(57)【要約】【課題】吸着能力と触媒活性とがともに高く、処理対象物の分解力が高い光触媒装置を提供する。【解決手段】本発明の光触媒装置１０は、紫外光を透過する基材１１と、基材１１の少なくとも片面上に形成された光触媒層１２と、光触媒層１２表面の８０％以上を覆った無機吸着剤層１３とを有し、基材１１に紫外光が入射されることを特徴とする。または、本発明の光触媒装置は、光ファイバと、光ファイバの表面上に形成された光触媒層と、光触媒層表面の８０％以上を覆った無機吸着剤層とを有し、前記光ファイバに紫外光が入射されることを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
紫外光を透過する基材と、基材の少なくとも片面上に形成された光触媒層と、光触媒層表面の８０％以上を覆った無機吸着剤層とを有し、前記基材に紫外光が入射されることを特徴とする光触媒装置。
【請求項２】
光ファイバと、光ファイバの表面上に形成された光触媒層と、光触媒層表面の８０％以上を覆った無機吸着剤層とを有し、前記光ファイバに紫外光が入射されることを特徴とする光触媒装置。
【請求項３】
無機吸着剤層が光触媒層表面の全面を覆っていることを特徴とする請求項１または２に記載の光触媒装置。
【請求項４】
前記無機吸着剤層がヒドロキシアパタイトを含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光触媒装置。
【請求項５】
無機吸着剤層の厚みが２０ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光触媒装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、汚染物質の処理、抗菌処理、防汚処理などに使用される光触媒装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
塩素系有機物質などの汚染物質や微生物など（以下、処理対象物という）を分解するために、光触媒を備えた光触媒装置を用いることがある。光触媒装置では、紫外線が照射されて活性化された光触媒によって処理対象物を分解するが、光触媒装置の処理対象物を分解する能力は、光触媒の触媒活性だけでなく、処理対象物を吸着させる能力も重要である。
処理対象物を吸着させる能力を向上させる方法については、例えば、特許文献１，２で提案されている。この提案では、光触媒の粒子径を小さくして、その表面積を大きくしている。しかしながら、光触媒の粒子が小さくなると、結晶性が低下して触媒能力が損なわれたり、焼結しやすくなったりすることがあるため、光触媒の粒子径を小さくしても、処理対象物を分解する能力を十分に向上させることはできなかった。
また、光触媒粒子の表面をリン酸カルシウムなどの無機吸着剤で覆うことが提案されている。このように、光触媒粒子の表面を無機吸着剤で覆えば、処理対象物を吸着させる能力を向上させることができる。さらに、光触媒を固定化させる際に使用されるバインダや基材の光触媒による酸化を防止できる。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−２４４１６６号公報
【特許文献２】
特開平１１−２６７５１９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１，２の方法では、処理対象物を吸着させる能力を向上させることはできるものの、無機吸着剤によって紫外光が遮られてしまうので、光触媒の触媒活性を十分に高くできなかった。したがって、処理対象物の分解力は十分に高いとはいえなかった。
また、光触媒粒子表面の一部のみを無機吸着剤で覆って紫外光を完全に遮らないようにすることも考えられるが、その場合には吸着能力が低下した。
本発明は、前記事情を鑑みてなされたものであり、吸着能力と触媒活性とがともに高く、処理対象物の分解力が高い光触媒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】
