(57)【要約】【課題】多孔質基材の孔部の光触媒層の触媒機能を有効に活用し、反応効率を向上した光触媒モジュールを提供する。【解決手段】光触媒モジュール１０は、光触媒物質からなる光触媒層３を基材１の表面に一体に形成し、前記基材１に光ファイバ２を設けたものである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光触媒物質からなる光触媒層を基材の表面に一体に形成した光触媒モジュールにおいて、前記基材を多孔質材で形成し、その孔部に光ファイバを設けたことを特徴とする光触媒モジュール。
【請求項２】
前記光ファイバは３００ｎｍから４５０ｎｍの範囲の波長の光の光透過率が、光ファイバの両端間で３０％〜１００％としたことを特徴とする請求項１記載の光触媒モジュール。
【請求項３】
前記光ファイバは、長さが０．５ｍｍ〜１０ｍｍの範囲に設けられたことを特徴とする請求項１記載の光触媒モジュール。
【請求項４】
前記光ファイバは、直径が１μｍ〜５００μｍの範囲に設けられたことを特徴とする請求項１記載の光触媒モジュール。
【請求項５】
前記基材は、多孔質材料で形成された３次元スポンジ構造を有する部材で構成されたことを特徴とする請求項１記載の光触媒モジュール。
【請求項６】
前記基材は、気孔率が１０％〜７０％の材料で構成されたことを特徴とする請求項１記載の光触媒モジュール。
【請求項７】
前記基材は、多孔質材料で形成されたハニカム構造を有する部材で構成されたことを特徴とする請求項１記載の光触媒モジュール。
【請求項８】
前記基材がコージェライトで形成されたことを特徴とする請求項１記載の光触媒モジュール。
【請求項９】
前記基材がアルミナを主成分とした材料で形成されたことを特徴とする請求項１記載の光触媒モジュール。
【請求項１０】
前記光触媒層の膜厚が０．１μｍ〜１０μｍの範囲に形成されたことを特徴とする請求項１記載の光触媒モジュール。
【請求項１１】
前記光触媒層を形成する酸化チタン粒子の平均粒径を１０ｎｍ〜１００ｎｍとしたことを特徴とする請求項１記載の光触媒モジュール。
【請求項１２】
前記光触媒層を形成する酸化チタン粒子を凝集させ、その酸化チタン粒子凝集体の平均粒径を１０ｎｍ〜２００ｎｍとしたことを特徴とする請求項１記載の光触媒モジュール。
【請求項１３】
前記光触媒層は、Ａｕ、Ａｇ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔのうちから選択される少なくとも一種を含有する光触媒物質で形成されたことを特徴とする請求項１記載の光触媒モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気浄化装置や水浄化装置に適用される光触媒モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
空気浄化技術や水処理技術といった環境分野において、光触媒が注目されている。
【０００３】
光触媒は、エネルギー源として太陽光や蛍光灯を直接利用することが可能であるため、応用範囲が広く、環境にやさしいという利点を持ち、環境装置に適用するのに有効な技術である。
【０００４】
光半導体粒子に対して、そのバンドギャップ以上のエネルギを持つ波長の光を与えると、価電子帯に存在する電子が光励起されて伝導帯に移動し、価電子帯に正孔（ホール）が形成される。励起された電子（ｅ−）は酸素と反応してスーパーオキサイドアニオン（・Ｏ２−）を生成し、また正孔は水と反応してヒドロキシラジカル（・ＯＨ）を生成する。
【０００５】
このスーパーオキサイドアニオン（・Ｏ２−）は強い還元力を持ち、また、ヒドロキシラジカル（・ＯＨ）は強い酸化力を持つ。この強い酸化力と還元力を利用することにより有害物質を無害化するため、環境分野への応用が期待される。
【特許文献１】特開平２−１０７３３９号公報
【特許文献２】特開平８−１０３６３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、光触媒における反応速度は、一般に迅速ではなく、反応効率の面で改善の余地があった。
