(57)【要約】  本開示は、実質的に非水和でかつ実質的にオゾンを含まない精製過酸化水素ガス(PHPG)生成用の改善された方法およびデバイスを提供し含む。
2017518948.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
a. 筺体;
b. 気流を提供する空気分配機構;
c. その表面上に触媒を有する通気性基材構造;
d. 光源
を含む非水和精製過酸化水素ガス(PHPG)を生成するためのデバイスであって、
該気流は、該通気性基材構造を通り;かつ
該デバイスはPHPGを生成し、作動中にPHPGを該筺体から外へ誘導する
ことを特徴とする該デバイス。
【請求項２】
光源が、紫外線源である請求項1記載のデバイス。
【請求項３】
該気流が14°より大きい該基材構造に対する入射角を含む請求項1記載のデバイス。
【請求項４】
該気流が、50°より大きい、60°より大きい、70°より大きい、75°より大きい、80°より大きい、85°より大きい、および89°より大きい入射角よりなる群から選択される入射角を含む請求項1記載のデバイス。
【請求項５】
該気流が、68°と90°との間にある入射角を含む請求項1記載のデバイス。
【請求項６】
該入射角が90°である請求項1記載のデバイス。
【請求項７】
該気流が少なくとも5%の湿度を有する空気を含む請求項1記載のデバイス。
【請求項８】
さらに、加湿器を含む請求項1記載のデバイス。
【請求項９】
該通気性基材構造が、約5nmと約750nmとの間の厚さである請求項1記載のデバイス。
【請求項１０】
該通気性基材構造の厚さが、5nm〜15nm、15nm〜30nm、30nm〜50nm、50nm〜75nm、75nm〜100nm、100nm〜250nm、250nm〜500nmおよび500nm〜750nmよりなる群から選択される請求項9記載のデバイス。
【請求項１１】
該通気性基材構造の厚さが、20nmと40nmとの間にある請求項9記載のデバイス。
【請求項１２】
該通気性基材構造の厚さが、100nmと200nmとの間にある請求項9記載のデバイス。
【請求項１３】
該通気性基材構造が、10%と60%との間の開口面積のパーセンテージを有するメッシュである請求項1記載のデバイス。
【請求項１４】
該通気性基材構造が、20%と60%との間の開口面積のパーセンテージを有するメッシュである請求項13記載のデバイス。
【請求項１５】
開口面積の該パーセンテージが、10%〜20%、20%〜30%、30%〜40%、40%〜50%および50%〜60%よりなる群から選択される請求項13記載のデバイス。
【請求項１６】
開口面積の該パーセンテージが、36%から38%との間にある請求項13記載のデバイス。
【請求項１７】
開口面積の該パーセンテージが約37%である請求項13記載のデバイス。
【請求項１８】
該紫外線が、該基材の表面にて、1平方インチ当たり0.1ワットと1平方インチ当たり150ワットとの間の強度を有する光で、該通気性基材構造を照らすことを特徴とする請求項2記載のデバイス。
【請求項１９】
該強度が、1平方インチ当たり2.5ワットと7.4ワットとの間であることを特徴とする請求項18記載のデバイス。
【請求項２０】
該強度が1平方インチ当たり約5ワットであることを特徴とする請求項19記載のデバイス。
【請求項２１】
該紫外線が、190nmと460nmとの間にある波長を含むことを特徴とする請求項2記載のデバイス。
【請求項２２】
該紫外線が187nm未満の波長を含まないことを特徴とする請求項2記載のデバイス。
【請求項２３】
さらに、188nm以下の波長を有する紫外線光を遮断するフィルターを含む請求項21記載のデバイス。
【請求項２４】
紫外線の該波長が340nmと380nmとの間にあることを特徴とする請求項19記載のデバイス。
【請求項２５】
少なくとも90%の該光のパワーが、340nmと380nmとの間で放射されることを特徴とする請求項24記載のデバイス。
【請求項２６】
少なくとも99%の該光のパワーが、350nmと370nmとの間で放射されることを特徴とする請求項25記載のデバイス。
【請求項２７】
