(57)【要約】【課題】フィルター表面に、光触媒材料と吸着機能を有する物質との複合体を合成して、汚染物質と接触しやすくし、光触媒による汚染物質の分解性能を向上させる光触媒フィルターおよびその製造方法を提供する。【解決手段】本発明に係る光触媒フィルターは、酸化チタンとアロフェンとの複合体である光触媒が、多孔質のセラミックスフィルターに担持されて成る。本発明の光触媒フィルターの製造方法は、酸化チタン前駆体とアロフェンとを含む液体中に多孔質のセラミックスフィルターブロックを浸漬し、多孔質のセラミックスフィルターブロック上にアロフェンを含んだチタンアルコキシドゲルを形成する工程と、ゲルを形成したセラミックスフィルターブロックを乾燥、焼成する工程とを含み、セラミックスフィルターブロック上に酸化チタンとアロフェンとの複合体から成る光触媒を担持させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化チタンとアロフェンとの複合体である光触媒が、多孔質のセラミックスフィルターに担持されて成ることを特徴とする光触媒フィルター。
【請求項２】
前記光触媒が、チタンアルコキシドから生成されたチタンアルコキシドゾルと、アロフェンとの混合液を用いるゾルゲル法により形成された、酸化チタンとアロフェンとの複合体であることを特徴とする請求項１に記載の光触媒フィルター。
【請求項３】
前記酸化チタンと前記アロフェンとの原料比が、Ｔｉ／Ａｌ比がモル比で５０〜２０００であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光触媒フィルター。
【請求項４】
前記多孔質のセラミックスフィルターが、シリコンと炭化ケイ素を含むＳｉ／ＳｉＣフィルターであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の光触媒フィルター。
【請求項５】
トリクロロエチレンを分解するトリクロロエチレン分解用光触媒フィルターであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の光触媒フィルター。
【請求項６】
アロフェンと酸化チタン前駆体とを含む液体中に多孔質のセラミックスフィルターを浸漬し、多孔質のセラミックスフィルター上にアロフェンを含んだチタンアルコキシドゲルを形成する工程と、
前記アロフェンを含んだチタンアルコキシドゲルを形成したセラミックスフィルターを乾燥、焼成する工程とを含み、
該セラミックスフィルター上に酸化チタンとアロフェンとの複合体から成る光触媒を担持させたフィルターを得ることを特徴とする光触媒フィルターの製造方法。
【請求項７】
前記アロフェンと酸化チタン前駆体とを含む液体として、チタンアルコキシドからチタンアルコキシドゾルを得る工程と、該チタンアルコキシドゾルにアロフェン粒子を分散させる工程とにより得られるアロフェン分散チタンアルコキシドゾルを用いることを特徴とする請求項６に記載の光触媒フィルターの製造方法。
【請求項８】
前記アロフェンと酸化チタン前駆体とを含む液体として、アロフェンを含む液体を超音波照射してアロフェンを分散させる工程と、該分散したアロフェンを含む液体にチタンアルコキシドを添加し、該チタンアルコキシドからチタンアルコキシドゾルを得る工程とにより得られるアロフェン分散チタンアルコキシドゾルを用いることを特徴とする請求項６に記載の光触媒フィルターの製造方法。
【請求項９】
アロフェンと酸化チタン前駆体とを含む液体中に多孔質のセラミックスフィルターを浸漬した後、さらに超音波照射して、前記多孔質のセラミックスフィルター上にアロフェンを含んだチタンアルコキシドゲルを形成することを特徴とする請求項６から請求項８のいずれか一項に記載の光触媒フィルターの製造方法。
【請求項１０】
前記酸化チタンと前記アロフェンとの原料比が、Ｔｉ／Ａｌ比がモル比で５０〜２０００であることを特徴とする請求項６から請求項９のいずれか一項に記載の光触媒フィルターの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光触媒フィルターおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
