(57)【要約】【課題】効率的に紫外線照射しうる光触媒反応装置を提供する。【解決手段】基材表面に光触媒を被覆した光触媒体から構成される複数層の流体通路および紫外線源を備えてなる光触媒反応装置において、該紫外線源が被処理流体の流体通路の進行方向に沿って紫外線照射量を低減し得るように構成されてなる光触媒反応装置。【選択図】　　　図１
2004050100.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材表面に光触媒を被覆した光触媒体から構成される複数層の流体通路および紫外線源を備えてなる光触媒反応装置において、該紫外線源が被処理流体の流体通路の進行方向に沿って紫外線照射量を低減し得るように構成されてなる光触媒反応装置。
【請求項２】
低減が段階的もしくは連続的である請求項１記載の光触媒反応装置。
【請求項３】
紫外線源が水銀ランプもしくはブラックライトである請求項１記載の光触媒反応装置。
【請求項４】
光触媒体が金属基板上に光触媒のコーティング膜を形成させ、ついでこのコーティング膜形成金属基板を加工して立体構造体としてなる請求項１記載の光触媒反応装置。
【請求項５】
金属がアルミニウム、チタン、マグネシウム、鋼もしくはステンレス鋼である請求項１記載の光触媒反応装置。
【請求項６】
金属が絶縁被覆されてなる請求項１記載の光触媒反応装置。
【請求項７】
絶縁被覆処理が陽極酸化、化成処理もしくはガラスコーティング処理から選ばれる請求項６記載の光触媒反応装置。
【請求項８】
光触媒が酸化ジルコニウムもしくは酸化チタンである請求項１記載の光触媒反応装置。
【請求項９】
コーティング膜の厚さが３〜５００μｍである請求項１記載の光触媒反応装置。
【請求項１０】
構造体がハニカム、波板および／または平板より構成される請求項１記載の光触媒反応装置。
【請求項１１】
加工が接着、切削もしくは切断である請求項１記載の光触媒反応装置。
【請求項１２】
接着が無機接着剤による請求項１記載の光触媒反応装置。
【請求項１３】
光触媒体の表面粗さが５０ｎｍＲａ以下である請求項１記載の光触媒反応装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光触媒反応装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
いわゆる半導体光触媒による光反応は、その１つの機構である酸化還元反応により、脱臭、抗菌、防汚作用を生じさせる。この光触媒の作用を利用して種々の製品が検討され、実用化されている。代表的な半導体光触媒である酸化チタンのバンドギャップは約３ｅＶであり、波長に直すと４００ｎｍ程度である。したがって、４００ｎｍ以下の紫外線を照射すると半導体内部に電子（ｅ−）と正孔（ｈ＋）が生じる。この電子は酸素と反応してきわめて大きい酸化力を示すスーパーオキサイドイオン〔Ｏ２−〕を生成し、一方の正孔は水と反応してヒドロキシラジカル〔・ＯＨ〕を生成する。この２つの活性酸素が酸化還元反応を発現させ、臭気もしくは汚れ物質の分解、さらには有機系塩素化合物等の他の難分解性化合物が酸化分解されることになる。
【０００３】
そして従来、光触媒反応装置として種々の目的でその光触媒活性を発揮させるため、種々の構成のものが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、効率的に紫外線照射しうる光触媒反応装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、基材表面に光触媒を被覆した光触媒体から構成される複数層の流体通路および紫外線源を備えてなる光触媒反応装置において、該紫外線源が被処理流体の流体通路の進行方向に沿って紫外線照射量を低減し得るように構成されてなる光触媒反応装置により達成される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の光触媒体において、上記の基材としては低波長の紫外線による劣化がない点から、金属が好適である。