(57)【要約】【課題】従来の各種臭気を吸着する吸着剤を添着させた活性炭では硫化水素を脱臭する能力が極めて低いという課題があった。また硫黄系の臭気を化学吸着する吸着剤を繊維で作ったハニカム体に担持させた脱臭体は、大型サイズを作製することが難しく、下水処理場など大型施設で用いることが極めて困難であるという課題もあった。【解決手段】硫化水素を吸着する能力が極めて高い化学吸着作用を有する吸着剤２を多数の細孔を有する構造体３に担持させた固体とすることで、脱臭能力が極めて高く、取り扱いやすい脱臭体を実現でき、大型施設に対応することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも光触媒と、気体分子の平均径以上の孔を有する構造体とを備え、前記光触媒が前記構造体に担持された脱臭体。
【請求項２】
光触媒が少なくとも酸化チタンを含むことを特徴とする請求項１記載の脱臭体。
【請求項３】
物理吸着作用を有する吸着剤を含む請求項１記載の脱臭体。
【請求項４】
少なくとも構造体の内部を貫通する孔を有する請求項１記載の脱臭体。
【請求項５】
構造体がエアロゲルである請求項１〜４のいずれか１項に記載の脱臭体。
【請求項６】
構造体がキセロゲルである請求項１〜４のいずれか１項に記載の脱臭体。
【請求項７】
構造体が疎水性を有する請求項１〜６のいずれか１項に記載の脱臭体。
【請求項８】
少なくとも疎水性を有する物質を含む請求項１〜７のいずれか１項に記載の脱臭体。
【請求項９】
物理吸着作用を有する吸着剤が疎水性を有する請求項３記載の脱臭体。
【請求項１０】
少なくとも請求項１〜９のいずれか１項に記載の脱臭体および前記脱臭体に少なくとも紫外線を含む光を照射する照射手段、送風手段を備えた脱臭装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、臭気を除去する脱臭体および脱臭装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光触媒を脱臭体として用いるには、光触媒の紛体を必要であれば結合剤を用いて粒状化、あるいは基材やハニカムに塗布していた（例えば、特許文献１参照）。また光触媒として代表的な酸化チタンの膜形成法ではゾルゲル法やＣＶＤ法もあるが、基本的にはアナターゼ型の酸化チタンの膜を基材に形成し、脱臭体としていた（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−２４１４７５号公報
【特許文献２】
特開平７−２５１０８０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、単に光触媒を固めて粒状化、あるいは光触媒の膜を形成しただけでは紫外線照射時に活性は得られるものの、担体の比表面積が小さく、光触媒が十分に分散されないために活性が低いという課題を有してした。
【０００５】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、高い光活性を有する脱臭体を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記従来の課題を解決するために、本発明の脱臭体は、少なくとも光触媒と、気体分子の平均径以上の孔を有する構造体とを備え、前記光触媒を前記構造体に担持する構成とした。これによって担体の単位体積あたりの表面積を大きくすることができ、担持する前記光触媒を効果的に表面に分散できる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、少なくとも光触媒と、気体分子の平均径以上の孔を有する構造体とを備え、前記光触媒を前記構造体に担持した脱臭体とするもので、担体の単位体積あたりの表面積が大きくすることができ、担持する前記光触媒を効果的に表面に分散でき、光触媒を有効に活用できるので、脱臭体としての臭気分解能力が大きく向上する。