【０００７】
この光触媒反応の高効率化を目的とした技術としては、例えば特開平９−２６２４８２号公報に記載されたものがあり、同公報には、Ｃｒ、Ｖ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｎｉ、ＭｎおよびＰｔのうちから選択される少なくとも一種の金属イオンを１×１０１５個／ｇ−ＴｉＯ２以上の割合で酸化チタンの表面あるいは内部に含有する光触媒により触媒の反応効率を向上する技術が開示されている。
【０００８】
また、特開平２−１０７３３９号公報には、反応ガスおよび光が流通可能な３次元構造の基材上に光触媒物質を担持させて、触媒構造体を形成し、触媒効率を向上する技術が開示されている。
【０００９】
さらに、特開平８−１０３６３１号公報に記載された光触媒技術には、球状の耐熱ガラスを融着して形成されたガラスフィルターに、チタンのアルコキシドとアルコールアミン類等から調整されたチタニアゾルあるいはチタニアゾルにポリエチレングリコールまたはポリエチレンオキサイドを添加したものをコーティングし、室温から徐々に６００℃〜７００℃程度に温度上昇させて製造した光触媒を用いて触媒反応効率を向上させる技術が開示されている。
【００１０】
しかしながら、光触媒機能を活用し、環境浄化技術として十分な効率を実現する光触媒技術は提案されていなかった。
【００１１】
また、触媒の担持体である基材の表面積はできるだけ大きいことが好ましい。そのため、少ない体積で大きな表面積を得るため、比表面積の大きな多孔質体を基材とした光触媒モジュールが使用される。
【００１２】
しかしながら、光触媒モジュールに光を照射する場合、多孔質基材の孔部には十分な光が供給されず、表面積の大きな基材を使用しても、光触媒反応は主に基材の外表面部のみで起こり、基材孔部の光触媒層が活用されていなかった。
【００１３】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたものであり、多孔質基材の孔部の光触媒層の触媒機能を有効に活用し、反応効率を向上させた光触媒モジュール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】
【００１４】
本発明に係る光触媒モジュールは、上述した課題を解決するために、光触媒物質からなる光触媒層を基材の表面に一体に形成した光触媒モジュールにおいて、前記基材を多孔質材で形成し、その孔部に光ファイバを設けたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る光触媒モジュールによれば、光ファイバを基材に備えることにより、基材孔部に光が導入され、孔部における光触媒機能が活用される。従って、光触媒の反応効率を向上した光触媒モジュールを提供することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明に係る光触媒モジュールおよびその製造方法について、図を参照して以下に説明する。
【００１７】
図１は、本発明の光触媒モジュールの第１の実施形態である光触媒モジュール１０の微細な部分を模式的に示す断面図である。
【００１８】
光触媒モジュール１０は基材１上に光ファイバ２を配置し、この基材１の表面に光触媒層３（酸化チタン膜）を形成して構成される。
【００１９】
基材１は、例えば、コージェライト等の多孔質構造を有する材料を３次元スポンジ構造に形成して構成される。
【００２０】
このように、多孔質材料をさらに３次元スポンジ構造に形成して基材１を構成することにより、基材１の比表面積が増大し、小さい体積で大きな触媒接触面積を得ることができる。
【００２１】
また、３次元スポンジ構造の基材１とすることにより、基材１を流通するガスや液体の流れに乱れを生じ、光触媒層３と被分解物質との接触機会が増加するため、反応効率が向上する。
【００２２】
基材１と光ファイバ２との接合点は、熱処理等の接合方法により接合される。
