(57)【要約】      （修正有）【課題】信頼性の向上と、坦持力の増大とを図ることができる光触媒体を提供。【解決手段】基体２の上に設けられ、光触媒材料を含む光触媒層３と、光触媒層３の上に設けられ、好ましくは、光触媒層３を、覆っている、ゼオライトを含む被覆層４と、を具備しており、光触媒層３の重量をＷ３とし、被覆層４の重量をＷ４とした場合に、０．２≦（Ｗ３／Ｗ４）≦０．４、の関係を満足するように積層された構造を有するように構成されている光触媒体１。基体２の材料は、空隙率が１０〜４０％のセラミックスであることが望ましい、光触媒体１。【選択図】図２
2018140324.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体の上に設けられ、光触媒材料を含む光触媒層と；
前記光触媒層の上に設けられ、ゼオライトを含む被覆層と；
を具備した光触媒体。
【請求項２】
前記被覆層は、前記光触媒層を覆っている請求項１記載の光触媒体。
【請求項３】
前記被覆層の一部は、前記光触媒層を通って前記基体と接触している請求項１または２に記載の光触媒体。
【請求項４】
前記光触媒層の重量をＷ３、前記被覆層の重量をＷ４とした場合に以下の式を満足する請求項１〜３のいずれか１つに記載の光触媒体。
０．２≦（Ｗ３／Ｗ４）≦０．４
【請求項５】
前記基体の材料は、空隙率が１０％以上、４０％以下のセラミックスである請求項１〜４のいずれか１つに記載の光触媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、光触媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、二酸化チタン（ＴｉＯ２）に代表される光触媒材料が注目を集めている。二酸化チタンの場合、３８７ｎｍ以下の波長を有する光が照射されると光励起され、二酸化チタンの内部に電子・正孔対が生成される。すると、生成された電子・正孔対により二酸化チタンの表面及びその近傍に、水酸基ラジカルや、スーパーオキサイドイオンなどの活性酸素種が発生する。そして、発生した活性酸素種の持つ酸化力により、分解活性や親水化などが生じる。発生した分解活性や親水化などの作用を利用すれば、自己洗浄、脱臭、抗菌などを行うことができる。そのため、二酸化チタンが坦持された光触媒体を備えた各種の部材、製品群が提案されている。
【０００３】
光触媒体においては、光触媒活性を高めるため、二酸化チタンを含む粒子の平均粒径は１μｍ以下とされる場合が多い。そして、光触媒体を製造する際には、水を主成分とする溶液に、二酸化チタンを含む複数の粒子を分散させた分散液が用いられる場合がある。分散液を用いる場合には、分散液に基板などの基体を浸漬させ、浸漬させた基体を分散液から引き上げ、分散液を乾燥させることで基体の表面に二酸化チタンを含む複数の粒子を付着させるようにしている。ところが、この様にして二酸化チタンを含む複数の粒子を付着させると、二酸化チタンを含む複数の粒子が基体から脱落し易くなるという問題がある。
【０００４】
そのため、セラミックスからなる基体の表面に二酸化チタンを含む複数の粒子を付着させ、これを１０００℃以上に加熱して、基体と二酸化チタンを含む複数の粒子とを拡散接合させる技術が提案されている。この様にすれば、坦持力を増加させることができる。しかしながら、この様にすれば、加熱により二酸化チタンの結晶構造が変化してしまい光触媒作用が低下するという新たな問題が生じる。
【０００５】
また、二酸化チタンを含む複数の粒子と、接着性を有するバインダーとを含む分散液を用いて、バインダーにより二酸化チタンを含む複数の粒子を覆う技術も提案されている。この様にすれば、坦持力を増加させることができる。しかしながら、バインダーの材料が有機物の場合には、発生した活性酸素種の持つ強力な酸化作用により、バインダーが変質してしまい、信頼性が低下するという問題が生じる。
【０００６】
そこで、基体の上にゼオライトを含む層を形成し、ゼオライトを含む層の上に二酸化チタンを含む複数の粒子を坦持させる技術が提案されている。また、基体の上にゼオライトを含む多孔質層を形成し、ゼオライトを含む多孔質層に二酸化チタンを含む複数の粒子を坦持させる技術も提案されている。この場合、ゼオライトは、発生した活性酸素種の持つ強力な酸化作用によっても変質することがないので、信頼性を向上させることができる。
