(57)【要約】  可視スペクトル光触媒組成物によって、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）を含む汚染物質を分解するためのシステム。
2017533086.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホルムアルデヒドを除去するための方法であって、
２３から８０の原子番号を有する金属の金属酸化物であって、アルデヒドに対して吸着性である前記金属酸化物を含む可視光光触媒を含む組成物をサンプルに接触させることと、
前記サンプルを約３８０ｎｍから約５２５ｎｍの間の光に暴露することと、
を含む方法。
【請求項２】
前記金属酸化物がＺｎＯ、ＺｒＯ２、ＳｎＯ２、ＣｅＯ２、ＳｒＴｉＯ３、ＢａＴｉＯ３、Ｉｎ２Ｏ３、ＣｕｘＯ、Ｆｅ２Ｏ３、ＺｎＳ、ＷＯ３、ＭｎｙＯｘ、ＴｉＯ２、ＣｏｘＯ、またはＶ２Ｏ５であり、ｘが１、２、または３であり、ｙが１、２、または３である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記金属酸化物が酸化セリウムまたは酸化マンガンである、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記組成物がさらに貴金属を含む、請求項１、２、または３に記載の方法。
【請求項５】
前記貴金属が白金、パラジウム、金、銀、イリジウム、ルテニウム、またはロジウムである、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記貴金属が白金である、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
サンプルからホルムアルデヒドを除去するためのエレメントであって、
２３から８０の原子番号を有する金属の金属酸化物であって、アルデヒドに対して吸着性である前記金属酸化物を含む可視光光触媒を含む光触媒エレメントと、
約３８０ｎｍおよび５２５ｎｍの間の光によって前記サンプルおよび酸化セリウムと光学的な連通をする、照射エレメントと、
を含むエレメント。
【請求項８】
前記光触媒性且つ吸着性の金属酸化物がＺｎＯ、ＺｒＯ２、ＳｎＯ２、ＣｅＯ２、ＳｒＴｉＯ３、ＢａＴｉＯ３、Ｉｎ２Ｏ３、ＣｕｘＯ、Ｆｅ２Ｏ３、ＺｎＳ、ＷＯ３、ＭｎｙＯｘ、ＴｉＯ２、ＣｏｘＯ、またはＶ２Ｏ５であり、ｘが１、２、または３であり、ｙが１、２、または３である、請求項７に記載のエレメント。
【請求項９】
前記光触媒性且つ吸着性の金属酸化物が酸化セリウムまたは酸化マンガンである請求項７に記載のエレメント。
【請求項１０】
前記組成物がさらに貴金属を含む、請求項７、８、または９に記載のエレメント。
【請求項１１】
前記貴金属が白金、パラジウム、金、銀、イリジウム、ルテニウム、またはロジウムである、請求項１０に記載のエレメント。
【請求項１２】
前記貴金属が白金である、請求項１０に記載のエレメント。
【請求項１３】
空気からアルデヒドを除去するためのデバイスであって、
請求項７、８、９、１０、または１１に記載のエレメントを含み、
前記光触媒エレメントが、除去されるべきアルデヒドを含有する空気と流体的に連通をする、デバイス。
【請求項１４】
前記光触媒エレメント上に吸着されたアルデヒドをさらに含む、請求項１３に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は全体として空気中の汚染物質の低減に関する。より具体的には、本開示は、改良された光触媒組成物を用いて空気中のホルムアルデヒドの濃度を低減するためのエレメントに関する。
【背景技術】
【０００２】
光触媒は空気中のホルムアルデヒドなどのガスおよび他の汚染物質の濃度を低減するための有効な方法である。これは、ホルムアルデヒドガスはシックハウス症候群における考慮事項であると考えられているため、望ましい。フィルタ、酸化剤、熱触媒、および光触媒を包含する、ホルムアルデヒドの濃度をコントロールする種々の方法が過去に採用されている。
【０００３】
フィルタは典型的には活性炭またはゼオライトから作られており、汚染物質を物理的にトラップしてそれを空気から除去することによって機能する。フィルタの１つの問題は、それらが働くと、フィルタは必然的に目詰まりになり、効き目を失い、交換される必要があるということである。
【０００４】
酸化剤は、それらが消耗品であるという点でフィルタと同様の欠点を負う。それらが働くとそれらは消耗し、それらの効き目を維持するためには時々交換されなければならない。
【０００５】
熱触媒はホルムアルデヒド除去のために産業環境において用いられる。かかる触媒の欠点は、有効な作動のための室温（２０〜２５℃）よりもかなり高い温度の必要性である。このファクターは、普通の生活環境におけるかかる触媒の実適用を限定してしまう。
【０００６】
現在使用されている技術の上述の短所は、より有効な可視スペクトル光触媒の必要があるということを示している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本明細書においては、ＣｅＯ２および／またはＭｎＯ２を照射し、空気サンプル中のホルムアルデヒドレベルを低減するために、可視光光触媒を用いる方法が開示される。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
いくつかの実施形態は、揮発性有機化合物および／またはガスを包含するがこれに限定されない汚染物質を除去および／または分解するための光触媒エレメントと、空気中の汚染物質を除去および／または分解することによって空気を清浄化する方法とを包含する。実施形態は、可視光光触媒性且つ吸着性の金属酸化物を含む光触媒エレメントを包含する。いくつかの実施形態において、光触媒エレメントは可視光光触媒性且つ吸着性の金属酸化物と照射エレメントとを含み、照射エレメントは、３８０ｎｍおよび５２５ｎｍの間の光によって、サンプルおよび可視光光触媒性且つ吸着性の金属酸化物、例えば酸化セリウムまたは酸化マンガンと光学的な連通をする。