【００２３】
この光触媒モジュール１０においては、外部から照射された光が、光ファイバ２を透過して基材１の孔部１ａの内部まで到達するため、基材１の外表面１ｂだけでなく孔部１ａにおいても光触媒による反応が起こる。
【００２４】
そのため、従来の光触媒モジュールにおいて利用されなかった多孔質の基材の孔部における触媒機構が利用可能となるため、光触媒を用いた見かけ上の反応速度を向上させることが可能である。
【００２５】
特に、光触媒モジュール１０は、孔部１ａが有底状の孔部で、開口部が狭く、孔部の内部容積が大きい場合や、孔部１ａが分岐した形状の場合等、光ファイバにより光の照射が行われにくい箇所についても光照射が可能であり、触媒効率を大幅に向上する。
【００２６】
本発明者らは、光触媒モジュールにおいて光ファイバを配置することによりもたらされる効果についてさらに検証した。
【００２７】
光ファイバ（酸化ケイ素製）と、比較のために用意した光透過性を有さない繊維状物質（炭化ケイ素製ファイバ）を、それぞれ基材に配置して光触媒モジュールを作成し、両者の触媒性能を比較した。
【００２８】
まず、コージェライト（低熱膨張セラミックス）製の多孔質材料を３次元スポンジ構造に形成した基材１に光ファイバ２（酸化ケイ素製、直径０．１ｍｍ、長さ３ｍｍ）を配置して接合した。この基材１に濃度３０％、結晶粒子６ｎｍの酸化チタンゾルを用いてディップコーティングを行い、基材１の表面に光触媒層３を形成して光触媒モジュールを作成した。その後、焼付けのため５５０℃の温度条件で１時間大気中にて焼成した。
【００２９】
この熱処理の後、走査型電子顕微鏡で光触媒モジュールの断面を観察したところ、基材１の表面に酸化チタンの均質な光触媒層３が形成され、皮膜の膜厚が約１μｍであることが確認された。
【００３０】
一方、比較に用いる光触媒モジュールは、光ファイバの材質を炭化ケイ素（例えば、直径０．１ｍｍ、長さ３ｍｍ）とした他は、全て同様の条件の光触媒モジュールとした。
【００３１】
この両者の光触媒モジュールを使用して、アンモニアガスの光触媒浄化性能を評価した。評価方法は、それぞれの光触媒モジュールにブラックライト（平均波長３７０ｎｍ、強度３ｍＷ／ｃｍ２）を照射しつつ、アンモニアガス（初期濃度２００ｐｐｍ）を流量１リットル／分で流通して、光触媒モジュールの出口アンモニアガス濃度を比較した。
【００３２】
図２にそれぞれの光触媒モジュールによる出口アンモニアガス濃度を示す。出口アンモニア濃度が低いほど、光触媒によるアンモニアガスの分解が高効率で行われたことを示している。
【００３３】
図２に明らかなように、炭化ケイ素ファイバを配置した光触媒モジュールを使用した場合は、アンモニアガス濃度は６０ｐｐｍ程度であったのに対し、酸化ケイ素光ファイバを基材に配置した光触媒モジュールの出口アンモニアガス濃度は、ほぼ０ｐｐｍであり、光触媒によりアンモニアガスが効率よく分解されており、光ファイバを配置した光触媒モジュールの優位性が明らかとなった。
【００３４】
これは、本実施例の光触媒モジュールにおいては、基材に配置した光ファイバにより、外部から照射された光が、基材孔部まで誘導され、基材の外表面だけでなく、孔部でも光触媒によるアンモニアガスの分解がなされたことによる。
【００３５】
光ファイバは長繊維であるため、基材孔部の有底状形状に追従して導入される。このため、効率的に孔部の光触媒に光が照射され、光触媒層の触媒性能を最大限に活用することが可能である。
【００３６】
なお、光ファイバを配置した光触媒モジュールにおいて、基材の体積分率は、１０％〜５０％が好ましい。基材の体積分率が１０％より小さいと、光触媒層を設ける面積が少なくなる。また、基材の体積分率が５０％より大きいと、光触媒モジュールを流体が通過するときの圧力損失が大きくなり、反応効率が低下する。
【００３７】
一方、光ファイバを配置した光触媒モジュールにおいて、光ファイバの体積分率は、３０％以下が好ましい。光ファイバの体積分率が３０％を超えると、光触媒モジュールを流体が通過するときの圧力損失が大きくなり、反応効率が低下する。
