(57)【要約】【課題】プラズマエネルギーにより光触媒活性を有するアパタイトを活性化させ、該光触媒活性を有するアパタイトの作用と、プラズマエネルギーの作用との相乗効果により、有害成分の分解除去を簡便かつ効果的に行なうことが可能な光触媒能を有するプラズマ電極、光触媒アパタイトの活性方法、該活性方法を用いたガス浄化方法、及びガス浄化装置の提供。【解決手段】本発明のプラズマ電極は、電圧の印加により大気圧プラズマを発生する放電部を少なくとも備え、該放電部の放電面の少なくとも一部に複数の突起部を有し、該突起部間に光触媒活性を有するアパタイトを、該突起部の高さよりも低くなるよう担持させたことを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧の印加により大気圧プラズマを発生する放電部を少なくとも備えたプラズマ電極であって、該放電部の放電面の少なくとも一部に複数の突起部を有し、該突起部間に光触媒活性を有するアパタイトを、該突起部の高さよりも低くなるよう担持させたことを特徴とする光触媒能を有するプラズマ電極。
【請求項２】
請求項１に記載の光触媒能を有するプラズマ電極を用いた光触媒アパタイトの活性方法であって、該プラズマ電極間に電圧を印加して大気圧プラズマを発生させ、該大気圧プラズマの光を、前記光触媒活性を有するアパタイトに照射することを特徴とする光触媒アパタイトの活性方法。
【請求項３】
請求項２に記載の光触媒アパタイトの活性方法を用いたガス浄化方法であって、前記プラズマ電極間に電圧を印加して発生した大気圧プラズマと、該大気圧プラズマの光によって光触媒活性が励起された光触媒アパタイトとにより、浄化対象ガスを分解することを特徴とするガス浄化方法。
【請求項４】
請求項３に記載のガス浄化方法に用いられることを特徴とするガス浄化装置。
【請求項５】
前記浄化対象ガスの流通経路であって、大気圧プラズマを発生させる前記プラズマ電極の上流側及び下流側の少なくともいずれかに、前記光触媒活性を有するアパタイトを付着させた基材を少なくとも１個配置した請求項４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、プラズマエネルギーにより光触媒活性を有するアパタイトを活性化させ、該光触媒活性を有するアパタイトの作用と、プラズマエネルギーの作用との相乗効果により、有害成分の分解除去を簡便かつ効果的に行なうことが可能な光触媒能を有するプラズマ電極、光触媒アパタイトの活性方法、該活性方法を用いたガス浄化方法、及びガス浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、プラズマを利用した空気浄化システムが存在する。このシステムでは、プラズマ放電場中（プラズマ空間内）に臭い物質などを含む空気を導入し、その高いエネルギーにより臭い分子がバラバラに分解されることで、脱臭効果を得るものである。また、臭い物質だけでなく、ウイルスやアレルゲン物質（花粉やダニの死骸）などについても、前記臭い分子と同様にプラズマによって分解できるため、空気の浄化作用が期待できる。
前記プラズマを安定して放電させるには、電極間の距離をより狭く、かつ均一化することが重要である。しかし、大気圧プラズマを使った空気浄化を行う場合、電極間の狭いプラズマ空間内を、汚れた空気を通過させるのは困難で、処理効率に劣る問題がある。効率化を図るには、一回の処理における分解能力を引き上げる、即ち、プラズマ空間を長く形成するなどの対策が必要となり、装置が膨大化する、コスト高となるなどの問題がある。また、電極間距離を大きくするとプラズマ放電が不安定となるため、電圧を高くする必要があり消費電力が増大する問題がある。
【０００３】
一方、酸化分解作用、抗菌作用、防汚作用等を発揮する、酸化チタン（ＴｉＯ２）等の一部の半導体物質の有する光触媒活性が注目され、エアコンや空気清浄機におけるフィルター等に利用されている。
【０００４】
前記プラズマや光触媒を単独で用いる技術に加え、近年、該プラズマの作用と光触媒の作用の双方を利用したガス浄化システムが開示されている（特許文献１及び２参照）。例えば、特許文献１では、前記酸化チタンで表面処理した電極間に電圧を印加してプラズマを生じさせ、該プラズマ電場中にＮＯｘガス、ＳＯｘガスなどの浄化対象ガスを通過させることにより、浄化対象ガスの分解が行なわれる。また、プラズマの光によって光触媒活性が励起された前記光触媒によっても分解が行なわれ、浄化対象ガスの分解が促進される。このように、プラズマの作用と光触媒の作用との相乗効果により、浄化対象ガスを効率的に分解することができる。
しかし、前記酸化チタン等の前記半導体物質の場合、有害物質やウイルスなどに対する吸着能に乏しく、その光触媒機能に基づく十分な分解作用、抗菌作用、防汚作用等が得られ難いという問題がある。
一方、前記空気清浄機におけるフィルターに、吸着性能に優れる光触媒活性を有するアパタイトを付着させたものが開示されている（特許文献３参照）。特許文献３では、空気がフィルターを通過する際に、プラズマ放電により空気中の有害物質やウイルスなどを帯電させ、前記フィルターの光触媒活性を有するアパタイトによる有害物質やウイルスなどを吸着させるとともに、前記プラズマの光によりその光触媒活性を活性化して、吸着された有害物質やウイルスなどの分解を行なうものである。
しかし、この場合、プラズマエネルギーにより有害成分を分解することについては開示がない。
【０００５】
したがって、光触媒活性を有するアパタイトによる有害成分の分解能と、プラズマエネルギーによる有害成分の分解能とを合わせ持ち、かつ、その相乗効果により有害物質の分解除去を簡便かつ効果的に行なうことが可能な光触媒能を有するプラズマ電極、光触媒アパタイトの活性方法、ガス浄化方法、及びガス浄化装置は未だ提供されていないのが現状である。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１８７３１９号公報
【特許文献２】特開２００２−２２１０２７号公報
【特許文献３】特開２００５−１６１０２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、従来における前記問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、プラズマエネルギーにより光触媒活性を有するアパタイトを活性化させ、該光触媒活性を有するアパタイトの作用と、プラズマエネルギーの作用との相乗効果により、分解対象物の分解を簡便かつ効果的に行なうことが可能な光触媒能を有するプラズマ電極、光触媒アパタイトの活性方法、並びに、プラズマエネルギーによる有害物質の分解能と、該プラズマエネルギーにより励起された光触媒アパタイトの有する有害物質の吸着能及び分解能との相乗効果により、有害物質の分解除去を簡便かつ効果的に行なうことが可能なガス浄化方法、及びガス浄化装置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】
【０００８】
前記課題を解決するための手段としては、後述する付記に列挙した通りである。
本発明の光触媒能を有するプラズマ電極は、電圧の印加により大気圧プラズマを発生する放電部を少なくとも備えたプラズマ電極であって、該放電部の放電面の少なくとも一部に複数の突起部を有し、該突起部間に光触媒活性を有するアパタイトを、該突起部の高さよりも低くなるよう担持させたことを特徴とする。
該光触媒能を有するプラズマ電極においては、放電部に電圧が印加され、大気圧プラズマが発生する。該プラズマエネルギーにより、例えば、プラズマ放電場（以下、プラズマ空間と称することがある）中を通過する気体中の有害成分などの分解対象物が分解される。また、光触媒活性を有するアパタイト（以下、「光触媒アパタイト」と称することがある）の優れた吸着能により、有害成分が吸着される。前記大気圧プラズマの発生により生じる光が、前記光触媒アパタイトに照射され、その光触媒活性が励起される。該光触媒活性により、前記光触媒アパタイトに吸着された有害成分が分解される。その結果、プラズマエネルギーによる有害成分の分解能と、前記光触媒アパタイトが有する有害成分の分解能との相乗効果により、ＮＯｘ、ＳＯｘ、酸化エチレンガスなどの有害物質、臭い成分、ウイルスなどの病原、その他の有害成分が、簡便かつ効果的に分解除去される。