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、光触媒が少なくとも酸化チタンを含む請求項１記載の脱臭体としたもので、酸化チタンを添加することで光活性が大きくなり、脱臭体の性能が大きく向上する。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、物理吸着作用を有する吸着剤を含む請求項１記載の脱臭体としたもので、ゼオライト、シリカ、活性炭等の物理吸着作用を有する吸着剤を加えることで、高い吸着能力を有し、さらに光触媒による再生、つまり吸着臭気物質の分解も可能な脱臭体とすることができる。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、少なくとも構造体の内部を貫通する孔を有する請求項１記載の脱臭体としたもので、臭気が前記脱臭体内部に侵入しやすく、前記脱臭体内部の面積を有効に利用できるので、従来の脱臭体と同等以上の臭気分解性能を有する脱臭体を提供できる。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、構造体がエアロゲルである請求項１〜４のいずれか１項に記載の脱臭体としたもので、容易にかつ構造を破壊することなく多孔質構造を有する脱臭体を作製することができ、また単位体積あたりの表面積を大きくすることができ、従来の脱臭体と同等以上の表面積を有する脱臭体とすることができる。さらには、空間率が９９％程度までの多孔質構造を有する脱臭体を作製することができ、見かけの体積に匹敵するほどの空間を有することができるため、１パスで処理できる臭気ガス量を多くすることができる。したがって、従来の脱臭体と同等以上の脱臭性能を有する脱臭体を実現できる。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、構造体がキセロゲルである請求項１〜４のいずれか１項に記載の脱臭体としたもので、容易に多孔質構造を有する脱臭体を作製することができ、また単位体積あたりの表面積を大きくすることができ、従来の脱臭体と同等以上の表面積を有する脱臭体とすることができる。さらには、空間率が９９％程度までの多孔質構造を有する脱臭体を作製することができ、見かけの体積に匹敵するほどの空間を有することができるため、１パスで処理できる臭気ガス量を多くすることができる。したがって、従来の脱臭体と同等以上の脱臭性能を有する脱臭体を実現できる。
【００１３】
請求項７に記載の発明は、構造体が疎水性を有する請求項１〜６のいずれか１項に記載の脱臭体としたもので、酸化チタンに代表される光触媒は多湿状態では、光触媒が水に覆われるため、十分な活性がでない。前記構造体を疎水性とすることで、前記光触媒近傍雰囲気の水分が少なくなり前記光触媒が水に覆われ難くなり、多湿下においても活性を得ることが可能となる。
【００１４】
請求項８に記載の発明は、少なくとも疎水性を有する物質を含む請求項１〜７のいずれか１項に記載の脱臭体とするもので、疎水性を有する物質が前記脱臭体内に存在することで、脱臭体自体が疎水性を有し、前記光触媒近傍雰囲気の水分が少なくなり前記光触媒が水に覆われ難くなり、多湿下においても活性を得ることが可能となる。
【００１５】
請求項９に記載の発明は、物理吸着作用を有する吸着剤が疎水性を有する請求項３記載の脱臭体とするもので、多湿化においても疎水性の吸着剤であれば、吸着性能は低下することがなく、また前記光触媒近傍雰囲気の水分が少なくなり前記光触媒が水に覆われ難くなり、多湿下においても活性を得ることが可能となる。
【００１６】
請求項１０に記載の発明は、少なくとも請求項１〜９のいずれか１項に記載の脱臭体および前記脱臭体に少なくとも紫外線を含む光を照射する照射手段、送風手段を備えた脱臭装置とするもので、室内空間の臭気を酸化分解により迅速に浄化することが可能となる。
