｍ程度となるように配置した。光触媒構造体は、１５ｃｍ×１５ｃｍ、高さ４ｍｍのサイズに形成した。
【００５７】
この空気清浄装置を、気温３３．５℃下に設置した空間容積が１．５ｍ３の閉鎖型仮設トイレ（においモニタ値は、２２．５）にセットした。上記空気清浄装置の運転を開始してから２時間経過後に、この仮設トイレ内の臭いを、上記においモニタによって測定した。
【００５８】
【表１】
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【００５９】
＜閉鎖型仮設トイレでの消臭実験＞  実験４、５、表２
（吸水性ポリマーが無添加の場合）
実験４、５では、表２の分量（吸水性ポリマーは無添加）で、その他は上記表１（実験１〜３）と同様の製造方法で光触媒構造体を作製した。つまり、実験４、５では、実験１〜３と同様に光触媒として紫外線型の酸化チタン粉末を、バインダとして酢酸ビニル樹脂系エマルジョンボンドを、用い、それぞれ、二酸化チタン粉末を、５０ｇ、５ｇとし、光触媒構造体の施工面積が、２３３８ｃｍ２、３００ｃｍ２となるように、作製した。仮設トイレでの実験条件は、上記実験１〜３と同様である。なお、実験４、５ではいずれも、強度５ｍｗ／ｃｍ２のブラックライト１本を５ｍｍ程度離間させて照射した。
【００６０】
【表２】
2013047710.tif 000004
【００６１】
表２に示す実験４では、紫外線を照射しても光触媒層は青色に発色せず、光触媒が機能していない状態であった。また、実験５では、紫外線照射により光触媒層が青色に発色し、光触媒が機能している状態であることは確認できたが、酸化チタンの光分解効率が低かった。
【００６２】
上記実験１〜５の結果を、施工面積あたりの酸化チタンの含量と、においモニタ値との関係でまとめると、以下のようになる。
酸化チタン含量／施工面積        においモニタ値
（ｍｇ／ｃｍ２）
実験１                      １．８７                      １
実験２                      ３．６９                      １
実験３                      ５．５６                      １
実験４（比較例）          ２１．３９                      ５
実験５（比較例）          １６．６７                    １０
【００６３】
この結果から、実験前、仮設トイレ内のにおいモニタが、２２．５であったのに対して、吸水性ポリマーを添加しない比較例（実験４、５）では、消臭効果はさほど無かったのに対して、本願の各実施態様の光触媒構造体（実験１〜３）では、いずれの場合でも、仮設トイレ内のにおいモニタ値が、１（新鮮な空気レベル）を示した。つまり、上記光触媒構造体を備えた空気清浄装置によって、２時間程度で、仮設トイレ内の悪臭を無臭にするという、従来にない格別な効果が得られた。
【００６４】
この効果は、光触媒構造体に形成される多数の空隙によって、光触媒と、空気とが接する面積が大幅に増加し、格段に光分解効率を向上させているものと推察される。つまり、本発明に係る実施態様では、より少ない酸化チタンの量で、より小さな施工面積で、より高い光分解効率を得ることができ、これにより、生産コストを下げ、よりコンパクトなサイズの空気清浄装置とすることができる。
【００６５】
＜閉鎖型仮設トイレでの消臭実験＞  実験６、表３
（可視光応答型酸化チタンを使用した場合）
次に、実験６は、光触媒として可視光型の酸化チタンを用いた場合の実験結果である。実験６では、白金化合物で表面処理した可視光応答型酸化チタン粉体（石原産業（株）、ＭＰＴ−６２３）を用いて実験１〜３と同様の方法で製造した光触媒構造体と、１００００Ｌｕｘの可視光を照射する９Ｗ  ＬＥＤとを備える、空気清浄装置を作成した。実験条件は、表１と同様である。表３に示すように、２時間経過後の測定で、仮設トイレのにおいモニタ値は１となった（表３、参照）。
【００６６】
【表３】
2013047710.tif 000005
【００６７】
このように、紫外線型酸化チタンと同様に、可視光型酸化チタンにおいても、本願発明に係る光触媒構造体を製造して、本願発明に係る空気清浄装置を作成すれば、臭気の強い仮設トイレでも、無臭にすることができる。
【００６８】
＜閉鎖型仮設トイレでの消臭実験＞  実験７、８、表４
（他の吸水性ポリマーを用いた場合）
