(57)【要約】【課題】従来の光触媒体は光触媒膜の総表面積を増大させることにより有害物質と光触媒との接触機会を増やし全体の分解除去能力を高めようとするものである。しかし、ほとんどの細孔が光触媒膜で塞がれてしまうため吸着能力が低下し、光触媒体の分解除去能力は期待するほどには改善されない。【解決手段】（１）光触媒層を成膜するための原料溶液を調製する工程と、（２）外気と通じる空孔を有する吸着剤を加熱する工程と、（３）前記原料溶液を噴霧して前記吸着剤の表面に塗布する工程と、（４）前記原料溶液を塗布した吸着剤を焼成してその表面に光触媒層を成膜する工程とを含む光触媒体の製造方法。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外気と通じる空孔を有する吸着剤の空孔内の表面を除いた表面に光触媒を担持させてなることを特徴とする光触媒体。
【請求項２】
吸着剤は合成ゼオライトである請求項１に記載の光触媒体。
【請求項３】
吸着剤は空孔に通じる細孔を有する請求項１または２に記載の光触媒体。
【請求項４】
細孔の平均孔径は１ｎｍ以下である請求項３に記載の光触媒体。
【請求項５】
吸着剤の形状は球形である請求項１乃至４の何れかに記載の光触媒体。
【請求項６】
（１）光触媒層を成膜するための原料溶液を調製する工程と、（２）外気と通じる空孔を有する吸着剤を加熱する工程と、（３）前記原料溶液を噴霧して前記吸着剤の表面に塗布する工程と、（４）前記原料溶液を塗布した吸着剤を焼成してその表面に光触媒層を成膜する工程とを含むことを特徴とする光触媒体の製造方法。
【請求項７】
（１）ペルオキソチタン酸溶液、チタニアゾル溶液、アナターゼ型酸化チタン粉末およびルチル型酸化チタン粉末を混合して成膜用の溶液を調製する工程と、（２）外気と通じる空孔を有する吸着剤を加熱する工程と、（３）前記原料溶液を噴霧して前記吸着剤の表面に塗布する工程と、（４）前記原料溶液を塗布した吸着剤を焼成してその表面に光触媒層を成膜する工程とを含むことを特徴とする光触媒体の製造方法。
【請求項８】
１００〜３００℃に吸着剤を加熱する請求項６又は７に記載の光触媒体の製造方法。
【請求項９】
前記原料溶液を塗布した吸着剤を２００〜５００℃で焼成する請求項６乃至８の何れかに記載の光触媒体の製造方法。
【請求項１０】
外気と通ずる空孔を有する吸着剤の空孔内の表面を除いた表面に光触媒を担持させてなる光触媒体を空気中で５００℃以下の温度に加熱し一定時間保持することを特徴とする光触媒体の再生方法。
【請求項１１】
通気性を有するホルダに請求項１乃至５の何れかに記載の光触媒体を収容してなることを特徴とする光触媒フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光の照射を受けることによって有害気相物質や不快臭などの原因となる気相物質を分解することのできる光触媒機能を有する光触媒体とその製造方法に関する。本発明に係る光触媒体および光触媒フィルタは、特に車両に取り付けてその室内空間を浄化する空気清浄機の浄化部に好適に使用することができる。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光の照射により励起されて光触媒反応を生じる半導体（以下、単に光触媒という）により様々な有害気相物質や不快臭の原因となる気相物質等（以下、有害物質という）を無害物質に分解することが行なわれているが、光触媒反応による分解速度は遅いためにそれだけでは十分な浄化能力を得ることは困難であった。また、光触媒の総表面積を単純に増大させることは装置の大型化や製造・管理コストの増大を招くため現実的ではない。
【０００３】