【００１７】
【実施例】
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。
【００１８】
（実施例１）
図１は本発明の第１の実施例における脱臭体の形態を示す模式図である。以下図１を参照しながら本実施例について説明する。図１（ａ）は本実施例の脱臭体Ａの模式図、図１（ｂ）は同脱臭体Ａの一部分を拡大した模式図である。図１（ａ）、図１（ｂ）において、１の脱臭体Ａは、光触媒２が構造体３に担持されている構造をとる。光触媒２と構造体３はアンカー効果もしくは物理的な結合もしくは化学的な結合などの作用により結合されているが、バインダを添加しても良い。
【００１９】
構造体３は、構造体を形成する骨格４（以下、単に骨格４と称す）からなり、骨格４同士間の骨格間距離５は気体分子の平均径以上のものが存在する。そして、これら骨格の隙間が多数の孔を形成し、脱臭体１は多孔質構造となっている。
【００２０】
図１（ａ）、図１（ｂ）より明らかなように、光触媒２同士が空間を有する構造となるため、光触媒の表面が有効に作用することが可能になる。
【００２１】
骨格の太さや孔の大きさ、光触媒２の平均径は小さい方が脱臭性能は向上する傾向にあるが、孔の大きさがあまりに小さすぎると、臭気を有する気体分子が脱臭体内部まで浸入できず、脱臭性能は低下することとなる。また、孔は構造体の外部と連通しているのが望ましく、構造体を貫通する孔を有することにより、その孔を臭気が通り抜けることで効率よく脱臭される。
【００２２】
骨格の材質は特に限定するものではないが、臭気を発せず、むしろ臭気を吸着するものが望ましく、少なくとも骨格の一部が光触媒２から成るものにより、さらに脱臭性能を上げることができる。
【００２３】
光触媒としては、比較的安価で触媒活性の高い酸化チタン等を用いることが可能である。脱臭体１はより小さい方が同体積あたりの表面積を大きくとることができるので、脱臭性能は向上する。
【００２４】
（実施例２）
以下、本発明の第２の実施例について説明する。
【００２５】
図２は本実施例における脱臭体の形態を示す模式図である。以下図２を参照しながら本実施例を説明する。図２は図１の構成の脱臭体Ａに物理吸着作用を有する吸着剤を加えた脱臭体Ｂである。物理吸着作用を有する吸着剤にはゼオライト、シリカ、活性炭等を用いることが可能である。脱臭対象となる臭気にあわせて、吸着剤の選定が可能である。この構成を用いれば、吸着剤による物理吸着脱臭により臭気が除去され、脱臭体としての性能はさらに向上する。また吸着剤で吸着した臭気物質は光により励起したときに発生するラジカルにより酸化分解できるので、再生されることになる。さらに疎水性ゼオライト等を用いれば、水が吸着し難くなるので、近傍に存在する酸化チタンも水に覆われ難くなる。したがって処理空気が高湿度の場合でも光触媒の活性を大きく低下させることはない。同疎水性を有する材料を脱臭体Ａに添加することでも同様の効果は得られる。
【００２６】
（実施例３）
以下、本発明の第３の実施例について説明する。
【００２７】
図３は本実施例における脱臭体の模式図である。図３（ａ）は本実施例の脱臭体の模式図、図３（ｂ）は脱臭体２１の一部分を拡大した模式図である。脱臭体２１は、光触媒２２が構造体２３に担持されている構造をとる。光触媒２２と構造体２３はアンカー効果もしくは物理的な結合もしくは化学的な結合などの作用により結合されているが、バインダを添加しても良い。
【００２８】
光触媒２２は（実施例１）の光触媒２と同様のものであり、本実施例では酸化チタンを用いた。
【００２９】
