(57)【要約】【課題】従来、柱状結晶の酸化チタンは基材に対して垂直に配置されているものが多いため、光を真上から当てない場合、活性が大きく低下するという課題を有していた。【解決手段】柱状あるいは錘状結晶からなる光触媒作用を有する物質２と基材１とを備え、少なくとも前記柱状あるいは錘状結晶からなる光触媒作用を有する物質２は、前記基材１に対して０度以上９０度未満の傾斜角を有することを特徴とする触媒体とするもので、基材１に対して光触媒作用を有する物質を斜めに配置し、光源を斜めに配置した場合でも光が光触媒作用を有する物質の真上からあたり、極力陰になる部分がないようにすることで高活性な光触媒体を実現できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
柱状あるいは錘状結晶からなる光触媒作用を有する物質と基材とを備え、少なくとも前記柱状あるいは錘状結晶からなる光触媒作用を有する物質は、前記基材に対して０度以上９０度未満の傾斜角を有することを特徴とする触媒体。
【請求項２】
柱状あるいは錘状結晶からなる光触媒作用を有する物質は、アナターゼ型の酸化チタンである請求項１記載の触媒体。
【請求項３】
柱状あるいは錘状結晶からなる光触媒作用を有する物質は多孔質体である請求項１または２記載の触媒体。
【請求項４】
基材は平面状で、かつ一定間隔ごとに積層され、柱状あるいは錘状結晶からなる光触媒作用を有する物質は、一定方向へ配向する構成とした請求項１〜３のいずれか１項に記載の触媒体。
【請求項５】
基材はハニカム構造体である請求項１記載の触媒体。
【請求項６】
柱状あるいは錘状結晶からなる光触媒作用を有する物質の代表径が１００ｎｍ以下で、かつ基材は４００ｎｍ以下の波長の光を透過する請求項１〜５のいずれか１項に記載の触媒体。
【請求項７】
基材の一部または全部を貫通する紫外線を含む光を照射する照射手段を備えた請求項１、４〜６のいずれか１項に記載の触媒体。
【請求項８】
少なくとも基材を金属アルコキシド溶液に浸漬した後、前記金属アルコキシド溶液面に対して０度を超え９０度以下の傾斜角で引き上げる工程を含む製造方法により製造される請求項１〜７のいずれか１項に記載の触媒体。
【請求項９】
物理吸着作用を有する吸着剤を含む請求項１〜８のいずれか１項に記載の触媒体。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の触媒体を用い、清浄機能、抗菌機能、脱臭機能、防汚機能等を有する触媒体応用品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大きな比表面積を有する高活性な光触媒作用を有する物質を含ませた触媒体に関するものであり、またその脱臭体を用いて、空気中の臭い成分や有害物質の分解除去、微生物の殺菌などができる浄化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、酸化チタン粉末に代表される光触媒は吸着剤や熱触媒などと比較して脱臭速度が遅いという課題があった。その課題を解決するため、柱状結晶からなる酸化チタンを基材上に配置した脱臭速度が速い、すなわち高活性な光触媒材料が開発されてきた（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−２５３９６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、柱状結晶の酸化チタンは基材に対して垂直に配置されているものが多いため、光を真上から当てない場合、活性が大きく低下するという課題を有していた。すなわち、脱臭機などに応用する場合、光触媒材料を用いてフィルター状に加工する必要があり、また酸化チタンには光が照射される必要があるが、従来技術ではフィルター中の酸化チタンの真上から光を照射することができず、高活性を維持した状態で脱臭機などに応用することができなかった。