次に、吸水性ポリマーとして、ポリアクリル酸重合体部分カルシウム塩架橋物を用いた実験７、８の結果を表４に示す。ここでは、メビオール株式会社製のポリアクリル酸重合体部分カルシウム塩架橋物からなる吸水性ポリマーを用い、２ｇ添加した。酸化チタン、バインダ、については実験１〜３と同じであり、施工面積も同じ２２５ｃｍ２とした。この光触媒構造体を実験１〜３と同様に仮設トイレにセットし、強度１ｍｗ／１ｃｍ２の２０Ｗブラックライトを照射したところ、においモニタ値は１を示した。これにより、吸水性ポリマーとしてポリアクリル酸重合体部分カルシウム塩架橋物を用いても同様に、臭気の強い仮設トイレを無臭にすることができた。
【００６９】
【表４】
2013047710.tif 000006
【００７０】
＜閉鎖型仮設トイレでの消臭実験＞  実験９、表５
（他の水溶性バインダを用いた場合）
次に、水溶性バインダとして、ＰＶＡＬ系のバインダ（株式会社ミツエ製の液状のりＡＤＭＩＧＨＴ）を用いて実験した。バインダをＰＶＡＬ系とした以外は、実験１〜３と同じ条件とした。この光触媒構造体に、紫外線ピーク波長３７５ｎｍ、強度が０．３８ｍＷ／１ｃｍ２のダイオードを照射したところ、においモニタ値はやはり１を示した。これにより、ＰＶＡＬ系のバインダを用いても同様の効果があることが示された。
【００７１】
【表５】
2013047710.tif 000007
【００７２】
ＰＶＡＬ系のバインダは、酢酸ビニル系と比較し、ベトツキが少なく、流動性が高いため、基板上に塗布しやすく製造時の作業が容易となり、また、乾燥時間の短縮を図ることができ、より好ましい態様である。
【００７３】
＜閉鎖型仮設トイレでの消臭実験＞  実験１０、１１、表６
（水溶性でないバインダを用いた場合）
次に、バインダとして、水溶性でない、アクリル酸系のバインダを用いて実験をした。実験１０では、コニシ株式会社製のアクリルエマルジョン系接着剤ＦＬ−２００を、実験１１では、セメダイン株式会社のアクリル酸系接着剤ＥＭ３４１を用いた。バインダ以外については、いずれも実験１〜３と同様とした。
【００７４】
【表６】
2013047710.tif 000008
【００７５】
実験１０、１１のいずれも、混合液にべとつきが発生して、形成後の乾燥に１週間以上を要した上、更に紫外線を照射しても発色せず、光触媒が機能しなかった。従って、アクリル酸系のバインダを用いた場合、光触媒構造体を製造することはできなかった。
【００７６】
次に、本実施態様の空気清浄装置の消臭効果について、たばこの煙、および、アンモニア水を用いて実験を行った。
【００７７】
＜たばこの煙に対する消臭効果＞  実験１２、図４
今回の消臭実験は、３２．４Ｌのプラスチック製の密閉容器に、たばこ２本分の煙を充満させて行った。光触媒構造体を作製するために用いた材料は実験１〜３と同様であり、酢酸ビニル系のボンド７９ｇ、酸化チタン６ｇ、吸水性ポリマー６ｇとし、施工面積を５７０ｃｍ２とした。また、光触媒構造体にはピーク波長３６０ｎｍ、強度５ｍＷ／ｃｍ２のブラックライトを照射した。
【００７８】
図４に示すように、本発明の光触媒構造体を用いた場合のにおいモニタ値は、実験前、９７という高値であったが、３０分経過後は６０、１時間経過後は３５、１．５時間経過後は１５、２時間経過後は７と、経時的に低下していった。一方、本発明の光触媒構造体を用いない場合のにおいモニタ値は、当初は９７、３０分経過後は９７、１時間経過後は９６、１．５時間経過後は９４、２時間経過後は９２と、ほぼ横ばい状態であった。
【００７９】
以上のことから、本実施態様の空気清浄装置には、たばこの煙に対しても消臭効果が確実にあることがわかった。
【００８０】
＜アンモニアに対する消臭効果＞  実験１３、図５
この消臭実験では、たばこの煙を用いた消臭実験と同様に、３２．４Ｌのプラスチック製の密閉容器内に、濃度２５００ｐｐｍのアンモニアを充満させ、光触媒構造体にはピーク波長３６０ｎｍ、強度５ｍＷ／ｃｍ２のブラックライトを照射した。本実験で、光触媒構造体を作製するために用いた材料は、実験１〜３と同様であり、酢酸ビニル系のボンド７９ｇ、酸化チタン６ｇ、吸水性ポリマー（アクリル酸重合体部分ナトリウム塩架橋物）６ｇとし、施工面積を５７０ｃｍ２とした。
【００８１】
図５に示すように、本発明の光触媒構造体を用いた場合のにおいモニタ値は、実験前、８３という高値であったが、３０分経過後は５２、１時間経過後は２６、１．５時間経過後は４、そして、２時間経過後は１と激減し、無臭レベルにまで低下した。一方、本発明の光触媒構造体を用いない場合のにおいモニタ値は、当初は８３、３０分経過後は８３、１時間経過後は８２、１．５時間経過後は８０、２時間経過後には８０という状態で、ほとんど変化しなかった。
【００８２】
