(57)【要約】    【課題】  光がない状態においても被処理気体中の対象物を分解して除去することができるようにする。    【解決手段】  反応槽２は、触媒としての半導体層とその半導体層に電圧を印加する電極を備えており、反応槽２の電極には半導体層を構成する半導体のバンドギャップ以上の電圧を印加する電源装置４が接続されている。反応槽２には矢印で示されるように被処理気体が流れる。触媒の半導体層では電圧印加により電子とホールができて活性化されており、その半導体層の表面に被処理気体中のＮｏｘや有機物などの対象物が接触することによって分解し、除去される。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体層にそのバンドギャップ以上の電圧を印加してホールと電子を発生させながら、前記半導体層に被処理気体を接触させることにより、その被処理気体中の対象物を前記半導体層表面で分解するガス浄化方法。
【請求項２】
触媒としての半導体層とその半導体層に電圧を印加する電極を備えた反応槽と、
前記電極に接続され、前記半導体のバンドギャップ以上の電圧を印加する電源装置と、
前記反応槽に被処理気体を供給するガス供給装置と、を備えたガス浄化装置。
【請求項３】
前記反応槽は前記電極として正電極と負電極からなる一対の電極をもち、その電極間に、絶縁体からなる担体に前記半導体層が担持された触媒が充填されたものであり、被処理気体が前記触媒の隙間を流れる請求項２に記載のガス浄化装置。
【請求項４】
前記反応槽は開口をもつように組み立てられた導電性板状基材からなる担体の表面に前記半導体層が被覆されたものであり、その板状担体が前記電極となり、被処理気体がその板状担体の開口を流れる請求項２に記載のガス浄化装置。
【請求項５】
前記反応槽は開口をもつように組み立てられた絶縁性板状基材の表面に導電層を有する担体の表面に前記半導体層が被覆されたものであり、前記導電層が前記電極となり被処理気体がその板状担体の開口を流れる請求項２に記載のガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は大気中や排ガス中の有害物質であるＮＯｘなどの無機物、アルデヒドやウイルスなどの有機物、悪臭の原因となる物質(これらを総称して対象物という)を分解して除去するガス浄化方法とその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
大気中のＮＯｘや有機物を分解するものとしては酸化チタン（ＴｉＯ2）で代表される光触媒が用いられている。光触媒は光を照射すると電子とホールが発生し、そこに大気中の有機物などが触れると分解して除去される。
光触媒を活性化して大気の浄化作用を起こさせるためには光の照射が必須の条件である。照射する光は主として紫外線である。可視領域の光でも活性を示す光触媒の改良が進められているが、まだ十分な特性をもっているとはいえない。
【０００３】
したがって、光触媒による浄化作用は屋外の光があたる場所であるか、屋内であれば別途紫外線を発生する光源を用意しなければならないという制約がある。一方、浄化したい被処理気体が存在する場所は必ずしも屋外の日のあたる場所であるとは限らず、光触媒はそれを活性化するための十分な光が得られない場所又は状態では使用することができない。そのため被処理気体との接触面積を増やすことが容易ではなく、効率が悪いという課題をもっている。
【０００４】
光触媒の使用方法として、光を照射して活性化することが前提ではあるが、補助的に電圧を印加することが提案されている(特許文献1参照)。そこでは光触媒の大気清浄効果を促進する目的で、基板上の導電膜上に光触媒を成膜し、導電膜に電圧をかけることにより光照射により生じた電子を分離して光触媒内でホールと電子の再結合が起きにくくすることにより光触媒の効果を促進させている。したがって、その場合も光照射が必須の条件であり、電圧の印加はその光触媒効果を促進する補助的な手段として用いられているにすぎない。