【０００４】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、フィルターなどに加工した状態で光触媒作用を有する物質に対して真上から光を照射することは困難であったが、基材に対して光触媒作用を有する物質を斜めに配置し、光源を斜めに配置した場合でも光が光触媒作用を有する物質の真上からあたり、極力陰になる部分がないようにすることで高活性な光触媒体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、このような課題を解決するものであり、柱状あるいは錘状結晶からなる光触媒作用を有する物質と基材とを備え、前記柱状あるいは錘状結晶からなる光触媒作用を有する物質は前記基材に対して０度以上９０度未満の傾斜角を有することを特徴とする触媒体とするもので、光源を斜めに配置した場合でも光が光触媒作用を有する物質の真上からあたり、高活性な光触媒体を実現できる。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の触媒体は、高活性な光触媒体をその高い活性を維持した状態で脱臭機などの応用品に利用できるため、空気中の臭い成分や有害物質を素早く分解することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
第１の発明は、柱状あるいは錘状結晶からなる光触媒作用を有する物質と基材とを備え、少なくとも前記柱状あるいは錘状結晶からなる光触媒作用を有する物質は、前記基材に対して０度以上９０度未満の傾斜角を有することを特徴とする触媒体とするもので、基材に対して光触媒作用を有する物質を斜めに配置し、光源を斜めに配置した場合でも光が光触媒作用を有する物質の真上からあたり、極力陰になる部分がないようにすることで高活性な光触媒体を実現できる。
【０００８】
第２の発明は、柱状あるいは錘状結晶からなる光触媒作用を有する物質はアナターゼ型の酸化チタンである第１の発明の触媒体とするもので、アナターゼ型の酸化チタンは光触媒作用が他の光触媒作用を有する物質より高いため、より光触媒作用を向上させた触媒体を実現できる。
【０００９】
第３の発明は、柱状あるいは錘状結晶からなる光触媒作用を有する物質は、多孔質体である第１または第２の発明の触媒体とするもので、臭い成分の分解は光触媒作用を有する物質に接触した場合に起こるが、多孔質体とすることで高い比表面積と大きな空隙率を有するため、高活性な光触媒体を実現できる。
【００１０】
第４の発明は、基材は平面状で、かつ一定間隔ごとに積層され、柱状あるいは錘状結晶からなる光触媒作用を有する物質は、一定方向へ配向する構成とした第１〜３のいずれか１つの発明の触媒体とするもので、基材同士の間を臭い成分などを含む空気を通すことで、臭い成分などを効率よく分解除去できる高活性な光触媒体を実現できる。
【００１１】
第５の発明は、基材はハニカム構造体である第１の発明の触媒体とするもので、ハニカム構造体へ臭い成分などを含む空気を通すことで、臭い成分などをより効率よく分解除去できる高活性な光触媒体を実現できる。
【００１２】
第６の発明は、柱状あるいは錘状結晶からなる光触媒作用を有する物質の代表径が１００ｎｍ以下で、かつ基材は４００ｎｍ以下の波長の光を透過する第１〜５のいずれか１つの発明の触媒体とするもので、紫外光より小さな径とすることで光触媒作用を有する物質が紫外光を比較的よく透過し、紫外光を効率よく利用できるため、より高活性な光触媒体を実現できる。
【００１３】
第７の発明は、基材の一部または全部を貫通する紫外線を含む光を照射する照射手段を備えた第１、４〜６のいずれか１つの発明の触媒体とするもので、光触媒作用を有する物質近傍に光源を配置することができ、また基材は紫外光を透過するため紫外光を有効的に利用でき、より高活性な光触媒体を実現できる。
【００１４】