従来、不導体である光触媒アパタイトを電極表面に成膜などにより付着させるのは困難である。また、該不導体の光触媒アパタイトで電極表面を被覆した場合、プラズマ放電が不安定となることがあり、分解処理に高電圧が必要となって消費電力が増大することがある。
しかし、本発明の前記光触媒能を有するプラズマ電極では、放電面に突起部を設け、該突起部の先端を、前記光触媒アパタイトから突出させているので、安定した放電が可能となり、プラズマエネルギーによる分解性能を向上させることができるとともに、消費電力の節約が可能となる。
また、前記突起部間に前記光触媒アパタイトを担持させているので、成膜などの特殊な技術を必要とせず、前記光触媒アパタイトを電極に確実かつ簡単に付着させることができ、生産性も向上する。また、安定した大気圧プラズマの発光により、前記光触媒アパタイトによる有害成分の分解を効率的に行なうことができる。
【０００９】
本発明の光触媒アパタイトの活性方法は、本発明の前記光触媒能を有するプラズマ電極を用いたものであって、該プラズマ電極間に電圧を印加して大気圧プラズマを発生させ、該大気圧プラズマの光を、前記光触媒活性を有するアパタイトに照射することを特徴とする。
該光触媒アパタイトの活性方法では、電極間に電圧を印加して大気圧プラズマを発生させる。該大気圧プラズマのプラズマエネルギーにより、処理ガス、処理ガス中の有害成分、その他の分解対象物が分解される。一方、前記光触媒アパタイトの有する吸着能により、有害成分が吸着される。前記大気圧プラズマの光が、前記光触媒アパタイトに照射される。該光触媒アパタイトの光触媒活性が励起され、該光触媒アパタイトにより吸着された有害成分が分解される。その結果、プラズマエネルギーによる有害成分の分解能と、前記光触媒アパタイトが有する有害成分の分解能との相乗効果により、ＮＯｘ、ＳＯｘ、酸化エチレンガスなどの有害物質、臭い成分、ウイルスなどの病原、その他の有害成分が、簡便かつ効果的に分解除去される。
該光触媒アパタイトの活性方法では、本発明の前記光触媒能を有するプラズマ電極を用いているので、低電圧でも安定したプラズマ放電が可能となり、光触媒活性の励起を、効率的に行なうことができる。
【００１０】
本発明のガス浄化方法は、本発明の前記光触媒アパタイトの活性方法を用いたガス浄化方法であって、前記プラズマ電極間に電圧を印加して発生した大気圧プラズマと、該大気圧プラズマの光によって光触媒活性が励起された光触媒アパタイトとにより、浄化対象ガスを分解することを特徴とする。
該ガス浄化方法においては、放電部に電圧が印加され、大気圧プラズマが発生する。該プラズマエネルギーにより、例えば、プラズマ放電場中を通過する浄化対象ガス中のＮＯｘ、ＳＯｘ、酸化エチレンガスなどの有害物質、臭い成分、ウイルスなどの病原、その他の有害成分（分解対象物）が分解される。また、前記光触媒アパタイトの吸着能により、前記有害成分が吸着される。前記プラズマの発生により生じる光が、光触媒アパタイトに照射され、その光触媒活性が励起される。該光触媒活性により、光触媒アパタイトに吸着された有害成分が分解される。その結果、プラズマエネルギーによる有害成分の分解能と、前記光触媒アパタイトが有する有害成分の吸着能及び分解能との相乗効果により、浄化対象ガス中のＮＯｘ、ＳＯｘ、酸化エチレンガスなどの有害物質、臭い成分、ウイルスなどの病原、その他の有害成分が、簡便かつ効果的に分解され、優れたガスの浄化が可能となる。
【００１１】
本発明のガス浄化装置は、本発明の前記ガス浄化方法に用いられることを特徴とする。
該ガス浄化装置においては、放電部に電圧が印加され、大気圧プラズマが発生する。該プラズマエネルギーにより、例えば、プラズマ放電場中を通過する浄化対象ガス中のＮＯｘ、ＳＯｘ、酸化エチレンガスなどの有害物質、臭い成分、ウイルスなどの病原、その他の有害成分（分解対象物）が分解される。また、前記光触媒アパタイトの吸着能により、前記有害成分が効率的に吸着される。前記プラズマの発生により生じる光が、光触媒アパタイトに照射され、その光触媒活性が励起される。該光触媒活性により、光触媒アパタイトに吸着された有害成分が分解される。その結果、プラズマエネルギーによる有害成分の分解能と、光触媒アパタイトが有する有害成分の吸着能及び分解能との相乗効果により、浄化対象ガス中のＮＯｘ、ＳＯｘ、酸化エチレンガスなどの有害物質、臭い成分、ウイルスなどの病原、その他の有害成分が、簡便かつ効果的に分解され、ガスの優れた浄化が可能なガス浄化装置が得られる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によると、従来における前記問題を解決することができ、プラズマエネルギーにより光触媒アパタイトを活性化させ、該光触媒アパタイトの有する有害成分の吸着能及び分解能と、プラズマエネルギーによる有害成分の分解能との相乗効果により、有害成分の分解除去を簡便かつ効果的に行なうことが可能な光触媒能を有するプラズマ電極、光触媒アパタイトの活性方法、該活性方法を用いたガス浄化方法、及びガス浄化装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
（光触媒能を有するプラズマ電極）
本発明の光触媒能を有するプラズマ電極は、放電部と、光触媒活性を有するアパタイト（光触媒アパタイト）とを少なくとも有してなり、プラズマの作用と光触媒の作用とを融合させたものである。
＜放電部＞
前記放電部は、放電面の少なくとも一部に、複数の突起部を有し、該突起部間に光触媒アパタイトを担持させている。この場合、突起部の高さよりも光触媒アパタイトが低くなるように担持させ、突起部の先端が光触媒アパタイトに埋もれることなく、光触媒アパタイトから外方に突出するようにする。
このように、放電面に突起部を設け、かつ、突起部を光触媒アパタイトよりも外方に突出させていることにより安定した放電が可能となり、プラズマエネルギーの分解能を効率的かつ経済的に発現させることができる。
前記放電部の構造としては、電圧の印加により大気圧プラズマを発生させ、かつ、該大気圧プラズマの光により、光触媒アパタイトの光触媒活性を励起するものであれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
例えば、金属製の第一の電極板と、第二の電極板とからなり、いずれか又は双方の放電面に、突起部を設けて光触媒アパタイトを担持させてもよい。
また、第一の電極板と、第二の電極板との間に、円筒型の第三の電極を配置し、第一の電極板と円筒型の第三の電極との間、及び第二の電極板と円筒型の第三の電極との間に、各々プラズマ空間が形成されるように形成してもよい。これら第一〜第三の電極の放電面の少なくともいずれかに、突起部を設けて光触媒アパタイトを担持させる。
前記突起部としては、その形状、大きさ、数などは、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、突起部の先端が、尖端であるのが好ましく、少ない電圧で安定したプラズマ放電が可能となる。
前記尖端を有する突起部を得るため、例えば、放電面に、断面が三角形状の長尺な突条を複数本、平行に突設けて突起部としてもよいし、放電面に、Ｖ字状の溝を複数本、平行に凹設して、溝間に突起部を設けてもよい。また、円錐形、角錐形の突起部を複数個、設けてもよい。
また、前記複数の突起部の配置としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、ランダムに配置してもよいが、等間隔で配置するのが好ましく、より安定したプラズマ放電が可能となるとともに、光触媒アパタイトを均一かつ安定して担持させることができる。
前記放電部に印加する電圧としては、数ｋＶ〜十数ｋＶが好ましく、低電圧であっても効果的な放電が可能となる。
光触媒アパタイトは、紫外線により光触媒活性が励起されるものを用いるのが好ましい。前記大気圧プラズマの光の波長は、３８０ｎｍであり、光触媒アパタイトの励起波長と一致するため、光触媒アパタイトの光触媒活性を効果的に励起させることができる。
【００１４】