本願請求項１の光触媒装置は、紫外光を透過する基材と、基材の少なくとも片面上に形成された光触媒層と、光触媒層表面の８０％以上を覆った無機吸着剤層とを有し、前記基材に紫外光が入射されることを特徴とする。
本願請求項２の光触媒装置は、光ファイバと、光ファイバの表面上に形成された光触媒層と、光触媒層表面の８０％以上を覆った無機吸着剤層とを有し、前記光ファイバに紫外光が入射されることを特徴とする。
本発明の光触媒装置においては、無機吸着剤層が光触媒層表面の全面を覆っていることが好ましい。
また、前記無機吸着剤層がヒドロキシアパタイトを含有することが好ましい。
さらに、無機吸着剤層の厚みが２０ｎｍ以上であることが好ましい。
【０００６】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態例）
本発明の光触媒装置の第１の実施形態例について図面を参照して説明する。
図１は、第１の実施形態例の光触媒装置の斜視図である。この光触媒装置１０は、層状の基材１１と、基材１１の片面上に形成された光触媒層１２と、光触媒層１２表面の全面を覆った無機吸着剤層１３とを有して概略構成される。そして、この光触媒装置１０では、図２に示すように、基材１１の、光触媒層１２が形成されている面の反対側の面１４側から紫外光が照射されて、基材１１に紫外光が入射される。
【０００７】
この光触媒装置１０の基材１１としては、紫外光を透過するものであれば特に制限されず、例えば、石英からなる板などが挙げられる。
光触媒層１２を構成する光触媒としては、例えば、ＴｉＯ２ 、ＴｉＯ３ 、ＺｎＯ、ＷＯ３ 、ＳｎＯ２ 、Ｆｅ２Ｏ３、ＳｒＴｉＯ３  、ＣｄＳ、ＣｄＳｅなどが挙げられる。これらの中でも、光触媒活性が高いことから、ＴｉＯ２ （二酸化チタン）が好ましい。
【０００８】
この光触媒層１２の空孔率は０％〜８０％であることが好ましい。光触媒層１２の空孔率が８０％を超えると、光触媒の量が不足して、光触媒装置１０の分解能力が低下する場合がある。
また、光触媒層１２の厚さは、０．１μｍ〜２μｍであることが好ましい。光触媒層１２の厚さが０．１μｍ未満であると、ほとんどの光は透過してしまって有効に活用できない。２μｍを超えると、処理対象物の分解に寄与しない光触媒に多くの光が吸収される。
【０００９】
無機吸着剤層１３を構成する無機吸着剤としては、多孔質の無機化合物であれば特に制限されず、例えば、リン酸カルシウム、シリカ、アルミナ、ゼオライト、シリカ−アルミナ、活性炭などが挙げられる。これらの中でも、処理対象物を吸着しやすいことから、リン酸カルシウムが好ましい。さらに、リン酸カルシウムの中でも、ヒドロキシアパタイトが好ましい。
無機吸着剤層１３の厚さは５ｎｍ〜５０００ｎｍであることが好ましく、２０〜１０００ｎｍであることがさらに好ましい。無機吸着剤層１３の厚さが５ｎｍ未満であると、処理対象物を十分に吸着できないことがある。また、無機吸着剤層１３の厚さが５０００ｎｍを超えると、その表面から光触媒までの距離が長くなるので、分解速度が低下することがある。
無機吸収剤層１３の空孔率は５０％〜９０％であることが好ましい。無機吸着剤層１３の空孔率が５０％未満であると、吸着する面積が不足することがある。また、無機吸着剤層１３の空孔率が９０％を超えると、脆くなり、さらに、密度の低下によってやはり吸着面積が不足するおそれがある。
【００１０】
このような無機吸着剤層１３を有していれば、処理対象物の濃度が高い場合において、光触媒で分解しきれない処理対象物を一時的に吸着させることができ、処理対象物の濃度が低くなったときに、その吸着した処理対象物を分解させることができる。したがって、分解処理量の変動を平坦化でき、また、光触媒層１２の表面に絶えず処理対象物が存在するので、光のエネルギーを効率的に利用できる。
【００１１】
光触媒装置１０の製造方法は、まず、基材１１の片面上に、光触媒を含有する分散液をコーティングした後、焼成して光触媒層１２を形成させる。次いで、光触媒層１２表面の全面に無機吸着剤をコーティングして無機吸着剤層１３を形成させて光触媒装置１０を得る。