【０００９】
本実施形態は、基材上に配置された少なくとも可視光光触媒性且つ吸着性の材料を含むエレメントを包含し、光触媒エレメントが可視スペクトル光によって照らされ且つ汚染物質と接触するときに汚染物質を分解および／または酸化することによって、空気中の汚染物質を有効に低減するために用いられる。本実施形態は、揮発性有機化合物、無機化合物、および／またはガスのレベル（例えばホルムアルデヒド）を除去または分解することにおいて、今まで用いられているフィルタおよび組成物よりも有効であり得る。
【００１０】
いくつかの実施形態においては、本明細書に記載されるように、アルデヒド、例えばホルムアルデヒドを除去または分解するための方法が提供される。他の実施形態において、方法は、可視光光触媒性且つ吸着性の金属酸化物を含む組成物をサンプルに接触させることと、サンプルを３８０ｎｍから約５２５ｎｍの間の光に暴露することとを含み得る。いくつかの実施形態において、光触媒性且つ吸着性の金属酸化物は酸化セリウムおよび酸化マンガンから選択され得る。いくつかの実施形態において、組成物は触媒且つ吸着性の金属酸化物を含み、少なくとも７０％の金属酸化物であり得る。
【００１１】
いくつかの実施形態は、ホルムアルデヒドを除去するための方法を包含し、２３から８０の原子番号を有する金属の金属酸化物であって、アルデヒドに対して吸着性である金属酸化物を含む可視光光触媒を含む組成物をサンプルに接触させることと、サンプルを約３８０ｎｍから約５２５ｎｍの間の光に暴露することとを含む。
【００１２】
いくつかの実施形態は、サンプルからホルムアルデヒドを除去するためのエレメントを包含し、２３から８０の原子番号を有する金属の金属酸化物であって、アルデヒドに対して吸着性である金属酸化物を含む可視光光触媒を含む光触媒エレメントと、照射エレメントとを含み、照射エレメントは約３８０ｎｍおよび５２５ｎｍの間の光によってサンプルおよび酸化セリウムと光学的な連通をする。
【００１３】
いくつかの実施形態は、空気からアルデヒドを除去するためのデバイスを包含し、除去されるべきアルデヒドを含有する空気と流体的に連通をする光触媒エレメントを含む。
【００１４】
開示される実施形態のホルムアルデヒドを分解するためのエレメントは、基材上に光触媒組成物を配置することによって形成され得る。いくつかの実施形態において、光触媒エレメント／組成物は光触媒を含み、光触媒はＣｅＯ２であり得る。光触媒は、紫外または可視光などの光への暴露の結果として化学反応を活性化またはその速度を変化させ得るいずれかの材料を包含する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は光触媒コーティングのある実施形態の概略的な図示である。
【図２】図２は例１の光触媒組成物のホルムアルデヒド分解のプロットである。
【図３】図３は、ＣｅＯ２を含む光触媒組成物の１８時間のＣＯ２発生／ホルムアルデヒド分解のプロットである。
【図４】図４は、ＣｅＯ２を含む光触媒組成物への６０分暴露後のＣＯ２発生／ホルムアルデヒド分解のプロットである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
光触媒は紫外または可視照明との組み合わせで用いられ得る。いくつかの光触媒システムは、金属酸化物との組み合わせでＴｉＯ２またはＷＯ３を包含する。無ＵＶである屋内照明の増大は、可視スペクトルにおいて有効である光触媒の必要が高ずることにつながる。
【００１７】
アルデヒドを除去および／または分解するためのいくつかの方法は、アルデヒドに対して吸着性である吸着性金属酸化物を含む可視光光触媒を含む組成物をサンプルに接触させることと、サンプルを約３８０ｎｍから約５２５ｎｍまたは約４４７ｎｍから約４５７ｎｍの間の光に暴露することとを含む。いくつかの実施形態において、金属酸化物は酸化セリウムおよび／または酸化マンガンであり得る。いくつかの実施形態において、組成物は少なくとも７０％の金属酸化物であり得る。
【００１８】
いくつかの実施形態において、サンプルからアルデヒド、例えばホルムアルデヒドを分解および／または除去するためのエレメントは、光触媒性且つ吸着性の金属酸化物と照射エレメントとを含み得、照射エレメントはサンプルおよび金属酸化物と光学的な連通をするか、または照射エレメントはサンプルおよび金属酸化物両方に接触する光を発光し得、照射エレメントは約３８０ｎｍから約５２５ｎｍまたは約４４７ｎｍから約４５７ｎｍの間の光を発光する。
【００１９】
光触媒は、可視光などの光への暴露の結果として化学反応を活性化またはその速度を変化させ得るいずれかの材料を包含する。従来、光触媒はＵＶ範囲の、すなわち約３８０ｎｍ未満の波長を有する光によってのみ活性化され得た。これは大部分の半導体の広いバンドギャップ（＞３ｅＶ）ゆえである。しかしながら、適切に材料を選択することまたは既存の光触媒を改変することによって、可視光光触媒が合成され得る。可視光光触媒は、可視光、例えばヒトの肉眼によって通常は視覚的に検知可能であり、例えば少なくとも波長が約３８０ｎｍである光によって活性化される光触媒を包含する。可視光光触媒は、可視波長に加えて、波長が３８０ｎｍよりも下のＵＶ光によってもまた活性化され得る。ある可視光光触媒は、可視範囲の光に対応するバンドギャップ、例えば約１．５ｅＶ超、約３．２ｅＶ未満のバンドギャップ、約１．５ｅＶから約３．２ｅＶ、約１．７ｅＶから約３．２ｅＶ、または約１．７７ｅＶもしくは約１．８ｅＶから約３．２ｅＶを有し得る。
【００２０】