光触媒の浄化能力を向上させる技術に他の浄化技術との併用があり、とりわけ吸着剤との併用について多くの報告がなされている。それらによると光触媒と吸着剤とを併用する技術は二つに大別される。
【０００４】
ひとつの技術は吸着剤が被処理気体の流れの上流側に位置するように吸着剤と光触媒とを直列に配置し、先ず有害物質を吸着剤に吸着させ、そこで吸着されなかった有害物質を後続の光触媒により分解するものである。吸着剤に吸着しやすい有害物質と光触媒により比較的分解しやすい有害物質とが混在している場合に有効であり光触媒の負荷を低減することができる。また、有害物質に硫黄系ガスが含まれていると触媒毒が生じて光触媒が劣化することがあるが、このような場合に光触媒を触媒毒から守ることができる。しかし、吸着剤と光触媒とを直列に配置する構成は、吸着剤の吸着サイトが飽和すると吸着能力が失われるため、その度毎に吸着剤の交換作業または再生操作が必要となり維持管理コストが多大となる。また、除去された有害物質の殆どは吸着剤により吸着除去されたものであり光触媒により分解されるものは僅かであるため全体の除去能力は吸着剤に依るところが大きい。したがって触媒毒への対応が必要なケースを除き、コストを含めて考えると吸着剤と光触媒とを単純に直列配置する構成の技術的意義は小さいと考えられる。
【０００５】
もうひとつの技術は光触媒と吸着剤とを並列に配置し両者の機能を見かけ上一体化させたものである。光触媒反応は固体表面反応であるため有害物質を触媒表面に一旦吸着する必要があるが、光触媒の比表面積はさほど大きくないため吸着速度が遅く光触媒だけでは十分な浄化能力は得られなかった。光触媒の機能と吸着剤の機能とを一体化させることにより光触媒の吸着速度を見かけ上速くすることができる。一体化させるには二種類の構造があり、ひとつは光触媒と吸着剤とバインダーとからなる塗膜層を担体に担持させてなる光触媒体である。もうひとつは光触媒を含む薄膜を吸着剤から構成される担体に担持させてなる光触媒体である。
【０００６】
前者の光触媒体では、有害物質が吸着剤に吸着すると近傍の光触媒の分解作用により有害物質は分解される。吸着と分解の繰り返しにより吸着サイトは飽和しにくくなり吸着速度の向上により光触媒の反応速度はミクロ的には速くなる。しかし、光触媒と吸着剤はそれぞれ塗膜層の表面の一部を構成しているにすぎないため何れの表面積も小さく、マクロ的に見ると光触媒反応はあまり速くなっていない。
【０００７】
後者の光触媒体は、例えばゼオライト等の吸着性のある多孔質粉粒体から作製した担体の外表面および空孔内表面に酸化銀や二酸化チタンを担持させてなる光触媒体である。これに紫外線照射することで一酸化窒素やメチルメルカプタンを分解でき、その分解除去速度が吸着のみによる除去速度より大きいというものである（特許文献１参照）。別の例は半径５〜２０ｎｍの空孔径分布を有するγ−アルミナ多孔体に空孔径が半径２〜１０ｎｍとなるように平均膜厚１〜４００ｎｍの光触媒薄膜を成膜するものである（特許文献２参照）。何れも吸着剤から構成される担体の外表面だけでなく空孔を塞がないようにその内部表面も光触媒を含む薄膜でコーティングしている点で共通している。吸着剤が有する総表面積において、その多くは空孔の内部表面に依るものである。空孔を塞がずにコーティングすることにより吸着剤の吸着能力を維持し、その吸着能力を光触媒に与えることができる点で優れた光触媒体といえる。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−９０２１４号公報
【特許文献２】
特開２００２−４５６５０号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