構造体２３は、エアロゲルやキセロゲルからなる。エアロゲルやキセロゲルは主に金属酸化物や、カーボン、ウレタンなどの有機物が０．１〜２０ｎｍ程度の一次粒子２４を形成し、それが数珠状につながり粒子間距離２５の多数の連通孔を形成する。そのため構造体２３は多孔質構造となっており、粒子間距離は１ｎｍ〜１μｍ程度が望ましい。また、空間率は大きい方が１パスで処理できる臭気ガス量を多くすることができるので望ましいが、大きすぎると担持できる光触媒２２の量が少なくなるため、７０％〜９５％程度の空間率が望ましい。また本実施例では、平均径が約３０μｍ程度の大きさの脱臭体２１を用いたが、これらの大きさに拘るものではないが、より小さい方が表面積を大きくとることができるので、脱臭性能は向上する。
【００３０】
エアロゲルやキセロゲルの材質は特に限定するものではないが、エアロゲルやキセロゲルの一部が光触媒２２から形成されたものは、より脱臭効果が高い。また、材質にシリカを選択すると、原材料が安価で種類も豊富であり、作製プロセスも簡単であるので、非常に望ましい。
【００３１】
次に、脱臭体２１の作製方法について簡単に説明する。水ガラスや、珪素、アルミニウム、ジルコニウム、チタン等の金属アルコキシドをゲル原料として、水やアルコール等の溶媒と必要に応じて酸あるいはアルカリ触媒を混合することで、溶媒中でゲル原料を反応させ湿潤ゲルを形成させ、内部の溶媒を蒸発乾燥させることにより作製される。湿潤ゲル形成時に酸化チタンを混合させておくことにより、酸化チタンを担持した湿潤ゲルを形成できる。金属アルコキシドの場合、加水分解・縮重合を経て、湿潤ゲルとなる。また、ゲル原料として水ガラスを用いる場合は、水ガラスに直接塩酸等の触媒を加え、ゲル化させ、湿潤ゲルを形成させる。このとき、水ガラスに含まれるナトリウム分などを触媒を入れる前に、電気透析処理などで取り除いておくか、ゲル化後に塩になったものを水で洗浄することで除去する。本実施例では、ゲル原料としてテトラメトキシシラン（以下、ＴＭＯＳという）を用いた。これは珪素のアルコキシドで、入手しやすく、また反応速度が速いため、非常に好ましいからである。
【００３２】
湿潤ゲルは、珪素原子と酸素原子が交互に結合した３次元網目構造のシリカ粒子を作り、それらシリカ粒子が重合して数珠状となり、それら粒子同士の隙間すなわち孔に水等の溶媒が入り込む構造となっている。また、酸化チタンは３次元網目構造の一部分や一部の孔に入り込む構造となっている。したがって、本実施例でのキセロゲルやエアロゲルの材質としてはシリカとなる。
【００３３】
この後、湿潤ゲルを普通に熱風乾燥させたものは、溶媒が乾燥するときの表面張力により、収縮してしまい孔を潰してしまうので、空間率が小さくなり、脱臭性能を低下させる原因となる。しかしながら、湿潤ゲル表面のシラノール基をヘキサメチルジシラザン、ジメチルジメトキシシラン等でメチル基を導入することにより疎水化を行い、さらに溶媒をトルエンやキシレンやアセトンやヘキサンなどの表面張力が比較的小さな溶媒に置換し、熱風乾燥させたものは、表面張力がほとんど働かず、図３に示すように０．１〜２０ｎｍ程度の径をもつシリカ一次粒子２４が集合し、１ｎｍ〜１μｍ程度の粒子間距離２５をもった集合体となる。一次粒子径や粒子間距離の大きさは、用いる湿潤ゲル原料の種類や量、溶媒と触媒の種類や量、水の量で決定され、湿潤ゲルの構造がほぼそのまま脱臭体２１の構造となる。そして、一次粒子の集合体が１μｍ〜１０ｍｍ程度の二次粒子を形成することとなる。本実施例では、この二次粒子が、約３０μｍ程度の大きさで、脱臭体２１として用いられるもので、このときの構造体２３がキセロゲルと称されるものである。キセロゲル作製時には疎水化することになるため、構造体は疎水性となり光触媒の多湿時の性能低下の防止にも効果がある。
【００３４】
また、湿潤ゲルに疎水化処理を施さずとも、有機溶剤で置換した湿潤ゲル中の溶媒を超臨界状態にすることで乾燥させる、もしくは二酸化炭素を超臨界状態で流通させることにより溶媒を抽出する超臨界乾燥により乾燥することでも、図３に示すような脱臭体２１を得ることができ、このときの構造体２３がエアロゲルと称されるものである。