【００１２】
以上説明した実施形態例では、無機吸着剤層１３が光触媒層１２表面の全面を覆っているので、処理対象物を全面にわたって吸着させることができる。その結果、処理対象物を吸着させる能力が高い。さらに、この実施形態例の光触媒装置１０では、基板１１の、光触媒層１２が形成されている面の反対側の面側から紫外光が照射されて、基材１１に紫外光が入射されるため、紫外光は無機吸着剤層１３に遮られることがない。そのため、十分な光量で光触媒層１２に達するので、光触媒の触媒活性を十分に高めることができる。
したがって、この光触媒装置１０は、処理対象物を吸着させる能力と触媒活性とがともに高いので、処理対象物を分解させる能力が高くなっている。
さらに、無機吸着剤層１３を有していれば、紫外光を遮蔽することもできる。そのため、触媒活性をより高めるために紫外光の強度を高くしても、無機吸着剤層１３を透過する紫外光強度を弱くできる。
【００１３】
（第２の実施形態例）
本発明の光触媒装置の第２の実施形態例について図面を参照して説明する。
図３は、第２の実施形態例の光触媒装置の断面図である。この光触媒装置２０は、光ファイバ２１と、光ファイバ２１の表面上に形成された光触媒層２２と、光触媒層２２上に形成された無機吸着剤層２３とを有して概略構成される。そして、この光触媒装置２０では、光ファイバ２１に紫外光が入射され、さらに、その紫外光は少しずつ光ファイバ２１から漏光しながら伝播する。
【００１４】
光触媒担持光ファイバを構成する光ファイバ２１としては、通常、マルチモードファイバが使用される。マルチモードファイバとしては、例えば、クラッド径／コア径が１２５μｍ／１２３μｍのものが挙げられる。マルチモードファイバは開口が大きいので、光を効率的に結合できる上に、漏光させやすい。
また、光ファイバ２１としては、クラッドが２層で、その屈折率差が１．５％以上のものであってもよい。
光ファイバ２１の材質としては特に制限はないが、石英ガラスが好ましく、フッ素添加石英ガラスがより好ましい。石英ガラスは金属イオン含有量が極めて少ないため、金属イオンが光触媒に拡散して触媒活性を低下させることを防止できる上に、紫外光の導波損失が小さい。さらに、石英ガラスにフッ素が添加されていれば、紫外光の導波損失がより小さくなる。
【００１５】
光触媒装置の製造方法は、まず、光ファイバ２１上に、光触媒を含有する分散液をコーティングした後、焼成して光触媒層２２を形成させる。次いで、光触媒層２２表面の全面に無機吸着剤をコーティングして無機吸着剤層２３を形成させて光触媒装置２０を得る。
【００１６】
以上説明した実施形態例では、無機吸着剤層２３が光触媒層２２表面の全面を覆っているので、処理対象物を全面にわたって吸着させることができる。その結果、処理対象物を吸着させる能力が高い。さらに、この実施形態例の光触媒装置２０では、光ファイバ２１に紫外光が入射されるため、紫外光は無機吸着剤層２３に遮られることなく、十分な光量で光触媒層２２に達するので、光触媒の触媒活性を十分に高めることができる。
したがって、この光触媒装置２０は、処理対象物を吸着させる能力と触媒活性とがともに高いので、処理対象物を分解させる能力が高くなっている。
【００１７】
なお、本発明は、上述した実施形態例に限定されない。例えば、第１の実施形態例では、基材の片面上に光触媒層が形成されていたが、図４に示すように、基板１１の両面上に光触媒層１２，１２を形成させてもよい。このように、基板１１の両面上に光触媒層１２，１２を形成させた場合には、紫外光を基板１１の側面に照射して、基板１１に紫外光を入射する。
また、上述した実施形態例では、無機吸着剤層が光触媒層全面を覆っていたが、本発明では、無機吸着剤層は光触媒層表面の８０％以上を覆っていれば、本発明の効果を発揮できる。
【００１８】
【実施例】
（実施例１）
実施例１について、図１を参照して説明する。