【００３８】
次に、光触媒モジュールの光触媒性能を向上する光ファイバの光透過性について調査した。
【００３９】
触媒試験の条件は、光透過率の異なる光ファイバを使用した光触媒モジュールにブラックライト（平均波長３７０ｎｍ、強度３ｍＷ／ｃｍ２）を照射しつつ、アンモニアガス（初期濃度２００ｐｐｍ）を流量１リットル／分で流通して、アンモニアガスの出口濃度を比較した。
【００４０】
図３に、光触媒反応に与える光ファイバの光透過率の影響についての試験結果を示す。
【００４１】
図３のように、光透過率が０％の場合、光は基材の孔部に導入されないため、基材の外表面以外の光触媒層の触媒機能を活用することができない。光透過率が２０％の場合、光透過率が０％の場合に比較して出口アンモニアガス濃度が７０ｐｐｍ程度と低減されており、触媒によるアンモニアガスの分解作用が向上する。光透過率３０％の場合、４０ｐｐｍ程度まで低減され、さらに光透過率４０％、６０％とすると、出口アンモニアガス濃度は、それぞれ３０ｐｐｍ、２０ｐｐｍ程度まで低減され、さらに触媒反応が効率化することが明らかとなった。
【００４２】
そこで、光触媒モジュールに配置する光ファイバの光透過率は、３０％〜１００％とした。
【００４３】
次に、この光触媒モジュールにおける光ファイバ２の形状に関する最適条件について検証した。
【００４４】
まず、直径０．３ｍｍの光ファイバについて、それぞれ５ｍｍ、１０ｍｍおよび１５ｍｍの３種類の長さの光ファイバを用意して基材に配置して接合し、この基材に濃度３０％、結晶粒子６ｎｍの酸化チタンゾルを用いてディップコーティングを行い、基材の表面に光触媒層３を形成して光触媒モジュールを作成した。
【００４５】
試験条件は、光触媒モジュールにブラックライト（平均波長３７０ｎｍ、強度３ｍＷ／ｃｍ２）を照射しつつ、アンモニアガス（初期濃度２００ｐｐｍ）を流量１リットル／分で流通して、アンモニアガスの出口濃度を比較した。
【００４６】
各長さの光ファイバによる触媒性能の比較結果を図４に示す。
【００４７】
図４に示す結果に明らかなように、光ファイバ長さを５ｍｍとした場合において、出口アンモニウムガス濃度は１０ｐｐｍ以下となっており、光ファイバを設けることにより、光触媒によるアンモニアガスの分解が効率化される。
【００４８】
光ファイバの長さが５ｍｍより長くなると、光触媒作用による分解効率が低下する傾向を示す。例えば、光ファイバの長さが１０ｍｍの場合、出口アンモニアガス濃度が２０ｐｐｍ程度に上昇し、光ファイバ長さを１５ｍｍとした場合、出口アンモニアガス濃度が４０ｐｐｍ程度まで上昇する。
【００４９】
これは、光ファイバの長さが１０ｍｍを超えると、光ファイバが長繊維であるため、光ファイバ同士の絡みが生じ、光触媒層内部に光を透過するのに最適な形状とすることができないためである。
【００５０】
従って、光触媒モジュールにおいて、基材に配置する光ファイバ長さの上限は１０ｍｍ以下とした。
【００５１】
光ファイバの直径が１０ｍｍ以下の場合、出口アンモニア濃度の変化は緩やかであり、また、光ファイバと基材孔部の大きさの関係と、光ファイバを基材孔部に配置する目的を考慮して、光ファイバ長さの下限は０．５ｍｍとした。
【００５２】
一方、光ファイバの直径が光触媒反応に与える影響についても調査した。
【００５３】
すなわち、長さ５ｍｍ、直径がそれぞれ０．３ｍｍ、０．５ｍｍ、０．７ｍｍの光ファイバを用意し、基材に配置して接合した。この基材に濃度３０％、結晶粒子６ｎｍの酸化チタンゾルを用いてディップコーティングを行い、基材の表面に光触媒層を形成して光触媒モジュールを作成した。この光触媒モジュールにブラックライト（平均波長３７０ｎｍ、強度３ｍＷ／ｃｍ２）を照射しつつ、アンモニアガス（初期濃度２００ｐｐｍ）を流量１リットル／分で流通して、アンモニアガスの出口濃度を比較した。
【００５４】
その結果、図５に示すように光ファイバの直径が０．３ｍｍの場合、出口アンモニア濃度は１０ｐｐｍ以下にまで分解された。また、光ファイバの直径０．５ｍｍの場合でも、出口アンモニア濃度は約２０ｐｐｍとなっており、触媒による反応が促進された。