第８の発明は、少なくとも基材を金属アルコキシド溶液に浸漬した後、前記金属アルコキシド溶液面に対して０度を超え９０度以下の傾斜角で引き上げる工程を含む製造方法により製造される第１〜７のいずれか１つの発明の触媒体とするもので、容易に基材に対して光触媒作用を有する物質を斜めに配置した触媒体を作製することができ、光源を斜めに配置した場合でも光が光触媒作用を有する物質の真上からあたり、極力陰になる部分がないようにすることで高活性な光触媒体を実現できる。
【００１５】
第９の発明は、物理吸着作用を有する吸着剤を含む第１〜８のいずれか１つの発明の触媒体とするもので、ゼオライト、シリカゲル、活性炭、アルミナ、セピオライト等の物理吸着作用を有する吸着剤を加えることで、その高い吸着能力で臭い成分や有害物質を吸着除去し、吸着された臭い成分等が拡散などで光触媒に移りその表面で分解されるため、高い脱臭能力を有し、半永久的に脱臭効果が持続する触媒体を実現することができる。
【００１６】
第１０の発明は、第１〜９のいずれか１つの発明の触媒体を用い、清浄機能、抗菌機能、脱臭機能、防汚機能等を有する触媒体応用品とするもので、室内空間の臭い成分、有害物質などを酸化分解により迅速に浄化することが可能となる。
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００１８】
（実施の形態１）
図１は本発明の第１の実施の形態における触媒体を示す断面模式図である。触媒体は、柱状あるいは錘状結晶からなる光触媒作用を有する物質２（以下、本実施の形態では光触媒Ｘ２という）が基材１に傾斜角３で担持された構造をとる。このとき、アンカー効果もしくは物理的な結合もしくは化学的な結合などの作用により結合されている。
【００１９】
触媒体はＣＶＤ法、ＰＶＤ法等の各種製法ならびに金属アルコキシドを用いたゾルゲル法により作製できる。ＣＶＤ法やＰＶＤ法等で光触媒作用を有する物質の結晶核を作製した後、金属アルコキシド溶液中に浸漬し結晶核を成長させる、あるいは金属アルコキシド溶液を結晶核に塗布し固化、熱処理を行い、結晶核を成長させる。この方法により、光触媒Ｘ２は四角柱や六角柱などの角柱状、または円柱状などの柱状結晶、あるいは円錐や三角錘、四角錐などの錘状結晶となっている。これらの結晶は、さらに小さな一次結晶からなり、この一次結晶が小さいほど高活性であるといわれている。
【００２０】
柱状結晶や錘状結晶の代表径は、作製方法により２０ｎｍ程度から２０００ｎｍ程度であるが、作製過程で１００ｎｍ以下に抑えることで光触媒によく使用される３６０ｎｍ近傍の波長の紫外光をよく透過するため、紫外線の利用効率が向上し、高活性な触媒体として利用できる。また、この工程では柱状中に一部中空部分ができ、多孔質体となるため、比表面積がさらに大きなものとなり、高活性な触媒体となる。
【００２１】
基材１の材質は特に限定するものではなく、シリカやアルミナなどのセラミック繊維などが適している。なお、このときナトリウムやカリウムなど陽イオンになりやすい成分を極力少なくしておくことが望ましい。
【００２２】
さらに、触媒体にはゼオライト、セピオライト、活性炭等の臭い成分や有害物質を物理吸着する物理吸着作用を有する物質を添加しておくことにより、吸着剤による物理吸着脱臭により臭気が除去され、脱臭性能はさらに向上する。吸着剤で吸着した臭い成分は、拡散により光触媒表面上へ移動し、光触媒への光照射により励起したときに発生するラジカル等により酸化分解される。また、脱臭対象となる臭い成分にあわせて、吸着剤の選定が可能であり、また臭気濃度に応じて物理吸着作用を有する吸着剤の量を変えることが可能である。
【００２３】
本実施の形態で行った基材１への光触媒Ｘ２の担持方法を説明する。
【００２４】