1%未満の該光が、280nmと315nmとの間の波長を有する紫外線B放射であることを特徴とする請求項21記載のデバイス。
【請求項２８】
該紫外線B放射が、全放射の0.1%未満であることを特徴とする請求項27記載のデバイス。
【請求項２９】
該紫外線が262nmにて最大を有する請求項25記載のデバイス。
【請求項３０】
さらに、窒素酸化物(NOx)、硫黄酸化物 (SOx)、揮発性有機分子 (VOM)、家庭のほこり、花粉、イエダニ残屑、カビ胞子、ペットの鱗屑、煙、スモッグおよび細菌よりなる群から選択される、該通気性基材構造を通って流れることに先立ち該気流からの1以上の汚染物質を除去するための1以上のフィルターを含むことを特徴とする請求項1記載のデバイス。
【請求項３１】
1以上の該フィルターが、有機蒸気フィルター、微粒子フィルター、高性能フィルター、疎水性フィルター、活性炭フィルターまたはそれらの組合せである請求項30記載のデバイス。
【請求項３２】
該汚染物質が、一酸化窒素(NO)、二酸化窒素(NO2)、一酸化硫黄、二酸化硫黄、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、トルエン、プロパノールまたはブテンを含む請求項30記載のデバイス。
【請求項３３】
1以上の該フィルターが、サイズが0.3ミクロンと10ミクロンとの間の粒子を捕捉することができる微粒子フィルターを含む請求項30記載のデバイス。
【請求項３４】
1以上の該フィルターがゼオライトを含む請求項1記載のデバイス。
【請求項３５】
該気流が、5ナノメートル/秒(nm/s)〜10,000nm/sの流速で該通気性基材構造を通って流れることを特徴とする請求項1記載のデバイス。
【請求項３６】
該流速が、5nm/s〜15nm/s、15nm/s 〜30nm/s、30nm/s 〜50nm/s、50nm/s 〜75nm/s、75nm/s 〜100nm/s、100nm/s 〜250nm/s、250nm/s 〜500nm/s、500nm/s 〜750nm/s、750nm/s〜1000nm/s、1000nm/s〜2,500nm/s、2,500nm/s 〜5,000nm/s、5,000nm/s〜7,500nm/sおよび7,500nm/s 〜10,000nm/sよりなる群から選択されることを特徴とする請求項35記載のデバイス。
【請求項３７】
該空気が、１秒未満の該触媒表面上の滞留時間を有する請求項1記載のデバイス。
【請求項３８】
該通気性基材構造が、さらに、吸湿性添加剤を含む請求項1記載のデバイス。
【請求項３９】
該吸湿性添加剤が、重炭酸ナトリウム、重炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸マグネシウム、重炭酸マグネシウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化マグネシウム、塩化亜鉛、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、リン酸ナトリウム、リン酸カリウム、リン酸マグネシウム、カーナライト、クエン酸鉄アンモニウム、ナイロン、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン(ABS)、ポリカーボネート、セルロースおよびポリ(メタクリル酸メチル)よりなる群から選択される求項38記載のデバイス。
【請求項４０】
該通気性基材構造が、該触媒表面にて7.0を超えるpHを有する請求項1記載のデバイス。
【請求項４１】
該気流が、該紫外線に面する通気性基材構造側でより高い圧力を維持することを特徴とする請求項1記載のデバイス。
【請求項４２】
該空気分配機構がファンである請求項1記載のデバイス。
【請求項４３】
該触媒が、二酸化チタン、銅、酸化銅、亜鉛、酸化亜鉛、鉄、酸化鉄、タングステン、三酸化タングステンおよびそれらの混合物よりなる群から選択される金属または金属酸化物触媒である請求項1記載のデバイス。
【請求項４４】
該金属または金属酸化物触媒が、さらに助触媒を含む請求項43記載のデバイス。
【請求項４５】
該助触媒が、プラチナ、銀、金、ニッケル、パラジウム、二酸化チタンセラミックまたは押出成形セラミックから選択される請求項44記載のデバイス。