前記光触媒アパタイトの突起部間への担持方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、光触媒アパタイトを含有するコート剤や塗料に、前記電極を浸漬して、放電面を光触媒アパタイトでコーティングし、光触媒層を形成する。次に、突起部の尖端が光触媒層から突出するよう、突起部を研磨して光触媒アパタイトを除去することにより、突起部間に、光触媒アパタイトを担持させることができる。
【００１５】
＜光触媒アパタイト＞
前記光触媒アパタイトとしては、前記大気圧プラズマの光の照射により活性化されるものであれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記光触媒アパタイトの形態としては、特に制限はなく、その形状、大きさ、比重等については適宜選択することができるが、例えば、粒子状（粒状）、粉状、多孔質固形状、などが好適に挙げられる。これらの中でも、前記プラズマ電極に、浸漬、コーティングなどによって付着させ易い点で、粒子状（粒状）であるのが特に好ましい。
また、前記粒子状（粒状）の光触媒アパタイトは、更に表面に凹凸を有する形状、例えば、イガグリ形状であるのが好ましい。この場合、その表面積が拡大し、分解対象物との接触効率がより向上する。
前記光触媒アパタイトの大きさとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前光触媒アパタイトが前記粉状乃至粒子状（粒状）である場合の粒度分布（粒子径分布）としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記粒度分布がシャープである（狭くなる）程、前記光触媒アパタイトを、前記コート剤や塗料などに均一に分散させることができる。
【００１６】
前記光触媒の光触媒活性の発現に必要な光の波長としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、前記光触媒アパタイトの光触媒能の励起が大気圧プラズマの光により行なわれるものである点で、紫外光に対して吸収性を示し、光触媒活性を発現可能であるのが好ましい。
【００１７】
前記光触媒アパタイトは、該アパタイトの優れた吸着特性により、気体中のＮＯｘ、ＳＯｘ、酸化エチレン、その他の有害物質や、ウイルス、バクテリアなどの病原などの有害成分に対する吸着特性に優れる。また、前記大気圧プラズマの光の励起された光触媒活性（光触媒能）により、表面に吸着している前記有害成分（分解対象物）から電子を奪い取ることができ、該有害成分を酸化し、分解させることができる。
【００１８】
前記光触媒の具体的な材質乃至組成としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、光触媒活性（光触媒能）を有するアパタイトなどが特に好適に挙げられる。該光触媒が、光触媒活性を有するアパタイトであると、該アパタイトの優れた吸着特性により、前記気体中に含まれる前記有害成分に対する吸着特性に優れる点で有利であり、また、その光触媒活性（光触媒能）により、吸着した前記有害成分を効率的に光触媒活性により分解除去可能である点で有利である。
これらの光触媒の中でも、光触媒活性を有するアパタイトと、更に紫外光吸収性金属原子を少なくともを含んでなるものが好ましい。また、可視光吸収性金属原子を含んでなるものを用いてもよい。前記光触媒が、前記紫外光吸収性金属原子を含んでいると、大気圧プラズマから生じる紫外光の照射条件下での使用に好適な点で有利であり、前記可視光吸収性金属原子を含んでいると、紫外光以外の可視光などでの光触媒の活性化が可能となる点で有利である。
なお、本発明においては、前記光触媒アパタイトは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
【００１９】
前記光触媒アパタイトは、光触媒活性を有するのに必要な金属原子（以下、光触媒活性を発現可能な金属原子と称することがある。）として、チタン（Ｔｉ）を有するアパタイトである。前記チタンを有するアパタイトに光が照射されると、該光触媒活性を有するのに必要な金属原子であるチタンの作用により該アパタイトが活性化され、該アパタイトの表面に吸着している前記有害成分（分解対象物）から電子を奪い取ることができ、該有害成分を酸化し、分解させることができる。
【００２０】
前記アパタイトとしては、特に制限はなく、公知のものの中から適宜選択することができ、例えば、下記一般式（１）で表されるもの、などが好適に挙げられる。
【００２１】
【化１】
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【００２２】
前記一般式（１）において、Ａは、金属原子を表し、該金属原子としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、カルシウム（Ｃａ）、アルミニウム（Ａｌ）、ランタン（Ｌａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）、鉛（Ｐｂ）、カドミウム（Ｃｄ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、イットリウム（Ｙ）、セリウム（Ｃｅ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、などが挙げられる。これらの中でも、吸着性に優れる点で、カルシウム（Ｃａ）が特に好ましい。
Ｂは、リン原子（Ｐ）及び硫黄原子（Ｓ）のいずれかを表し、これらの中でも、生体親和性に優れる点で、リン原子（Ｐ）が好ましい。
Ｏは、酸素原子を表す。
Ｘは、水酸基（ＯＨ）、ＣＯ３、及びハロゲン原子のいずれかを表し、これらの中でも、前記Ａの金属原子と共に金属酸化物型の光触媒性部分構造を形成可能な点で、水酸基（ＯＨ）が特に好ましい。なお、前記ハロゲン原子としては、例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、などが挙げられる。
ｍ、ｎ、ｚ、及びｓは、整数を表し、例えば、電荷バランスが良好な点で、ｍは、８〜１０が好ましく、ｎは、３〜４が好ましく、ｚは、５〜７が好ましく、ｓは、１〜４が好ましい。
【００２３】
前記一般式（１）で表されるアパタイトとしては、例えば、ハイドロキシアパタイト、フルオロアパタイト若しくはクロロアパタイト、又は、これらの金属塩、リン酸三カルシウム若しくはリン酸水素カルシウム、などが挙げられる。これらの中でも、上記一般式（１）における、Ｘが水酸基（ＯＨ）であるハイドロキシアパタイトが好ましく、上記一般式（１）における、Ａがカルシウム（Ｃａ）であり、Ｂがリン原子（Ｐ）であり、かつＸが水酸基（ＯＨ）であるカルシウムハイドロキシアパタイト（ＣａＨＡＰ）、即ち、Ｃａ１０(ＰＯ４)６(ＯＨ)２が特に好ましい。
【００２４】
前記カルシウムハイドロキシアパタイト（ＣａＨＡＰ）は、カチオンに対してもアニオンに対してもイオン交換し易いため、病原その他の有害物質（分解対象物）に対する吸着特性に優れ、特にタンパク質等の有機物に対する吸着特性に優れており、、加えて、ウイルス、カビ、細菌等の微生物等に対する吸着特性にも優れ、これらの増殖を阻止乃至抑制し得る点で好ましい。
【００２５】
前記アパタイトの前記光触媒アパタイトにおける含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、８５〜９７ｍｏｌ％であるのが好ましく、８５〜９０ｍｏｌ％であるのがより好ましい。
前記アパタイトの含有量が、８５ｍｏｌ％未満であると、前記光触媒の光触媒活性が十分でないことがあり、９７ｍｏｌ％を超えても、それに見合う効果が得られず、また、該光触媒の前記有害成分（分解対象物）に対する吸着特性や光触媒活性などが低下することがある。
なお、前記アパタイトの前記光触媒における含有量は、例えば、ＩＣＰ−ＡＥＳによる定量分析を行うことにより測定することができる。
【００２６】
前記光触媒活性を有するのに必要な金属原子としては、光触媒中心として機能し得る限り特に制限はなく、光触媒活性を有するものとして公知のものの中から目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、光触媒活性に優れる点で、チタン（Ｔｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、マンガン（Ｍｎ）、スズ（Ｓｎ）、インジウム（Ｉｎ）、鉄（Ｆｅ）、などから好適に選択される少なくとも１種が好適に挙げられる。これらの中でも、特に前記光触媒活性（光触媒能）に優れる点で、チタン（Ｔｉ）が好ましい。