【００３５】
エアロゲルとキセロゲルとの物性はよく似ているが、キセロゲルの方が安価に作製できるというメリットがあり、エアロゲルはキセロゲルに比べ作製時に構造を破壊することが少なく、有効に作用する箇所を多くすることができる。
【００３６】
また、（実施例１）と同様に物理吸着作用を有する吸着剤を混合した場合においても、（実施例２）で記述したような手法により脱臭体の作製が可能である。また混合する前記吸着剤は任意の添加量が可能である。
【００３７】
以下、実験例を示す。
【００３８】
＜実験例１＞
ＴＭＯＳ４５．６ｇとメタノール４１．４ｇに平均径２０ｎｍ程度の酸化チタン（石原産業製ＳＴ−２１）２０ｇを混合し、攪拌を行った溶液を（以下、溶液Ａという）を用意した。次に、水２１．６ｇに約２９ｗｔ％のアンモニア水０．１ｇを添加し、攪拌を行った溶液（以下、溶液Ｘと称す）を用意した。溶液Ａに溶液Ｘを攪拌しながら添加することにより、約２０分で湿潤ゲルを作製し、４０℃の恒温槽で２４時間静置した。その後、湿潤ゲルの径が２ｍｍ程度になるように破砕した後、ジメチルジメトキシシラン８４．７ｇを添加し、４０℃の恒温槽で７２時間静置することにより、疎水化処理を行った。その後、湿潤ゲルをアセトンに浸すことにより湿潤ゲル中の水を脱水し、湿潤ゲル中の溶媒をアセトンに置換した。その後、１３０℃の恒温槽で６時間乾燥を行い、約３０μｍに粉砕して脱臭体を作製した（以下、本実施例ではナノ脱臭体１という）。
【００３９】
図４に示す臭気除去性能評価装置を用いて作製した脱臭体の性能を評価した。容器４１内に紫外線ランプ４２、攪拌用送風機４３、サンプル皿４４が配置され、前期容器４１の上部にサンプリング口４５を設けている。容器４１は容積５０Ｌ、また紫外線ランプ４２は２０Ｗのものを用い、サンプル皿上の照射強度が２ｍｍＷ／ｃｍ２となる高さに設定した。サンプル皿は直径１０ｃｍ、高さ１ｃｍのものを用い、供試サンプルは同体積で比較評価した。
【００４０】
試験手順について説明する。まず測定皿４４に脱臭体を入れ、配置する。容器４１を閉じ、攪拌用送風機４３を動作させながら、アセトアルデヒドガスを注入して、内部の濃度が２０ｐｐｍとなるようにした。なおガス分析にはガスクロマトグラフ（ＦＩＤ）を使用、容器内は２０℃５０％となるように保持した。紫外線ランプ４４を点灯して試験を開始。１時間後の容器内濃度を測定した。サンプル１として酸化チタン（ＳＴ−０１）、サンプル２としてナノ脱臭体１を用い試験した。サンプル１は１時間後の濃度が９ｐｐｍ、サンプル２では２ｐｐｍとなった。明らかにサンプル２の方がアセトアルデヒドの濃度が減少していた。さらに酸性臭気である酢酸、塩基性臭気のアンモニアについても同様の効果が確認できた。
【００４１】
図５に示す脱臭装置においても性能を確認した。ケーシング５０、ハニカム体５１、送風機５２、紫外線ランプ５３から構成されている。ナノ脱臭体１をシリカゾル３０ｗｔ％を含むスラリーにし、セラミックハニカムにディップ後、乾燥焼成した２００セルのハニカム体１を作製した。体積３００ｃｍ３、厚さ５ｍｍのセラミックハニカムを用いた。紫外線ランプはハニカム体１への照射強度が最低２ｍｍＷ／ｃｍ２となるように複数本用いた。
【００４２】
次に試験手順について説明する。前記脱臭装置を１ｍ３の容器Ａ中央に設置、前記１容器Ａ内にアセトアルデヒドガスを注入し、５０ｐｐｍとなるようにした。次に送風機５２、紫外線ランプ５３を動作させた。１時間後の容器Ａ内のアセトアルデヒド濃度は１ｐｐｍであった。同様の試験で前記サンプル１の光触媒についても試験を行ったが、１時間後の容器Ａ内のアセトアルデヒド濃度は８ｐｐｍで、ハニカム体を用いた脱臭装置での実用的な試験でも明らかな差が見られた。
【００４３】
＜実験例２＞