図７に光触媒を含む薄膜を吸着剤から構成される担体に担持させてなる光触媒体の断面の一部拡大部を模式的に示す。担体である吸着剤は吸着剤構成粒子３の集合体である。吸着剤の外表面には外気と通ずる空孔５があり、吸着剤構成粒子３は空孔５に通ずる直径１ｎｍ程度またはそれ以下の均一な細孔４を有する。光触媒膜２は吸着剤構成粒子３（吸着剤）の外表面と空孔５の内表面とに担持され、かつ空孔５を塞がない厚さである。被処理気体は表面のみならず空孔５から光触媒体１内部へも侵入して光触媒膜２に吸着される。そこで光触媒反応により有害物質は分解される。すなわち、図７の構成による光触媒体は光触媒膜２の総表面積を増大させることにより有害物質と光触媒との接触機会を増やし全体の分解除去能力を高めようとするものである。しかし、ほとんどの細孔が光触媒膜２で塞がれてしまうため吸着能力が低下し、光触媒体の分解除去能力は期待するほどには改善されない。
【００１０】
本発明の目的は、上記の課題を解決し有害物質の分解除去能力を高めた光触媒体を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
光触媒体の分解除去能力を向上させるには、吸着剤の吸着能力をできるだけ維持しつつ光触媒膜の表面積を増大させることが必要である。従来の光触媒体の光触媒膜の総表面積は大きいが実際に光の照射を受けることのできる有効面積はその外表面に限定されるためさほど大きくない。なぜなら照射光は空孔の内部までは達しないからである。光の照射を受けることのできない光触媒膜は有害物質を分解しないばかりか細孔を塞いでしまう。本発明者は、吸着剤の外表面に限定して光触媒膜を成膜してできるだけ細孔を塞がないようにすることで、光触媒膜の有効面積を確保しつつ吸着剤の吸着能力を実質的に維持することが可能であることを見出して本発明に到達した。
【００１２】
すなわち本発明は、外気と通じる空孔を有する吸着剤の空孔内の表面を除いた表面に光触媒を担持させてなることを特徴とする光触媒体である。
【００１３】
吸着剤は活性炭、ゼオライト、シリカゲル、活性アルミナ等が使用できるが吸着される物質の分圧が低い場合でも強い吸着力を示すことからゼオライトが好ましい。特性の安定している合成ゼオライトが特に好ましい。ゼオライトは機械的強度が高く振動下でも割れにくいことから車両搭載用の空気清浄機にも好適に適用できる。
【００１４】
吸着剤は空孔に通じる細孔を有していることが好ましい。
【００１５】
細孔の平均孔径は１ｎｍ以下とすることが好ましい。
【００１６】
吸着剤の形状は球形とすることが好ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
ゼオライトは特に合成ゼオライトが好適に使用できる。合成ゼオライトは化学的にはアルカリ金属またはアルカリ土類金属の結晶性含水アルミノ珪酸塩で下記一般式で表される。この結晶水が加熱脱離したあとにできた空孔が強い吸着能を有し、またこれに通ずる直径１ｎｍ以下の均一な細孔が分子篩効果を示す。合成ゼオライトは品種により特有な細孔径を有する。
ＭｅＯ・Ａｌ２Ｏ３・ｍＳｉＯ２・ｎＨ２Ｏ
［式中、Ｍｅはアルカリ金属２原子またはアルカリ土類金属１原子、ｍ，ｎは整数を示す］
【００１８】
本発明の光触媒体の製造方法は次の工程による。（１）光触媒層を成膜するための原料溶液を調製し、（２）外気と通じる空孔を有する吸着剤を加熱し、（３）前記原料溶液を噴霧して前記吸着剤の表面に塗布し、（４）前記原料溶液を塗布した吸着剤を焼成してその表面に光触媒層を成膜させることにより本発明の光触媒体が得られる。原料溶液の液滴が吸着剤に付着すると界面張力により広がろうとするが、その表面が加熱されているため素早く溶媒が蒸発して乾燥が進む。