酸化チタンは、有機物質を分解する光触媒材料として利用されていて、粉末状の酸化チタンをシリカやアルミナ、ゼオライトなどの触媒担体に固定化させて使用されることが多い。酸化チタンの表面に無機ケイ酸塩膜がコーティングされた酸化チタン複合材料が、特許文献１、特許文献２に記載されている。アロフェンと酸化チタンとを含む光触媒が、特許文献３に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−７５６９８号公報
【特許文献２】特開２０１０−５８９９４号公報
【特許文献３】特開２０１１−５０８６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
酸化チタンを含む光触媒材料は、自身に接触した汚染物質を光触媒反応によって分解するため、汚染物質が光触媒材料に吸着される必要がある。また、光触媒反応により汚染物質が分解されて、最終生成物が生成される前に有害な中間生成物が発生しても、外部へ拡散されることを防止するために、中間生成物が吸着されなくてはならない。これら汚染物質や有害な中間生成物質が吸着されるためには、光触媒材料と吸着機能を有する物質とを複合化させて複合体が製造されている。そして、より効率的に光触媒反応をさせるためには、この光触媒材料と吸着機能を有する物質との複合体が汚染物質と接触しやすくしなくてはならない。
【０００５】
そこで本発明は上記課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、フィルター表面に、光触媒材料と吸着機能を有する物質との複合体を合成して汚染物質と接触しやすくし、光触媒による汚染物質の分解性能を向上させる光触媒フィルターおよびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するため、本発明の光触媒フィルターは次の構成を備える。すなわち、本発明は、酸化チタンとアロフェンとの複合体である光触媒が、多孔質のセラミックスフィルターに担持されて成ることを特徴とする。この構成によれば、フィルター表面に、光触媒材料と吸着機能を有する物質との複合体を合成して、光触媒による汚染物質の分解性能を向上させることができる。
【０００７】
また、本発明において、前記光触媒が、チタンアルコキシドから生成されたチタンアルコキシドゾルと、アロフェンとの混合液を用いるゾルゲル法により形成された、酸化チタンとアロフェンとの複合体であることが好ましい。これによれば、酸化チタン粒子を微細化でき、吸着機能を有するアロフェン粒子と酸化チタン粒子とが複合化して吸着、分解性能を向上させることができる。
【０００８】
また、本発明において、前記酸化チタンと前記アロフェンとの原料比が、Ｔｉ／Ａｌ比がモル比で５０〜２０００であることが好ましい。これによれば、中間生成物の吸着効果が十分に得られて光触媒反応による中間生成物の外部への放散が抑制されると同時に汚染物質を効率的に分解することができる。
【０００９】
また、本発明において、前記多孔質のセラミックスフィルターが、シリコンと炭化ケイ素を含むＳｉ／ＳｉＣフィルターであることが好ましい。これによれば、フィルターの空孔率を高くすることができ、圧力損失が少ないため、広い範囲から気体を捕集し、効率よく大風量で気体を送り出すことができる。
【００１０】
また、本発明において、光触媒フィルターが、トリクロロエチレンを分解するトリクロロエチレン分解用光触媒フィルターであることが好ましい。これによれば、光触媒に光を照射することにより、トリクロロエチレンを分解することができる。
【００１１】
上記の目的を達成するため、本発明の光触媒フィルターの製造方法は次の構成を備える。すなわち、本発明は、アロフェンと酸化チタン前駆体とを含む液体中に多孔質のセラミックスフィルターを浸漬し、多孔質のセラミックスフィルター上にアロフェンを含んだチタンアルコキシドゲルを形成する工程と、前記アロフェンを含んだチタンアルコキシドゲルを形成したセラミックスフィルターを乾燥、焼成する工程とを含み、該セラミックスフィルター上に酸化チタンとアロフェンとの複合体から成る光触媒を担持させたフィルターを得ることを特徴とする。この構成によれば、フィルター表面に酸化チタンとアロフェンとの複合体を合成して汚染物質と接触しやすくし、光触媒による汚染物質の分解性能を向上させることができる。