ＴＭＯＳ４５．６ｇとメタノール４１．４ｇに平均径２０ｎｍ程度の酸化チタン（石原産業製ＳＴ−２１）１０ｇと活性炭１０ｇを混合し、攪拌を行った溶液を（以下、溶液Ｂという）を用意した。次に、水２１．６ｇに約２９ｗｔ％のアンモニア水０．１ｇを添加し、攪拌を行った溶液（以下、溶液Ｘという）を用意した。溶液Ｂに溶液Ｘを攪拌しながら添加することにより、約２０分で湿潤ゲルを作製し、４０℃の恒温槽で２４時間静置した。その後、湿潤ゲルの径が２ｍｍ程度になるように破砕した後、ジメチルジメトキシシラン８４．７ｇを添加し、４０℃の恒温槽で７２時間静置することにより、疎水化処理を行った。その後、湿潤ゲルをアセトンに浸すことにより湿潤ゲル中の水を脱水し、湿潤ゲル中の溶媒をアセトンに置換した。その後、１３０℃の恒温槽で６時間乾燥を行い、約３０μｍに粉砕して脱臭体を作製した（以下、本実施例ではナノ脱臭体２という）。
【００４４】
実験例１と同様の図４に示す評価装置で評価した。臭気にはアンモニアを用いた。操作手順について説明する。まず測定皿４４にナノ脱臭体２を入れ、配置する。容器４１を閉じ、攪拌用送風機４３を動作させながら、アンモニアガスを注入して、内部の濃度が１００ｐｐｍとなるようにした。なおガス分析にはガスクロマトグラフ（ＦＩＤ）を使用、容器内は２０℃５０％となるように保持した。３０分後、容器内のアンモニア濃度は１５ｐｐｍまで減少。再度アンモニアガスを注入、３０分後、容器内は３０ｐｐｍとなった。また同じ工程を２回繰り返し、吸着剤を破過させた。次に紫外線ランプ４４を３０分間点灯させ、一旦容器４１は開放にした。次に最初のように容器４１を閉じ、アンモニアガスを注入して、内部の濃度が１００ｐｐｍとなるようにしたところ、容器内のアンモニア濃度は１６ｐｐｍまで減少していた。つまり再生効果が確認された。
【００４５】
＜実験例３＞
実験例２の活性炭のかわりに、疎水性ゼオライトを添加、同様の方法でナノ脱臭体３を作製した。実験例２の同様の試験方法で容器内は２０℃８５％となるように保持して評価した。臭気ガスにはアンモニアを用いた。ナノ脱臭体２、ナノ脱臭体３について各々試験を行い、ともに吸着破過させ、紫外線ランプ４４を３０分間点灯させ、一旦容器４１は開放にした。初期濃度１００ｐｐｍで再度試験したところ、ナノ脱臭体２では３０分後に６０ｐｐｍ、ナノ脱臭体３では１５ｐｐｍであった。明らかに疎水性ゼオライトを用いた方が多湿時の再生効果が高い結果が得られた。
【００４６】
【発明の効果】
以上のように、本発明の脱臭体によれば、担体の単位体積あたりの表面積を大きくすることができ、担持する前記光触媒を効果的に表面に分散できるので、光触媒を有効に活用でき、脱臭体としての臭気分解能力を大きく向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）本発明の第一の実施例における脱臭体の模式図
（ｂ）同、脱臭体の一部分を拡大した模式図
【図２】（ａ）本発明の第二の実施例における脱臭体の模式図
（ｂ）同、脱臭体の一部分を拡大した模式図
【図３】（ａ）本発明の第三の実施例における脱臭体の模式図
（ｂ）同、脱臭体の一部分を拡大した模式図
【図４】実験例で用いた臭気除去性能評価装置の斜視図
【図５】実験例で用いた脱臭装置の斜視図
【符号の説明】
１  脱臭体
２  光触媒
３  構造体
４  構造体を形成する骨格
５  骨格間距離
６  物理吸着作用を有する吸着剤
２１  脱臭体
２２  光触媒
２３  構造体
２４  一次粒子
２５  粒子間距離
４１  容器
４２  紫外線ランプ
４３  攪拌用送風機
４４  サンプル皿
４５  サンプリング口
５０  ケーシング
５１  ハニカム体
５２  送風機
５３  紫外線ランプ
【図１】
2005034254.tif 000003
【図２】
2005034254.tif 000004
【図３】
2005034254.tif 000005
【図４】
2005034254.tif 000006
【図５】
2005034254.tif 000007