【特許文献１】特開平１１−１２８７５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は従来の光触媒の利用方法とは異なり、光がない状態においても被処理気体中の対象物を分解して除去することのできるガス浄化方法とそのための装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、半導体層を活性化するために光照射を行なうのではなく、そのバンドギャップ以上の電圧を印加して励起することによって対象物を分解し除去する作用を起こさせるものである。
【０００７】
すなわち、本発明のガス浄化方法は、半導体層にそのバンドギャップ以上の電圧を印加してホールと電子を発生させながら、半導体層に被処理気体を接触させることにより、その被処理気体中の対象物を半導体層表面で分解する方法である
【０００８】
本発明のガス浄化装置は、触媒としての半導体層とその半導体層に電圧を印加する電極を備えた反応槽と、前記電極に接続され、前記半導体のバンドギャップ以上の電圧を印加する電源装置と、前記反応槽に被処理気体を供給するガス供給装置とを備えている。
【０００９】
反応槽の一例は、前記電極として正電極と負電極からなる一対の電極をもち、その電極間に、絶縁体からなる担体に前記半導体層が担持された触媒が充填されたものであり、被処理気体が前記触媒の隙間を流れる。
【００１０】
反応槽の他の例は、開口をもつように組み立てられた導電性板状基材からなる担体の表面に前記半導体層が被覆されたものであり、その板状担体が前記電極となり、被処理気体がその板状担体の開口を流れる。
【００１１】
反応槽のさらに他の例は、開口をもつように組み立てられた絶縁性板状基材の表面に導電層を有する担体の表面に前記半導体層が被覆されたものであり、前記導電層が前記電極となり被処理気体がその板状担体の開口を流れる。
【００１２】
被処理気体中の対象物は、ＮＯｘなどの無機物、アルデヒドやウイルスなどの有機物、悪臭の原因となる物質など、従来の光触媒が分解除去の対象としているものと同じである。
本発明で用いる半導体としては、光触媒作用をもつものとして知られているものを使用することができる。具体的には酸化チタン（ＴｉＯ2）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）、硫化カドニウム(ＣｄＳ)、タンタル酸カリウム（ＫＴａＯ3）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ3）、酸化ニオブ（ＮＢ2Ｏ5）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化鉄（Ｆｅ2Ｏ3）、酸化タングステン（ＷＯ3）、酸化錫（ＳｎＯ2）などを用いることができる。
これらの半導体はそれぞれ固有のバンドギャップをもっており、本発明ではそれらのバンドギャップ以上の電圧を印加することによって活性化して電子とホールを生成させる。
【発明の効果】
【００１３】
光触媒としての従来の使用方法であれば光があたる部分でしか対象物を分解除去することができないが、本発明は半導体層に電圧を印加する方法をとるため、光の存在を条件としないので、半導体層の設置場所や状態に対する制約が少なくなり、対象物との接触面積を増やすことができる。
【００１４】
また、光触媒では光照射により励起されてホールと電子が発生してもそれらが再結合することによる効率の低下が起こる。しかし本発明では常に電界がかかっているためホールと電子が再結合しにくく、効率が高くなる利点もある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図1は本発明を概略的に示したものである。
２は反応槽で、触媒としての半導体層とその半導体層に電圧を印加する電極を備えている。４は反応槽２の電極に接続され、半導体層を構成する半導体のバンドギャップ以上の電圧を印加する電源装置である。反応槽２には矢印で示されるように被処理気体を供給するガス供給装置（図示略）が接続されている。
【００１６】
図２はガス浄化装置の一実施例を示したものである。
反応槽６は筒状の容器内に形成されており、その容器の筒に沿って正電極８と負電極１０が対向して配置されている。正電極８と負電極１０は互いに接触することなく対向している。正電極８と負電極１０の間には粒状の担体に半導体層が担持された触媒１２が充填されている。
【００１７】