【００５５】
しかし、光ファイバの直径がこれより大きくなると、柔軟性が低下し、光触媒層の気孔に追従する形態が取れなくなり、光ファイバの直径を０．７ｍｍとした場合、光ファイバを基材に配置することが不可能となった。
【００５６】
従って、本発明の光触媒モジュールにおいて、光ファイバの直径の上限は０．５ｍｍ（５００μｍ）とした。
【００５７】
光ファイバの直径が０．５ｍｍ以下の場合、出口アンモニア濃度の変化は緩やかであり、また、光ファイバの製造上の制限および光ファイバの光透過性を考慮して、光ファイバの直径の下限は１μｍとした。
【００５８】
次に、基材の構造と光触媒モジュールの光触媒性能との相関について検証した。
【００５９】
まず、基材の気孔率について検討した。
【００６０】
基材の気孔率は、基材の表面積と密接に関係するため、光触媒モジュールとして最適となる気孔率を設定することにより、より触媒性能を向上することができる。
【００６１】
図６に基材の気孔率と触媒効率との関係を示すグラフを示す。
【００６２】
図６に示す結果に明らかなように、気孔率が１０％、２０％、４０％と増大するのに伴い、出口アンモニアガス濃度が低減されており、触媒性能が向上するが、気孔率を８０％の場合、出口アンモニアガス濃度が４０ｐｐｍとなり上昇傾向を示した。
【００６３】
また、これ以上気孔率を上げると、基材の機械的強度が低下する恐れがある。
【００６４】
そこで、本実施例の光触媒モジュールにおいては、基材の気孔率を７０％以下とした。
【００６５】
また、基材に多孔質材料を用いるメリットを考慮して、基材の気孔率の下限を１０％とした。
【００６６】
次に、基材の構造と光触媒モジュールの触媒性能との関係を検証した。
【００６７】
光触媒モジュールの基材を多孔質材料から形成された３次元スポンジ構造部材で構成した場合と、基材を金属メッシュで形成した場合とを比較した。
【００６８】
触媒性能の評価方法は、それぞれの基材に光ファイバを配置して接合し、濃度３０％、結晶粒子６ｎｍの酸化チタンゾルを用いてディップコーティングを行い、基材の表面に光触媒層を形成して光触媒モジュールを作成した。この光触媒モジュールにブラックライト（平均波長３７０ｎｍ、強度３ｍＷ／ｃｍ２）を照射しつつ、アンモニアガス（初期濃度２００ｐｐｍ）を流量１リットル／分で流通して、アンモニアガスの出口濃度を比較した。
【００６９】
図７に示す結果に明らかなように、基材を多孔質材料で作成した光触媒モジュールは、基材を金属メッシュ材料とした光触媒モジュールの出口アンモニアガス濃度が５０ｐｐｍ程度であるのに比較して、出口アンモニアガス濃度が１０ｐｐｍ以下と低減されており、効率よくアンモニアガスを分解することが明らかとなった。
【００７０】
すなわち、基材を多孔質材料からなる３次元スポンジ構造部材とすることにより比表面積が増大し、また光ファイバにより孔部の触媒を利用可能とするため、高効率の光触媒反応を行う光触媒モジュールを提供することができる。
【００７１】
次に、光触媒モジュールの基材の材質について調査した。
【００７２】
すなわち、基材の材質をコージェライト製とした光触媒モジュールと、基材材質を鉄とした光触媒モジュールを作成し、その耐食性について評価した。
【００７３】
評価方法は、それぞれの基材に濃度３０％、結晶粒子６ｎｍの酸化チタンゾルを用いてディップコーティングを行い、基材の表面に光触媒層を形成して作成したそれぞれの光触媒モジュールを０．１ｍｏｌ塩酸水溶液中に浸漬し、腐食量を比較する方法とした。
【００７４】
図８に、コージェライト製の基材を用いた光触媒モジュールの腐食量を１とした場合の、鉄製の基材を用いた光触媒モジュールとコージェライト製の基材を用いた光触媒モジュールの腐食量の比較結果を示す。
【００７５】