いくつかの実施形態において、光触媒材料は可視光を吸収する固体無機半導体などの無機固体であり得る。かかる半導体は、標準水素電極と比較して約１ｅＶから約０ｅＶ、約０ｅＶから約−１ｅＶ、または約−１ｅＶから約−２ｅＶのエネルギーの伝導帯を有し得る。いくつかの光触媒は、標準水素電極と比較して約３ｅＶから約３．５ｅＶ、約２．５ｅＶから約３ｅＶ、約２ｅＶから約３．５ｅＶ、または約３．５ｅＶから約５．０ｅＶのエネルギーの価電子帯を有し得る。
【００２１】
いくつかの実施形態において、可視光光触媒は、金属酸化物、例えば２３〜８０、２５〜６０、２３〜７５、２３〜４０、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、３０、３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７、３８、３９、４０、４１、４２、４３、４４、４５、４６、４７、４８、４９、５０、５１、５２、５３、５４、５５、５６、５７、５８、５９、６０、６１、６２、６３、６４、６５、６６、６７、６８、６９、７０、７１、７２、７３、７４、７５、７６、７７、７８、７９、８０の原子番号、またはこれらの値のいずれかを境界とする範囲のいずれかの原子番号を有する金属の金属酸化物を含み得る。いくつかの実施形態において、金属酸化物はＺｎＯ、ＺｒＯ２、ＳｎＯ２、ＣｅＯ２、ＳｒＴｉＯ３、ＢａＴｉＯ３、Ｉｎ２Ｏ３、ＣｕｘＯ、Ｆｅ２Ｏ３、ＺｎＳ、Ｂｉ２Ｏ３、ＷＯ３、Ｂｉ２ＷＯ６、ＢｉＦｅＯ３、ＭｎｙＯｘ、ＴｉＯ２、ＣｏｘＯ、Ｖ２Ｏ５、またはＢｉＶＯ４であり得る。ＣｕｘＯ、ＭｎｙＯｘ、またはＣｏｘＯについて、いくつかの実施形態においては、ｘは１、２、または３であり得、ｙは１、２、または３であり得る。いくつかの実施形態において、金属酸化物は、単独または他の金属酸化物との組み合わせでの酸化セリウム（例えばＣｅＯ２）などの希土類酸化物であり得る。いくつかの実施形態において、金属酸化物はＭｎＯ２などの酸化マンガンを含むかまたはそれからなり得る。いくつかの実施形態において、第１の光触媒は本質的にＴｉＯ２および／またはＷＯ３を除外する。いくつかの実施形態において、光触媒因子は約４０％未満、３０％未満、２５％未満、２０％未満、１０％未満、５％未満、２．５％未満、または１％未満のＴｉＯ２および／またはＷＯ３を含む。
【００２２】
いくつかの実施形態において、組成物はさらに非光触媒性の金属酸化物を含み得る。いくつかの実施形態において、組成物は、貴金属、例えば金属酸化物中の金属原子の総数に基づいて約０．０１％から約１０％、約０．２％から約５％、または約０．５％から約２％の貴金属をさらに含む。いくつかの実施形態において、貴金属は白金、パラジウム、金、銀、イリジウム、ルテニウム、および／またはロジウムであり得る。いくつかの実施形態において、貴金属は白金である。
【００２３】
いくつかの実施形態において、金属酸化物は、対象の揮発性有機化合物に対して吸着性である材料、例えばＣｅＯ２および／またはＭｎＯ２であり得る。例えば、金属酸化物は対象の揮発性有機化合物の少なくとも０．００１ｍＭ、０．０１ｍＭ、０．１ｍＭ、０．５ｍＭ、０．７５ｍＭ、または１．０ｍＭを吸着し得る。吸着の量を特定するための好適な手段は定容量の圧力変化分析によってであり得る。別の手段においては、増大したＣＯ２の量をとってＣＯ２の量をホルムアルデヒドから減算することによって、なくなるホルムアルデヒドの量を測定し得、ホルムアルデヒドの吸着量の推算を与える。いくつかの実施形態において、光触媒材料は、可視光光触媒材料、例えばＣｅＯ２のグラムあたりアルデヒド、例えばホルムアルデヒドの少なくとも０．１ｍｇ、０．５ｍｇ、１．０ｍｇ、２．０ｍｇ、および／または少なくとも３．０ｍｇを吸着し得る。１つの実施形態において、光触媒材料はＣｅＯ２のグラムあたりホルムアルデヒドの少なくとも２．１ｍｇを吸着し得る。１つの実施形態において、光触媒材料はＣｅＯ２のグラムあたりホルムアルデヒドの少なくとも４．２ｍｇを吸着し得る。いくつかの実施形態において、ＣｅＯ２へのホルムアルデヒドの吸着はホルムアルデヒドからＣＯ２および水への酸化／変換を増大させる。
【００２４】
いくつかの光触媒は、酸化物半導体、例えばＣｅＯ２、ＭｎＯ２、およびその改変物を包含する。光触媒は、固体反応、燃焼、ソルボサーマル合成、火炎熱分解、プラズマ合成、化学蒸着、物理蒸着、ボールミル処理、および高エネルギー粉砕を包含する種々の方法によって、当業者によって合成され得る。いくつかの実施形態において、光触媒は少なくとも７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、９５％、および／または９９％の第１の光触媒であり得る。いくつかの実施形態において、光触媒は約７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、９５％、９９％、または１００％の間の第１の光触媒の範囲であり得る。いくつかの実施形態において、光触媒複合材は、約１％から約９９％の上に記載されている可視光光触媒材料、例えばＣｅＯ２および／またはＭｎＯ２と、対応して約９９％から約１％の非光触媒性の材料とを含む。いくつかの実施形態において、非光触媒性の材料は、ＣｅＯ２および／またはＭｎＯ２の活性の１０％、５％、１％、および／または０．５％未満の光触媒活性を有する酸化物であり得る。いくつかの実施形態において、非光触媒性の材料はＡｌ２Ｏ３であり得る。
【００２５】
いくつかの実施形態において、光触媒は、少なくとも１つの天然に存在する元素、例えば非希ガス元素をさらに含む。いくつかの実施形態において、光触媒材料は、少なくとも１つの天然に存在する元素、例えば非希ガス元素を包含するか、またはドープされるかもしくは担持し得る。ドープされる元素は、一般的に合成中に加えられる前駆体として提供され得る。