その結果、原料溶液は十分に広がることがないので空孔内にまで侵入することなく吸着剤の外表面で光触媒層を成膜させることができる。原料溶液を噴霧すると比表面積が大きくなるので噴霧された瞬間から吸着剤に付着するまでの間にも溶媒は急速に蒸発する。その時の雰囲気が高温乾燥状態であれば更に急速に蒸発が進むため吸着剤の加熱温度は低くてもよい。
【００１９】
本発明の光触媒体の光触媒層は厚さが１〜５μｍの範囲、好ましくは２〜３μｍであることが良い。この光触媒膜は１μｍ以下であると充分に期待できる光触媒性能は発現できず、１μｍ以上であると性能には変化がない。しかしながら５μｍ以上の厚さで塗布すると、熱歪みにより膜内に亀裂が生じ、光触媒膜の剥離、脱離に繋がる。
【００２０】
従来のアナターゼ型酸化チタンの吸収特性は約４００ｎｍからゆっくりと吸収を始め、約３５０ｎｍで、ほぼ８０％近くの紫外線を吸収する。この吸収特性と励起手段の発光特性との間で十分な整合がとれていない場合は、照射される光エネルギーのうち光触媒に吸収されないエネルギーの割合が多くなる。光触媒の吸収特性を長波長側へシフトして励起手段の発光特性との間で整合をとるには、ペルオキソチタン酸溶液、アナターゼ型酸化チタン粉末およびルチル型酸化チタン粉末を混合して原料溶液を調製することが好ましい。この原料溶液から作製した高効率光触媒では４２０ｎｍ付近から吸収を始め、３７０ｎｍでアナターゼ型酸化チタンと同等の吸収を得ることができる。
【００２１】
ルチル型酸化チタンはアナターゼ型酸化チタンに比べ、紫外線吸収特性が長波長側にあることは知られていたが、アナターゼ型に比べルチル型は光触媒性能が低いことも知られていた。アナターゼ型酸化チタンで長波長側（可視光側）に少しでも吸収を多くしようとする可視光型光触媒が開発されつつあるが、上記原料溶液から作製した光触媒は可視光型光触媒と言える程には長波長側にシフトしないが、安全であると言われているブラックライトを使用する上でも効果がある。
【００２２】
ペルオキソチタン酸溶液、アナターゼ型酸化チタン粉末およびルチル型酸化チタン粉末を混合して原料溶液の調製方法を次に示す。
（１）膜厚を３μｍにする場合にルチル型酸化チタン粉末は＜５μｍを用意する。
（２）混合する前にルチル型酸化チタン粉末の分散性を良くする為に０．１Ｍ硝酸溶液の中にルチル型酸化チタン粉末を１０ｗｔ％の割合で混合し、ロータリーエバポレーター等の中に入れ、攪拌しながら加熱するか、または減圧させながら水分を蒸発させる。これによりルチル型酸化チタン粉末表面に硝酸が付着する。
（３）ペルオキソチタン酸溶液とアナターゼ型酸化チタンゾルを重量比で３：７に混合する。
（４）先の表面処理したルチル型酸化チタン粉末を先に混合したペルオキソチタン酸溶液とアナターゼ型酸化チタンゾル溶液の水分を蒸発させて乾燥した後の固形分に対して１５ｗｔ％になるように添加する。溶液の固形分は事前に決められた重量の溶液を乾燥した時の重量を測定しておいた。今回のペルオキソチタン酸溶液とアナターゼ型酸化チタンゾル混合溶液では固形分が元の溶液の重量に対して１．７ｗｔ％であった為に、溶液の重量比で０．３ｗｔ％のルチル型酸化チタン粉末を添加して原料溶液とする。２５ｗｔ％以上混合すると、膜強度が落ち、剥がれが生じるばかりか、光触媒性能も低下することがある。好ましくは１５〜２０ｗｔ％の範囲の添加量が良い。
（５）溶液は水ベースなので硝酸を修飾したルチル型酸化チタン粉末は溶液中で反発し合い、最適な分散状態になる。この状態は成膜の際もルチル型酸化チタン粉末の粒子間にアナターゼ型酸化チタン溶液が必ず入り込む効果をも生む。この様な酸による処理の他、親水性処理を行っても同様の効果が得られる。
【００２３】
この原料溶液による成膜方法を次に示す。
（１）洗浄した金属基板を暖めながら、調整した本溶液を攪拌機付きのスプレーで所定の膜厚になるように塗布する。