【００１２】
また、本発明において、前記アロフェンと酸化チタン前駆体とを含む液体として、チタンアルコキシドからチタンアルコキシドゾルを得る工程と、該チタンアルコキシドゾルにアロフェン粒子を分散させる工程とにより得られるアロフェン分散チタンアルコキシドゾルを用いることが好ましい。これによれば、微細な酸化チタン粒子が得られ、酸化チタン粒子とアロフェン粒子とが混合した構造となり、表面積が大きくなって分解性能が向上する。
【００１３】
また、本発明において、前記アロフェンと酸化チタン前駆体とを含む液体として、アロフェンを含む液体を超音波照射してアロフェンを分散させる工程と、該分散したアロフェンを含む液体にチタンアルコキシドを添加し、該チタンアルコキシドからチタンアルコキシドゾルを得る工程とにより得られるアロフェン分散チタンアルコキシドゾルを用いることが好ましい。これによれば、凝集しやすいアロフェンの分散性が良くなると共に、アロフェンの粒径を小さくできる。また、光触媒フィルターの効果が上がり、汚染物質の分解性能をより向上させることができる。
【００１４】
また、本発明において、アロフェンと酸化チタン前駆体とを含む液体中に多孔質のセラミックスフィルターを浸漬した後、さらに超音波照射して、前記多孔質のセラミックスフィルター上にアロフェンを含んだチタンアルコキシドゲルを形成することが好ましい。これによれば、酸化チタンとアロフェンが複合化しやすく、光触媒による汚染物質の分解性能を向上させることができる。
【００１５】
また、本発明において、前記酸化チタンと前記アロフェンとの原料比が、Ｔｉ／Ａｌ比がモル比で５０〜２０００であることが好ましい。これによれば、中間生成物の吸着効果が十分に得られて光触媒反応による中間生成物の外部への放散が抑制されると同時に汚染物質を効率的に分解することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の光触媒フィルターおよびその製造方法によれば、フィルター表面に、光触媒材料と吸着機能を有する物質との複合体を合成して、汚染物質と接触しやすくし、光触媒による汚染物質の分解性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本実施形態の光触媒フィルター、酸化チタン担持セラミックスフィルター、セラミックスフィルターのみを用い、トリクロロエチレンの光照射時間による濃度変化を示すグラフである。
【図２】本実施形態の光触媒フィルター、酸化チタン担持セラミックスフィルター、セラミックスフィルターのみを用い、トリクロロエチレン分解試験においてＴＣＥ濃度が検出限界以下になった際のＣＯ２、ＣＯ、ＨＣｌ、ＣＯＣｌ２の濃度を示すグラフである。
【図３】本実施形態の光触媒フィルター、酸化チタン担持セラミックスフィルターを用い、トリクロロエチレンの光照射時間による濃度変化を示すグラフである。
【図４】本実施形態の光触媒フィルター、酸化チタン担持セラミックスフィルターを用いて測定したトリクロロエチレン分解試験後のＣＯ２、ＣＯ、ＨＣｌ、ＣＯＣｌ２の濃度を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本実施形態の光触媒フィルターに用いられる光触媒は、酸化チタンとアロフェンとの複合体から成り、多孔質のセラミックスフィルターに担持されている。酸化チタンは、光触媒機能を有して汚染物質を分解することができる。また、アロフェンは、ガス等の化学物質を吸着する機能を有する粘土鉱物の一種で、中空球状粒子であり、大きな比表面積をもつ。酸化チタンとアロフェンとを複合させると、汚染物質を吸着保持して汚染物質を分解することができ、光触媒による幾つかの分解反応を経て最終生成物が生じる。なお、汚染物質とは酸化チタンの光触媒反応により分解される物質であり、最終生成物に分解される前の中間生成物も含まれる。ここで、汚染物質、中間生成物、最終生成物は、人体にとって有害であるか、無害であるかは特に限定されるものではない。
【００１９】