以上のことから、本実施態様の空気清浄装置には、明らかにアンモニアの消臭効果があることがわかった。アンモニアはトイレのにおいの原因物質の一つであることから、本実施態様の光触媒構造体を備えた空気清浄装置が、仮設トイレの消臭に効果があることが裏付けられた。
【００８３】
（４）含水ゲルを更に備える改良型空気清浄装置
次に、（３）の空気清浄装置に含水ゲルを加えたことにより、その空気清浄効率が格段に向上した改良型空気清浄装置について、説明する。
【００８４】
＜＜改良型空気清浄装置＞＞
改良型空気清浄装置は、例えば、図９Ａに示されるように、ハウジング４０内に、光触媒構造体１０、光触媒構造体１０を支持する支持基板２１、光触媒構造体支持基板２１に対向するＬＥＤ（光源）２２、ＬＥＤ（光源）２２を支持する対向基板２３を備え、さらに、含水ゲル３２とその収納容器３３とを、備える構成である。ハウジング４０は、ファン９の近傍に、空気取込み口３５を備え、かつその反対側に空気排出口３６を備えている。ＬＥＤ（光源）２２を支持する対向基板２３と、含水ゲル収納容器３３とは、光触媒構造体１０を支持する支持基板２１の両側に、互いに対向して配置されている。なお、これに代えて、光触媒構造体１０を支持する支持基板２１とＬＥＤ（光源）２２を支持する対向基板２３とを入れ換える配置としたり、光触媒構造体１０を支持する支持基板２１とＬＥＤ（光源）２２を支持する対向基板２３とを、含水ゲルの容器を挟んで両側に、それぞれ配置してもよい。
【００８５】
含水ゲル収納容器３３は、例えば、図７の様なメッシュシート等から形成された内側容器３３ａと、図８の様な穴あきプラスチックで構成された外側容器３３ｂとからなる。含水ゲル３２を収納した内側容器３３ａを、外側容器３３ｂ内に納め、それを、光触媒構造体１０の支持基板２１の背面２１ｂ側に隣接するように配置し、吸引ファン９により通風させる。
【００８６】
図９Ａ、９Ｂにあるように、支持基板２１は、好ましくは、通風により含水ゲル３２から蒸発した水分（湿気）を含む空気が、含水ゲルの収納容器３３（３３ａ、３３ｂ）側からＬＥＤ２２側へ過剰に流動しないようにするために、隔壁としての役割を果たすように配置してもよい。また、別途、支持基板２１と収納容器３３との間に、隔壁を設けてもよい。
【００８７】
図９Ｂに示すように、上記改良型空気清浄装置３０の運転が開始されると、ファン９によって空気取込み口３５から空気が入り、内部で分流されて空気排出口３６付近で合流する、気流が生じる。この気流は、主に、光触媒構造体１０とＬＥＤ６との間を通過する空気の流れＡと含水ゲル収納容器３３側を通過する空気の流れＢと、からなるが、それに加えて、後に説明するように、含水ゲル収納容器３３側から光触媒構造体１０への空気の流れＣなども生じる。
【００８８】
ある実施形態では、装置内の支持基板２１には、石原産業株式会社製の可視光応答型酸化チタンで、白金化合物で表面処理したＭＰＴ−６２３の粉末を使ってシート化した１６０ｃｍ２の面積の光触媒構造体１０を、使用している。その対向支持基板２３には、２ｗ  ＬＥＤが、４２個、配置された９．５ｃｍ×１４．５ｃｍのＬＥＤ基板が、取り付けられている。これらのＬＥＤは、１５０００Ｌｕｘの可視光を光触媒構造体１０に照射する。
【００８９】
装置内には、空気を吸い込むために、１２ＶのＤＣ吸引ファン９が、含水ゲル収納容器３３のセット位置から０．５ｃｍ〜２ｃｍ程度離した距離に、設けられていてもよい。装置外の空気は、ファン９の回転と同時に改良型空気清浄装置３０内に吸い込まれ、例えば風速は、２ｍ／ｓｅｃ〜３ｍ／ｓｅｃ前後である。
【００９０】
含水ゲル３２は、まず、内側収納容器３３ａに収納され、これがさらに外側収納容器３３ｂに収納される。内側収納容器３３ａは、図７に示されるように、例えば、熱可塑性樹脂等のポリアミド、ポリプロピレン及びポリエチレン等のメッシュシートから作成されたかごである。外側収納容器は、例えば、図８の様に、多数の穴３３ｂ１が開けられている穴あきプラスチック容器（市販のイノマタ化学株式会社製のポリスチレン製深角容器（７．４ｃｍ×１１．３ｃｍ×９．８ｃｍ））である。含水ゲル３２をこのようなメッシュシートの内側収納容器３１に収納する理由は、含水ゲルを、プラスチック製の外側収納容器３２に直接収納すると、容器３２の内壁に接した含水ゲル３２の形状が潰れてしまうからである。
【００９１】
ある実施態様では、上記内側収納容器３３ａには、吸水量が自重に対して２０倍の含水ゲル３２（４８０ｇ分）が収納される。外側収納容器３３ｂは、好ましくは、支持基板２１の背面２１ｂ側の隣接した位置に、２個ずつ重ねた組を２組１列に配置される（図９Ａ、９Ｂ、１０、参照）。この場合、例えば、４個のゲル外側収納容器３３ｂの重量は、１９２０ｇで、容器の総表面積は１４５２ｃｍ２になる。