図８に示す結果に明らかなように、コージェライト製の基材を用いた光触媒モジュールの腐食量が１に対して、鉄製の基材を用いた光触媒モジュールの腐食量は５０程度である。すなわち、コージェライト製の基材を用いた光触媒モジュールの腐食量は、鉄製の基材を用いた光触媒モジュールに比較して数十分の一に抑制されており、光触媒モジュールの基材としてコージェライトを用いることの優位性が明らかとなった。
【００７６】
また、基材の材質はアルミナを主成分とする材料とすることもできる。
【００７７】
アルミナは安価で耐久性に優れた材料であるため、このアルミナを使用して基材を作成することにより、光触媒モジュールの製作コストを低減することが可能である。
【００７８】
図９は、基材の材質をアルミナを主成分とする材料とした光触媒モジュールと、窒化ケイ素とした光触媒モジュールとの腐食量を比較したグラフである。
【００７９】
図９に示す結果に明らかなように、アルミナを主成分とする材料製の基材を用いた光触媒モジュールの腐食量を１とした場合、窒化ケイ素製の基材を用いた光触媒モジュールの腐食量は１０程度である。すなわち、アルミナを主成分とする材料製の基材は、窒化ケイ素製の基材に比較して非常に耐食性に優れており、光触媒モジュールの基材として好適である。
【００８０】
次に、光触媒層の膜厚と、光触媒モジュールの光触媒性能との関係について検証した。
【００８１】
光触媒モジュールにおいて、光触媒層の膜厚をそれぞれ０．０５、０．１、１、８、１５μｍとし、それぞれの光触媒モジュールの光触媒効率を比較した。
【００８２】
評価方法は、それぞれの膜厚の光触媒層を備えた光触媒モジュールにブラックライト（平均波長３７０ｎｍ、強度３ｍＷ／ｃｍ２）を照射しつつ、アンモニアガス（初期濃度２００ｐｐｍ）を流量１リットル／分で流通して、アンモニアガスの出口濃度を比較した。
【００８３】
図１０にそれぞれの膜厚の光触媒層の光触媒モジュールについての出口アンモニア濃度を比較したグラフを示す。
【００８４】
図１０に示すように、膜厚が０．０５μｍの場合においては、出口アンモニア濃度が５０ｐｐｍ程度であり、膜厚を厚くするに従い出口アンモニア濃度が低減される傾向を示す。膜厚０．１μｍとした場合には２０ｐｐｍに低減され、膜厚１μｍのとき１０ｐｐｍ程度まで低減される。さらに膜厚を８μｍとしたときは５ｐｐｍ程度とほとんどアンモニアが分解されており、良好な結果を示す。
【００８５】
しかし、これより膜厚を厚くすると光触媒性能は低下する傾向を示し、例えば、膜厚が１５μｍの場合、４０ｐｐｍ程度に上昇する。
【００８６】
このことより、光触媒モジュールに形成する光触媒層の膜厚を０．１μｍ〜１０μｍに設定した。
【００８７】
次に、基材にディップコーティングにより光触媒層を形成するときの、酸化チタン粒子の粒径と、光触媒モジュールの光触媒性能の相関について調査した。
【００８８】
図１１に酸化チタン粒子の粒径と、出口アンモニアガス濃度との相関を表すグラフを示す。
【００８９】
図１１に示す結果に明らかなように、酸化チタン粒子の粒径は小さいほど出口アンモニア濃度が低減されており、良好な傾向を示す。
【００９０】
酸化チタン粒子の粒径が０．１μｍ以下の場合、出口アンモニア濃度の変化は緩やかであるが、０．１μｍを超えると出口アンモニア濃度が上昇する傾向を示す。
【００９１】
これは、酸化チタン粒子の粒径が小さいほど比表面積が増大し、光触媒層の反応性が向上するためである。
【００９２】
従って、光触媒モジュールにおいて光触媒層を形成する際の、酸化チタン粒子の粒径の上限は、０．１μｍ（１００ｎｍ）とした。
【００９３】
また、０．１μｍ以下の粒径の場合、出口アンモニア濃度の変化が緩やかであり、粒径の差による触媒性能の向上が顕著でなかった。
【００９４】
従って、光触媒モジュールにおいて光触媒層を形成する際の、酸化チタン粒子の粒径の下限は、製造可能な酸化チタン粒子の粒径と製造コストとの兼ね合いから０．０１μｍとした。
【００９５】
一方、０．０１μｍ（１０ｎｍ）以下の超微粒子酸化チタンを凝集して光触媒層に使用してもよい。この酸化チタン粒子凝集体の粒径と光触媒層の触媒性能との相関を調査した。
【００９６】