また、本実施形態の光触媒フィルターに用いられる光触媒が、チタンアルコキシドから生成されたチタンアルコキシドゾルとアロフェンとの混合液を用いるゾルゲル法により形成された酸化チタンとアロフェンとの複合体であることが好ましい。チタンアルコキシドから生成されるチタンアルコキシドゾルと、アロフェンとを混合して得られる混合液を、ゾルゲル法によって粒子を生成すれば、複合体は酸化チタン粒子とアロフェン粒子とが混合した構造を有することになる。また、チタンアルコキシドを用いることにより、生成される酸化チタンは微細となり、表面積が大きくなって光分解反応の効率が向上する。また、アロフェンを粉砕して微細化すれば、酸化チタンとアロフェンが複合化しやすく、微細な酸化チタン粒子との相乗効果により、光触媒による汚染物質の分解性能を向上させることができる。なお、粉砕方法としては、物理的なボールミル、メノウ乳鉢を用いた粉砕などが利用できる他、アロフェンの粒径をより小さくするため、アロフェンを含む液体を超音波によって粉砕してもよい。
【００２０】
多孔質のセラミックスフィルターは、セラミックスを含む材料から成り、スポンジ状で、多孔質な構造体であり、気体を通過させてフィルターとして利用できるものである。この多孔質のセラミックスフィルターに、上記酸化チタンとアロフェンとの複合体である光触媒を担持させて光触媒フィルターとして用いる。また、セラミックス材料としては炭化ケイ素、アルミナ、アルミナ、シリコンを含むセラミックス等を用いることができ、形状としては特に限定されることなく、板状やブロック状でもよく、複数層を重ねて用いてもよい。本実施形態の光触媒フィルターに用いるセラミックスフィルターとしては、ブロック状のシリコンと炭化ケイ素を含むＳｉ／ＳｉＣフィルターを用いることができる。Ｓｉ／ＳｉＣフィルターのかさ密度は０．１２ｇ／ｃｍ３、空孔率は９６％であり、Ｓｉ／ＳｉＣを用いれば、かさ密度が低く、空孔率が大きいセラミックスフィルターを製造できる。このような、かさ密度が低くて空孔率が大きいセラミックスフィルターを用いれば、光触媒フィルターとしての重量を小さくし、脱臭装置に用いたときの軽量化が図れる。また、気体を流したときの圧力損失が小さく、同じファンでも風量を大きくできて効率が良い。さらに、接触反応効率や吸着性能も高くすることができる。
【００２１】
また、酸化チタンとアロフェン（ｎＳｉＯ２・Ａｌ２Ｏ３・ｍＨ２Ｏ）との原料比が、Ｔｉ／Ａｌ比がモル比で５０〜２０００であることが好ましい。なお、アロフェンはｎ＝１〜２、ｍ＝５〜６の天然の粘土鉱物であり、ここではＴｉ／Ａｌ比を求める場合はｎ＝１．６、ｍ＝５．５と近似して計算する。酸化チタンとアロフェンとの原料比が、Ｔｉ／Ａｌ比がモル比で５０〜２０００の範囲から外れて光触媒フィルターが製造される場合、酸化チタンの量が多くなると、光触媒反応により物質の分解が進行するが、中間生成物が吸着されにくくて外部へ放出されてしまう。また、アロフェンの量が多くなると、光触媒反応による分解反応速度が遅くなる。Ｔｉ／Ａｌ比がモル比で５０〜２０００とすることにより、光触媒の分解性能を落とさずにアロフェンの吸着機能を備えた光触媒フィルターを得ることができる。この比により、光触媒中に十分な酸化チタンが含まれることになるため、分解対象ガスを効率的に分解することができ、アロフェンによる中間生成物のトラップ効果が十分に得られるため、光分解において生じる中間生成物の外部への放散が抑制される。さらに、分解対象ガスの分解効率と中間生成物の外部への放散抑制とを、よりバランスよく両立させることができる。好ましくは、Ｔｉ／Ａｌ比がモル比で１００〜１０００、特に好ましくは、Ｔｉ／Ａｌ比がモル比で１０００にすることにより、酸化チタンのみと比較して光触媒の分解性能をほとんど落とさず、アロフェンの吸着機能を十分に備えた光触媒フィルターを得ることができる。
【００２２】
本実施形態の光触媒フィルターを用いた光触媒反応は、酸化チタンとアロフェンとの複合体における、アロフェン部との反応および酸化チタン部との反応によって分解対象ガスが分解される。まず、分解対象ガスがアロフェン部に吸着され、アロフェン部近傍の酸化チタン部によって分解対象ガスが分解される。分解対象ガスが分解されると中間生成物が生じ、自発的分解や反応雰囲気下に存在する他の成分（例えば大気中の水や酸素など）との反応による分解などによって、中間生成物が最終生成物に変換されるまでの間は、酸化チタン近傍のアロフェンに吸着され続ける。最後に、中間生成物を経て生成されたものも含めて、これ以上分解できないところまで分解された最終生成物が、光触媒の外部に放出される。このアロフェンの吸着機能により、中間生成物が分解されて外部に漏れなくなり、光触媒による汚染物質の分解性能を向上させることができる。