【００２６】
いくつかの実施形態において、光触媒はさらに少なくとも１つの金属を含む。いくつかの実施形態において、光触媒は少なくとも１つの金属を担持し得る。光触媒は、含浸、光還元、およびスパッタリングのようなポスト合成法によって金属を担持し得る。好ましい実施形態として、光触媒上に金属を担持させることは、参照によってその全体が本明細書に組み込まれる米国特許公開第２００８／０２４１５４２号明細書に記載されているように実施され得る。いくつかの実施形態において、光触媒上に担持される元素は貴金属元素であり得る。いくつかの実施形態において、光触媒上に担持される元素は少なくとも１つの貴金属元素、酸化物、および／または水酸化物であり得る。いくつかの実施形態において、貴金属元素は白金、パラジウム、金、銀、イリジウム、ルテニウム、ロジウム、またはそれらの酸化物および／もしくはその水酸化物であり得る。いくつかの実施形態において、光触媒上に担持される元素は遷移金属またはその酸化物および／もしくは水酸化物を含み得る。いくつかの実施形態において、光触媒上に担持される元素は、遷移金属、例えば鉄、銅、ニッケル、またはそれらの酸化物および／もしくはその水酸化物から選択され得る。いくつかの実施形態において、光触媒上に担持される元素は、少なくとも１つの遷移金属および少なくとも１つの貴金属を包含する元素の異なる族、またはそれらのそれぞれの酸化物および／もしくは水酸化物から選ばれ得る。
【００２７】
アルデヒド、例えばホルムアルデヒドを分解するための方法は、金属酸化物を含む可視光光触媒組成物をアルデヒド、例えばホルムアルデヒドに接触させることを含み得る。いくつかの材料では、光触媒反応は、電磁放射の吸収によって光触媒のバルク中に発生した電子正孔対から、反応性の種（還元および酸化を行うことができる）が光触媒の表面上に形成されることを原因とし得る。
【００２８】
除去／分解されるべきアルデヒドは特に限定されず、例えばホルムアルデヒド（パラホルムアルデヒドを包含する）、アセトアルデヒド（パラアセトアルデヒドを包含する）、プロピオンアルデヒド、ブチルアルデヒド、アミルアルデヒド、ヘキシルアルデヒド、ヘプチルアルデヒド、２−エチルヘキシルアルデヒド、シクロヘキシルアルデヒド、フルフラール、グリオキサール、グルタルアルデヒド、ベンズアルデヒド、２−メチルベンズアルデヒド、３−メチルベンズアルデヒド、４−メチルベンズアルデヒド、ｐ−ヒドロキシベンズアルデヒド、ｍ−ヒドロキシベンズアルデヒド、フェニルアセトアルデヒド、およびβ−フェニルプロピオンアルデヒドを包含し得る。これらのアルデヒドは１つだけ除去され得、または組み合わせで２つ以上の種類もまた除去され得る。１つの実施形態においては、ホルムアルデヒドが除去され得る。
【００２９】
いくつかの実施形態において、アルデヒドを除去／分解することはアルデヒドを酸化すること、例えばホルムアルデヒドを酸化することを包含し得る。いくつかの実施形態において、アルデヒドは酸化されて二酸化炭素および水を形成し得る。いくつかの実施形態において、アルデヒドは実質的に完全に酸化されて二酸化炭素および水になり得る。いくつかの実施形態においては、アルデヒドの少なくとも７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、９５％、９７％、または９９％が二酸化炭素および水に変換され得る。
【００３０】
図１は、本明細書に記載されるいくつかの実施形態に従った光触媒エレメント１０の概略的な図である。いくつかの実施形態においては、アルデヒド８と接触する光触媒１２を包含する光触媒エレメント１０が提供され得る。いくつかの実施形態においては、アルデヒド８、例えばホルムアルデヒドと接触しているときに、矢印１６によって指示されているように光触媒１２を照射するための光源１４が提供され得る。いくつかの実施形態においては、基材（示されていない）と光触媒組成物とを包含する光触媒エレメント１０が提供され得、組成物は少なくとも１つの光触媒材料１２を包含する。いくつかの実施形態において、光触媒組成物は、光触媒組成物がホルムアルデヒドなどの分解されるべき物質および光と接触し得るような方法で基材にコーティングされる。
【００３１】
いくつかの実施形態において、光源１４は、光ルミネッセンス（燐光もしくは蛍光）、白熱、エレクトロ、ケモ、ソノ、メカノ、または熱ルミネッセンス材料の少なくとも１つを包含する透明な光触媒組成物であり得る。燐光材料はＺｎＳおよびケイ酸アルミニウムを包含し得、一方、蛍光材料はＹＡＧ−Ｃｅ（ＣｅをドープしたＹＡＧ）、Ｙ２Ｏ３−Ｅｕ（Ｅｕをドープしたイットリア）、種々の有機色素などのような蛍燐光体を包含し得る。白熱材料は炭素およびタングステンを包含し得、一方、エレクトロルミネッセンス材料はＺｎＳ、ＩｎＰ、ＧａＮなどを包含し得る。光触媒反応を開始するためのエネルギーを提供するためには、光発生機構の多くの型、例えば日光、蛍光灯、白熱灯、発光ダイオード（ＬＥＤ）系の照明、ナトリウムランプ、ハロゲンランプ、水銀灯、希ガス放電、および火炎が用いられ得る。いくつかの実施形態において、光源によって発光されて光触媒材料および／またはアルデヒド８などのアルデヒドと光学的に連通する照射は、約３８０ｎｍ、約３９０ｎｍ、約４００ｎｍ、約４１０ｎｍ、約４２０ｎｍ、もしくは約４３０ｎｍから、約４７５ｎｍ、約４９５ｎｍ、約５２５ｎｍまで、または上に記載されている発光波長のいずれかの組み合わせであり得る。１つの実施形態において、照射は約４４７ｎｍから約４５７ｎｍの間であり得る。
【００３２】
いくつかの実施形態において、アルデヒドとの光触媒の接触は、約９０℃、約８０℃、約７０℃、約６５℃、約５０℃、約４５℃、約４０℃、および／または約３５℃という最大値よりも下で生じ得る。
【００３３】