まず、紫外線を透過する石英板の片面に、光触媒である二酸化チタンをコーティングして光触媒層を形成させた。さらに、光触媒層表面の全面上に多孔質のリン酸カルシウムからなる無機吸着剤層を形成させて、石英板（基材１１）と、石英板の片面上に形成された光触媒層１２と、光触媒層１２の全面を覆った無機吸着剤層１３とを有する光触媒装置１０を得た。
この光触媒装置１０をアンモニア中に設置し、次いで、この光触媒装置１０の石英板の光触媒層１２が形成されていない面に紫外光ランプ（ブラックライト中心波長３６０ｎｍ）を近づけて、石英板の片面に紫外光を１ｍＷ／ｃｍ２ の強度で照射した。このとき、反対側の表面を透過した紫外光の強度は１μＷ／ｃｍ２ であり、高効率で紫外光が利用されていた。
このようにして、石英板に入射した紫外光により光触媒を活性化させることができ、その活性化した光触媒によって、リン酸カルシウムからなる無機吸着剤層１３に吸着したアンモニアを分解させることができた。
【００１９】
（実施例２）
実施例２について、図４を参照して説明する。
まず、紫外線を透過する石英板の両面に、光触媒である二酸化チタンをコーティングして光触媒層を形成させた。さらに、光触媒層表面の全面上に多孔質のリン酸カルシウムからなる無機吸着剤層を形成させて、石英板（基材１１）と、石英板の両面上に形成された光触媒層１２，１２と、光触媒層１２上に形成された無機吸着剤層１３とを有する光触媒装置を得た。
この光触媒装置をアンモニアガス中に設置し、次いで、この光触媒装置の石英板の側面に紫外光を発する光源を近づけて、石英板中に紫外光を入射させた。石英板内に入射した紫外光は漏光しながら伝播して光触媒を活性化させた。そして、活性化した光触媒によって、リン酸カルシウムからなる無機吸着剤層１３，１３に吸着したアンモニアを分解させることができた。
【００２０】
（実施例３）
実施例３について、図３を参照して説明する。
まず、フッ素をドープした石英ファイバ（光ファイバ）の表面に、光触媒である二酸化チタンをコーティングして光触媒層を形成させた。さらに、光触媒層表面の全面上に多孔質のリン酸カルシウムからなる無機吸着剤層を形成させて、石英ファイバと、石英ファイバ（光ファイバ２１）の表面上に形成された光触媒層２２と、光触媒層２２上に形成された無機吸着剤層２３とを有する光触媒装置２０を得た。
この光触媒装置２０をアンモニアガス中に設置し、次いで、この光触媒装置２０の石英ファイバの端面に紫外光を発する光源を近づけて、石英ファイバ中に紫外光を入射させた。石英ファイバ内に入射した紫外光はクラッド側に漏光しながら伝播して光触媒を活性化させた。そして、活性化した光触媒によって、リン酸カルシウムからなる無機吸着剤層１３に吸着したアンモニアを分解させた。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、処理対象物を吸着させる能力が高い上に、紫外光が無機吸着剤層に遮られることなく、十分な光量で光触媒層に達するので、光触媒の触媒活性を十分に高めることができる。そして、このような光触媒装置は、大腸菌などの菌類、ダイオキシン等の有機塩素化合物などの処理対象物の分解に好ましく利用される。
また、この光触媒装置では、光触媒層にバインダを用いないから、光触媒によるバインダ劣化は生じない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１の実施形態例の光触媒装置を示す斜視図である。
【図２】第１の実施形態例の光触媒装置に紫外光が照射されている状態を示す図である。
【図３】本発明に係る第２の実施形態例の光触媒装置を示す断面図である。
【図４】本発明に係る他の実施形態例の光触媒装置を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０，２０・・・光触媒装置、１１・・・基材、１２，２２・・・光触媒層、１３，２３・・・無機吸着剤層、２１・・・光ファイバ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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