【００２７】
前記光触媒活性を有するのに必要な金属原子の前記光触媒における含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記光触媒における全金属原子に対し、５〜１５ｍｏｌ％であるのが好ましく、８〜１２ｍｏｌ％であるのがより好ましい。
前記光触媒活性を有するのに必要な金属原子の含有量が、５ｍｏｌ％未満であると、前記光触媒の光触媒活性が十分でないことがあり、１５ｍｏｌ％を超えても、それに見合う効果が得られず、また、該光触媒の分解対象物に対する吸着特性や光触媒活性等が劣化することがある。
なお、前記光触媒活性を有するのに必要な金属原子の前記光触媒における含有量は、例えば、ＩＣＰ−ＡＥＳによる定量分析を行うことにより測定することができる。
【００２８】
前記光触媒活性を有するのに必要な金属原子が、前記アパタイトの結晶構造を構成する金属原子の一部として該アパタイトの結晶構造中に取り込まれる（置換等される）ことによって、該アパタイトの結晶構造内に、光触媒機能を発揮し得る「光触媒性部分構造」が形成される。
このような光触媒性部分構造を有する前記アパタイトは、光触媒活性を有し、また、アパタイト構造部分が吸着特性に優れ、光触媒活性を有する公知の金属酸化物よりも、有害成分（分解対象物）に対する吸着特性に優れるため、前記病原の分解作用、抗菌作用、前記病原の増殖阻止乃至抑制作用、更には、防汚作用などにも優れる。
【００２９】
前記光触媒活性を有するアパタイトとしては、適宜合成したものを使用してもよいし、市販品を使用してもよい。
前記光触媒活性を有するアパタイトの市販品としては、例えば、前記カルシウム・チタンハイドロキシアパタイトでは、太平化学産業株式会社製の商品名「ＰＣＡＰ−１００」などが好適に挙げられる。図１に、該「ＰＣＡＰ−１００」の二次粒子の電子顕微鏡写真を示す。該写真によれば、ナノオーダーの微細な一次粒子が凝集して、球状の二次粒子が形成されている。
【００３０】
前記可視光吸収性金属原子としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、波長４００ｎｍ以上の光に対し、吸収特性を有するもの、などが好適に挙げられ、具体的には、クロム（Ｃｒ）及びニッケル（Ｎｉ）から選択される少なくとも１種などがより好ましく、前記光触媒の光触媒活性の状態を目視にて視認可能にする観点からは、その光触媒活性の状態により、淡黄色から淡青色へと、更に淡青色から濃青色へと変色可能なクロム（Ｃｒ）が好ましい。
【００３１】
前記可視光吸収性金属原子の前記光触媒における含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、全金属原子に対し、０．００１〜１ｍｏｌ％であるのが好ましく、０．０１〜１ｍｏｌ％がより好ましい。
前記可視光吸収性金属原子の含有量が、０．００１ｍｏｌ％未満であると、前記光触媒の可視光の吸収能が十分でないことがあり、１ｍｏｌ％を超えてもそれに見合う効果が得られず、前記光触媒の前記有害成分（分解対象物）に対する吸着性能が低下等してしまうことがある。
なお、前記可視光吸収性金属原子の前記光触媒における含有量は、例えば、ＩＣＰ−ＡＥＳによる定量分析を行うことにより測定することができる。
【００３２】
前記紫外光吸収性金属原子としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、前記光触媒の可視光吸収性及び紫外光吸収性を飽和させない点で、タングステン（Ｗ）及びバナジウム（Ｖ）の少なくともいずれかであるのが好ましい。これらは、前記光触媒中に、１種単独で含まれていてもよいし、２種以上含まれていてもよい。
【００３３】
前記紫外光吸収性金属原子の含有量としては、全金属原子に対し、０．００１〜０．１ｍｏｌ％であるのが好ましい。
前記紫外光吸収性金属原子の含有量が、０．００１ｍｏｌ％未満であると、前記光触媒の紫外光の吸収能が十分でないことがあり、０．１ｍｏｌ％を超えてもそれに見合う効果が得られず、前記光触媒アパタイトの前記有害性分（分解対象物）に対する吸着性能が低下したり、可視光の吸収能が低下等してしまうことがある。
なお、前記紫外光吸収性金属原子の前記光触媒における含有量は、例えば、ＩＣＰ−ＡＥＳによる定量分析を行うことにより測定することができる。
【００３４】
前記光触媒アパタイトにおいては、前記光触媒活性を有するのに必要な金属原子と、前記紫外光吸収性金属原子と、前記可視光吸収性金属原子との含有量の合計としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、１５ｍｏｌ％以下が好ましく、３〜１５ｍｏｌ％がより好ましい。
前記含有量の合計が、１５ｍｏｌ％を超えてもそれに見合う光触媒活性の向上効果が得られず、却って光触媒活性が低下することがある。
【００３５】
前記光触媒アパタイトの具体例としては、前記光触媒活性を有するのに必要な金属原子がチタン（Ｔｉ）であり、前記アパタイトがカルシウムハイドロキシアパタイト（ＣａＨＡＰ）：Ｃａ１０(ＰＯ４)６(ＯＨ)２であり、前記可視光吸収性金属原子がクロム（Ｃｒ）であるものが好ましく、更に、前記紫外光吸収性金属原子を含み、該紫外光吸収性金属原子がタングステン（Ｗ）及びバナジウム（Ｖ）の少なくともいずれかであるものがより好ましい。
このような光触媒アパタイトは、前記有害成分（分解対象物）の吸着性能に優れ、また、前記光触媒が前記紫外光吸収性金属原子も含む場合には、大気圧プラズマから生じる紫外光により光触媒アパタイトの光触媒能を活性化させるのに好適に使用可能である。そして、該光触媒アパタイトは、可視光及び紫外光のいずれを照射した場合においても光触媒活性が飽和することがなく、長期間にわたって優れた光触媒活性を示し、特に紫外光を長期間にわたって照射した場合においても光触媒活性が飽和することがなく優れた光触媒活性（光触媒能）を維持可能な点で有利である。
【００３６】
前記光触媒アパタイトの構造としては、例えば、単層構造、積層構造、多孔質構造、コア・シェル構造、などが挙げられる。
なお、前記光触媒の同定・形態等の観察は、例えば、ＴＥＭ、ＸＲＤ、ＸＰＳ、ＦＴ−ＩＲ等に行うことができる。
【００３７】
前記光触媒活性を有するアパタイトの二次粒子の粒子径としては、１〜１０μｍが好ましい。
光触媒活性を有するアパタイトの一次粒子（単結晶）としては、１０ｎｍ〜１μｍの粒子径分布を有するのが好ましい。
【００３８】
前記光触媒アパタイトは、公知の方法に従って製造することができ、例えば、前記光触媒活性を有するアパタイト中に、上述した可視光吸収性金属原子と、更に必要に応じて上述した紫外光吸収性金属原子とをドープさせることにより製造することができる。
【００３９】
前記ドープの態様としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、置換、化学結合、吸着などが挙げられるが、これらの中でも、反応の制御が容易であり、ドープされた後で前記可視光吸収性金属原子等が脱離等することがなく、これらを前記光触媒中で安定に保持させることができる点で、置換が好ましい。
前記置換の態様としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記光触媒活性を有するアパタイトとして、前記光触媒活性を有するのに必要な金属原子を有してなるアパタイトを用いた場合、該金属原子の少なくとも一部を、前記紫外光吸収性金属原子等により置換させる態様、などが好適に挙げられる。この態様の場合には、前記紫外光吸収性金属原子等が、前記アパタイトに脱落不能に保持される点で有利である。
【００４０】
前記紫外光吸収性金属原子等による置換の種類としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、イオン交換、などが好適に挙げられる。該置換がイオン交換の場合には、置換効率に優れる点で有利である。
【００４１】