（２）塗布した金属基板状の溶液を大気中で２００〜４５０℃、好ましくは３００〜４００℃で焼成し、ルチル型酸化チタン粉末が均一に分散したペルオキソチタン酸溶液とアナターゼ型酸化チタンゾルからなる半アモルファス状態の酸化チタン膜を結晶化させ、金属基板上に固定する。この時、ペルオキソチタン酸溶液に含まれる過酸化基が金属基板を酸化させ、酸化チタン膜と金属基板の間にアモルファス反応層を設けて、酸化チタン膜と金属基板を強固に接合させ光触媒体となす。これはペルオキソチタン酸が酸化チタンの前駆体であり、過剰な酸素も有していることから、金属基板表面で酸化反応を引き起こしながら、酸化チタンに変化するためである。
【００２４】
こうして作製した光触媒体の表面にはアナターゼ型酸化チタン膜の厚さより粒径の大きいルチル型酸化チタン粒子が分散している。
【００２５】
金属基板上に形成された膜の構造はペルオキソチタン酸溶液とアナターゼ型酸化チタンゾルから焼成によって結晶化されたアナターゼ型酸化チタン膜の中にルチル型酸化チタン粒子が分散された構成になっている。光触媒の吸収特性を長波長側へシフトさせるには、膜の主成分であるアナターゼ型酸化チタンに励起源である紫外線が当たることは、もちろんであるが、膜中に分散されたルチル型酸化チタン粒子にも紫外線が当たる必要がある。あまり粒径の細かいルチル型酸化チタンを添加しても、光の当たらない膜の下部に沈殿してしまっては効果が発現しない。
【００２６】
光触媒の吸収特性をシフトさせる原理は次のように推定される。すなわち、それぞれ吸収波長領域の異なるアナターゼ、ルチル型酸化チタンに紫外線があたり、それぞれの吸収波長で励起し、電子（または空孔）を放出する。ルチル型酸化チタン単体では、この励起された電子（または空孔）が結晶表面で保持されず、酸化分解に必要な活性酸素や水酸ラジカルの発生にまでに辿り着けないと推測される。本発明ではルチル型酸化チタンの周辺をペルオキソチタン酸溶液から結晶化によって生成されたアナターゼ型酸化チタンが隙間無く密着し包んでいる為に、ルチル型酸化チタンで励起された電子（または空孔）は遅滞なく、アナターゼ型酸化チタンに移動できる。移動した電子（または正孔）は本来のアナターゼ型酸化チタンで発生した電子（または正孔）と同様に使用される為に、アナターゼ型酸化チタンが吸収できない長波長側の光でも同様の効果が発現できると考えられる。
【００２７】
ここで、原料溶液はペルオキソチタン酸溶液、チタニアゾル溶液、アナターゼ型酸化チタン粉末およびルチル型酸化チタン粉末を混合して調製することが好ましい。チタニアゾル溶液を追加しても溶液の調製方法は上記と同様である。ペルオキソチタン酸溶液を加熱焼成して得られる酸化チタン膜は結晶性が悪く、光触媒性能も低い。結晶性を上げようとして焼成温度を上げても、アナターゼ型酸化チタンからルチル型酸化チタンに転移することが多く、期待する光触媒性能は得られない。そこでペルオキソチタン酸溶液にチタニアゾル溶液を加える事であらかじめ結晶化しているチタニアゾル中の酸化チタン粒子が核となり、良好な結晶化が促進される。
【００２８】
チタニアゾル溶液はペルオキソチタン酸を加熱し改質させたゾルを用いることが望ましい。このチタニアゾルはペルオキソチタン酸溶液を８０〜１００℃に加熱して得られるものであり、溶液中で微細なアナターゼ型酸化チタン結晶を意識的に作製させたものである。
【００２９】
吸着剤を加熱する温度は１００〜３００℃、好ましくは１５０〜２５０℃が良い。温度が低すぎると液体である光触媒溶液の水分が瞬時に蒸発できずに毛細管現象によって吸着剤の空孔、細孔に入り込んでしまい、吸着面積を減少させてしまう。温度が高すぎると光触媒溶液は吸着剤表面で結晶化してしまい吸着剤の表面に固定されずに、剥離、脱離が引き起こされる。
