(57)【要約】【課題】従来、酸化チタンなどの光触媒作用を有する物質を、ハニカム構造体のような比表面積が大きな担体に担持した触媒体をフィルターとして用いていたが、光触媒は吸着剤などと比較して脱臭速度が遅いという課題を有していた。【解決手段】光触媒作用を有する物質を含む構造体１と、通電により発熱する基材の表面に吸湿剤層を形成した水分供給手段２とを備え、構造体１は水分供給手段２の風下に配置され、水分供給手段２は通電と非通電とを交互に繰り返し作動させる触媒体としたもので、大気中の水分を自動的に集め、それを光触媒へ供給させる装置を設けることで光触媒作用を向上させた触媒体を実現できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光触媒作用を有する物質を含む構造体と、通電により発熱する基材の表面に吸湿剤層を形成した水分供給手段とを備え、前記構造体は前記水分供給手段の風下に配置され、かつ前記水分供給手段は通電と非通電とを交互に繰り返し作動させる触媒体。
【請求項２】
光触媒作用を有する物質はアナターゼ型の酸化チタンである請求項１に記載の触媒体。
【請求項３】
請求項１または２に記載の触媒体を備えた浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大気中の水分を自動的に集め、それを光触媒へ供給させることにより光触媒作用を向上させた触媒体に関するものであり、また空気中の悪臭臭気や有害物質の分解除去、微生物の殺菌などができる浄化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、酸化チタンなどの光触媒作用を有する物質を、ハニカム構造体のような比表面積が大きな担体に担持した触媒体をフィルターとして用いていた（例えば、特許文献１、２参照）。
【特許文献１】特開平６−３４３８７５号公報
【特許文献２】特開２００３−５３１９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、光触媒は吸着剤などと比較して脱臭速度が遅いという課題を有していた。また、使用環境下の湿度により脱臭速度が大きく変化する、特に乾燥条件下ではさらに脱臭速度が遅くなるという課題を有していた。本発明は、前記従来の課題を解決するもので、大気中の水分を自動的に集め、それを光触媒へ供給させる装置を設けることで光触媒作用を向上させた触媒体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】
【０００４】
本発明は、このような課題を解決するものであり、光触媒作用を有する物質を含む構造体と、通電により発熱する基材の表面に吸湿剤層を形成した水分供給手段とを備え、前記構造体は前記水分供給手段の風下に配置され、かつ前記水分供給手段は通電と非通電とを交互に繰り返し作動させる触媒体としたもので、大気中の水分を自動的に集め、それを光触媒へ供給させる装置を設けることで光触媒作用を向上させた触媒体を実現できる。
【発明の効果】
【０００５】
本発明の触媒体は、大気中の水分を自動的に集め、それを光触媒へ供給させる装置を設けることで光触媒作用を向上させることができるため、悪臭臭気や有害物質を素速く効率的に分解することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
第１の発明は、光触媒作用を有する物質を含む構造体と、通電により発熱する基材の表面に吸湿剤層を形成した水分供給手段とを備え、前記構造体は前記水分供給手段の風下に配置され、かつ前記水分供給手段は通電と非通電とを交互に繰り返し作動させる触媒体とするもので、非通電時に吸着剤が大気中の水分を集め、通電により基材の温度を上げることで水分を放出させ、光触媒へ供給することにより光触媒作用を向上させた触媒体を実現できる。
【０００７】
第２の発明は、光触媒作用を有する物質はアナターゼ型の酸化チタンである請求項１もしくは７いずれか１項に記載の触媒体とするもので、アナターゼ型の酸化チタンは光触媒作用が比較的高いため、より光触媒作用を向上させた触媒体を実現できる。
【０００８】
第３の発明は、請求項１または２に記載の触媒体を備えた浄化装置とするもので、室内空間の悪臭臭気、有害物質などを酸化分解により迅速に浄化する浄化装置を実現できる。
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００１０】
（実施の形態１）
図１は本発明の第１の実施の形態における触媒体を示す断面模式図である。光触媒作用を有する物質（以下、本実施の形態では光触媒という）を含む構造体１（以下、本実施の形態では構造体１という）と、通電により発熱する基材の表面に吸湿剤層を形成した水分供給手段２（以下、本実施の形態では水分供給手段２という）と、水分供給手段２に電流を供給する電源ユニット３と、水分供給手段２を通過させ構造体１へ送風するための送風手段４と、構造体１へ紫外線を照射する照射手段５から構成される。
【００１１】
構造体１は、ハニカム構造体に例えば酸化チタンなどの光触媒を、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せ、担持されているものである。このときバインダを添加し、前記効果を高めることが望ましい。バインダは無機系のものが望ましく、コロイダルシリカや水ガラスなどが適している。