基材１にはシリカ繊維のシートを用い、それにスパッタリングにより結晶核を作製した。結晶核の代表径は３０ｎｍ〜５０ｎｍ程度であった。次にチタンテトライソプロポキシド（以下、本実施の形態ではＴＴＩＰという）６０ｇを５００ｍｌの無水エタノールで希釈し、攪拌しながらジエタノールアミン２０ｇと水５ｇを添加し、その後常温にて約４時間攪拌を行った。この溶液に、結晶核を作製したシリカ繊維シートを浸漬させた後、すぐに引き上げた。引き上げ時にはシリカ繊維シートを斜めに引き上げ、その状態を維持し、約２００℃の乾燥炉へ移し、そこで約２時間乾燥させた。このときの引き上げ角度は０度を超え９０度以下であり、この角度により傾斜角３が決定されることとなるので、望ましくは３０度から６０度程度である。その後、酸化チタンの結晶をアナターゼにする目的で、昇温速度１０℃／分、到達温度５５０℃の条件で熱処理を行うことで本発明の触媒体とした。
【００２５】
（実施の形態２）
図２は本発明の第２の実施の形態における触媒体を示す模式図である。図２（ａ）は本実施例の触媒体Ａの模式図であり、（ｂ）は図２の触媒体Ａの断面模式図である。６の触媒体Ａは、実施の形態１で作製した触媒体を、一定間隔をあけ、層状に積層した構造を取っている。したがって、実施の形態１同様、柱状あるいは錘状結晶からなる光触媒作用を有する物質（以下、本実施の形態では光触媒Ｗ９という）が基材１０に担持された構造をとる。そして、少なくとも４００ｎｍ以下の紫外線を含む光を照射する照射手段７を触媒体Ａの外側に設置する。このとき、光触媒Ｗ９が向いている方向が一番多い方向に、そして極力触媒体Ａに近く、かつ触媒体Ａに光が当たる場所に照射手段７を設置する。
【００２６】
また、基材１０をフッ素樹脂やアクリル樹脂など紫外線を比較的よく透過する材質を用い、さらに代表径が１００ｎｍ以下の光触媒Ｗ９を作製した場合、基材１０および光触媒Ｗ９は紫外光を透過できるため、照射手段７は触媒体Ａの内部に配置することで光源近傍の強力な光を効率よく利用することができ、高活性な触媒体を実現できる。
【００２７】
次に照射手段７について説明する。照射手段７は、４００ｎｍ以下の波長の光を照射できるものが望ましく、１８５ｎｍや２５４ｎｍ付近の二波長の紫外線を発生させるオゾンランプや、２５４ｎｍ付近の紫外線を発生させる殺菌ランプ、３６０ｎｍ付近の紫外線を発生させる紫外線ランプやブラックライトなどがある。環境・健康面への配慮や、樹脂劣化防止などの観点から、ブラックライトやピーク波長が３００ｎｍ〜４００ｎｍ程度の紫外線ランプの使用が望ましい。また、ランプの方式は熱陰極タイプ、冷陰極タイプ、無電極タイプなどがあるが、どれを用いても良いが、耐久性を考慮すると冷陰極タイプや無電極タイプが望ましい。本実施の形態では、３６５ｎｍ近傍に波長ピークを持つ、冷陰極タイプの紫外線ランプを用いた。さらには、ＬＥＤで３８０〜４００ｎｍ付近の紫外線を発するものを用いても良く、この場合点灯と消灯を繰り返すように用い温度上昇を抑えると、ＬＥＤの劣化を抑えることができるため、長期間使用することができる。
【００２８】
基材１０同士の間隔は特に限定するものではないが、広すぎる場合、比表面積が小さくなるので臭い成分や有害物質の分解効率は悪くなり、一方で狭すぎると照射手段７からの光が内部まで届かなくなることや、圧力損失が大きくなるなどの課題がある。触媒体Ａの大きさにも寄るが、一般的には１ｍｍ〜１０ｍｍ程度が最適である。
【００２９】
以上のように構成された触媒体Ａについて、紫外線ランプを点灯させ、基材１０同士の間を通るように風を流すことで、光触媒Ｗ９表面上では光触媒作用により臭い成分や有害物質の分解が開始され、従来の触媒体より効率よく臭い成分や有害物質の分解を行うことができる触媒体を実現できる。
【００３０】
（実施の形態３）
次に、図３は本発明の第３の実施の形態における触媒体の模式図を示すものである。図３（ａ）は本実施例の触媒体Ｂの模式図であり、（ｂ）は図３の触媒体Ｂの断面模式図である。２１の触媒体Ｂは、コルゲート加工あるいは打ち抜き加工などによるハニカム構造体であり、その表面に柱状あるいは錘状結晶からなる光触媒作用を有する物質２４（以下、本実施例では光触媒Ｙ２４という）を基材２５に担持された構造をとる。
【００３１】