反応槽６に被処理気体を供給するためにガス供給装置としてポンプ１４が接続され、ポンプ１４から大気や排ガスなどの被処理気体が反応槽６に供給され、反応槽６内で触媒１２間の隙間を流れて反応槽６から外部へ排出される。
【００１８】
被処理気体が触媒１２の隙間を流れるとき、電極８と１０の間には触媒１２の半導体のバンドギャップ以上の電界が作用するように高電圧が印加される。その高電圧印加により、触媒１２の半導体層では電子とホールができて触媒１２が活性化されており、その触媒１２の表面に被処理気体中のＮｏｘや有機物などの対象物が接触することによって分解し、除去される。
【００１９】
反応槽６の容器の形状は図２のような円筒状に限らず、内部に触媒を充填することができ、被処理気体を流すことのできる筒状の形状であればよい。
触媒１２は、例えばシリカやアルミナなどの粒状の担体、又はガラスビーズなどの担体の表面に酸化チタンなどの半導体層が担持されたものである。
【００２０】
担体の表面に半導体層を担持するには、例えば酸化チタンのゾルに担体を浸し、乾燥させた後に焼成するか、さらにゾルに無機系樹脂を混合したものに担体を浸し、乾燥させた後に焼成する。また他の担持方法としては酸化チタンのコーティング剤を使用し、そのコーティング剤中に担体を浸し、乾燥させた後に焼成することによっても担持することができる。半導体層は酸化チタンに限らず、酸化チタン層以外の他の半導体層を担持する場合も同様に行なうことができる。
【００２１】
図３は第２の実施例を表わす。この実施例では反応槽２０内には被処理気体が流れる方向に対し、微細な孔が開いている状態に組み立てられた板状の担体２２が収納されている。
担体２２の一例は、導電性金属、例えばアルミニウムの基材で構成されたものである。
担体２２の他の例は、ガラスやセラミックなどの絶縁性の基材の表面に導電膜を被覆したものである。導電膜としては、アルミニウム、銅、金、ＩＴＯ（インジウム錫オキサイド）などを使用することができる。
【００２２】
担体２２の表面には半導体層として、例えば酸化チタン層が被覆されている。半導体層は酸化チタンに限らない。
担体２２の形状は、例えばハニカム状が好ましいが、表面に半導体層を担持することができ、被処理気体が流れる隙間を確保することのできる構造であれば、形状は限定されない。
【００２３】
担体２２が導電性板状基材からなる場合はその基材自体が電極となり、担体２２が絶縁性板状基材の表面に導電膜が形成されたものである場合はその導電膜が電極となり、電源装置から担体２２を介して担体２２の表面に被覆された半導体層に、その半導体のバンドギャップ以上の電界がかかるように高電圧が印加される。
【００２４】
反応槽２０に対し、ポンプ１４から大気や排ガスなどの被処理気体が供給され、高電圧が印加された状態の担体２２の表面の半導体層と接触しながら被処理気体が排気口方向に流れ、その間に被処理気体中の対象物が分解除去される。
【００２５】
担体２２の表面に半導体層として酸化チタン層を被覆するには、例えば酸化チタンコーティング剤に担体２２を浸し、乾燥させた後、焼成する。半導体層としての酸化チタン層を形成する他の方法として、チタンのアルコキシドをアルコールで希釈し、酸触媒で加水分解したものを担体表面に塗布し、乾燥させた後、５００℃程度で焼成する。酸化チタン層以外の他の半導体層を形成する場合も同様に行なうことができる。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明は、大気中や排ガス中のＮＯｘなどの無機物、アルデヒドやウイルスなどの有機物、悪臭の原因となる物質を分解して除去する方法又は装置として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明を概略的に示すブロック図である。
【図２】一実施例を概略的に示す要部斜視図である。
【図３】他の実施例を概略的に示す要部断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
２，６，２０      反応槽
４      電源装置
８，１０      電極
１２      触媒
１４      ポンプ
２２      担体
【図１】
2006130456.tif 000003
【図２】
2006130456.tif 000004
【図３】
2006130456.tif 000005