【００９２】
＜含水ゲルの作成方法＞
本発明に係る「含水ゲル」は、吸水性樹脂１の粉体が、吸水により、その形態を保持可能な程度に水を含んで膨潤したゲルであって、容器内に重ねて収納しても、ゲル間に、適度な空気の隙間が確保されている状態のもの（タイプ３、下記参照）を、いう（図６Ａ、参照）。以下にその作成方法について述べる。
【００９３】
まず、吸水性樹脂としては、特に制限はないが、水性ゲルの吸水性や安定性の観点から、（１）アクリル酸又はその塩、アクリル酸エステル及びアクリルアミドから選ばれる単量体を含んで構成される架橋されたアクリル系ポリマー、（２）イソブチレン−無水マレイン酸共重合体の架橋体、並びに、（３）ポリオキシエチレン架橋体から選ばれる１種以上が好ましい。
【００９４】
一般的に市販されている吸水性樹脂としては、例えば、アクリル酸塩系の、ポリアクリル酸重合体部分ナトリウム塩架橋物、ポリアクリル酸重合体部分カルシウム塩架橋物等の側鎖に親水其を有する高分子鎖を架橋した分子構造をもつ吸水性樹脂等があり、その形状は通常、粉体又は粒状である。そこで、実験を始める前に、吸水前の本来の吸水性樹脂の粒径分布を調べてみた。３０メッシュから１５０メッシュのステンレス金網で篩いを作成し、例として、以下の吸水実験で用いる、アクリル酸重合体部分ナトリウム塩架橋物樹脂（ケニス株式会社、４００ｇ）の粒度分布を調べた。なお、下記において、例えば、「３０＃ｏｎ」は、３０メッシュの金網をパスしない場合、「１５０＃ｐａｓｓ」は、１５０メッシュの金網をパスする場合を、それぞれ意味している。
【００９５】
（吸水性樹脂の粒径分布、ふるい分け実験）  予備実験、表７
【表７】
2013047710.tif 000009
上記の結果、開口０．２８８ｍｍ（５０金網メッシュ）以上をパスしない比較的大きなサイズが、重量割合（ｗｔ％）で全体の７２％以上を占めていたことから、特にふるい分けすることなく、以後の実験を進めることとした。
【００９６】
＜＜実験例＞＞  含水ゲル実験１４〜２０、改良型空気清浄装置関連実験２１〜２４
上記したように、吸水性樹脂をふるい分けせずに、吸水実験や含水ゲル３２の作成を行うこととしたため、以下の実験では、粒径サイズによって吸水速度が異なることに、留意して吸水させた。つまり、吸水性樹脂１は粉体又は粒状であり、上記予備実験の場合、サイズが比較的大きいもので０．６ｍｍ、小さいもので０．１ｍｍ前後である。例えば、篩いで分別した３０＃ｏｎ（０．５６０ｍｍ）と１５０＃ｏｎ（０．１０４ｍｍ）の吸水性樹脂で、樹脂量の４０倍の水を吸収する吸水速度を比較すると、３０＃ｏｎ樹脂で１．１６８ｃｃ／ｓｅｃ、１５０＃ｏｎ樹脂で４．５１６ｃｃ／ｓｅｃと、その値に４倍以上の違いがあった。
【００９７】
そこで、吸水性樹脂をふるい分けせずに含水ゲルを作成する場合には、水又は金属イオン等を含有する水を入れる容器を、底の深さが、例えば４〜５ｃｍ程度で浅く、しかも間口（例えば、２２ｘ３１ｃｍ）の広い正方皿とすることが好ましく、さらに、正方皿内全体に、均一になるように吸水性樹脂１を投入するとよい。この様に吸水を行えば、吸収速度の違いによるバラツキが少なく、良好な吸水度の含水ゲル３２を得ることができる。
【００９８】
＜吸水量と吸水ゲルの形態との関係＞  実験１４、表８
吸水性樹脂１としては、粉末状または粒状の形状をしたアクリル酸重合体部分ナトリウム塩架橋物（ケニス株式会社）を使用し、水２は精製水を使用した。自重に対する吸水量とゲルの形態の観察結果を以下に示す。
【表８】
2013047710.tif 000010
※１：（タイプ１）多量の吸水によりゲルが崩れて寒天状になり、水の浸み出しの可能性が大きい。
※２：（タイプ２）タイプ３からタイプ１への移行段階
※３：（タイプ３）含水ゲル３２
※４：（タイプ４）樹脂投入速度よりも樹脂の吸水速度が速いケースでは吸水性が不均一なゲルとなり得る。
【００９９】
実験１４の実験条件での、自重に対する吸水度を段階的に増加させた場合のゲルの形態変化をまとめると以下のようになる（図６Ａ〜図６Ｃ、参照）。
（ａ）吸水が自重の約１００倍以上の場合、個々のゲルが膨潤しすぎて形状が全体的に崩れた状態の、寒天状ゲルとなってしまう（図６Ａ、参照）（タイプ１）。
（ｂ）吸水が自重の約８０〜約９０倍の場合、膨潤したゲル中の水の存在が明らかにわかり、容器に収納する等して多少の圧力を加えると水が浸み出してゲルが変形してしまう（図６Ｂ、参照）（タイプ２）。