【００１２】
構造体１はハニカム構造体に限定されるものではないが、圧損が小さく、比表面積が大きい特長を有するので、ハニカム構造体が望ましい。また、構造体の材質も特に限定されるものではないが、光触媒作用により分解されないセラミックスなど無機材料を用いることが望ましい。光触媒についても、特に限定されるものではないが、コスト、安全性、入手しやすさの面で二酸化チタンが望ましく、特に光触媒作用の性能面も考慮するとアナターゼ型が最適である。
【００１３】
光触媒の構造体への担持方法についてはスパッタ法、ゾルゲル法、ディップ法など多々あり、特に限定はしないが、光触媒と必要に応じてバインダを水や溶剤などに分散もしくは溶解させ、構造体をそのスラリーに浸漬することで担持するディップ法が望ましい。また、粉末状の光触媒を分散させ、スラリーを作製する場合、光触媒の平均径は小さい方が望ましく、一次粒子の平均径で１００ｎｍ以下程度が望ましい。なお形状について特に限定はないが、比表面積が大きくなるような形状が望ましい。さらには、なるべく凝集が起こらないように水や溶媒に分散させることが望ましい。
【００１４】
構造体１には、光触媒に加え、ゼオライト、シリカゲル、セピオライト、アルミナ、活性炭等の物理吸着作用を有する物質を添加しておくことにより、吸着剤による物理吸着脱臭により臭気が除去され、脱臭性能はさらに向上する。吸着剤で吸着した臭気物質は、光触媒への光照射により励起したときに発生するラジカル等により酸化分解される。このときの光の波長は４００ｎｍ程度以下とするのが望ましい。また、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り、また臭気濃度に応じて光触媒と物理吸着作用を有する吸着剤の比率を変えることが可能である。
【００１５】
次に、図２は本発明の第１の実施の形態における水分供給手段２の斜視図を示すものである。図３は、図２に示す水分供給手段を展開した図である。図２において、１１は通電可能な線径０．１ｍｍ、５０メッシュの金網で表面に吸湿剤層が形成されている。１２は給電端子であり、スポット溶接により金網１１に取り付けられている。
【００１６】
金網１１の材料としては、通電が容易な金属が適しており、特に耐食性の観点からステンレスを使用することが望ましい。このとき、焼鈍を施しておくことにより、耐食性を向上させることができる。本実施の形態では、オーステナイト系ステンレスであるＳＵＳ３１６を用いた。さらには、体積抵抗率が大きく、耐熱性、耐食性、耐孔食性に優れたＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ系耐熱鋼、Ｎｉ−Ｃｒ系耐熱鋼のいずれかを用いることが最適である。
【００１７】
また、パンチングメタル、エキスパンドメタルやメッシュ形状の金網など多孔状の金属を用いることが望ましい。これにより、ヒータとして必要な抵抗値を確保することができ、抵抗値設計が容易となることや、吸着剤層との密着度が向上することや、熱容量を小さくすることで水分の脱着効率が高くすることができるので、光触媒へより効率的に水分を供給することができ、光触媒作用を向上させた触媒体を実現できる。
【００１８】
金網を図２に示すように波板状に加工することで、水分を含んだ空気との接触面積を大きくすることができ、水分の脱着効率が高いため、光触媒へより効率的に水分を供給することができ、光触媒作用を向上させた触媒体を実現できる。この時、繰返し応力による基材の破断を防止するため、山谷部に適切なＲ加工を施すと良い。
【００１９】
吸着剤層に用いる吸着剤は、ゼオライト、シリカゲル、セピオライト、アルミナ、活性炭等が考えられ、水分の吸脱着のし易さや耐熱性を考慮するとゼオライトが適している。特に、シリカ／アルミナ比を大きくすることで極性を小さくした疎水性ゼオライトを用いると、水の脱着が比較的容易にできるようになるため、光触媒へより効率的に水分を供給することができ、光触媒作用を向上させた触媒体を実現できる。また、吸着剤層に光触媒を添加しておくと、吸着剤に近い位置に光触媒が配置されているため、光触媒へより効率的に水分を供給することができ、光触媒作用を向上させた触媒体を実現できる。
【００２０】
吸着剤層を金網表面に作製する場合、光触媒の構造体への担持と同様に、ディップ法が望ましい。すなわち、吸着剤と必要に応じてバインダを水や溶剤などに分散もしくは溶解させ、波板状に加工した金網をそのスラリーに浸漬し、乾燥させることで吸着剤層を作製する。なお、本実施の形態でのスラリーは、疎水性ゼオライト１００重量部、コロイダルシリカ３０重量部、イオン交換水１００重量部、熱可塑性樹脂粉末５重量部を攪拌、混合して形成しているものである。
【００２１】
乾燥後さらに、４００℃程度で１０〜２０分間程度の焼成を行うと、さらに金網との密着性が向上する。このとき、吸着剤層と金網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しており、その結合性を高めるためスラリー作製時にバインダを添加することが望ましい。バインダは無機系のものが望ましく、コロイダルシリカや水ガラスなどが適しているが、結合力をさらに高めるために、有機系バインダを添加すると良い。有機系バインダとしては高融点の熱可塑性樹脂粉末が適しており、熱可塑性ポリイミドやポリフェニルサルファイドなどが良い。