【００３０】
原料溶液を塗布した吸着剤を焼成する温度は２００〜５００℃、好ましくは２００〜４５０℃、更に好ましくは３００〜４００℃が良い。温度が低すぎると光触媒溶液が結晶化されずに期待される光触媒作用を発現できない。温度が高すぎるとアナターゼ型酸化チタンがルチル型酸化チタンへ転移し始め、光触媒性能が損なわれる。ルチル型酸化チタンは光触媒溶液から焼成されたアナターゼ型酸化チタンに取り囲まれる構造であるとき光触媒性能を向上させる。焼成温度を上げすぎて光触媒表面がルチル型酸化チタンに転移したものの光触媒性能は低下する。
【００３１】
使用により分解除去能力を失った本発明の光触媒体は、空気中で５００℃以下の温度、好ましくは３００〜４００℃に加熱し１〜２時間程度保持することで再生される。５００℃を超えるとアナターゼ型酸化チタンの結晶構造がルチルとなり光触媒活性が低化するので好ましくない。吸着剤の耐熱温度が５００℃より低いときはその温度以下とする。再生時には多量の水を放出することがあるので容器内は乾燥空気を流すか真空にして再生を行なうことが好ましい。
【００３２】
【実施例】
（光触媒体の作製）
図１は本発明の実施例に係る光触媒体の断面の一部拡大部を模式的に示す図である。図７の光触媒体と同様の機能を有する部位には同一符号を付す。本発明の光触媒体１は光触媒半導体を含む光触媒膜２を吸着剤（担体）に担持させてなるが吸着剤の外表面のみに担持させる。加えて吸着剤を構成する吸着剤構成粒子３のうち外表面の吸着剤構成粒子３間の空孔５を塞がないように光触媒膜２の成膜面積を抑制するのである。吸着剤には合成ゼオライトビーズ（Ｎａ２Ｏ・Ａｌ２Ｏ３・２．５ＳｉＯ２、細孔直径０．９ｎｍ、東ソー社製ゼオラムＦ−９球状品４〜８ｍｅｓｈ（４．８〜２．４ｍｍ））を用いた。空孔５に通ずる細孔４は直径０．９ｎｍである。ペルオキソチタン酸溶液、ペルオキソチタン酸を加熱し改質させたチタニアゾル溶液、アナターゼ型酸化チタン粉末およびルチル型酸化チタン粉末を固形分ベースの重量比率で２．４：５．７：１．４：０．５となるように成膜用の溶液を調製した。合成ゼオライトを２００℃に加熱して転動させながら前記溶液をスプレーで表面に塗布し、この溶液を塗布した合成ゼオライトを４００℃で大気中で焼成し表面に光触媒膜２を成膜させることにより図１の光触媒体１を得た。これを光触媒体Ａとする。光触媒膜２の厚さは約３μｍであった。光触媒膜２は空孔５を塞ぐことなく吸着剤の外表面のみに担持されていることが確認できた。
【００３３】
合成ゼオライトを前記の成膜用の溶液中に浸漬させ引き上げて乾燥させることにより塗布した点を除き、前記と同様にして光触媒体Ｂを作製した。光触媒膜２の厚さは約１．５μｍであった。空孔５は塞がれていないものの内部表面も光触媒膜２で被覆されていることを確認した。
【００３４】
光触媒膜の状態の確認は次の手段により行なった。
▲１▼作製した光触媒体ＡおよびＢの断面をＳＥＭ観察し、何れのものも空孔が塞がれていないことを確認。
▲２▼比表面積を測定できるＢＥＴ法比表面積測定装置で比表面積を測定。溶液に浸漬して作製した光触媒体Ｂが光触媒成膜前のゼオライトビーズに比較して、その比表面積が１／５０まで減少したのに対し、本発明の光触媒体Ａの比表面積は、数％程度の減少にとどまっていたことから確認。
【００３５】
（通気性を有するホルダの作製）