【０００７】
ところが、ゼオライトを含む層の上に二酸化チタンを含む複数の粒子を坦持させたり、ゼオライトを含む多孔質層に二酸化チタンを含む複数の粒子を坦持させたりすれば、光触媒体の表面に露出する粒子が多くなる。そのため、例えば、光触媒体が流れの速いガス中に設けられる場合などにおいては、二酸化チタンを含む複数の粒子が光触媒体から脱落するおそれがある。  
そこで、信頼性の向上と、坦持力の増大とを図ることができる光触媒体の開発が望まれていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−９８２９４号公報
【特許文献２】特開２０００−２３７５９９号公報
【特許文献３】特開平７−１６４７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明が解決しようとする課題は、信頼性の向上と、坦持力の増大とを図ることができる光触媒体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
実施形態に係る光触媒体は、基体の上に設けられ、光触媒材料を含む光触媒層と；前記光触媒層の上に設けられ、ゼオライトを含む被覆層と；を具備している。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の実施形態によれば、信頼性の向上と、坦持力の増大とを図ることができる光触媒体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施の形態に係る光触媒体１を例示するための模式断面図である。
【図２】光触媒体１の断面の電子顕微鏡写真である。
【図３】光触媒体１の上面の電子顕微鏡写真である。
【図４】アルミニウムに対する元素分布評価を例示するための写真である。
【図５】チタンに対する元素分布評価を例示するための写真である。
【図６】除塵率を用いて坦持力の向上を説明するためのグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しつつ、実施の形態について例示をする。  
図１は、本実施の形態に係る光触媒体１を例示するための模式断面図である。  
図１に示すように、光触媒体１には、基体２、光触媒層３、および被覆層４が設けられている。
【００１４】
基体２の形状、寸法、形態などには特に限定はない。例えば、図１に示すように、基体２は板状体とすることができる。なお、基体２は、ブロック状、フィルム状、セラミックファイバー織布、不織布などの形態を有するものであってもよい。  
基体２の材料は、例えば、セラミックスとすることができる。セラミックスは、例えば、酸化アルミニウムなどとすることができる。また、基体２は、多孔質体とすることが好ましい。基体２が多孔質体であれば、微細な凹凸が基体２の表面に設けられることになる。微細な凹凸が基体２の表面に設けられていれば、基体２と光触媒層３とが接触する面積を大きくすることができる。基体２と光触媒層３とが接触する面積を大きくすることができれば坦持力を増大させることができるので、光触媒層３が基体２から剥がれるのを抑制することができる。この場合、空隙率（void fraction）を大きくすれば、坦持力を増大させることができる。一方、空隙率を大きくしすぎると、基体２の剛性が不足して光触媒体１の破損が生じ易くなる。  
本発明者の得た知見によれば、空隙率は、１０％以上、４０％以下とすることが好ましい。この様にすれば、光触媒層３が基体２から剥がれるのを抑制することができ、且つ、実使用に耐える剛性を得ることができる。
【００１５】
光触媒層３は、基体２の上に設けられている。なお、光触媒層３が基体２の一方の主面に設けられる場合を例示したがこれに限定されるわけではない。光触媒層３は、基体２の両方の主面に設けることもできるし、基体２の全面に設けることもできるし、基体２の一部分に設けることもできる。  
光触媒層３は、複数の光触媒を含んでいる。光触媒は、例えば、二酸化チタンなどの光触媒材料から形成されている。ただし、光触媒材料は、二酸化チタンに限定されるわけではなく、例えば、酸化タングステンなどであってもよい。また、光触媒は、粒状を呈している。この場合、光触媒の粒径を小さくすれば、光触媒と処理対象のガスとが接触する面積を大きくすることができる。光触媒とガスとが接触する面積を大きくすることができれば、光触媒活性を高めることができる。そのため、光触媒の平均粒径は１μｍ以下とされている。この場合、光触媒の平均粒径は１００ｎｍ以下とすることが好ましい。また、光触媒は粒状を呈しているので、光触媒と光触媒の間には空隙がある。