（ｃ）吸水が自重の約１２〜約７０倍の場合、吸水性樹脂が、吸水により、その形態を保持可能な程度に膨潤したゲルであって、容器内に収納しても、ゲル間に隙間が確保されている状態である（図６Ｃ、参照）。吸水により適度に水分を含みつつ、ゲルの形状が維持されて、ゲル間に隙間が確保されるため、吸着剤として好ましい態様である（含水ゲル３２、以下、含水ゲルともいう。）（タイプ３）。
（ｄ）吸水が自重（樹脂量）の約１０倍以下の場合、吸水性の差が大きく、膨潤が不均一な状態のゲルとなりやすい（タイプ４）。
【０１００】
含水ゲル３２が吸着剤として機能し得るためには、吸着性能を有することが必須であるが、これに加え、水溶液が浸み出さずかつゲルの形態が維持されていることも必要である。
【０１０１】
つまり、本願でいう「含水ゲル」（３２）は、上記タイプ３の、吸水性樹脂が、吸水により、その形態を保持可能な程度に膨潤したゲルであって、容器内に収納してもゲル間に、隙間が確保されているため、吸着剤として好ましい態様である。なお、含水ゲル３２（単に、含水ゲルともいう）の吸水（含水）の度合いは、上記タイプ３の特性を満たすように、用いる吸水性樹脂の種類によって、適宜調製することができる。
【０１０２】
＜含水ゲルの防かび実験＞  実験１５、表９
実験１４で得られた含水ゲル３２を使用中又は保存中に黒カビ等が発生する恐れがある。その対策としては、銀イオン、銅イオン等を含有させた水溶液を用いるのが最も好ましい。２００ｍｌボトルを使用し、密閉して放置試験の結果、吸水用として水道水を使用した場合は、含水ゲル３２は一週間程度で黒カビが発生したが、上記のような抗菌性金属イオン水を使用した場合は、２カ月間以上経過してもカビの発生は観察されなかった。
【表９】
2013047710.tif 000011
※１：水道水を自重の３０倍吸水した含水ゲル
※２：銀イオン０．１ｐｐｍ水溶液を自重の３０倍吸水した含水ゲル
※３：銀イオン０．２５ｐｐｍ水溶液を自重の３０倍吸水した含水ゲル
※４：銀イオン１００ｐｐｍ水溶液を自重の３０倍吸水した含水ゲル
【０１０３】
＜含水ゲルの持続的消臭効果＞  実験１６、１７、表１０、１１
次に、上記方法で作成した、含水ゲルの消臭作用に関する実験結果を以下に示す。
【０１０４】
この実験では、吸水性樹脂１から製造した含水ゲル３２を用いて、粒状白鷺ＷＨ２Ｃ８／３２ヤシガラ活性炭（日本エンバイロケミカルズ株式会社）と比較した。使用した実験箱は、縦４５ｃｍ、横４５ｃｍ、高さ６０ｃｍのガラス板で作成し、容積は１２１．５Ｌである。収納容器は、５０＃ステンレス金網製の１５ｃｍ×２．５ｃｍ×１５．５ｃｍ（容積５８１．２５ｃｍ３，表面積６１７ｃｍ２）のものを用いた。ヤシガラ活性炭量２４０ｇまたは、吸水倍率３０倍の含水ゲル３７７ｇを収納容器に入れて、実験箱内にセットした。実験箱内の床に、汚臭物質の１つでもあるアンモニア水をアンモニア濃度が１４００ｐｐｍになるように滴下した。実験は、含水ゲルやヤシガラ活性炭を交換せずに、１日１回３時間の実験を４日間続けて行った。実験箱内のにおいモニタ値の測定には、上記各実験と同様のにおいモニタを用いた。
【０１０５】
（実験１６）ヤシガラ活性炭の消臭効果（比較例）
【表１０】
2013047710.tif 000012
【０１０６】
（実験１７）含水ゲルの消臭効果
【表１１】
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【０１０７】
実験１６のヤシガラ活性炭の場合（比較例）は、１日目はほぼ順調に消臭効果を示しているように見られたが、２日目以降、使用時間が経過しても消臭効果が少なく、消臭機能が低下しているのに対して、実験１７の含水ゲルの場合は、使用して１時間でかなりの消臭効果を示し、かつ、２日目以降も消臭機能の低下が見られないことから、含水ゲルの消臭効率及び消臭機能の持続性は、ヤシガラ活性炭に比べて顕著に大きいということがいえる。
【０１０８】
＜タイプ１〜４の吸水ゲルでの消臭効果の比較＞  実験１８（正方皿）、表１２
次に、自重に対する吸水が４倍から１８０倍の場合の吸水ゲル（タイプ１〜４、上記実験１４参照）の消臭効果実験を行った。吸水して膨潤したゲルの収納容器として正方皿を使用し、表面積が７００ｃｍ２にするように吸水ゲルを敷きつめた。用いた実験箱は、前述と同じである。今回の実験では、空試験（比較実験）として吸水ゲルを施工しないケースを用意した。実験箱にアンモニア濃度１４００ｐｐｍを滴下した後、各経過時間での、においモニタ値の結果を以下に示す。
【０１０９】
（実験１８）
【表１２】
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自重に対する吸水が１００〜１８０倍（タイプ１）