前記ドープの具体的な方法、即ち前記光触媒活性を有するアパタイト中への前記紫外光吸収性金属原子等のドープの具体的な方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、前記紫外光吸収性金属原子を含む化合物等を溶解させた（共存させた）水溶液中に、前記光触媒活性を有するのに必要な金属原子を有してなるアパタイトを浸漬させることにより行う浸漬法、前記光触媒活性を有するのに必要な金属原子を有してなるアパタイトの原料と、前記紫外光吸収性金属原子を含む化合物等を溶解させた（共存させた）水溶液中で、該原料と該紫外光吸収性金属原子等を共沈させる共沈法、などが好適に挙げられる。
なお、前記水溶液は、静置しておいてもよいが、攪拌した方が前記置換が効率的に行われる点で好ましい。なお、該攪拌は、公知の装置、手段を用いて行うことができ、例えば、マグネティックスターラーを用いてもよいし、攪拌装置を用いてもよい。これらの方法の中でも、簡便に操作可能な点で、浸漬法がより好ましい。
【００４２】
なお、前記浸漬法においては、上述のように、前記紫外光吸収性金属原子を含む化合物等を溶解させた（共存させた）水溶液中に、前記光触媒活性を有するのに必要な金属原子を有してなるアパタイトを浸漬させてもよいし、逆に、前記光触媒活性を有するのに必要な金属原子を有してなるアパタイトを分散させた水溶液中に、前記紫外光吸収性金属原子等を含む化合物とを前記水溶液中に溶解させてもよい。
【００４３】
また、上述の製造例では、前記光触媒活性を有するアパタイトを出発物質として用いているが、これに代えて、上述したアパタイトと、上述した光触媒活性を有するのに必要な金属原子とを出発物質として用いて、前記紫外光吸収性金属原子等のドープと同時に、あるいはそれに先立って、前記光触媒活性を有するのに必要な金属原子を、前記アパタイトにドープさせてもよい。この場合には、前記紫外光吸収性金属原子等のドープと、前記光触媒活性を有するアパタイトの形成とを同時に行うことになり、あるいは、前記光触媒活性を有するアパタイトを形成してから、次に、前記紫外光吸収性金属原子等のドープを行うことになる。
なお、前記光触媒活性を有するアパタイトを出発物質として用いる態様の場合には、予めＮｉがドープされているカルシウム・チタンハイドロキシアパタイト（ＴｉＨＡＰ）を、前記光触媒活性を有するアパタイトとして好適に使用することができる。
【００４４】
前記ドープの際の前記水溶液中での前記光触媒活性を有するのに必要な金属原子を有してなるアパタイトの濃度としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、０．３〜１．０質量％が好ましく、０．４〜０．６質量％がより好ましい。
前記アパタイトの濃度が、０．３質量％未満であると、光触媒活性が低下することがあり、１．０質量％を超えても、それに見合う光触媒活性の向上効果が得られず、却って光触媒活性が低下することがある。
【００４５】
前記ドープの際の前記水溶液中での前記可視光吸収性金属原子の濃度としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、１×１０−４〜１×１０−３Ｍが好ましく、１×１０−４〜５×１０−４Ｍがより好ましい。
前記可視光吸収性金属原子の濃度が、１×１０−４Ｍ未満であると、可視光応答性が低下することがあり、１×１０−３Ｍを超えても、それに見合う可視光応答性の向上効果が得られず、却って可視光応答性が低下することがある。
【００４６】
前記ドープの際の前記水溶液中での前記紫外光吸収性金属原子の濃度としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、１×１０−３〜１×１０−２Ｍが好ましく、９×１０−３〜１×１０−２Ｍがより好ましい。
前記紫外光吸収性金属原子の濃度が、１×１０−３Ｍ未満であると、紫外光に対する光触媒活性が低下することがあり、１×１０−２Ｍを超えても、それに見合う光触媒活性の向上効果が得られず、却って紫外光に対する活性が低下することがある。
【００４７】
前記ドープの際における、前記水溶液中に浸漬させる前記可視光吸収性金属原子の形態としては、該水溶液中への溶解容易性、該水溶液中での該紫外光吸収性金属原子の濃度調整の容易性等の点で、該可視光吸収性金属原子の塩又は水和物の形態であるのが好ましい。
該塩又は水和物としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記可視光吸収性金属原子が、クロム（Ｃｒ）及びニッケル（Ｎｉ）である場合には、これらから選択される少なくとも１種を含む塩であるのが好ましく、塩化物や硫酸塩では光触媒活性を低下させることがあるため、硝酸塩やアンモニウム塩であるのが特に好ましい。
【００４８】
前記ドープを行う反応系としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、液中、空気中、などで行うことができるが、液中で行うのが好ましい。
この場合、該液としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、水乃至水を主体にした液が好ましい。
なお、該液を収容する容器としては、特に制限はなく、公知のものの中から適宜選択することができ、例えば、ラージスケールであれば混合器、攪拌器などが挙げられ、スモールスケールであればビーカーなどが好適に挙げられる。
【００４９】
前記ドープの際の条件としては、特に制限はなく、温度、時間、圧力等については目的に応じて適宜選択することができる。
前記温度としては、特に制限はなく、材料の種類や量比等に応じて異なり、一概に規定することはできないが、例えば、通常、０℃〜１００℃程度であり、室温（２０℃〜３０℃）が好ましい。前記時間としては、特に制限はなく、材料の種類や量比に応じて異なり、一概に規定することはできないが、通常、１０秒〜３０分間程度であり、１〜１０分間がより好ましい。前記圧力としては、特に制限はなく、材料の種類や量比等に応じて異なり、一概に規定することはできないが、通常、大気圧であるが好ましい。
なお、前記光触媒における、前記光触媒活性を有する金属、前記紫外光吸収性金属原子等の量は、これらの添加量（Ｍ）、あるいは前記条件を適宜調整することにより、所望に制御することができる。
【００５０】
前記焼成は、前記光触媒活性を有するアパタイト中に、前記紫外光吸収性金属原子等をドープさせた後（前記ドープ工程の後）、ドープが完了した該アパタイトを６００〜８００℃で焼成する工程である。
前記焼成の温度が、６００℃未満であると、光触媒活性が最大とならないことがあり、８００℃を超えると、分解が生ずることがある。
【００５１】
前記焼成の条件、例えば、時間、雰囲気、圧力、装置等については、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。前記時間としては、前記ドープが完了したアパタイトの量等に応じて異なり、一概に規定することはできないが、例えば、１時間以上が好ましく、１〜２時間がより好ましい。前記雰囲気としては、例えば、窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気、大気雰囲気などが挙げられるが、大気雰囲気が好ましい。前記圧力としては、例えば、大気圧などが挙げられる。前記装置としては、公知の焼成装置を使用することができる。
前記焼成を行うことにより、前記紫外光吸収性金属原子等をドープした、前記光吸収活性を有するアパタイトの結晶性を高めることができ、前記光触媒における光触媒能（吸着特性、光触媒活性などを含む）をより高めることができる。
【００５２】
ここで、前記光触媒の製造方法の一例について説明する。前記ドープを前記置換で行う場合、具体的には前記置換をイオン交換により共沈法で行う場合には、まず、脱炭酸ガス処理をした純水に、例えば、前記アパタイトとしてカルシウムハイドロキシアパタイト（ＣａＨＡＰ）の硝酸カルシウムの水溶液と、該ＣａＨＡＰに前記光触媒活性を有する金属としてチタンをドープさせるための、該チタンを含む硫酸チタンの水溶液と、前記可視光吸収性金属原子であるクロムを含む硝酸クロムの水溶液と、前記紫外光吸収性金属原子である短癖点を含む１２タングストリン酸ｎ水和物の水溶液とを所定量で混合する。次いで、得られた混合物に燐酸を添加し、更にアンモニア水を添加してｐＨを９に調整する。得られた懸濁液を、１００℃にて６時間エージング（熟成、結晶成長）し、濾過する。濾別した沈殿を純水で洗浄し、乾燥する。その後、６５０℃まで１時間かけて昇温して焼成する。以上により、前記紫外光吸収性原子としてバナジウム（Ｖ）を、前記可視光吸収性金属原子としてクロム（Ｃｒ）を、それぞれドープしたＴｉＨＡＰ粉体（光触媒）が製造される。