【００１６】
被覆層４は、光触媒層３の上に設けられている。なお、被覆層４は、光触媒層３を覆うように設けることができる。後述するように、被覆層４は、ゼオライトを含んでいる。
【００１７】
図２は、光触媒体１の断面の電子顕微鏡写真である。  
図３は、光触媒体１の上面の電子顕微鏡写真である。  
図４は、アルミニウムに対する元素分布評価を例示するための写真である。  
図５は、チタンに対する元素分布評価を例示するための写真である。  
なお、図４および図５は、電子線マイクロアナライザ（Electron Probe Micro Analyzer）による測定結果である。また、図４においては、アルミニウムが多くなるほど明るくなるように表示している。図５においては、チタンが多くなるほど明るくなるように表示している。
【００１８】
図２から分かるように、基体２の上には２つの層が設けられている。  
また、図３から分かるように、２つの層のうち上側の層の表面は結晶からなっている。  Ｘ線回折（X‐ray diffraction）法を用いて上側の層の表面を分析した結果、上側の層はゼオライトを含むことが判明した。すなわち、図２における上側の層は、ゼオライトを含む被覆層４であることが判明した。  
また、Ｘ線回折法を用いて下側の層を分析した結果、下側の層にはゼオライトと、ルチル型の二酸化チタンが含まれていることが判明した。すなわち、図２における下側の層は、二酸化チタンを含む光触媒層３であり、ゼオライトを含む被覆層４の一部が入り込んでいることが判明した。  
また、図３から分かるように、上側の層の表面には粒状の物質がない。そのため、被覆層４は、光触媒層３を覆っていることが判明した。
【００１９】
また、図４から分かるように、基体２は酸化アルミニウムからなる基板としたため、基体２には多量のアルミニウムが含まれている。また、基体２の上に設けられた層（下側の層）には僅かにアルミニウムが含まれていることが分かる。なお、後述する様に、下側の層に含まれているアルミニウムは、ゼオライトによるものである。
また、図５から分かるように、下側の層には多量のチタンが含まれ、基体２および上側の層にはチタンが含まれていないことが分かる。すなわち、下側の層は、二酸化チタンを含む光触媒層３であることが判明した。
【００２０】
以上より、基体２の上には、光触媒材料（二酸化チタン）を含む光触媒層３が設けられ、光触媒層３の上にゼオライトを含む被覆層４が設けられていることが分かる。また、被覆層４は光触媒層３を覆っており、光触媒体１の表面には粒状の光触媒が露出していないことが分かる。  
すなわち、本実施の形態に係る光触媒体１は、ゼオライトを含む層の上に複数の粒状の光触媒を坦持させたものではないことは明らかである。  
また、本実施の形態に係る光触媒体１は、ゼオライトを含む多孔質層に複数の粒状の光触媒を坦持させたものではないことは明らかである。
【００２１】
また、図４から分かるように、光触媒層３には僅かにアルミニウムが含まれている。ここで、ゼオライトは、結晶性アルミノ珪酸塩の総称であり、珪素素(Ｓｉ)とアルミニウム(Ａｌ)が酸素(Ｏ)を介して結合した構造を有している。すなわち、ゼオライトには、アルミニウムが含まれている。また、前述したように、光触媒層３は、複数の粒状の光触媒からなる。そのため、光触媒層３は、光触媒と光触媒の間に形成された空隙を有している。以上より、光触媒層３に含まれているアルミニウムは、光触媒層３の空隙に侵入したゼオライト（被覆層４）によるものであることが分かる。本発明の得た知見によれば、被覆層４の一部は、光触媒層３を通って基体２の表面に接触していることが判明した。被覆層４の一部が基体２の表面に接触していれば、光触媒層３が基体２から剥離し難くなる。また、被覆層４は、光触媒層３を覆っているので、粒状の光触媒が脱落し難くなる。
【００２２】
図６は、除塵率を用いて坦持力の向上を説明するためのグラフ図である。  