【００２３】
本実施形態の光触媒フィルターの製造方法は、アロフェンと酸化チタン前駆体とを含む液体中に、多孔質のセラミックスフィルターを浸漬し、多孔質のセラミックスフィルター上にアロフェンを含んだチタンアルコキシドゲルを形成する工程を含む。さらに、アロフェンを含んだチタンアルコキシドゲルを形成したセラミックスフィルターを乾燥、焼成する工程を含む。これにより、セラミックスフィルター上に酸化チタンとアロフェンとの複合体から成る光触媒を担持させたフィルターを得る。このとき、アロフェンと酸化チタン前駆体とを含む液体にセラミックスフィルターを入れるので、多孔質のセラミックスフィルター表面に光触媒が担持されやすく、さらに、酸化チタンとアロフェンとの複合体がフィルター表面に形成されるので、汚染物質と接触しやすくなる。多孔質であるので、アロフェンと酸化チタン前駆体とを含む液体がセラミックスフィルター内部に浸透し、セラミックスフィルター構造体内部にも光触媒が担持される。これにより、光触媒による汚染物質の分解性能を向上させることができる。
【００２４】
本実施形態の光触媒フィルターの製造方法では、光触媒粒子を担持させる多孔質のセラミックスフィルターの形状は特に限定されることなく、厚みのあるブロック状のセラミックスフィルターブロックにも光触媒を担持できる方法である。このため、多孔質のセラミックスフィルターの内部にまで粒子が担持される方法である。
【００２５】
アロフェンと酸化チタン前駆体とを含む液体として、アロフェン分散チタンアルコキシドゾルを用いる。アロフェン分散チタンアルコキシドゾルは、チタンアルコキシドからチタンアルコキシドゾルを得る工程と、チタンアルコキシドゾルにアロフェン粒子を分散させる工程とにより得られる。このアロフェン分散チタンアルコキシドゾルにセラミックスフィルターを浸漬して、乾燥、焼成して光触媒フィルターが得られる。チタンアルコキシドから酸化チタンを製造することで粒径が小さくなり、微細な酸化チタンとアロフェンとの複合体が、多孔質のセラミックスフィルターに担持される。
【００２６】
原料溶液は、上述したチタンアルコキシド等を含む液体中に、予め粉砕したアロフェン粒子を入れて分散させて調製する。アロフェン粒子はチタンアルコキシド等を含む液体中に添加してもよく、チタンアルコキシド等を含む液体を撹拌して、ある程度重合反応が進行した時点で添加してもよい。浸漬されたセラミックスフィルター上に、均一にアロフェンを含んだチタンアルコキシドゲルを形成し、焼成して、光触媒を担持させる。これにより、光触媒の分解性能と吸着機能を両立させて、光触媒による汚染物質の分解性能を向上させることができる。
【００２７】
また、アロフェンと酸化チタン前駆体とを含む液体として、上記とは別の方法で得られるアロフェン分散チタンアルコキシドゾルを用いてもよい。この場合、アロフェンを含む液体を超音波照射してアロフェンを分散させる工程と、分散したアロフェンを含む液体にチタンアルコキシドを添加し、チタンアルコキシドからチタンアルコキシドゾルを得る工程とにより得られる。チタンアルコキシドを加えずに、アロフェンを含む液体を超音波照射することにより、凝集しやすいアロフェンの分散性が良くなると共に、アロフェンの粒径を小さくできる。そして、粒径の小さいアロフェンが分散された液にチタンアルコキシドを添加しても、アロフェンの分散性は保たれ、微細な酸化チタンと微細なアロフェンとの複合体が多孔質のセラミックスフィルターに担持される。これにより、光触媒フィルターの効果が上がり、汚染物質の分解性能をより向上させることができる。
【００２８】
また、アロフェンと酸化チタン前駆体とを含む液体中に多孔質のセラミックスフィルターを浸漬した後、さらに超音波照射して、多孔質のセラミックスフィルター上にアロフェンを含んだチタンアルコキシドゲルを形成してもよい。セラミックスフィルターを浸漬した後に超音波照射することにより、特に凝集しやすいアロフェンの分散性が良くなり、セラミックスフィルターの表面にチタンアルコキシドゾルが形成される際にアロフェンが取り込まれ複合化しやすくなる。また、セラミックスフィルターに担持される光触媒粒子を増加させることができる。セラミックスフィルターが厚い場合は超音波照射することにより、セラミックスフィルター内部にアロフェンを含んだチタンアルコキシドゾルが浸透し、そのフィルター構造体の表面に付着させることもできる。また、超音波照射によりセラミックスフィルター表面が改質されて、アロフェンを含んだチタンアルコキシドゾルがセラミックスフィルター表面に付着されやすくなる。