【００５３】
また、前記ドープを前記置換で行う場合、具体的には前記置換をイオン交換により浸漬法で行う場合には、まず、前記可視光吸収性金属原子としてクロムを含む硝酸クロム（ＩＩＩ）九水和物を純水に溶解し、硝酸クロム水溶液を調製する。ビーカーに前記光触媒活性を有するのに必要な金属原子（チタン）を有してなるアパタイトとしてのカルシウム・チタンハイドロキシアパタイト（ＴｉＨＡＰ）を秤量し、そこに前記硝酸クロム水溶液を添加する。この混合液をマグネティックスターラーで５分間攪拌した後、濾紙でアスピレータを使用して吸引濾過を行い、純水で洗浄し、１００℃のオーブンで２時間乾燥することにより、前記可視光クロムをドープさせたＴｉＨＡＰ粉体を得た。次に、前記紫外光吸収性金属原子としてのバナジウムを含むバナジン酸アンモニウムを純水に溶解し、バナジウム酸アンモニウム水溶液を調製した。ビーカーに上記クロムドープＴｉＨＡＰを秤量し、前記バナジウム酸アンモニウム水溶液を添加する。この混合溶液をマグネティックスターラーで攪拌した後、濾紙でアスピレータを使用して吸引濾過を行い、純水で洗浄し、１００℃のオーブンで２時間乾燥した。その後、マッフル炉で６５０℃にて１時間の焼成（大気雰囲気）を行った。以上により、前記可視光吸収性金属原子であるクロム及び前記紫外光吸収性金属原子であるバナジウムをドープさせたＴｉＨＡＰ粉体（光触媒活性を有するのに必要な金属原子を有してなるアパタイト）からなる光触媒が製造される。
【００５４】
＜光触媒能を有するプラズマ電極の具体的態様＞
本発明の光触媒能を有するプラズマ電極の一例を、図２に示す。該プラズマ電極は、図２に示すように、金属板からなる第一の電極１（電極板）と、第二の電極２（電極板）との間に、棒状（円柱状）電極３を、図２中の矢印方向に回転可能に配置して放電部４を構成している。これらに接続した電源５から、電圧を印加することにより、前記第一の電極１と棒状電極３との間、及び前記第二の電極２と棒状電極３との間に、大気圧プラズマが発生し、プラズマ空間６が形成される。前記棒状電極３は、その放電面に一定間隔でＶ字状の溝７が形成され、尖端状の先端を有する複数の突起部８が、一定間隔で放射状に形成されている。該突起部８間の前記溝７内に、光触媒アパタイトを担持させ、光触媒層９を形成している。該光触媒層９の厚みは、前記突起部８の高さよりも低く形成し、突起部８の先端を光触媒層９から外方に突出させている。なお、前記棒状電極３は、不動に形成してもよいが、本態様のように回転可能に形成することにより、棒状電極３の光触媒層９全体に大気圧プラズマの光を照射することが可能となり、光触媒層９を局所的にではなく均一に活性化させることができ、光触媒アパタイトによる有害成分の分解能を効率的に発揮させることができる。
【００５５】
図２のようなプラズマ電極１０では、電圧の印加により前記電極１、２、３間に大気圧プラズマが発生する。該プラズマ空間６内を、有害ガス、ウイルスなどの有害成分（分解対象物）が通過することにより、該有害成分がプラズマエネルギーによって分解されるとともに、光触媒層９の有する吸着能により吸着される。該光触媒層９により吸着された有害成分は、大気圧プラズマの光により光触媒活性が励起された光触媒層９により分解される。このように、プラズマエネルギーによる分解作用と、光触媒アパタイトの分解作用とにより、有害成分を効率的に分解除去することができる。
なお、前記態様では、棒状電極のみに突起部及び光触媒層を設けているが、他の異なる態様として、第一、第二の電極のいずれか又は双方に、突起部及び光触媒層を設けてもよい。
また、前記実施形態では、第一及び第二の電極板の間に円筒状電極を配置しているが、更に異なる形態として、円筒状の電極内に、前記棒状電極を不動又は回転可能に配置してもよい。
【００５６】
本発明の光触媒能を有するプラズマ電極によると、プラズマエネルギーにより光触媒アパタイトの光触媒活性が励起され、該光触媒アパタイトの吸着能及び分解能と、プラズマエネルギーの分解能との相乗効果により、分解対象物の分解を簡便かつ効果的に行なうことができる。
【００５７】
（光触媒アパタイトの活性方法）
本発明の前記光触媒アパタイトの活性方法は、本発明の前記光触媒能を有するプラズマ電極を用いるものであって、電極間に電圧を印加して大気圧プラズマを発生させ、該大気圧プラズマの光を、光触媒活性を有するアパタイトに照射することを少なくとも含む。
該大気圧プラズマの光の照射により、前記光触媒アパタイトの光触媒活性が励起され、優れた酸化分解作用、抗菌作用、防汚作用が発揮される。
前記光触媒アパタイトとしては、本発明の前記光触媒能を有するプラズマ電極で用いたものと同様のものが好適に用いられる。これらの中でも、光触媒能に優れ、前記大気圧プラズマの光（波長３８０ｎｍ）で光触媒能が励起される観点から、光触媒活性を有するのに必要な金属原子として、チタンを有する光触媒チタンアパタイトが最も好ましく挙げられる。
【００５８】
また、前記光触媒アパタイトを担持させた電極に近接して、更に、前記光触媒アパタイトを付着させた基材を配置してもよい。該基材は、１個のみ配置してもよいし、大気圧プラズマの光が届く範囲内で、２個以上を配置してもよく、光触媒能を向上させることができる。
前記基材としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、不織布、織布などからなるフィルターが好ましい。該フィルターに、光触媒アパタイトを付着させることにより、フィルター内を有害成分を含む気体などが通過する際に、有害成分が光触媒アパタイトに吸着される。また、光触媒アパタイトにより吸着しにくい比較的大きな埃、粉塵、細菌などであっても、フィルターにより捕捉することができる。そして、大気圧プラズマの光が、フィルターの光触媒アパタイトに照射されることにより、光触媒能が励起されて、前記光触媒アパタイトに吸着された有害成分が分解除去される。
【００５９】
本発明の前記光触媒アパタイトの活性方法によれば、電極間に生じるプラズマエネルギーにより光触媒アパタイトの光触媒活性が励起され、該光触媒アパタイトの酸化分解作用、抗菌作用、防汚作用などの優れた光触媒能が得られる。
【００６０】
（ガス浄化方法及びガス除去装置）
本発明の前記ガス除去方法は、本発明の前記光触媒アパタイトの活性方法を用いて行なわれ、電極間に電圧を印加して発生した大気圧プラズマと、該大気圧プラズマの光によって光触媒活性が励起された光触媒アパタイトとにより、浄化対象ガスを分解することを少なくとも含み、必要に応じて、大気圧プラズマから発生するオゾンの除去、フィルターなどによる有害成分の捕捉などを行なってもよい。
本発明の前記ガス浄化装置は、本発明の前記ガスの浄化方法に用いられ、例えば、大気圧プラズマを発生させる電極と、該大気圧プラズマの光により励起される光触媒アパタイトと、を少なくとも有し、必要に応じて、大気圧プラズマから発生するオゾンの除去手段、フィルターなどの有害成分の捕捉手段、などを有してもよい。また、浄化対象ガスの導入口と、導出口とを備えたチャンバーを有し、該チャンバー内に電極及び光触媒アパタイトを配置してもよい。
【００６１】
前記ガス浄化方法及びガス浄化装置においては、放電部に電圧が印加され、大気圧プラズマが発生する。該プラズマエネルギーにより、例えば、プラズマ放電場中を通過する浄化対象ガス中のＮＯｘ、ＳＯｘ、酸化エチレンガスなどの有害物質、臭い成分、ウイルスなどの病原、その他の有害成分（分解対象物）が酸化分解される。また、優れた吸着能を有する光触媒アパタイトにより、前記有害成分が吸着される。前記プラズマの発生により生じる光が、光触媒アパタイトに照射されることにより、その光触媒活性が励起される。該光触媒活性により、光触媒アパタイトに吸着された有害成分が分解される。その結果、プラズマエネルギーによる有害成分の分解能と、光触媒アパタイトが有する有害成分の分解能との相乗効果により、浄化対象ガス中のＮＯｘ、ＳＯｘ、酸化エチレンガスなどの有害物質、臭い成分、ウイルスなどの病原、その他の有害成分（分解対象物）が、簡便かつ効果的に分解され、優れたガス浄化作用が得られる。