自重に対する吸水が８０倍          （タイプ２）
自重に対する吸水が２０〜６０倍    （タイプ３）
自重に対する吸水が４倍            （タイプ４）
【０１１０】
前記の吸水実験で、タイプ１からタイプ２として分類される、吸水が自重の８０倍、１００倍のゲルは、明らかに水の浸み出しが確認され、特に、タイプ１と分類される１８０倍ゲルは、正方皿でも変形しやすく、顕著に多量の水が流れ出た。消臭効果については、空試験に比較して１８０倍ゲルも多少の消臭効果は認められるがその効果は小さい。全体としては、吸水の程度が低いほど、即効性の消臭効果が見られた。なお、今回の実験で最も吸水度の低いゲル（自重の４倍、タイプ４）では、最速の消臭効果が得られたが、吸水度が低く直ぐ乾燥してしまうので、上記実験１７の様に、継続して使用する場合は、この様な効果は得られない。
【０１１１】
＜施工面積と消臭効果の比較＞  実験１９（正方皿）、表１３
次に吸水が自重の２０倍の含水ゲル３２（タイプ３）を用いて、施工面積を３８０ｃｍ２から１７８５ｃｍ２まで、段階的に増加させて、その消臭効果を見る実験を行った。実験箱は上記と同じであるが、アンモニア水の滴下を２５００ｐｐｍの高濃度とした。なお、含水ゲル３２の比較用に水道水を正方皿に満たしたものを、空試験（施工面積６１２ｃｍ２）として用いた。結果を、以下に示す。
【０１１２】
（実験１９）
【表１３】
2013047710.tif 000015
【０１１３】
上記実験１９の結果（表１３）により、含水ゲルの施工面積（３８０ｃｍ２〜１７８５ｃｍ２）をふやすほど消臭効果が上がることが確認された。
【０１１４】
＜吸水性樹脂の違いと消臭効果＞  実験２０（正方皿）、表１４
次に、吸水性樹脂として、テスト品（１）ケニス株式会社製のアクリル酸重合体部分ナトリウム塩架橋物と、テスト品（２）メビオール株式会社製のポリアクリル酸重合体部分カルシウム塩架橋物を用いて、消臭効果を比較した。吸水倍率は自重の２０倍とし、施工面積は１１９０ｃｍ２、アンモニア水の滴下は２５００ｐｐｍでおこなった。経過時間毎のにおいモニタ値の結果を、表１４に示す。
【０１１５】
（実験２０）
【表１４】
2013047710.tif 000016
【０１１６】
以上の結果から、吸水性樹脂として（イ）ポリアクリル酸重合体部分カルシウム塩架橋物を用いても、短時間で（ア）アクリル酸重合体部分ナトリウム塩架橋物と同様に、においモニタ値が、清浄な空気のレベル（１）にまでに浄化する効果を得ることができた。
【０１１７】
＜＜改良型空気清浄装置の即効的消臭効果＞＞  実験２４、表１５
光触媒構造体と含水ゲルを備える改良型空気清浄装置３０に関して、その効果を調べる実験を行った（実験２１〜２４）。表１５の含水ゲル入り収納容器「４個セット」とは、実験１４等の製造方法に従い、自重に対して吸水倍率２０倍の含水ゲル３２を作り、４つの収納容器３３に収納して（図１０）、改良型空気清浄装置３０内に設置したことを意味する（図９Ａ、９Ｂ）。なお、含水ゲルの吸水には精製水を用いている。
【０１１８】
実験１６、１７で使用した１２１．５Ｌ容積の実験箱内に改良型空気清浄装置３０を置いて、下記の条件で実験した。濃度５００ｐｐｍのアンモニア水を実験箱内に滴下した後、ファン９を運転し、経時的に実験箱内の臭気を、においモニタで計測した。ここで、「ＬＥＤ電源ＯＮ状態」とは、ＬＥＤが照射されて、光触媒構造体１０が光触媒機能を発揮する条件下にあること、そして、「ＬＥＤ電源ＯＦＦ状態」とは、ＬＥＤが照射されず、光触媒構造体１０が、光触媒機能を発揮しない条件下にあることを、それぞれ意味している。
【０１１９】
先の実施例の、光触媒構造体を備える空気洗浄装置では、約２時間経過後に清浄な空気レベルになるとの消臭効果が得られていたが、今回の改良型空気清浄装置の実施例では、一段と短い時間で格別な消臭効果が得られており、以下には、１１分経過後のにおいモニタ値を示す。
【０１２０】
（実験２１〜２４）
【表１５】
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【０１２１】
上記実験によれば、光触媒構造体１０（ＬＥＤ・ＯＮ状態）と含水ゲル３２とを併用した改良型空気清浄装置３０は（実験４）、わずか１１分間の運転で、アンモニアが充満した空気（においモニタ値８４）を、清浄な空気と同等のレベル（においモニタ値１）まで消臭・清浄することができるという、驚異的な空気洗浄効果を示した。
【０１２２】
一方、１１分間という短時間での実験で、含水ゲル３２単独の場合（実験３）はレベル１３に低下したが、光触媒構造体１０（ＬＥＤ・ＯＮ状態）単独の場合（実験２）は、レベル６３に留まっていた。