【００２９】
また、セラミックスフィルターを浸漬させる前に、アロフェンとチタンアルコキシドゾルとを含む液体に超音波照射してもよく、これにより、アロフェンと酸化チタンが均一に分散する。また、セラミックスフィルターの浸漬時間が短くても、セラミックスフィルター上に酸化チタンとアロフェンとの複合体が形成可能であり、コスト低下を図ることができる。セラミックスフィルターを浸漬する前後に関わらず、チタンアルコキシドゾルを含む液体に超音波照射することで、乾燥、焼成後に微細な酸化チタン粒子が得られる。
【００３０】
アロフェンを超音波照射してアロフェンの粒度分布測定をした。アロフェン０．１ｇを５０ｍｌのビーカーに入れ、エタノール２０ｍｌを加え、超音波照射（４２ｋＨｚ、１００Ｗ）して分散させた。その後、マグネチックスターラーを用いて撹拌しながら懸濁液の一部を採取し、粒度分布測定をした。アロフェンの粒度分布は、レーザー回折式粒度分布測定装置により測定した。測定条件は以下の通りである。
分散媒：エタノール
相対屈折率：１．１８−０００ｉ（溶媒：エタノール）
循環スピード：５
散乱光測定回数：１０回
解析ソフトウェア：ＨＯＲＩＢＡ  ＬＡ−９２０  Ｖｅｒｓｉｏｎ３．０５
【００３１】
測定結果を表１に示し、累積５％径、累積５０％径、累積９５％径を示す。表１に示すように、超音波による処理時間が長くなるほど、アロフェンの粒子径が小さくなり、微細化している。
【００３２】
【表１】
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【００３３】
原料としては、チタンアルコキシドの他に溶媒や触媒が用いられ、必要に応じてその他の成分を適宜添加できる。チタンアルコキシドとしては、公知のチタンアルコキシドやその誘導体が利用できる。ここで、チタンアルコキシドを構成するアルコキシル基の炭素数としては、１〜９の範囲が好ましく、３〜４の範囲がより好ましい。なお、アルコキシル基のアルキル基部分は分岐構造であってもよく、直鎖構造であってもよい。
【００３４】
溶媒としては、アルコール類などの有機溶媒や水を用いることができる。アルコール類としては、炭素数１〜４程度のアルコールを用いることが好ましい。また、触媒としては、一般的な酸触媒や塩基触媒を用いることができる。酸触媒としては、例えば塩酸、硫酸、硝酸等を挙げることができ、塩基触媒としては、水酸化ナトリウム等を挙げることができる。なお、チタンアルコキシド、溶媒および触媒の組み合わせや配合割合は、作製する酸化チタンの粒径などに応じて適宜選択することができる。
【００３５】
本実施形態の光触媒フィルターの製造方法では、アロフェンと酸化チタン前駆体とを含む液体中に多孔質のセラミックスフィルターを浸漬させる時間が短時間であっても、光触媒粒子を多孔質のセラミックスフィルター上に担持させることができる。浸漬時間は特に限定されなく、浸漬した後すぐに一定速度で引き上げてもよい。特にセラミックスフィルターを超音波照射すれば、アロフェンを含んだチタンアルコキシドゾルが付着されやすいので、浸漬時間を短くできる。
【００３６】
ゲルを形成したセラミックスフィルターの乾燥方法は特に限定されるものでもなく、自然乾燥や１００℃程度の恒温槽に入れて乾燥させてもよい。また、このゲルを焼成して焼結体を作製する。焼結温度としては、固化物中に残留している溶媒成分や有機成分を効率的に蒸発・熱分解させると共に、酸化チタン粒子同士やアロフェン粒子同士、あるいは酸化チタン粒子とアロフェン粒子との融着を防ぐ等の観点から、２００℃〜５００℃の範囲が好ましい。焼成時間は焼成処理する固化物のサイズ等を考慮して適宜選択される。これにより、本実施形態の光触媒フィルターが製造される。
【００３７】