以下、本発明の前記ガス浄化装置について説明することにより、本発明のガス浄化方法についても明らかにする。
【００６２】
＜電極＞
前記電極としては、本発明の前記光触媒能を有するプラズマ電極が用いられ、必要に応じて、従来公知の電極を併用してもよい。該従来公知の電極に光触媒アパタイトを付着させてもよいし、該電極からの大気圧プラズマが照射可能な位置に、光触媒アパタイトを付着させた基材などを配置してもよい。
本発明の前記光触媒能を有する電極を用いることにより、光触媒アパタイトを電極に付着させたり、光触媒アパタイトを付着させた基材を配置する手間がなく、しかも、安定して大気圧プラズマを発生させることができ、光触媒アパタイトの光触媒活性を簡易かつ効果的に励起させることができ、優れた光触媒能が得られるとともに、大気圧プラズマの作用の相乗効果により、優れたガス浄化作用が得られる。
【００６３】
＜光触媒アパタイト＞
前記光触媒アパタイトとして、本発明の前記光触媒能を有するプラズマ電極で用いたものと同様のものが好適に用いられる。これらの中でも、光触媒能に優れ、前記大気圧プラズマの光（波長３８０ｎｍ）で光触媒能が励起される観点から、光触媒活性を有するのに必要な金属原子として、チタンを有する光触媒チタンアパタイトが最も好ましく挙げられる。
【００６４】
前記光触媒アパタイトとしては、前述のように、大気圧プラズマを発生させる電極表面に付着させてもよいし、浄化対象ガスの流通経路に、光触媒アパタイトを付着させた基材を配置してもよい。該基材は、１個又は２個以上を前記電極の上流側に配置してもよいし、下流側に配置してもよいし、２個以上を上流側と下流側に配置してもよい。
前記基材としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記光触媒アパタイトの活性方法で述べたような、不織布、織布などからなるフィルターが好ましく、光触媒アパタイトの簡易な付着が可能となるとともに、粒子径の大きな有害物質や細菌などを捕捉することができる。
【００６５】
＜オゾン除去手段＞
前記オゾン除去手段は、大気圧プラズマにより発生するオゾンを外部に放出させないために設けるものであり、特に制限はなく、従来公知のものを用いることができる。例えば、優れたオゾン分解能を有する活性炭を担持させたフィルターを用いることにより、オゾン除去を簡易かつ確実に行なうことができる。
＜捕捉手段＞
前記捕捉手段は、処理対象ガス内に含まれる有害物質、臭い成分、ウイルスなどの病原、その他の有害成分を、捕捉する手段であり、前記フィルターなどが好適に挙げられる。なお、このようなフィルターで有害成分を捕捉することにより、プラズマ発光により生じたオゾンが、処理対象ガスとともにフィルター側に流れてくると、該オゾンによりフィルターに付着した有害成分を分解又は不活性化することができ、ガス浄化作用を、より向上させることができる。
【００６６】
＜ガス浄化装置の具体的態様＞
−第一の態様−
前記ガス浄化装置の第一の態様としては、図２に示すような光触媒アパタイトを突起部間に備えたプラズマ電極そのものをガス浄化装置として用いることができる。該プラズマ電極の詳細は、上述したとおりである。
また、図示はしないが、図２に示すような光触媒能を有するプラズマ電極を、浄化対象ガスの導入口と、導出口とを備えたチャンバー内に配置し、ガス浄化装置を形成してもよい。
【００６７】
−第二の態様−
前記ガス浄化装置の第二の態様を、図３に示す。該図３に示すガス浄化装置１００は、処理対象ガスの導入口１４と導出口１５とを備えたチャンバー１６内に前記本発明の光触媒能を有するプラズマ電極１０を備え、該電極１０の図３中に矢印で示す処理対象ガスの流れに対して、上流側（導入口１４側）及び下流側（導出口１５側）に、光触媒アパタイトを付着させたフィルター１１ａ、ｂを配置し、前記電極１０から発生する大気圧プラズマの光を照射可能としている。また、該フィルター１１ａの上流側及びフィルター１１ｂの下流側に、光触媒アパタイトを付着させていないフィルター１２ａ、１２ｂを各々配置し、更に、フィルター１２ｂの下流側に、オゾン除去機能を有するフィルター１３を配置している。
また、前記プラズマ電極１０では、図４に示すように、放電部４が、縦方向に３セット配置されている。各放電部４は、金属板で形成された第一の電極１及び第二の電極２の間に、ガラス棒の表面を金属でコーティングして形成した棒状電極３が配置されている。該棒状電極３は、表面に突起部（不図示）が形成され、該突起部間に、光触媒アパタイトが担持されている。また、前記プラズマ電極１０は、各放電部４内を、処理対象ガスが流通可能に形成されている。
【００６８】
図３に示すガス浄化装置１００では、導入口１４から導入される処理対象ガスが、各フィルター１２ａ、１１ａ、１１ｂ、１２ｂ、１３内を通過して導出口１５から排出される間に、処理対象ガスに含まれる埃、粉塵、細菌などが、フィルターによって捕捉されるとともに、これらでは捕捉できない小さなウイルス、化学成分などが、フィルター１１ａ、１１ｂの光触媒アパタイトによって吸着される。また、プラズマ電極１０に担持させた光触媒アパタイトによっても有害成分が吸着される。プラズマ電極１０に電圧を印加してプラズマを発生させることにより、プラズマ電極１０のプラズマ空間内を通過する処理対象ガス中の有害成分が、オゾンにより酸化分解される。また、大気圧プラズマの光が照射されることにより、プラズマ電極１０に担持させた光触媒アパタイトと、前記フィルター１１ａ、１１ｂの光触媒アパタイトとの光触媒活性が励起され、該光触媒アパタイトにより吸着された有害成分が酸化分解される。
このように、大気圧プラズマの分解作用と、光触媒アパタイトの分解作用との相乗効果により、優れたガス浄化が可能となる。
また、プラズマ電極１０から生じるオゾンが、フィルター１１ｂ、１２ｂ側に流れてくることにより、該フィルター１１ｂ、１２ｂで捕捉された有害成分が酸化分解され、よりガス浄化作用を向上させることができる。なお、オゾンは、オゾン除去機能を備えたフィルター１３により分解されるため、外部に排出されることはなく、浄化が良好に行なわれた処理対象ガスが、導出口１５から排出される。
なお、一度の処理で浄化が仕切れなかった場合、又はより確実な浄化を行なうため、導出口１５から排出された処理対象ガスを、導入口１４からチャンバー１６内に導入して、繰り返し浄化処理を行ってもよく、ガス浄化度をより向上させることができる。
【００６９】
本発明のガス浄化方法及びガス浄化装置においては、プラズマエネルギーにより光触媒アパタイトが活性化され、該光触媒アパタイトの作用と、プラズマエネルギーの作用との相乗効果により、処理対象ガスに含まれるＮＯｘ、ＳＯｘな、酸化エチレンガスなどの有害物質、臭い成分、ウイルスなどの病原、その他の有害成分の分解を簡便かつ効果的に行なうことが可能で、優れたガス浄化作用が得られる。
【実施例】
【００７０】
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明は下記実施例に何ら限定されるものではない。
【００７１】
（実施例１）
＜ガス浄化装置＞
ガス浄化装置として、インパクトワールド株式会社製のＶＯＣ（Volatile  Organic  Compound）分解装置（μＰＳ−ＦＬ０１−Ｔ００２）を使用した。該ＶＯＣ分解装置内には、図２に示すように、金属板製の第一及び第二電極１、２との間に、放射状に複数の突起部８を設けた棒状（円柱状）電極３が回転可能に配置されている。該棒状電極３の突起部８間に、光触媒アパタイトとして、図１に示すカルシウム・チタンハイドロキシアパタイト（ＴｉＨＡＰ；太平化学産業株式会社製、ＰＣＡＰ−１００、平均粒子径３〜８μｍの白色粉体）を担持させて、光触媒能を有するプラズマ電極を作製した。
【００７２】
＜ガス浄化実験＞