【００２２】
電源ユニット３は、水分供給手段２の通電により発熱する基材（本実施の形態では金網１１）へ電流を供給するためであり、直流、交流どちらでも良く、特に限定されるものではない。また、供給する電圧を調整することにより、ヒータとしての電力が決定されることとなる。
【００２３】
送風手段４は、シロッコファン、ターボファン、プロペラファン、クロスフローファン、貫流ファン等が一般の送風手段として使用され、特に限定するものではない。本実施の形態ではプロペラファンを用いた。
【００２４】
照射手段５は、１８５ｎｍや２５４ｎｍ付近の紫外線を発生させる二波長の紫外線ランプや、２５４ｎｍ付近の紫外線を発生させる殺菌ランプ、３６０ｎｍ付近の紫外線を発生させるブラックライトなどがあり、ランプの方式は熱陰極タイプ、冷陰極タイプ、無電極タイプなどがあるが、どれも限定されるものではない。また、ＬＥＤで３８０〜４００ｎｍ付近の紫外線を発するものを用いても良い。光触媒として可視光応答型の光触媒を使用すれば、紫外線をほとんど発しない通常の蛍光灯などでも良い。本実施の形態では、オゾンを発生させることができる二波長の紫外線ランプを用いた。これにより、水とオゾンが光触媒表面上で反応し、反応性がより高い活性酸素が生じ、悪臭や有害物質の分解に寄与するため、より脱臭性能が高い触媒体を実現することができる。
【００２５】
以上のように構成された触媒体について、以下その動作、作用を説明する。
【００２６】
紫外線ランプを点灯させ、プロペラファンを作動させ水分供給手段２を通して光触媒を担持した構造体へ送風を開始した。光触媒表面上では、光触媒作用により悪臭や有害物質の分解が開始する。
【００２７】
次に電源ユニット３を用い、水分供給手段２の供給端子１２間に通電して、金網１１を加熱状態にし、吸湿剤層の加熱を行う。これにより、水分脱着温度に達した吸湿剤層からは、吸着されていた水分が脱着する。その後、水分供給手段の供給端子１２間を非通電状態にすると、金網１１は非加熱状態となり吸湿剤層の温度は下がり、空気中の水分が吸湿剤に吸着される。以上の動作を繰り返すことにより、高湿の空気を光触媒を担持した構造体へ供給することができ、悪臭や有害物質の分解能力を向上させることができる。
【００２８】
（実施の形態２）
図４は本発明の第２の実施の形態における浄化装置を示す模式図である。筐体４０、触媒体４１、送風機４２、紫外線ランプ４３から構成されている。触媒体４１は、（実施の形態１）で作製した触媒体１から電源ユニット３、送風手段４、照射手段５を取り除いたものである。なお、水分供給手段２への給電は、浄化装置の送風機４２や紫外線ランプ４３を動作させるための電源から供給するものである。
【００２９】
１８ｃｃの光触媒を担持した構造体１と、幅３０ｍｍ、折り数１８、折り高さ１８ｍｍの水分供給装置２とを、９０ｍｍ×５０ｍｍ×２０ｍｍの絶縁体のケースへ収めた触媒体を作製した（本実施の形態では触媒体Ａという）。また、参照用として触媒体Ａから水分供給装置２を取り除いたもの（本実施の形態では触媒体Ｂという）を作製した。次に、触媒体４１として触媒体ＡおよびＢを設置した浄化装置を用意した。このとき、紫外線ランプ４３は触媒体ＡおよびＢの構造体１への照射強度が最低２ｍＷ／ｃｍ２となるように複数本用いた。
【００３０】
次に手順について説明する。前記浄化装置を１ｍ３のアクリル製容器中央に設置し、前記容器内にアセトアルデヒドガスを注入し、２０ｐｐｍとなるようにした。次に、水分供給装置２、送風機４２、紫外線ランプ４３を動作させた。１時間後の容器内のアセトアルデヒド濃度は、触媒体Ａ搭載の浄化装置が１ｐｐｍ、触媒体Ｂ搭載の浄化装置が５ｐｐｍであった。したがって、触媒体Ａ搭載の浄化装置の分解効率が非常に優れていることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
以上のように、本発明にかかる触媒体およびこれを用いた浄化装置は、大気中の水分を自動的に集め、それを光触媒へ供給させる装置を設けることで光触媒作用を向上させることができるため、悪臭臭気や有害物質を素速く効率的に分解することが可能となるので、空気中の有害物質除去だけでなく、環境汚染物質の分解除去、微生物の殺菌を行う浄化装置等の用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１の実施の形態における触媒体を示す断面模式図
【図２】本発明の第１の実施の形態における水分供給手段の斜視図
【図３】本発明の第１の実施の形態における水分供給手段の展開図
【図４】本発明の第２の実施の形態における浄化装置の模式図
【符号の説明】
【００３３】
１  光触媒作用を有する物質を含む構造体
２  水分供給手段
３  電源ユニット
４  送風ファン
５  照射手段
１１  金網
１２  給電端子
４０  筐体
４１  触媒体
４２  送風機
４３  紫外線ランプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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