上記の球状光触媒体を被処理粒体の流れの中に保持するのに使用する網状のホルダを次のようにして作製し、光触媒体としての機能も持たせた。オーステナイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）製線材で形成後圧延された平織金網（＃３０メッシュ、厚さ３００μｍ）を基板とし、その表面に少量の水と混合したＳＵＳ３１６粉末（平均粒径５０μｍ）を塗布後燒結して多孔質層（空孔径５０μｍ、厚さ１００μｍ）を形成した基体を準備した。アモルファス型過酸化チタン水溶液（０．８４質量％）とアナターゼ型酸化チタン水溶液（０．８４質量％）とを３：７の比率で混合したゾルを基体の表面に０．７ｇ／２５ｃｍ２（ｗｅｔ状態）の吹付け後常温乾燥、加熱乾燥（３００℃×１ｈｒ）してホルダを作製した。
【００３６】
（実験装置）
図５に示すように作製した光触媒体１を二層に並べ前記ホルダ６でサンドイッチして内径３０ｍｍのガラス管９の中に固定した。励起手段８は被処理流体の流れの上流側から光触媒体１を照射するよう配置した。励起手段８は発光ダイオードであり窒化ガリウム系光半導体で形成されており発光波長ピーク３８０ｎｍ、強度１．０ｍＷ／ｃｍ２で光触媒体１とホルダ６に照射されるように設置した。励起手段８からの光が照射されると光触媒体１とホルダ６は励起されて活性化し吸着した有害物質を分解する作用が高まる。実験では標準空気に有害物質ガスをガス混合器にて１０ｐｐｍの濃度になるよう混合して流量０．２Ｌ／ｍｉｎでこの装置に供給した。
【００３７】
（有害物質の分解１）
上記の光触媒体を用いてアセトアルデヒドの分解実験を行なった。実施例１では光触媒体Ａを用いて紫外線照射し実験装置の出口濃度を測定した。比較例１では光触媒体Ｂを用いて紫外線照射した。比較例２では光触媒膜を担持していない合成ゼオライトビーズを用いて紫外線照射した。比較例３では光触媒膜を担持していない合成ゼオライトビーズを用いるのみで紫外線照射はしなかった。結果をアセトアルデヒドガス除去率と流通時間との関係として図２に示す。実施例１の分解能が最も高い。比較例１では広い面積の光触媒膜を担持しているにも拘わらず分解能が最も低い。これは空孔内表面まで光触媒膜で被覆されているため細孔が塞がれ吸着効果が大きく低下したことによるものと考えられる。比較例２と３はゼオライトの吸着能により比較例１より良好である。
【００３８】
実験結果から本発明の光触媒体の特徴として以下が挙げられる。
▲１▼スタートから１００分近くまで出口濃度０（除去率１００％）であることから初期性能が高く高濃度ガスにも対応できる。
▲２▼吸着速度が高く１パスのガス接触にもかかわらず除去率が高い。
▲３▼吸着量が多く光触媒作用により吸着飽和しにくい。すなわち寿命の長い光触媒体である。
▲４▼励起手段８の発光波長ピークと整合した光吸収特性をもつ光触媒膜により照射光エネルギーを効率よく吸収できる。
【００３９】
（有害物質の分解２）
上記の光触媒体を用いてアンモニアの分解実験を行なった。実施例２では光触媒体Ａを用いて紫外線照射し実験装置の出口濃度を測定した。実施例３では光触媒体Ａを用いて紫外線照射したが、ホルダは光触媒膜を塗布する前段階の平織金網とした。比較例４では光触媒体としての機能を持たせたホルダのみを用いた。
結果をアンモニアガス除去率と流通時間との関係として図３に示す。比較例４によればホルダのみでの分解能は吸着サイトの急速な飽和により１００分後は全く機能していない。実施例２と実施例３との違いはホルダの光触媒膜の有無だけであるが実施例２の分解能がやや優れており光触媒体Ａと光触媒膜を有するホルダの組み合わせが効果的であると考えられる。アセトアルデヒドではホルダの光触媒膜の有無で分解能に差が無かったが、アンモニアでは差がついた理由は次の通りである。すなわち、アセトアルデヒドガスに比較してアンモニアガスは光触媒による分解速度が速いため、ＴｉＯ２ゼオライトビーズの前段に光触媒作用の高い光触媒膜を有するホルダを配することでＴｉＯ２ゼオライトビーズ部に流れ込むアンモニアガスが予めホルダ部で分解されて濃度が下がり、その結果としてガス除去率が上がる。またＴｉＯ２ゼオライトビーズの吸着飽和による寿命も延びる。光触媒作用による分解速度の速いガス種ほどこの効果は大きい。なお、アセトアルデヒドガスのように光触媒作用による分解速度の比較的遅いガスであっても分解速度に見合った流量にすれば十分な分解能が得られる。