また、本実施形態の光触媒フィルターは、汚染物質を分解でき、トリクロロエチレン（ＴＣＥ）を分解するトリクロロエチレン分解用光触媒フィルターとして利用できる。トリクロロエチレンは紫外線が照射されると、酸化チタンの光触媒作用により、中間生成物としてジクロロアセチルクロライドやホスゲン（ＣＯＣｌ２）を生じる。また、ジクロロアセチルクロライドが分解すると、ホスゲン、一酸化炭素、塩化水素を生じる。また、ホスゲンは水の存在下で塩化水素、一酸化炭素、二酸化炭素を生じる。このため、通常の大気環境下などのような、酸素および水の存在下において紫外光を照射することにより、トリクロロエチレンを分解することができる。この場合、中間生成物であるジクロロアセチルクロライド、ホスゲンの光触媒外への放散を抑制できる。また同様に、アンモニア、トルエン、酢酸、アセトアルデヒドなどの臭気成分を分解でき、悪臭を分解することができる光触媒フィルターとして利用できる。極性のある物質であればアロフェンに吸着され、光触媒反応により分解できる。本実施形態の光触媒フィルターは、脱臭・除菌装置として利用することができ、空気清浄機や掃除機のフィルター等に応用できる。
【００３８】
以下、実施例を挙げて説明するが、本実施形態はこれらに限定されるものではない。
【００３９】
（実施例１）
エタノール２０．０ｍＬと、濃塩酸（１０ｍｏｌ／Ｌ）０．１０ｍＬを空気中で混合し、チタンテトライソプロポキシド（和光純薬工業株式会社製、試薬１級）を、３．４ｍＬをエタノールと濃塩酸が含まれる溶液中に窒素雰囲気で滴下して、マグネチックスターラーで１０分間撹拌した。これにより、チタンアルコキシドゾルを調製した。続いて、超音波を照射しながら、液体中にアロフェン粉末試料０．０１ｇ（Ｔｉ／Ａｌ＝１０００（モル比））を入れて分散させ、アロフェン分散チタンアルコキシドゾルを調製した。調製したアロフェン分散チタンアルコキシドゾルに、大きさ３．０×３．０×１．５ｃｍの多孔質のＳｉ／ＳｉＣフィルターブロック１．５ｇを浸漬し、１〜２４時間超音波を照射し、Ｓｉ／ＳｉＣフィルターブロックにアロフェンを含んだチタンアルコキシドゾルを形成した。フィルターを液体から取り出し、乾燥後、５００℃で３時間焼成し、光触媒フィルターを得た。
【００４０】
（実施例２）
アロフェン粉末試料０．１ｇ（Ｔｉ／Ａｌ＝１００（モル比））を入れ、その他の条件は実施例１と同じである。
【００４１】
（実施例３）
アロフェン粉末試料１．０ｇ（Ｔｉ／Ａｌ＝１０（モル比））を入れ、その他の条件は実施例１と同じである。
【００４２】
（実施例４）
アロフェン粉末試料０．０１ｇと、エタノール２０．０ｍＬと、濃塩酸（１０ｍｏｌ／Ｌ）０．１０ｍＬを空気中で混合して２４時間超音波照射した。超音波照射後の液体中にチタンテトライソプロポキシド３．４ｍＬを窒素雰囲気で滴下して、マグネチックスターラーで１０分間撹拌し、アロフェン分散チタンアルコキシドゾルを調製した。調製したアロフェン分散チタンアルコキシドゾルに、多孔質のＳｉ／ＳｉＣフィルターブロック１．５ｇを浸漬してすぐにフィルターを液体から取り出し、乾燥後、５００℃で３時間焼成し、光触媒フィルターを得た。
【００４３】
（実施例５）
実施例１とは異なり、多孔質のＳｉ／ＳｉＣフィルターブロックを浸漬する前に、超音波照射した。エタノール２０．０ｍＬと、濃塩酸（１０ｍｏｌ／Ｌ）０．１０ｍＬを空気中で混合し、チタンテトライソプロポキシド（和光純薬工業株式会社製、試薬１級）を、３．４ｍＬをエタノールと濃塩酸が含まれる溶液中に窒素雰囲気で滴下して、マグネチックスターラーで１０分間撹拌した。液体中にアロフェン粉末試料０．０１ｇ（Ｔｉ／Ａｌ＝１０００（モル比））を入れ、２４時間超音波を照射した。調製したアロフェン分散チタンアルコキシドゾルに、多孔質のＳｉ／ＳｉＣフィルターブロック１．５ｇを浸漬してすぐにフィルターを液体から取り出し、乾燥後、５００℃で３時間焼成し、光触媒フィルターを得た。
【００４４】
（比較例１）
アロフェンを加えず、実施例１のようにしてチタンアルコキシドゾルを調製した。調製したチタンアルコキシドゾルに多孔質のＳｉ／ＳｉＣフィルターブロック１．５ｇを浸漬し、１〜２４時間超音波を照射し、Ｓｉ／ＳｉＣフィルターブロックにチタンアルコキシドゾルを形成した。フィルターを液体から取り出し、乾燥後、５００℃で３時間焼成し、酸化チタンのみが担持されたフィルターを得た。
【００４５】
（ＴＣＥ分解試験）