図１２に酸化チタン粒子凝集体の粒径と、光触媒モジュールの触媒性能との相関を表すグラフを示す。
【００９７】
図１２に示す結果に明らかなように、酸化チタン粒子凝集体においても、粒径が小さいほど、光触媒モジュールの触媒性能が向上する。
【００９８】
すなわち、酸化チタン粒子凝集体とした場合は、同一体積の単独の酸化チタン粒子に比較して大きな比表面積を有するため、単独の酸化チタン粒子よりも大きな粒径で、光触媒層に高効率の触媒性能を備えることができる。
【００９９】
また、酸化チタン粒子凝集体とすることにより、表面形状が複雑化し、光触媒層を形成するプロセスにおいて、基材との密着性を向上する。
【０１００】
しかし、二次粒子の粒径が０．２μｍ以上となると、比表面積が十分でなく、また、光触媒層を形成する際に、均質な光触媒層が得られにくい。
【０１０１】
従って、光触媒モジュールにおいて光触媒層を形成する際の、酸化チタン粒子凝集体の粒径の上限を０．２μｍ（２００ｎｍ）とした。
【０１０２】
また、０．２μｍ以下の粒径の場合、出口アンモニア濃度の変化が緩やかであり、粒径の差による触媒性能の向上が顕著でなかった。
【０１０３】
従って、光触媒モジュールにおいて光触媒層を形成する際の、酸化チタン粒子凝集体の粒径の下限は、製造可能な酸化チタン粒子の粒径と製造コストとの兼ね合いから１０ｎｍとした。
【０１０４】
光ファイバの光透過性は、光ファイバの材質によって変化する。そこで、光ファイバの材質による光触媒モジュールの触媒性能への影響について比較し、最適材料について検討した。
【０１０５】
酸化ケイ素（ＳｉＯ２）製の光ファイバとプラスチック製の光ファイバを用意し、それぞれの光ファイバを使用して作成した光触媒モジュールの触媒性能を比較し、評価した。
【０１０６】
評価方法は、それぞれの光ファイバを使用して作成した光触媒モジュールにブラックライト（平均波長３７０ｎｍ、強度３ｍＷ／ｃｍ２）を照射しつつ、アンモニアガス（初期濃度２００ｐｐｍ）を流量１リットル／分で流通して、アンモニアガスの出口濃度を比較する方法とした。
【０１０７】
図１３に、それぞれの光ファイバを使用した場合の触媒性能を比較したグラフを示す。
【０１０８】
図１３に示す結果に明らかなように酸化ケイ素製の光ファイバを使用した光触媒モジュールの出口アンモニア濃度が１０ｐｐｍ程度に低減されたのに対し、プラスチック製の光ファイバを使用した光触媒モジュールの場合、出口アンモニア濃度が５０ｐｐｍ程度であった。
【０１０９】
これは、酸化ケイ素製の光ファイバが、プラスチック製の光ファイバに比較して、光透過性に優れた性質を有するためである。
【０１１０】
また、酸化ケイ素は近紫外光の透過率も良好で、さらに酸化チタン膜との密着性にも優れる。従って、安定した酸化チタン膜を形成することができる。
【０１１１】
従って、酸化ケイ素製の光ファイバを用いることにより、多孔質の基材孔部の光触媒をより有効に利用することが可能である。
【０１１２】
一方、酸化チタン粒子に吸着材や金属粒子を添加することにより、光触媒効率を向上することが可能である。
【０１１３】
図１４は酸化チタンに金属元素を添加した場合の触媒効率と、無添加の酸化チタンを使用した場合の光触媒モジュールの触媒性能を比較したグラフである。
【０１１４】
図１４に示す結果に明らかなように、金属元素無添加の光触媒モジュールの場合、出口アンモニア濃度が２０ｐｐｍ程度であるが、金属元素を添加した光触媒モジュールの場合、アンモニアがほとんど検出されず、触媒性能が向上される。
【０１１５】
本発明の光触媒モジュールは、金属元素として、Ａｕ、Ａｇ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔのうちから選択される少なくとも一種を含有する。
【０１１６】
これらの金属元素は、１種類あるいはいくつかの金属元素を組み合わせて光触媒層に添加されることにより、光により励起された酸化チタン中の電子と正孔を効率よく分離し、光触媒性能を向上する。
【０１１７】