ハニカム構造体のセル数は特に限定されないが、小さすぎる場合、比表面積が小さくなるので臭い成分や有害物質の分解効率は悪くなり、一方で大きすぎると照射手段からの光が内部まで届かなくなることや、圧力損失が大きくなるなどの課題がある。触媒体Ｂ２１の大きさにも寄るが、一般的には１００セル／ｉｎｃｈ２〜３５０セル／ｉｎｃｈ２が最適である。また、ハニカム構造体の材質も特に限定されるものではないが、紫外線や光触媒によって劣化されず、また光触媒作用を有する物質を担持しやすいセラミックス繊維などが望ましく、さらには紫外線を透過し、かつ光触媒作用を有する物質により劣化しにくいフッ素樹脂なども望ましい。
【００３２】
少なくとも４００ｎｍ以下の紫外線を含む光を照射する照射手段２２を触媒体Ｂ２１の外側、あるいは基材の一部または全部を貫通するように触媒体Ｂ２１の内部に設置する。このとき、光触媒Ｙ２４の多くを照射手段２２の方向へ配向させ、その代表径が１００ｎｍ以下で基材２５に紫外線をよく透過する材質のものを用いることで、光源近傍の強力な光を効率よく利用することができ、高活性な触媒体を実現できる。
【００３３】
（実施の形態４）
図４は本発明の第４の実施の形態における浄化装置を示す模式図である。筐体４０と、触媒体Ｚ４１と照射手段４２と送風機４３から構成されている。触媒体Ｚ４１には、実施の形態１で用いた触媒体と照射手段４２あるいは実施の形態２、３で用いた触媒体Ａや触媒体Ｂを用いた。また送風機は、シロッコファン、ターボファン、プロペラファン、クロスフローファン、貫流ファン等が一般の送風機として使用されるが、本実施の形態ではプロペラファンを用いた。
【００３４】
次に実験手順について説明する。触媒体Ｚ４１にそれぞれ触媒体Ａと触媒体Ｂとを設置した浄化装置２台を用意した（以下、本実施の形態ではそれぞれ浄化装置Ａ、Ｂという）。また、触媒体Ｚ４１に触媒体Ｂ２１の光触媒Ｙ２４が基材２５と垂直になっているものを設置した清浄装置（以下、本実施の形態では浄化装置Ｃという）を比較例として用意した。
【００３５】
前記浄化装置をそれぞれ１ｍ３のアクリル製容器中央に設置し、前記容器内にアセトアルデヒドガスを注入し、２０ｐｐｍとなるようにした。次に、送風機４３、紫外線ランプ４２を動作させ、容器内のアセトアルデヒド濃度の経時変化を測定した。結果、１時間後の容器内のアセトアルデヒド濃度は、浄化装置Ａが２ｐｐｍ、浄化装置Ｂが１ｐｐｍ、浄化装置Ｃが５ｐｐｍであった。したがって、浄化装置ＡおよびＢの分解効率が非常に優れていることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
以上のように、本発明にかかる触媒体およびそれを用いた応用品は、上記したように清浄機能、抗菌機能、脱臭機能、防汚機能などにおいて、顕著な効果を有し、空気清浄機、脱臭機、冷暖房機等の各種空調機器、アレルゲン分解機あるいは浄水器や水質浄化機器などの環境浄化装置等の用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１の実施の形態における触媒体を示す模式図
【図２】（ａ）本発明の第２の実施の形態における触媒体を示す模式図（ｂ）図２（ａ）の断面図
【図３】（ａ）本発明の第３の実施の形態における触媒体を示す模式図（ｂ）図３（ａ）の断面図
【図４】本発明の第４の実施の形態における浄化装置の模式図
【符号の説明】
【００３８】
１  基材
２  柱状あるいは錘状結晶からなる光触媒作用を有する物質
３  傾斜角
６  触媒体Ａ
７  照射手段
８  流れ方向
９  柱状あるいは錘状結晶からなる光触媒作用を有する物質
１０  基材
１１  紫外線
２１  触媒体Ｂ
２２  照射手段
２３  流れ方向
２４  柱状あるいは錘状結晶からなる光触媒作用を有する物質
２５  基材
４０  筐体
４１  触媒体Ｚ
４２  照射手段
４３  送風機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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