容積１００ｍＬ、光路長１０ｃｍの赤外分光用ガスセル（ＧＬ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ＧＣ−ＫＢｒ）内に実施例１〜３の光触媒フィルターを入れ、ＴＣＥガスを乾燥空気で希釈して封入した。４Ｗ×２のＢｌａｃｋＬｉｇｈｔ（東芝ＦＬ４ＢＬＢ）により紫外光（３００−３８０ｎｍ）を照射し、フーリエ変換赤外分光光度計（Ｓｈｉｍａｄｚｕ  ＩＲＰｒｅｓｔｉｇｅ−２１）を用いて、内部気体のＦＴＩＲスペクトルの時間変化を測定した。また、比較として、比較例１のフィルターおよび多孔質のＳｉ／ＳｉＣフィルターのみを用いてＴＣＥ分解試験を行った。
【００４６】
図１に、実施例２の光触媒フィルター（酸化チタンとアロフェンとの複合体）、比較例１の酸化チタン担持Ｓｉ／ＳｉＣフィルター、Ｓｉ／ＳｉＣフィルターのみを用いたそれぞれの光照射時間に伴うＴＣＥの濃度変化を示す。セルに封入したＴＣＥの濃度は１．５×１０−４ｍｏｌＬ−１である。ＴＣＥ分解速度は、酸化チタンのみの試料は分解速度が速く、ＴＣＥ濃度は３０分ほどの光照射で検出限界以下に達した。これらに比べ、本実施形態の光触媒フィルターは、ＴＣＥ分解に４倍程度の時間を要したものの、光触媒分解反応速度としては十分利用できる値であった。Ｓｉ／ＳｉＣフィルターでは１２０時間の光照射でＴＣＥ濃度は３０％ほど減少するにとどまり、活性は非常に低い。
【００４７】
図２に、各試料を用いたＴＣＥ分解試験後において、ＴＣＥ濃度が検出限界以下になった際のＣＯ２、ＣＯ、ＨＣｌ、ホスゲン（ＣＯＣｌ２）の濃度を示す。ただし、Ｓｉ／ＳｉＣのみのフィルターについては、１２０時間照射後のデータを示してある。ＳｉＣのみのフィルター以外はいずれの試料でもＣＯ２発生量は同程度とみられる。これに対して、本実施形態の光触媒フィルターは、酸化チタンのみの試料よりもＨＣｌおよびホスゲンの発生が抑えられる。また、Ｓｉ／ＳｉＣフィルターでは、ＨＣｌのみの発生がみられ、完全分解は確認できないが中間生成物として吸着していると考えられる。本実施形態の光触媒フィルターを用いることにより、より多くの中間生成物が吸着され、外部への中間生成物の放出量が抑えられる。
【００４８】
図３に、実施例１（０．１％−Ａｌｌｏ）、実施例２（１％−Ａｌｌｏ）、実施例３（１０％−Ａｌｌｏ）の光触媒フィルター、比較例１（Ｔｉｔａｎｉａ）を用いて、それぞれの暗所での経過時間および光照射時間に伴うＴＣＥの濃度変化を示す。セルに封入したＴＣＥの濃度は２．３×１０−４ｍｏｌＬ−１である。ＴＣＥ分解速度は、酸化チタンのみの試料は分解速度が速く、アロフェンの添加量が増えるに連れて分解速度が遅くなり、実施例３ではほとんど分解しなかった。また、紫外線を照射する前ではアロフェン量が多いほどＴＣＥの吸着量が増え、濃度が減少した。
【００４９】
図４に、実施例１（図４試料番号２）、実施例２（図４試料番号３）、実施例３（図４試料番号４）の光触媒フィルター、比較例１（図４試料番号１）を用いてＴＣＥ分解試験を行い、１００分の時点におけるＣＯ２、ＣＯ、ＨＣｌ、ホスゲン（ＣＯＣｌ２）の濃度を示す。
【００５０】
ホスゲンの発生量は、実施例１〜３の試料において少なく、酸化チタンのみの試料は多い。ただし、実施例３は酸化チタンによる分解量が少ないためホスゲンの発生量が少ない。これらのことから、実施例１および実施例２において、分解対象ガスの分解効率と中間生成物の外部への放散抑制とを、よりバランスよく両立させることができるため好ましい。また、光触媒の分解性能をほとんど落とさず、アロフェンの吸着機能を十分に備えた光触媒フィルターを得ることができる。
【００５１】
実施例４はアロフェン分散の効果が得られ、微細なアロフェンと微細な酸化チタンとが複合化し、多孔質のセラミックスフィルターに担持されていることが観察された。実施例４、５で製造した光触媒フィルターもＨＣｌ、ホスゲン（ＣＯＣｌ２）の発生量を抑えながらＴＣＥガスを分解することができた。このことから、アロフェン分散チタンアルコキシドゾルに浸漬する時間が短時間であっても、アロフェンの吸着機能を備えた光触媒フィルターを得ることができた。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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