いくつかの実施形態において、光触媒組成物は基材上に配置され得る。基材上に配置されることによるいくつかの実施形態においては、光触媒組成物は、基材上への配置に先立って形成された別個に形成された層であり得る。別の実施形態において、光触媒組成物は、例えば化学蒸着（ＣＶＤ）もしくは物理蒸着（ＰＶＤ）いずれかのような蒸着、ラミネーション、プレス処理、ローラー処理、浸漬、融解、糊付、ゾル−ゲル成膜、スピンコーティング、ディップコーティング、バーコーティング、スロットコーティング、ブラシコーティング、スパッタリング、フレーム溶射、プラズマ溶射（ＤＣもしくはＲＦ）を包含する熱溶射、高速酸素−燃料溶射（ＨＶＯＦ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、コールドスプレー、またはエアロゾルデポジションによって基材表面上に形成され得る。別の実施形態において、光触媒組成物は基材の表面に組み込まれ得、例えば表面に少なくとも部分的に埋め込まれる。
【００３４】
いくつかの実施形態において、光触媒組成物は基材を実質的に被覆する。ある実施形態において、光触媒組成物は基材表面の少なくとも約１０％、少なくとも約２５％、少なくとも約３５％、少なくとも約４０％、少なくとも約５０％、少なくとも約６０％、少なくとも約７５％、少なくとも約８５％、または少なくとも約９５％と接触するかまたはそれを被覆する。
【００３５】
より大きい表面積はより高い光触媒活性に至り得る。いくつかの実施形態において、光触媒のブルナー・エメット・テラー（ＢＥＴ）比表面積は約０．１〜５００ｍ２／ｇまたは約１０〜５０ｍ２／ｇである。
【００３６】
いくつかの実施形態においては、酸化セリウム／酸化マンガンの前述の組成物を包含する光触媒層が提供される。
【００３７】
いくつかの実施形態においては、光触媒組成物を作るための方法が提供され、光触媒、例えばＣｅＯ２と分散媒とを含む分散液を作出し、分散液が約２から約５０ｗｔ％の固体材料を有することと、分散液を基材に塗布することと、実質的に全ての分散媒を分散液から蒸発させるために十分な温度および時間で分散液および基材を加熱することとを包含する。いくつかの実施形態において、分散液は、全体的にもしくは部分的にいずれかで基材をカバーするように、またはコーティングもしくは表面層を作出するように基材の表面に塗布される。
【００３８】
いくつかの実施形態においては、光触媒組成物を作るための方法があり、ＣｅＯ２の水系分散液を混合することと、約１０から約３０ｗｔ％固体材料の分散液に到達するために十分な分散媒、例えば水を加えることと、分散液を基材に塗布することと、水の実質的に全てを分散液および基材から蒸発させるために十分な温度および時間で基材を加熱することとを包含する。いくつかの実施形態において、ＣｅＯ２はゾルであり得る。
【００３９】
いくつかの実施形態において、加えられる分散媒、例えば水の量は、約２から約５０ｗｔ％、約１０から約３０ｗｔ％、または約１５から約２５ｗｔ％固体材料の分散液に到達するために十分である。いくつかの実施形態において、加えられる分散媒、例えば水の量は、約２０ｗｔ％固体材料の分散液に到達するために十分である。
【００４０】
いくつかの実施形態において、混合物によって被覆された基材は、分散媒を実質的に除去するために十分な温度および／または十分な時間で加熱される。いくつかの実施形態においては、分散媒の少なくとも約９０％、少なくとも約９５％、または少なくとも約９９％が除去される。いくつかの実施形態において、分散液によって被覆された基材は約室温および５００℃の間の温度で加熱される。いくつかの実施形態において、分散液によって被覆された基材は約９０℃および約１５０℃の間の温度で加熱される。いくつかの実施形態において、分散液によって被覆された基材は約１２０℃の温度で加熱される。いくつかの実施形態において、分散液によって被覆された基材は約２００℃未満、約３００℃未満、約４００℃未満、および／または約５００℃未満の温度に加熱される。いずれかの具体的な理論によって限定されることを欲しないが、約５００℃よりも下の温度を保つことは、例えばより活性でない相への光触媒材料の相変化、ドーパントの拡散、ドーパントの不活性化、担持された材料の分解、または凝固（総活性表面積の低減）を原因とする光触媒材料の熱失活の可能性を低減し得ると考えられる。
【００４１】
いくつかの実施形態において、分散液によってカバーされた基材は約１０秒から約２時間という時間加熱される。いくつかの実施形態において、混合物によってカバーされた基材は約１時間という時間加熱される。
【００４２】
本明細書に記載される分散液は実質的に任意の基材に塗布され得る。基材に分散液を塗布する他の方法は、基材上に分散液をスロット／ディップ／スピンコーティング、ブラシ塗工、ローラー処理、浸漬、融解、糊付、または噴霧することを包含し得る。基材上に分散液を噴霧するために適当なプロペラントが用いられ得る。
【００４３】
いくつかの実施形態において、基材は光を通す能力がある必要はない。例えば、基材は、分散液が直接的に塗布され得る普通の産業または生活表面であり得る。基材は、ガラス（例えば窓）、壁（例えばドライウォール）、石材（例えば大理石カウンタートップ）、石建築物（例えばレンガ壁）、金属（例えばステンレス鋼）、木材、プラスチック（例えば花のプラスチック包装）、他のポリマー製表面、セラミック、および同類のものを包含し得る。かかる実施形態における分散液は、塗料または液体接着剤として調合され得る。かかる実施形態における分散液は、テープ、壁紙、カーテン、ランプシェード、照明カバー、テーブルまたはカウンター表面のカバー、および同類のものに塗布され得る。
【００４４】
光触媒組成物は、アセトアルデヒド、ホルムアルデヒド、プロピオンアルデヒドなどを包含するアルデヒドなどの有機化合物を光触媒的に分解する能力があり得る。光触媒的分解は固体、液体、またはガス相で生じ得る。