なお、図６中の測定試料Ａは、比較例に係る光触媒体である。比較例に係る光触媒体には、被覆層４が設けられていない。すなわち、測定試料Ａは、基体２と、基体２の上に設けられた光触媒層３のみを有している。測定試料Ａは、以下のようにして作成した。まず、水を主成分とする溶液に、二酸化チタンを含む光触媒を分散させて分散液を生成する。光触媒の含有率は２０ｗｔ％、光触媒の平均粒径は１００ｎｍとした。次に、分散液に基体２を数秒間浸漬させる。次に、浸漬させた基体２を分散液から引き上げ、分散液を乾燥させて基体２の上に光触媒層３を形成する。  
図６中の測定試料Ｂは、本実施の形態に係る光触媒体１である。なお、測定試料Ｂの製造方法に関する詳細は後述する。
【００２３】
ここで、除去された光触媒層３および被覆層４の割合を除塵率とすれば、除塵率が小さくなるほど担持力が大きいと評価することができる。坦持力が大きければ、光触媒層３および被覆層４が剥離し難くなる。また、粒状の光触媒が脱落し難くなる。
【００２４】
除塵率は、以下のようにして求めた。  
まず、０．５ＭＰａの高圧エアーを測定試料に吹き付ける。
次に、吹きつけの前後における測定試料の重量を測定し、以下のようにして除塵率を求める。  
例えば、吹きつけの前における測定試料の重量から、基体２の重量を差し引き、吹きつけの前における光触媒層３および被覆層４の重量Ｗ１を求める。  
次に、吹きつけの前における測定試料の重量から、吹きつけの後における測定試料の重量を差し引いて、除去された触媒層３および被覆層４の重量Ｗ２を求める。  
次に、以下の式により除塵率Ｄ（％）を求める。  
Ｄ（％）＝（Ｗ２／Ｗ１）×１００
【００２５】
図６から分かるように、本実施の形態に係る光触媒体１（測定試料Ｂ）とすれば、被覆層４が設けられていない光触媒体（測定試料Ａ）に比べて、除塵率を大幅に小さくすることができる。このことは、本実施の形態に係る光触媒体１とすれば、坦持力を大幅に大きくすることができることを意味する。  
また、被覆層４に含まれるゼオライトは、光触媒層３において発生した活性酸素種の持つ強力な酸化作用により変質することがない。そのため、本実施の形態に係る光触媒体１とすれば、信頼性を向上させることができる。  
すなわち、本実施の形態に係る光触媒体１とすれば、信頼性の向上と、坦持力の増大とを図ることができる。
【００２６】
ここで、光触媒層３は被覆層４により覆われている。そのため、光触媒層３（光触媒）と処理対象のガスとが接触しにくくなり、光触媒体１における光触媒活性が低下するとも考えられる。  
そこで、本発明者は、以下の様にして光触媒体１における光触媒活性の評価を行った。  まず、測定試料をガラス製のシャーレ内に載置する。  
次に、シャーレ内に２５ｐｐｍのメチレンブルー水溶液を入れ、ガラス製の蓋により密閉する。  
次に、室温の暗所において、これを４７．２時間放置する。この様にしたのは、メチレンブルー水溶液が測定試料に吸着されることを考慮して、吸着平衡に達するのを待つためである。  
次に、ＵＶランプを用いて、シャーレ内の測定試料に紫外線を照射する。ＵＶランプのワット数は８Ｗ、波長分布は３００ｎｍ〜４００ｎｍ、中心波長は３５５ｎｍとすることができる。また、ＵＶランプと測定試料との間の距離は７ｃｍとすることができる。  
シャーレ中の水溶液におけるメチレンブルーの濃度変化は、分光光度計により測定することができる。なお、メチレンブルーの濃度変化は、波長６３３ｎｍにおける吸光度から算出した。この場合、メチレンブルーの濃度変化が大きくなるほど光触媒活性が高いことになる。
【００２７】
そして、前述した測定試料Ａおよび測定試料Ｂのそれぞれについて、以上の手順に従って評価を行った。  
その結果、測定試料Ｂの光触媒活性は、測定試料Ａの光触媒活性とほぼ同等であることが判明した。すなわち、本実施の形態に係る光触媒体１の光触媒活性は、光触媒層３が露出している光触媒体の光触媒活性とほぼ同等であることが判明した。
【００２８】
このことは以下のように考えることができる。  
図３から分かるように、被覆層４は、ゼオライトの結晶からなっている。ゼオライトの結晶は多孔質であり、一般的には、直径寸法が０．２ｎｍ〜１．０ｎｍ程度の孔が多数あいている。そのため、処理対象のガスは、被覆層４（ゼオライトの結晶）を透過し、光触媒層３（光触媒）と接触することができる。その結果、光触媒体１の光触媒活性は、光触媒層３が露出している光触媒体の光触媒活性とほぼ同等とすることができる。
【００２９】