【０１２３】
以上の結果から、改良型空気清浄装置においては、（１）含水ゲルは、その含水性やゲル間に隙間を有することにより、より短時間で臭気等をトラップすることができるという、優れた吸着力を有し、一方、（２）光触媒構造体１０は、短時間では消臭効果は小さいが、前述の光触媒構造体１０を備える空気清浄装置の実験（実験１〜１３）より、２時間程度経過すれば、継続的に空気を清浄できる性能がある。
【０１２４】
そして、（３）光触媒構造体１０（ＬＥＤ・ＯＮ状態）と含水ゲル３２とを併用した場合（実験２４、においモニタ値：１）は、光触媒構造体（ＬＥＤ・ＯＮ状態）単独の場合（実験２２、においモニタ値：６３）より効果があるのはもちろんのこと、含水ゲル単独の場合（実験２３、においモニタ値：１３）よりさらに効果が顕著で、１１分という短い時間で清浄な空気のレベルまで浄化された。この点は、繰り返して実験を行っても同様の結果であった。
【０１２５】
また、含水ゲル単独（実験２３など）の場合、空気はある程度消臭されても、アンモニアの実験ではアンモニア臭が、たばこの煙の実験ではその臭いが、含水ゲルに残存して、ゲル自体に臭いが残ってしまうが、光触媒構造体１０と含水ゲル３２を併用させた改良型空気清浄装置（実験２４など）の場合には、含水ゲル３２に上記臭気が残存することがなく、良好であった。これは、以下に述べる、含水ゲル３２を再生して再利用するためにも重要な効果である。
【０１２６】
以上のことから、本発明に係る光触媒構造体１０と含水ゲル３２とを併用させた改良型空気清浄装置３０の空気清浄効果は、予想以上に大きなものであることが判明した。
【０１２７】
光触媒構造体と含水ゲルとを併置した改良型空気清浄装置での、この格別な効果は、光触媒構造体と含水ゲルの各々単独の効果の和だけではなく、以下に述べるように、両者を併用することによる、何らかの複合的効果あるいは相乗的効果が存在するためと思われる。
【０１２８】
上記の改良型空気清浄装置３０のハウジング４０内は、隔壁（又は支持基板２１）によって、光触媒構造体１０側の区画３７と含水ゲルの収納容器３３側の区画３８とに区画されている（図９Ｂ）。図９Ｂ、図１０に示すように、ハウジング４０の上部を空気が流通する（気流Ｃ、Ｃ’）ように、この隔壁の上端ｂは、収納容器３３の上端ａより若干低く（本実施態様では５ｍｍ程度）、プラスチック容器の一番高い位置の穴の上端ｃより高く設定されている。改良型空気清浄装置３０の運転を開始すると、ファン９により装置内に流れてきた空気は、隔壁によって、主に、区画３７側を流れる気流Ａと、区画３８側を流れる気流Ｂに分流されるが、それだけではなく、区画３７と区画３８の間に亘って流れる別のタイプの気流が、実際に観察された。図９Ｂでは、これを気流Ｃ、Ｃ’として示している。
【０１２９】
そして、上記実験２１〜２４において、改良型空気清浄装置の、含水ゲル容器側の区画３８は、ファンにより含水ゲルの水分が蒸発することによって、湿度が約９０％に上昇していた。なお、実験箱内で装置外の湿度は約６８％であった。
【０１３０】
以上の結果を総合的に勘案すると、光触媒構造体と含水ゲルとを備えるこの改良型空気清浄装置３０が予想外の空気清浄効果を示す理由として、以下の１）、２）に加え、さらに、３）〜５）等の作用機序が考えられる（図９Ｂ、参照）。
【０１３１】
１）気流Ａに関する、光触媒構造体による消臭効果
２）気流Ｂに関する、形態を保持する程度に吸水した含水ゲルによる消臭効果
【０１３２】
３）気流Ｃと光触媒構造体による消臭効果
図９Ｂに示すように、前述の気流Ａ、気流Ｂの他に、含水ゲル容器側区画３８から光触媒構造体側区画３７への気流Ｃ（例えば、０．３〜１．０ｍ／ｓ程度）が観察されている。この気流Ｃは、ファン９により含水ゲル３２から水分が蒸発して含水ゲル容器側区画３８が高湿度となって、光触媒構造体側区画３７との間に湿度の濃度勾配（不均一性）が生じ、この湿度の濃度勾配（不均一性）を緩和させる方向に空気が移動するために、生じていると思われる。気流Ｃによって、含水ゲル収納容器側区画３８の多湿な空気とそれにトラップされた汚臭物質等が、区画３８から区画３７に流れ込むことによって、光触媒作用のための水分と、水分にトラップされた汚臭物質等が、一緒に効率よく光触媒構造体側へと運ばれる。さらに、本願に係る光触媒構造体は、多孔性であるスポンジ状の吸水性ポリマーからなることから、この多数の空隙に存在する光触媒にも、汚臭物質と光触媒作用に必要な水分が一緒に継続的に運ばれることになり、その結果、光触媒反応がより効率的に行われて、汚臭物質がより有効に分解されると推察される。