【００４５】
いくつかの実施形態において、基材はガス透過性材料を含む。いくつかの実施形態において、ガス透過性材料は基材を通り抜ける最小閾値の流量を可能にする。別の実施形態において、ガス透過性材料は多孔質ＰＴＦＥ（例えばＨＥＰＡ／ＵＬＰＡフィルタ）、不織もしくは織布、折り畳めるフィルタ（例えば、布、紙、多孔質ＰＴＦＥのような多孔質プラスチックそのもの）、ガラス／石英ウール、繊維（例えばガラス石英、プラスチック）、ハニカム構造の金属、もしくはセラミック材料であるか、またはいずれかの既存のフィルタ材料上に光触媒（単数または複数）を取り付け得る。いくつかの実施形態において、ガス透過性材料は多孔質であり、ならびに／またはその中のおよび／もしくはそれを通り抜ける細孔を画定する。いくつかの実施形態において、ガス透過性材料はセラミックであり得る。セラミックはＡｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＳｉＯ２、または他の公知のセラミック材料を含み得る。いくつかの実施形態において、セラミックエレメントはＡｌ２Ｏ３を含む。いくつかの実施形態において、セラミックエレメントはＺｒＯ２を含む。いくつかの実施形態において、セラミックエレメントはＳｉＯ２を含む。いくつかの実施形態において、セラミックは当分野において公知の他の公知セラミック材料を含む。
【００４６】
セラミック基材は、約１細孔・パー・インチ（ｐｐｉ）から約５０ｐｐ、約５ｐｐｉから約４５ｐｐｉ、約１０ｐｐｉから約４０ｐｐｉ、約１５ｐｐｉから約３５ｐｐｉ、約２０ｐｐｉから約３０ｐｐｉ、約３０ｐｐｉの範囲、または前述の範囲のいずれかの組み合わせの細孔率を有し得る。
【００４７】
セラミック基材は、厚さが約１ｍｍから約５０ｍｍ、約１ｍｍ厚から約５ｍｍ厚、約５ｍｍ厚から約１０ｍｍ厚、約１０ｍｍ厚から約１５ｍｍ厚、約１５ｍｍ厚から約２０ｍｍ厚、約２０ｍｍ厚から約２５ｍｍ厚、約２５ｍｍ厚から約３０ｍｍ厚、約３０ｍｍ厚から約３５ｍｍ厚、約３５ｍｍ厚から約４０ｍｍ厚、約４０ｍｍ厚から約４５ｍｍ厚、約４５ｍｍ厚から約５０ｍｍ厚、またはこれらの値のいずれかを境界とする範囲のいずれかの厚さの範囲であり得る。
【００４８】
いくつかの実施形態においては、照射されている間にホルムアルデヒドガスが光触媒組成物と接触するときに、ホルムアルデヒド酸化エレメントの有効性が増大する。細孔率と厚さとの適切な組み合わせは、ホルムアルデヒド濃度の所望のレベルを達成するために空気流量を最適化するように選ばれ得る。
【００４９】
いくつかの実施形態において、光触媒組成物はディップコーティングによって多孔質セラミック基材上に配置される。いくつかの実施形態において、ディップおよび乾燥された後に、エレメントは約４００℃において約１２時間アニールされる。アニーリングはセラミック基材への組成物の付着を改良し、エレメントの効き目を増大させる。アニーリングプロセス後に、光触媒組成物はセラミックマトリックス全体に配置された粒子の層を形成する。
【００５０】
いくつかの実施形態において、基材は薄膜を含む。加えて、膜はそうである必要はないが、透明であり得る。膜は低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、グリコール変性ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴＧ）、ナイロン６、アイオノマー、ニトリルゴム変性アクリロニトリル−メチルアクリレートコポリマー、または酢酸セルロースから作られ得る。
【００５１】
いくつかの実施形態において、薄膜は、約１０μｍから約２５０μｍ、約１０μｍから約３０μｍ、約３０μｍから約５０μｍ、約５０μｍから約７０μｍ、約７０μｍから約９０μｍ、約９０μｍから約１１０μｍ、約１１０μｍから約１３０μｍ、約１３０μｍから約１５０μｍ、約１５０μｍから約１７０μｍ、約１７０μｍから約１９０μｍ、約１９０μｍから約２１０μｍ、約２１０μｍから約２３０μｍ、約２３０μｍから約２５０μｍの厚さ、またはこれらの値のいずれかを境界とする範囲のいずれかの厚さを有する。
【００５２】
光触媒組成物は当分野において公知の種々の堆積手段によって薄膜基材上に配置され得、限定しない例はディップ、蒸着、液相堆積などを包含する。
【００５３】
いくつかの実施形態において、基材はガラスを含む。基材はケイ酸もしくはポリカーボネートガラス、または窓およびディスプレイに典型的に用いられる他のガラスであり得る。
【００５４】
いくつかの実施形態においては、汚染された空気が光と本明細書に記載される光触媒材料、組成物、または分散液とに暴露される方法が利用され、それによって空気からアルデヒドを除去する。
【００５５】
いくつかの実施形態において、光と光触媒材料、組成物、または分散液とは、ホルムアルデヒドを包含するアルデヒドの約５０％、約６０％、約７０％、約８０％、約９０％、約９５％、約９９％、またはより多くを空気から除去し得る。
【００５６】
いくつかの実施形態において、光と光触媒材料、組成物、または分散液とは、ホルムアルデヒドの約５０％、約６０％、約７０％、約８０％、約９０％、約９５％、約９９％、またはより多くを二酸化炭素に変換し得る。
【実施例】
【００５７】
サンプル調製
全ての材料は、別様に指示していない限りさらなる精製なしに用いた。全ての材料は、別様に指示していない限りシグマアルドリッチ（セントルイス、ＭＯ、ＵＳＡ）から購入した。
【００５８】
例１：サンプル調製
原料の粉末状ＣｅＯ２（１００ｍｇ）（Ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ＆ＡｍｏｒｐｈｏｕｓＭａｔｅｒｉａｌｓ社、ヒューストン、ＴＸ、ＵＳＡ）を脱イオンＨ２Ｏ（１から１．５ｍＬ）と混合して分散液を作った。もたらされた分散液は超音波ホモジナイザーを用いて５分ホモジナイズし、それからコロナ処理機を用いて前処理されたペトリ皿（直径６０ｍｍ）の底にコーティングした。ペトリ皿は、全ての液体が蒸発するまで９０〜１００℃のホットプレート上で加熱した。