ただし、被覆層４の厚みを厚くしすぎると、光触媒層３（光触媒）と処理対象のガスとが接触しにくくなる。光触媒層３とガスとが接触しにくくなると、光触媒活性が低下するおそれがある。一方、被覆層４の厚みを薄くしすぎると、光触媒層３を坦持する効果が低下するおそれがある。本発明者の得た知見によれば、以下の式を満足するようにすれば、光触媒活性の低下を抑制することができ、且つ、光触媒層３を坦持する効果を向上させることができる。  
０．２≦（Ｗ３／Ｗ４）≦０．４  
Ｗ３は、光触媒層３の重量である。  
Ｗ４は、被覆層４の重量である。
なお、ゼオライトの結晶にあいている孔の直径寸法は、光触媒の平均粒径よりも遙かに小さい。そのため、光触媒が、ゼオライトの結晶にあいている孔を通過することはない。
【００３０】
（実施例）  
以下、実施例に基づいて、測定試料Ｂの製造方法、すなわち、本実施の形態に係る光触媒体１の製造方法について説明する。ただし、以下の実施例は、本発明を限定するものではない。
【００３１】
まず、第１の溶液と第２の溶液を生成する。  
第１の溶液は、以下の様にして生成することができる。  
例えば、水酸化アルミニウム、水酸化ナトリウム、純水、および二酸化チタンのスラリーを混合し、混合液を恒温槽にて加熱し、加熱した混合液を十分攪拌して第１の溶液を生成することができる。  
この場合、水酸化アルミニウムは４１ｍｇ、水酸化ナトリウムは２１ｍｇ、純水は２ｇ、二酸化チタンのスラリーは１．６２ｇ〜３．２５ｇとすることができる。二酸化チタンのスラリーは、二酸化チタンの含有率が２０ｗｔ％、平均粒径が１００ｎｍとすることができる。加熱温度は６０℃とすることができる。
【００３２】
第２の溶液は、以下の様にして生成することができる。  
例えば、コロイダルシリカ、水酸化ナトリウム、および電解水を混合して第２の溶液を生成することができる。  
この場合、コロイダルシリカは、日産化学製のスノーテックス３０とすることができる。コロイダルシリカは１．６５ｇ、水酸化ナトリウムは５．０５ｇ、電解水は５８．３ｇとすることができる。
【００３３】
次に、基体２の一方の主面に第１の溶液を滴下し、第１の溶液を基体２の一方の主面に付着させる。  
基体２は、純度が９９％、空隙率が２０％のアルミナ多孔質基板とすることができる。基体２の縦寸法は３４ｍｍ、基体２の横寸法は１４６ｍｍとすることができる。
【００３４】
次に、第１の溶液が付着した基体２を加熱して乾燥させる。  
加熱温度（乾燥温度）は１００℃、加熱時間は２時間とすることができる。  
次に、乾燥させた基体２を加熱して、二酸化チタンの粒子を焼成させる。二酸化チタンの粒子を焼成させることで、基体２の上に光触媒層３が形成される。  
加熱温度（焼成温度）は６００℃、加熱時間は１時間とすることができる。  
この場合、基体２の表面に水分が残っている状態で焼成を行うと、発生した水蒸気により、光触媒層３に大きな空隙が発生するおそれがある。そのため、乾燥工程を設けて基体２の表面から水分を除去する様にしている。  
また、焼成工程を設けたのは、光触媒層３と基体２との接合強度を高めるためである。
【００３５】
次に、光触媒層３が形成された基体２を第２の溶液に浸漬させ、これを加熱する。すると、水酸化アルミニウムとコロイダルシリカとが反応してゼオライトが生成されるので、光触媒層３の上に被覆層４を形成することができる。すなわち、測定試料Ｂ（光触媒体１）が形成される。  
この場合、加熱温度は６０℃、加熱時間は２４時間とすることができる。
【００３６】
次に、形成された測定試料Ｂ（光触媒体１）を電解水で洗浄して、測定試料Ｂ（光触媒体１）の表面に残留するアルカリ成分を除去する。  
次に、アルカリ成分が除去された測定試料Ｂ（光触媒体１）を乾燥させる。  
以上のようにして、測定試料Ｂ（光触媒体１）を製造することができる。
【００３７】
以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１  光触媒体、２  基体、３  光触媒層、４  被覆層
【図１】
2018140324.tif 000003
【図２】
2018140324.tif 000004
【図３】
2018140324.tif 000005
【図４】
2018140324.tif 000006
【図５】
2018140324.tif 000007
【図６】
2018140324.tif 000008