【００４０】
本発明の光触媒体を空気清浄機の浄化部に適用した例を図４により説明する。
この空気清浄機１１は被処理気体をファン１２で吸入し、フィルタ１０で浮遊粒子を補足し、光触媒フィルタ７で気相有害物質を分解し、浄化した空気を排出する。光触媒フィルタ７は本発明の光触媒体１をホルダ６により保持した構造である。ホルダ６は流通抵抗が小さく、励起手段８からの光照射をできるだけ遮らないようにするためメッシュ構造や穴開き構造とする。ホルダ６を光触媒体１の再生処理温度に耐えられる材質で作製しておくことで、光触媒フィルタ７を取り外してばらさずにそのまま再生処理することが可能である。空気清浄機１１は車両等の室内に設置する場合は薄型であることが望まれる。励起手段８に発光ダイオード８ａを用いれば励起手段８と光触媒フィルタ７とを接近させても均一な照射ができるため、空気清浄機１１を薄型化するのに有利である。
【００４１】
本発明で使用する光触媒膜の厚さの好適な範囲は次のようにして求めることができる。先ず、光触媒膜を平板状基板に担持させることと基板を転動させないことを除いて実施例の光触媒体Ａと同様にして光触媒体を作製した。膜厚はスプレーによる塗布量を変えることにより変更した。この光触媒体にスプレーで有機色素を塗布し、窒化ガリウム系光半導体で形成された発光ダイオードを使い発光波長ピーク３８０ｎｍ、強度１．０ｍＷ／ｃｍ２で１分間光触媒体を照射した。次いで、色差計で退色度を測定し有機色素分解量とした。図６に光触媒膜の厚さと有機色素分解量との関係を示す。本発明の光触媒体の光触媒層は厚さが１〜５μｍの範囲、好ましくは２〜３μｍであることが良い。この光触媒膜は１μｍ以下であると充分に期待できる光触媒性能は発現できず、１μｍ以上であると性能には変化がない。しかしながら５μｍ以上の厚さで塗布すると、熱歪みにより膜内に亀裂が生じ、光触媒膜の剥離、脱離に繋がる。この有機色素による評価は吸着の効果を排除し光触媒作用による分解能のみを評価できる点で優れている。
【００４２】
【発明の効果】
本発明の光触媒体によれば吸着剤の外表面に限定して光触媒膜を成膜して、できるだけ細孔を塞がないようにしたので、光触媒膜の有効面積を確保しつつ吸着剤の吸着能力を実質的に維持することが可能となった。これにより従来より有害物質の分解除去能力を高めた光触媒体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光触媒体の断面の一部拡大部を模式的に示す図である。
【図２】アセトアルデヒドガスの分解実験の結果を示すグラフである。
【図３】アンモニアガスの分解実験の結果を示すグラフである。
【図４】本発明の光触媒体を空気清浄機の浄化部に適用した例。
【図５】有害物質の分解実験に用いた装置。
【図６】光触媒膜の厚さと有機色素分解量との関係を示すグラフである。
【図７】従来の光触媒体の断面の一部拡大部を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１．光触媒体
２．光触媒膜
３．吸着剤構成粒子
４．細孔
５．空孔
６．ホルダ
７．光触媒フィルタ
８．励起手段
９．ガラス管
１０．フィルタ
１１．空気清浄機
１２．ファン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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