病院では、滅菌ガスとして酸化エチレンが使用されるが、この成分は人体にとっても好ましくない。該病院内の環境浄化（ガス浄化）を想定して、酸化エチレンを１０ｐｐｍ含んだ空気を、前記ガス浄化装置内に１ｍ３／ｍｉｎで導入して、酸化エチレンの分解による浄化能力の測定実験を行なった。なお、空気中の酸化エチレン濃度は、ガスクロマトグラフィーにより測定した。
その結果、図５に示すように、約２０分後に酸化エチレン濃度を０．３ｐｐｍまで減少させることができ、優れたガス浄化作用が得られたことが判った。
前記ガス浄化装置では、酸化エチレンが大気圧プラズマにより発生したオゾンによって、アセトアルデヒドとホルムアルデヒドとに酸化分解される。これらが、光触媒アパタイトにより吸着された後、酸化分解されて、無害な水と二酸化炭素とに分解される。また、一部分解しきれなかったアセトアルデヒド及びホルムアルデヒドは、再度ガス浄化装置内に導入され、プラズマエネルギーにより更に小さな分子構造の成分に分解されたり、光触媒アパタイトに分解されることにより、最終的に無害な水と二酸化炭素とに分解される。
【００７３】
（比較例１）
ガス浄化装置として、インパクトワールド株式会社製のＶＯＣ分解装置（μＰＳ−ＦＬ０１−Ｔ００２）を使用し、棒状電極に光触媒アパタイトを担持させなかったこと以外は、実施例１と同様にして、酸化エチレンガスの浄化実験を行なった。
その結果、図５に示すように、酸化エチレン濃度を０．３ｐｐｍまで減少させるのに、６０分以上の時間が必要であった。
【００７４】
（比較例２）
ガス浄化装置として、インパクトワールド株式会社製のＶＯＣ分解装置（μＰＳ−ＦＬ０１−Ｔ００２）を使用し、光触媒アパタイトの代わりに、棒状電極に酸化チタンを担持させたこと以外は、実施例１と同様にして、酸化エチレンガスの浄化実験を行なった。
その結果、図５に示すように、酸化エチレン濃度を０．３ｐｐｍまで減少させるのに、３０分以上の時間が必要であった。
【００７５】
（実施例２）
＜ガス浄化装置及び浄化実験＞
実施例１のガス浄化装置に代え、図４に示すプラズマ電極を備え、プラズマ電極１０の上流側及び下流側に、光触媒アパタイトをとして、実施例１と同様の太平化学産業株式会社製、ＰＣＡＰ−１００を付着させたフィルター１１ａ、１１ｂを配置した、図３に示すようなガス浄化装置を用いることがきる。該ガス浄化装置においても、実施例１と同様に、大気圧プラズマの作用と光触媒アパタイトの作用の相乗効果により、短時間で優れたガス浄化が可能である。
【００７６】
（比較例３）
＜ガス浄化装置及び浄化実験＞
比較例３では、実施例２と同様のガス浄化装置において、プラズマ電極１０の上流側と下流側に配置したフィルター１１ａ、１１ｂに、光触媒アパタイトを付着させずに、ガス浄化実験を行なう。この場合ガス浄化がプラズマエネルギーのみで行なわれるため、処理効率が悪く、ガス浄化に長時間を要する。
【００７７】
本発明の好ましい態様を付記すると、以下の通りである。
（付記１）  電圧の印加により大気圧プラズマを発生する放電部を少なくとも備えたプラズマ電極であって、該放電部の放電面の少なくとも一部に複数の突起部を有し、該突起部間に光触媒活性を有するアパタイトを、該突起部の高さよりも低くなるよう担持させたことを特徴とする光触媒能を有するプラズマ電極。
（付記２）  前記突起部の先端が、尖端である付記１に記載の光触媒能を有するプラズマ電極。
（付記３）  前記複数の突起部が、等間隔で位置された付記１から２のいずれかに記載の光触媒能を有するプラズマ電極。
（付記４）  前記光触媒活性を有するアパタイトが、カルシウムハイドロキシアパタイトＣａ１０（ＰＯ４）６（ＯＨ）２である付記１から３のいずれかに記載の光触媒能を有するプラズマ電極。
（付記５）  付記１から４のいずれかに記載の光触媒能を有するプラズマ電極を用いた光触媒アパタイトの活性方法であって、該プラズマ電極間に電圧を印加して大気圧プラズマを発生させ、該大気圧プラズマの光を、前記光触媒活性を有するアパタイトに照射することを特徴とする光触媒アパタイトの活性方法。
（付記６）  前記大気圧プラズマの光の波長が、３８０ｎｍである付記５に記載の光触媒アパタイトの活性方法。
（付記７）  前記大気圧プラズマを発生させるプラズマ電極表面に、前記光触媒活性を有するアパタイトを付着させた付記５から６のいずれかに記載の光触媒アパタイトの活性方法。
（付記８）  前記大気圧プラズマを発生させるプラズマ電極に近接して、前記光触媒活性を有するアパタイトを付着させた基材を少なくとも１個配置した付記５から７のいずれかに記載の光触媒アパタイトの活性方法。
（付記９）  付記５から８のいずれかに記載の光触媒アパタイトの活性方法を用いたガス浄化方法であって、前記プラズマ電極間に電圧を印加して発生した大気圧プラズマと、該大気圧プラズマの光によって光触媒活性が励起された光触媒アパタイトとにより、浄化対象ガスを分解することを特徴とするガス浄化方法。
（付記１０）  前記大気圧プラズマの光の波長が、３８０ｎｍである付記９に記載のガス浄化方法。
（付記１１）  付記９又は１０に記載のガス浄化方法に用いられることを特徴とするガス浄化装置。
（付記１２）  前記浄化対象ガスの流通経路であって、大気圧プラズマを発生させる前記プラズマ電極の上流側及び下流側の少なくともいずれかに、前記光触媒活性を有するアパタイトを付着させた基材を少なくとも１個配置した付記１１に記載のガス浄化装置。
（付記１３）  前記プラズマ電極及び前記光触媒活性を有するアパタイトが、浄化対象ガスの導入口と、導出口とを備えたチャンバー内に配置された付記１１又は１２に記載のガス浄化装置。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明の光触媒能を有するプラズマ電極は、プラズマエネルギーにより光触媒アパタイトを活性化させ、該光触媒アパタイトの有する吸着能及び分解能と、プラズマエネルギーによる分解能との相乗効果により、分解対象物の分解除去を簡便かつ効果的に行なうことが可能となる。そのため、本発明の光触媒アパタイトの活性方法、ガス浄化方法、ガス浄化装置に好適に用いることができる。
本発明の光触媒アパタイトの活性方法は、プラズマエネルギーにより光触媒アパタイトを効果的に活性化させることができ、該光触媒アパタイトの有する吸着能及び分解能と、プラズマエネルギーによる分解能との相乗効果により、分解対象物の分解除去を簡便かつ効果的に行なうことが可能となる。そのため、本発明のガス浄化方法、ガス浄化装置に好適に用いることができる。
本発明のガス浄化方法及びガス浄化装置は、プラズマエネルギーにより光触媒アパタイトを効果的に活性化させることができ、該光触媒アパタイトの有する吸着能及び分解能と、プラズマエネルギーによる分解能との相乗効果により、分解対象物の分解除去を簡便かつ効果的に行なうことが可能となる。そのため、空気浄化装置、排気ガスその他の有害ガス分解装置、ＶＯＣ分解装置など、環境浄化に好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】図１は、本発明で用いられる光触媒チタンアパタイトの一例で、その電子顕微鏡写真である。
【図２】図２は、本発明の光触媒能を有する電極、又はガス浄化装置の一例を示す概略説明図である。
【図３】図３は、本発明のガス浄化装置の第二の例を示す概略説明図である。
【図４】図４は、図３に用いた電極を示す概略説明図である。
【図５】図５は、実施例１及び比較例１、２におけるガス浄化実験の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００８０】
１      第一の電極
２      第二の電極
３      棒状電極
４      放電部
５      電源
６      プラズマ空間
７      溝
８      突起部
９      光触媒層
１０      プラズマ電極
１１      フィルター（光触媒アパタイト有り）
１２      フィルター（光触媒アパタイトなし）
１３      フィルター（オゾン除去手段）
１４      導入口
１５      導出口
１６      チャンバー
１００      ガス浄化装置
【図２】
2008245784.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図１】
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