また、酸化チタンに吸着物質を添加することによっても、触媒効率を向上することが可能である。こうした吸着物質としては、ゼオライトや活性炭等の吸着物質を例示することができる。
【０１１８】
これらの吸着物質は、被分解物質を吸着し、その後効率よく触媒作用により分解することを可能とする。
【０１１９】
次に、本発明の光触媒モジュールの第２の実施形態について図１５および図１６を参照して説明する。
【０１２０】
図１５に示す光触媒モジュール２０は、基材２１が、多孔質材料から形成されたハニカム構造部材で構成されたことを特徴とする。
【０１２１】
基材２１の微細構造は、第１の実施形態と同様に図１に示す多孔質構造をとり、基材２１の孔部には光ファイバが配置される。
【０１２２】
この光触媒モジュール２０は、機械的強度に優れ、基材の比表面積を増大させつつ、単位時間あたりの流体の流量を増大させ、圧力損失を極力低減することが可能である。
【０１２３】
基材をハニカム構造に構成した光触媒モジュールと、基材を金属メッシュとした光触媒モジュールの圧力損失について調査した。試験条件は、一定流量の空気をそれぞれの光触媒モジュールに流通し、入口圧力と出口圧力とを測定して評価する方法とした。
【０１２４】
図１６にそれぞれの光触媒モジュールの圧力損失を、基材をハニカム構造とした光触媒モジュールの圧力損失を１として規格化したグラフを示す。
【０１２５】
図１６に示す結果に明らかなように、ハニカム構造の基材とした光触媒モジュールの圧力損失１に対して、金属メッシュ基材の光触媒モジュールの圧力損失１．５以上である。すなわち、ハニカム構造の基材とした光触媒モジュールは、金属メッシュ基材の光触媒モジュールと比較して、圧力損失がほぼ半分に抑制される。
【０１２６】
すなわち、基材２１をハニカム構造とした光触媒モジュール２０によれば、大きな比表面積が得られ、圧力損失を低減した光触媒モジュールを提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１２７】
【図１】本発明に係る光触媒モジュールの第１の実施形態を示す構造図。
【図２】光ファイバの材質による光触媒モジュールの触媒性能を比較するグラフ。
【図３】光ファイバの光透過率と光触媒モジュールの触媒性能の関係を示すグラフ。
【図４】光ファイバの長さと光触媒モジュールの触媒性能の関係を示すグラフ。
【図５】光ファイバの直径と光触媒モジュールの触媒性能の関係を示すグラフ。
【図６】基材の気孔率と光触媒モジュールの触媒性能の関係を示すグラフ。
【図７】基材の構造と光触媒モジュールの触媒性能の関係を示すグラフ。
【図８】基材材質による基材の腐食量を比較するグラフ。
【図９】基材材質と腐食量との関係を表すグラフ。
【図１０】光触媒層の膜厚と光触媒モジュールの触媒性能の関係を示すグラフ。
【図１１】酸化チタン粒子の粒径と光触媒モジュールの触媒性能の関係を示すグラフ。
【図１２】酸化チタン粒子凝集体の粒径と光触媒モジュールの触媒性能の関係を示すグラフ。
【図１３】光ファイバの材質と光触媒モジュールの触媒性能の関係を示すグラフ。
【図１４】光触媒層に多孔質物質または金属元素を添加した場合の光触媒モジュールの触媒性能の関係を示すグラフ。
【図１５】本発明に係る光触媒モジュールの第２の実施形態を示す構造図。
【図１６】基材の構造と圧力損失との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
【０１２８】
１  基材
２  光ファイバ
３  光触媒層
１０、２０  光触媒モジュール
２１  基材
【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】
2005334734.tif 000007
【図６】
2005334734.tif 000008
【図７】
2005334734.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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