そして、金属としては、好ましくはアルミニウム、チタン、マグネシウム、鋼もしくはステンレス鋼から選択されるが、特に好適にはアルミニウムである。アルミニウム、チタンもしくはマグネシウムは合金であってもよい。たとえばアルミニウム合金としては、Ａｌ−Ｍｇ、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ−Ｍｎ、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｃｕ等、マグネシウム合金としては、Ｍｇ−Ａｌ、Ｍｇ−Ａｌ−Ｚｎ、Ｍｇ−Ｍｎ等が挙げられる。本発明においてはこれらの金属の基板上に、光触媒のコーティング膜が形成されるが、この形成前に、金属表面は絶縁被覆されるのが好ましい。この絶縁被覆により、光触媒上の電子が金属側に流れることなく、電子の授受を十分に行ないうるので、光分解活性を格段に高めることができる。
【０００７】
この絶縁被覆処理は、好適には陽極酸化、化成処理もしくはガラスコーティング処理から選ばれる。たとえば、アルミニウム、チタンの場合には、それらを電解質水溶液中に浸漬してアノード分極することにより、金属の表面に酸化物皮膜を形成する、いわゆる陽極酸化皮膜が一般的である。また、鋼板の場合には電気めっき、もしくは溶融めっき、さらにはリン酸、およびリン酸塩による化成処理が一般的である。さらにアルミニウムの場合には、陽極酸化に代えて化学薬品による化学的皮膜化成法（化成処理）を採用しうる。この化成処理としてはクロム酸またはクロム酸−リン酸を主体とするもの、すなわちクロメート処理皮膜が好適である。マグネシウムの場合にも、陽極酸化，化成処理が適用されうる。
【０００８】
またアルミニウム等の表面に珪酸ソーダ（水ガラス）を塗布して焼結させるガラスコーティング法を採用することもできる。ステンレス鋼の場合、表面を酸化させ不働態化を目的とする酸（好適には重クロム酸ソーダ）処理（化成処理）も採用しうる。
【０００９】
絶縁被覆の膜厚は特に制限されないが、通常約０．１〜１μｍ程度から選択される。
【００１０】
本発明における光触媒としては、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化タングステン、酸化カドミウム、酸化マンガン、酸化銅等の金属酸化物；硫化カドミウム、硫化亜鉛、硫化インジウム、硫化鉛、硫化タングステン等の金属硫化物；ポリパラフェニレン、ポリアニリン、ポリチオフェン等の有機高分子；チタン酸ストロンチウムに各種の金属酸化物を添加した層間化合物、等が挙げられるが、酸化ジルコニウムおよび酸化チタンが好適である。そして最も好適には、酸化ジルコニウムを選択することにより、比較的短波長の紫外光を利用しうるので向上した光触媒活性が得られ易い。酸化チタンとしてはアナタ−ゼ、ルチルもしくはブロッカイト型のいずれでもよいが、触媒活性および入手し易さの点からアナタ−ゼ型が最適である。
【００１１】
これらの光触媒の金属基板へのコーティング膜の形成法自体は、常法によることができるが、液相から析出させる方法、気相から蒸着させる方法が好ましい。たとえば、液相法としてはゾル−ゲル法等、気相法としてはスパッタリング、真空蒸着等の物理蒸着法（ＰＶＤ）または気相化学反応法（ＣＶＤ）等の化学的方法が挙げられるが、得られる被覆の均一性、コスト等の点からゾル−ゲル法が最適である。そしてゾル−ゲル法における出発物質としては、たとえば金属アルコキシド、金属アセチルアセトネート、金属カルボキシレート等の金属有機化合物、たとえばオキシ塩化物、塩化物、硝酸塩等の金属無機化合物が一般的に用いられる。