【００５９】
もたらされたペトリ皿を、１２０℃における６０分の熱処理およびＸｅランプからの同時の光照射（ランプパワー出力３００Ｗ）によってクリーニングした。室温への冷却後に、ペトリ皿を５ＬのＴｅｄｌａｒ（登録商標）バッグ中にシールした。
【００６０】
１つの追加のＴｅｄｌａｒ（登録商標）バッグ（コントロールホルムアルデヒドおよびコントロールＣＯ２両方）を、調製されたペトリ皿をシールに先立って入れなかったことを除いて、上の例１に記載されているものと同様の様式で調製した。
【００６１】
例２：光触媒活性測定
例１に記載されているようにペトリ皿を封入した／ペトリ皿を封入しないＴｅｄｌａｒ（登録商標）バッグ（単数または複数）に、１００ｐｐｍホルムアルデヒド（ＨＣＨＯ）を含有する１．２Ｌの窒素（Ｎ２）ガスと１．８Ｌ圧縮空気（２１％Ｏ２、７８％Ｎ２、０．９％Ａｒ）とを注入して、４０±４パーツ・パー・ミリオン（ｐｐｍ）の開始ホルムアルデヒド（ＨＣＨＯ）濃度の３Ｌガス混合物を作った。それぞれのペトリ皿を外部からの青色光によって照明する前に、Ｔｅｄｌａｒ（登録商標）バッグを暗所に約３０分保った。ＨＣＨＯおよび二酸化炭素（ＣＯ２）の濃度を、暗期の始めおよび終わりと、青色光のスイッチをオンにした後の異なる時間の合間とにおいて測定した。ＨＣＨＯの濃度は、Ｇａｓｔｅｃ（登録商標）検知管（Ｎｏ．９１Ｌ）を用いてガスの１００ｍＬをサンプリングすることによって特定した。ＣＯ２の濃度は、ＣＯ２モニターを用いてガスの１０ｍＬをサンプリングすることによって特定した。外部からの青色光はカスタムの青色ＬＥＤアレイによって供給し、ペトリ皿の中央において２５ｍＷ／ｃｍ２の光強度を提供するようにセットアップした。サンプルを１８時間までとった。１８時間後に、バッグ（単数または複数）に上に記載されている１００ｐｐｍ（ＨＣＨＯ）／１．８Ｌ圧縮空気をフラッシュして再充填し、同じ先に記載したパラメータで測定をやり直した。結果は図２および３に示されている。図２および３は、コントロール群におけるホルムアルデヒドおよび／またはＣＯ２レベルと比較して、時間とともにホルムアルデヒドの存在が減少して行くことを示しており（［実線］ＦＡ）、ＣＯ２の存在は対応して増大して行く（［点線］ＣＯ２）。
【００６２】
例３：ホルムアルデヒドの光触媒的変換
上の例１および２に記載されているものと同様の様式で例３を調製および試験した。これは図４に「ＣＯ２、ＦＡ中にＣｅＯ２」として示されている。加えて、２つのケース（１ｓｔおよび２ｎｄコントロール）においては、ホルムアルデヒドをＴｅｄｌａｒ（登録商標）バッグ中に入れなかったことを除いて、例１および２に記載されているものと同様の様式で例３を試験した。これらは図４にＣＯ２、１ｓｔおよび２ｎｄコントロールランとして示されている。４０ｐｐｍホルムアルデヒドのケースと比較して、ＣＯ２の量は大分遅い速度で増大する。違いは、明白にホルムアルデヒドからＣＯ２への光触媒的分解による。図４はＣｅＯ２への６０分暴露後のＣＯ２量の増大を示している。図４は６０分においてＣＯ２が約１６ｐｐｍ多いことを示しており、これは光触媒的なホルムアルデヒド分解によると考えられる。かかる活性は、時間あたり、１００ｍｇのＣｅＯ２あたり約２．１μｍｏｌのホルムアルデヒドに相当する。
【００６３】
例４：白金の担持（予測）
白金の担持を含浸方法によって実施する。Ｐｔ対ＣｅＯ２の重量比は１から１００となるようにセットする。硝酸テトラアミン白金（ＩＩ）（Ｐｔ（ＮＨ３）４（ＮＯ３）２）（４．５ｍｇ）をバイアル反応器中で脱イオンＨ２Ｏ（８ｍＬ）と混合して溶液を作る。溶液への原料のＣｅＯ２（０．２ｇ）（Ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ＆ＡｍｏｒｐｈｏｕｓＭａｔｅｒｉａｌｓ社、ヒューストン、ＴＸ、ＵＳＡ）の追加後に、バイアル反応器を９０℃のシリコーン油浴中で厳しい撹拌下において１時間加熱する。それから、ＮａＯＨ（２５ｍｇ）とグルコース（１２５ｍｇ）とを含有する水溶液（２ｍＬ）をバイアル反応器中の反応混合物に加える。反応混合物はシリコーン油浴中にもう１時間保つ。室温への冷却後に、混合物を０．０５μｍメンブレンによって濾過し、５０から１００ｍＬの脱イオンＨ２Ｏによって洗浄し、エアオーブン中において１１０℃で一晩（１６から１８時間）乾燥し、最後にマッフル炉内において４００℃で１時間アニールする。Ｐｔを担持したＣｅＯ２もまたホルムアルデヒド分解能を発揮するということが予期される。
【００６４】
実施形態
次の実施形態が企図される。
実施形態１．  ホルムアルデヒドを除去するための方法であって、
２３から８０の原子番号を有する金属酸化物であって、アルデヒドに対して吸着性である金属酸化物を含む可視光光触媒を含む組成物をサンプルに接触させることと、
サンプルを約３８０ｎｍから約５２５ｎｍの間の光に暴露することと、
を含む。
実施形態２．  実施形態１の方法であって、金属酸化物がＺｎＯ、ＺｒＯ２、ＳｎＯ２、ＣｅＯ２、ＳｒＴｉＯ３、ＢａＴｉＯ３、Ｉｎ２Ｏ３、ＣｕｘＯ、Ｆｅ２Ｏ３、ＺｎＳ、ＷＯ３、ＭｎｙＯｘ、ＴｉＯ２、ＣＯｘＯ、またはＶ２Ｏ５であり、ｘが１、２、または３であり、ｙが１、２、または３である。
実施形態３．  実施形態１の方法であって、金属酸化物が酸化セリウムまたは酸化マンガンである。
実施形態４．  実施形態１、２、または３の方法であって、組成物がさらに貴金属を含む。
実施形態５．  実施形態４の方法であって、貴金属が白金、パラジウム、金、銀、イリジウム、ルテニウム、またはロジウムである。
実施形態６．  実施形態４の方法であって、貴金属が白金である。