【０１３３】
４）気流Ｃ’の効果
図９Ｂに示すように、光触媒構造体側区画３７の空気が含水ゲル容器側区画３８に流れる、気流Ｃ’も観察されている。気流Ｃ’によって、区画３８側の光触媒により生成された活性酸素種が含水ゲル容器区画３７にも供給され得、これによって、空気の消臭効果が増すことも考えられる。
【０１３４】
５）その他の効果
実験２３の、含水ゲル単独の消臭実験の場合、空気はある程度消臭されてもゲル自体が臭くなってしまうが、実験２４の、光触媒構造体１０と含水ゲル３２を併用させた場合は、ゲルは無臭のままであった。このことは、吸着体であるゲル自体を下記のように再生して再利用する際にも好ましい現象である。この想定外の効果は、例えば、気流Ｃ’により運ばれる活性酸素種等によるものとも考えられる。
【０１３５】
＜＜防菌・殺菌における、光触媒構造体と含水ゲルの併用効果＞＞  実験２５
改良型空気清浄装置３０を、２０年間使用している古いプレハブ（２．１ｍ×５．０ｍ×２ｍ、容積：２１ｍ３）内の片隅に設置して、２４時間連続運転前後の内壁合板の一般細菌の有無について、サン化学株式会社製のサンコリの判定法で調べた。その結果、改良型空気清浄装置３０を設置しない場合は、５枚の合板を用いた検査で、２４時間後に、３枚から一般細菌の陽性反応が確認されたが、改良型空気清浄装置３０を設置した場合は、２４時間運転後の検査で、空気清浄装置の設置場所から３．５ｍ離れた位置の５枚の合板を用いた検査で全て陰性であった。このことから、光触媒構造体１０と含水ゲル３２とを備える、改良型空気清浄装置３０は、空気の除菌・防菌効果も併せ持つことが判明した。
【０１３６】
＜＜含水ゲルの再生方法＞＞  実験２６、表１６
含水ゲル３２は、以下のようにして再生させて、何度も使用することが出来る。一ヶ月程度使用した含水ゲル３２を、５０℃の雰囲気中で強制的に脱水・乾燥させ、７カ月間保存したものを用いて、含水ゲルの再生実験を行った。このような保存物を、実験１９の表面積１１９０ｃｍ２で実施した方法で吸水させると、吸水倍率２０倍の再生含水ゲルを得ることができた。新品の吸水性樹脂を吸水させて得られる含水ゲルと比較して、外見上は全く区別がつかないのはもちろんのこと、その吸着性能も以下の通り、同程度である。実際に、改良型空気清浄装置３０を長期に使用する場合、この含水ゲルが乾燥してしまった場合には、再度吸水させることにより、何度も再生させて使用することができる。
【０１３７】
（実験２６）
【表１６】
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【０１３８】
上述の説明は、本発明の原理の単なる代表例である。本発明の多くの変更態様と変形態様は、上述の教示に鑑みて実施可能である。本発明の好ましい実施態様を開示してきたが、当業者は、幾つかの変更態様が本発明の範囲に入ることを認めるであろう。したがって、添付される請求項の範囲において、本発明を、特に説明されたものと異なる態様で実施されることがわかる。その理由のために、添付の請求項を、本発明の真の範囲と内容を判断するために検討すべきである。
【０１３９】
本出願は、２０１１年９月２８日に日本国に出願された特願２０１１−２１２６９６号に基づく優先権を主張するものであり、その開示の全ての内容をここに援用する。
【産業上の利用可能性】
【０１４０】
本発明に係る光触媒構造体及び光触媒構造体の製造方法は、良好な光触媒機能を有する構造体とその製造方法として、様々な分野で利用可能である。また、本発明に係る光触媒構造体を備える空気清浄装置は、空気の消臭、殺菌などの機能が良好な空気清浄装置として利用することができる。
【符号の説明】
【０１４１】
９・・・ファン
１０・・・光触媒構造体
１１・・・光触媒層
１１ａ・・・光触媒
１１ｂ・・・空隙
１２・・・支持基板
２０・・・空気清浄装置
２１・・・支持基板
２２・・・光源（ＬＥＤ）
２３・・・対向基板
２４・・・柱部
３０・・・改良型空気清浄装置
３２・・・含水ゲル
３３・・・含水ゲル収納容器
３３ａ・・・内側容器
３３ｂ・・・外側容器
３３ｂ１・・・穴
３５・・・空気取込口
３６・・・空気排出口
３７・・・含水ゲル収納容器側区画
３８・・・光触媒構造体側区画
４０・・・ハウジング
【図１】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図２】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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