これらの中で、金属アルコキシドが反応性等の点から好適であり、ブトキシド、エトキシド、プロポキシド等の金属（たとえばジルコニウムもしくはチタン）アルコキシドをブタノール、プロパノール等の溶媒を用いて溶液として、これを金属基板に塗布することにより目的とするコーティング膜が形成されうる。塗布は、はけ塗り、ロール塗り、浸漬法、スプレー、スピン等を適宜選択しうる。コーティング膜の厚さは通常３〜５００μｍ、好ましくは５〜２０μｍ程度から選ばれる。たとえば、ゾル−ゲル法を用いて金属アルコキシド溶液に基板を浸漬し、引き上げることによりによりーティング膜を得る。このコーティング膜は常法により、たとえば室温で乾燥され、ついで３００〜５５０℃程度に加熱され基板に固着される。上記のＣＶＤ法としてはプラズマＣＶＤ法が４００〜５００℃程度までの比較的低い温度範囲の気相化学反応で成膜しうるので、基材に制限がなく好適である。
【００１２】
得られたコーティング膜形成基板はついで立体構造体に加工される。この構造体はハニカム、波板および／平板より構成される。ハニカムは六角形のコアに限定されず、いかなる形状であってもよい。波板は、平板と組合わせて（波付け）、平行に配置して使用してもよいが、巻き上げてハニカムを形成することもできる。平板は、平行に配置して、いわゆるパラレルパッセージ形として使用するのが好適である。本発明の構造体は通気抵抗が極めて小さいので効率的な光触媒反応を可能にする。上記の立体構造体を形成するための加工は、接着、切削もしくは切断であり、常法によることができる。接着に際しては、有機接着剤は光触媒により劣化するおそれがあるので、無機接着剤が使用されるのが好ましい。そのような無機接着剤としては、低融点ガラス等のガラス系；Ｓｎ−Ｉｎ，Ｂｉ−Ｐｂ，Ｓｎ−Ｐｂ，Ｐｂ−Ｓｂ等の軟ろう等の金属系；ケイ酸アルカリ（特に水ガラス）、リン酸塩系等、のその他の無機系、等が挙げられるが、接着温度が１００〜５００℃、好ましくは１２０〜２００℃のものが特に好ましい。これらの無機接着剤のうち、最も好適なのは水ガラスである。
【００１３】
本発明による光触媒体は、その表面粗さが５０ｎｍＲａ（中心線粗さ）以下であるのが好適であり、このように鏡面を形成し、コーティング膜も透明であると、光の反射率が著しく高くなり、たとえばハニカム光触媒体の内部まで紫外線を乱反射して照射することができ、触媒活性を著しく向上しうる。
【００１４】
本発明装置においては、上記の立体構造体を形成するための加工により、光触媒体から構成される複数層の流体通路が形成される。本発明の光触媒反応装置は、このような光触媒体に近接して紫外線源を特定の構成で配置することにより構成され、脱臭装置、殺菌装置、空気清浄化器、水純化装置等に使用しうる。すなわち、本発明装置において、紫外線源は被処理流体の流体通路の進行方向に沿って紫外線照射量を低減し得るように構成されてなる。
【００１５】
照射に利用される紫外線としてはたとえば波長が１８５ｎｍ、２５４ｎｍ、３００〜４００ｎｍの紫外線が挙げられる。光触媒を光励起する波長は光触媒の種類により異なるが、たとえば二酸化チタンの場合、アナタ−ゼ型で３８０ｎｍ以下、ルチル型で４１５ｎｍ以下であり、さらに酸化ジルコニウムの場合、２５４ｎｍ以下である。
【００１６】
このような光線を放射する紫外線源としては、ブラックライト、低圧、中圧もしくは高圧の水銀ランプ等の放電ランプが好適である。本発明装置において、紫外線源を被処理流体の流体通路での進行方向に沿って紫外線照射量が低減し得るように配置するには、たとえば（ｉ）同一の紫外線源、たとえば放電ランプ、を用いる場合には、上記の流体通路での進行方向に沿って順次ランプの本数を低減させる；（ｉｉ）上記の流体通路での進行方向に沿って紫外線照射量が低減し得るように紫外線源を調光しうる構成とする。この場合、上記進行方向に沿って反応をモニタリングして得られる情報を調光にフィードバックさせることもできる。