実施形態７．  サンプルからホルムアルデヒドを除去するためのエレメントであって、
２３から８０の原子番号を有する金属酸化物であって、アルデヒドに対して吸着性である金属酸化物を含む可視光光触媒を含む光触媒エレメントと、
照射エレメントが約３８０ｎｍおよび５２５ｎｍの間の光によってサンプルおよび酸化セリウムと光学的な連通をする照射エレメントと、
を含む。
実施形態８．  実施形態７のエレメントであって、光触媒性且つ吸着性の金属酸化物がＺｎＯ、ＺｒＯ２、ＳｎＯ２、ＣｅＯ２、ＳｒＴｉＯ３、ＢａＴｉＯ３、Ｉｎ２Ｏ３、ＣｕｘＯ、Ｆｅ２Ｏ３、ＺｎＳ、ＷＯ３、ＭｎｙＯｘ、ＴｉＯ２、ＣｏｘＯ、またはＶ２Ｏ５であり、ｘが１、２、または３であり、ｙが１、２、または３である。
実施形態９．  実施形態７のエレメントであって、光触媒性且つ吸着性の金属酸化物が酸化セリウムまたは酸化マンガンである。
実施形態１０．  実施形態７、８、または９のエレメントであって、組成物がさらに貴金属を含む。
実施形態１１．  実施形態１０のエレメントであって、貴金属が白金、パラジウム、金、銀、イリジウム、ルテニウム、またはロジウムである。
実施形態１２．  実施形態１０のエレメントであって、貴金属が白金である。
実施形態１３．  空気からアルデヒドを除去するためのデバイスであって、実施形態７、８、９、１０、または１１のエレメントを含み、光触媒エレメントが、除去されるべきアルデヒドを含有する空気と流体的に連通する。
実施形態１４．  実施形態１３のデバイスであって、光触媒エレメント上に吸着されたアルデヒドをさらに含む。
【００６５】
別様に指示されていない限り、本明細書および請求項において用いられる成分の量、分子量などの特性、反応条件などを表す全ての数は、全ての場合に用語「約」によって修飾されるものとして理解されるべきである。したがって、それと反対に指示されていない限り、本明細書および添付の請求項において示される数的パラメータは、得られることを求められる所望の特性に応じて変わり得る概算である。少なくとも、請求項の範囲への均等論の適用を限定しようとするものとしてではなく、各数的パラメータは、少なくとも、報告される有効桁数の数に照らし、通常の丸め手法を適用することによって解釈されるべきである。
【００６６】
本開示の実施形態を記載する文脈において（特に、次の請求項の文脈において）用いられる用語「a」、「an」、「the」、および同様の指示物は、本明細書において別様に指示されていないかまたは文脈によって明白に否定されない限り、単数形および複数形両方をカバーすると解釈されるべきである。本明細書に記載される全ての方法は、本明細書において別様に指示されていないかまたはさもなければ文脈によって明白に否定されない限り、いずれかの好適な順序で行われ得る。本明細書において提供されるいずれかおよび全ての例または例示的な文言（例えば、「などの」）の使用は、単に本明細書において開示されている実施形態をより良く説明することを意図されており、いずれかの請求項の範囲に限定を課さない。本明細書におけるいかなる文言も、本明細書において開示されている実施形態の実施に必須ないずれかの請求されていない要素を指示するものとして解釈されるべきではない。
【００６７】
本明細書において開示されている代替的な要素または実施形態の群は限定として解釈されるべきではない。各群構成要素は、個別に、または群の他の構成要素もしくは本明細書において見いだされる他の要素とのいずれかの組み合わせで参照および請求され得る。便宜および／または特許性の理由で、ある群の１つ以上の構成要素がある群において包含または削除され得るということが予期される。いずれかのかかる包含または削除が生ずるときには、本明細書は改変された群を含有すると見なされ、それゆえに、添付の請求項において用いられる全てのマーカッシュ群の記述要件を満たす。
【００６８】
本開示の実施形態を実施するための本発明者に既知のベストモードを包含するある種の実施形態が本明細書に記載されている。当然のことながら、これらの記載されている実施形態の変形は先行する記載を読み取ることによって当業者には明らかとなろう。本発明者は、当業者がかかる変形を適宜採用することを予想し、本発明者は、本開示の実施形態が具体的に本明細書に記載されるものとは別様に実施されることを意図する。したがって、請求項は、適用法令によって許容される請求項に記載される主題の全ての改変および均等物を包含する。その上、上に記載されている要素のいずれかの組み合わせは、本明細書において別様に指示されていないかまたはさもなければ文脈によって明白に否定されない限り、その全てのあり得る変形において企図される。
【００６９】
結びに、本明細書において開示される実施形態は請求項の原理を例示しているということが理解されるべきである。採用され得る他の改変は請求項の範囲内である。それゆえに、限定ではなく例として、代替的な実施形態が本明細書の教示に従って利用され得る。したがって、請求項は、示され記載されているままの実施形態には限定されない。
【符号の説明】
【００７０】
８  アルデヒド
１０  光触媒エレメント
１２  光触媒または光触媒材料
１４  光源
１６  矢印
【図１】
2017533086.tif 000003
【図２】
2017533086.tif 000004
【図３】
2017533086.tif 000005
【図４】
2017533086.tif 000006
【国際調査報告】
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2017533086.tif 000008
2017533086.tif 000009
2017533086.tif 000010
2017533086.tif 000011
2017533086.tif 000012