【００１７】
たとえば、脱臭は悪臭物質を拡散現象により光触媒表面に接触させて酸化分解することにより行なわれる。悪臭物質としては硫化水素、メルカプタン、アミン、アンモニア、アルデヒド等が挙げられる。空気中に離散した揮発性有機ハロゲン化合物、例えばトリクロロエタン、トリクロロエチレン等も光触媒反応により分解しうる。本発明装置において、従来の活性炭等の吸着剤層等を併置することもできる。
【００１８】
【実施例】
以下、実施例によりさらに本発明を詳細に説明する。
参考例１　Ａｌ板−陽極酸化／ＺｒＯ２／ゾル−ゲル／ハニカム（波板巻き上げ）
アルミニウム（Ａｌ）基板（平板および波板）を次の条件で陽極酸化した。
【００１９】
・　浴組成　　硫酸　１３．７％
・　処理条件　約２２℃、０．５Ａ／ｄｍ２、ＤＣ，５分間、陰極：カーボン
得られた陽極酸化アルミニウム基板（酸化皮膜厚さ：約０．５μｍ）をジルコニウムブトキシドのエタノール溶液（ジルコニウムブトキシド２０ｇ、エタノール４５ｇ、水２０ｇ、塩酸０．３ｇ）に浸漬し、引き上げ、乾燥（室温）を繰り返して、ついで焼成（約５００℃）し、厚さ約１０μｍのＺｒＯ２コーティング膜（５０ｎｍＲａ以下）を作製した。ついで得られた陽極酸化膜／ＺｒＯ２コーティング膜／アルミニウム基板から水ガラス接着剤を用いて、平板および波板を組合わせて波付けし、これをハニカム状に巻き上げることによりハニカム光触媒体を得た。
参考例２　Ａｌ板−陽極酸化／ＴｉＯ２／ゾル−ゲル／ハニカム（波板巻き上げ）
参考例１において、ＺｒＯ２コーティング膜に代えてＴｉＯ２コーティング膜（厚さ約１０μｍ）を作製する以外は同様にしてハニカム光触媒体を得た。チタンイソプロポキシドのエタノール溶液（チタンイソプロポキシド２５ｇ、エタノール４０ｇ、水２５ｇ、塩酸０．３ｇ）を用いた。
実施例１
参考例２で得られたハニカム光触媒体を用いて図１に示すような脱臭装置を作製した。図１の（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図であり、脱臭装置（１）は光触媒体（２）および紫外線ランプ（３）を備えており、紫外線ランプ（３）は１本が６５ｗであり、３箇所の紫外線ランプ（３）は被処理流体の流体通路の進行方向に沿って、それぞれ８、６および４本と少なくなるように構成されている。（４）はさらに紫外線を有効利用するために設けられたアルミニウム製反射板モジュールであり、紫外線照射と平行な短冊状のスリットからなる通気開口部を有する。そして、この脱臭装置を用いて、農薬工場ブレンド混合層排ガスの処理を行った。排ガス条件は次のとおりであった：　風量；５０ｍ３、温度；常温、湿度；８０％、臭気濃度（官能試験）；１３６０（原ガス）。そして、処理後のガスの臭気濃度（官能試験）は７９であり、十分な脱臭効果が効率的な紫外線照射で得られた。なお、本体圧力損失はわずか３０ｍｍＡｑであった。これらの臭気濃度は、
臭気指数（最大と最小を除いたパネル（８人）全体の閾値）＝１０×ｌｏｇ臭気濃度
より求めた。
実施例２
参考例１で得られたハニカム光触媒体を用いて実施例１と同様な脱臭装置を作製した。
【００２０】
この脱臭装置を用いて、実施例１と同様に排ガスの処理を行ったところ、十分な脱臭効果が効率的な紫外線照射で得られた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光触媒反応装置の１態様を示す概略図。（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【符号の説明】
１…脱臭装置
２…光触媒体
３…紫外線ランプ
４…反射板モジュール
【図１】
2004050100.tif 000003