【請求項４６】
該薄い通気性基材構造が、ポリマー、炭素繊維またはガラス繊維を含む請求項1記載のデバイス。
【請求項４７】
該湿潤周囲空気が80%未満の相対湿度を有することを特徴とする請求項1記載のデバイス。
【請求項４８】
該湿潤周囲空気が、10%と80%との間、30%と60%との間で、35%と40%との間、または56%と59%との間の相対湿度を有することを特徴とする請求項47記載のデバイス。
【請求項４９】
該デバイスが0.015ppm未満のオゾンを生成することを特徴とする請求項1記載のデバイス。
【請求項５０】
該デバイスが１時間当たり1ppmのPHPGを生成する請求項1記載のデバイス。
【請求項５１】
a. その表面上に触媒を有する通気性基材構造;および
b. 光源
を含む、加熱、換気および空調(HVAC)システムに取付けられた場合の非水和精製過酸化水素ガス(PHPG)を生成するためのデバイスであって、
空気がHVACシステムから該通気性基材構造を通って流れ、該デバイスがPHPGを生成し、作動中に、加熱、換気および空調された空間にある場合に、その表面上に触媒を有する該通気性基材構造から離れてPHPGを誘導することを特徴とする該デバイス。
【請求項５２】
該光源が、紫外線源である請求項51記載のデバイス。
【請求項５３】
該気流が少なくとも14°である該基材構造に対する入射角を含む請求項51記載のデバイス。
【請求項５４】
該気流が、68°と90°との間にある入射角を含む請求項53記載のデバイス。
【請求項５５】
該入射角が90°である請求項53記載のデバイス。
【請求項５６】
該気流が少なくとも20%の湿度を有する空気を含む請求項51記載のデバイス。
【請求項５７】
該 HVACシステムが、さらに加湿器を含む請求項56記載のデバイス。
【請求項５８】
該通気性基材構造が750nm未満である請求項51記載のデバイス。
【請求項５９】
該通気性基材構造の厚さが、100nmと200nmとの間にある請求項58記載のデバイス。
【請求項６０】
該通気性基材構造が、20%と60%との間の開口面積のパーセンテージを有するメッシュである請求項51記載のデバイス。
【請求項６１】
該光源が190nmと460nmとの間にある波長を含む紫外線である請求項51記載のデバイス。
【請求項６２】
該紫外線が187nm未満の波長を含まないことを特徴とする請求項61記載のデバイス。
【請求項６３】
さらに、188nm以下の波長を有する紫外線光を遮断するフィルターを含む請求項51記載のデバイス。
【請求項６４】
さらに、該HVACシステムが、窒素酸化物(NOx)、硫黄酸化物 (SOx)、揮発性有機分子 (VOM)、家庭のほこり、花粉、イエダニ残屑、カビ胞子、ペットの鱗屑、煙、スモッグおよび細菌よりなる群から選択される、該通気性基材構造を通って流れることに先立ち該気流からの1以上の汚染物質を除去するための1以上のフィルターを含むことを特徴とする請求項51記載のデバイス。
【請求項６５】
1以上の該フィルターが、有機蒸気フィルター、微粒子フィルター、高性能フィルター、疎水性フィルター、活性炭フィルターまたはそれらの組合せである請求項64記載のデバイス。
【請求項６６】
該汚染物質が、一酸化窒素(NO)、二酸化窒素(NO2)、一酸化硫黄、二酸化硫黄、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、トルエン、プロパノールまたはブテンを含む請求項64記載のデバイス。
【請求項６７】
1以上の該フィルターが、サイズが0.3ミクロンと10ミクロンとの間の粒子を捕捉することができる微粒子フィルターを含む請求項64記載のデバイス。
【請求項６８】
1以上の該フィルターがゼオライトを含む請求項64記載のデバイス。
【請求項６９】
該気流が、5ナノメートル/秒(nm/s)〜10,000nm/sの流速で該通気性基材構造を通って流れることを特徴とする請求項51記載のデバイス。
【請求項７０】
該空気が、１秒未満の該触媒表面上の滞留時間を有する請求項51記載のデバイス。
【請求項７１】
該触媒が、二酸化チタン、銅、酸化銅、亜鉛、酸化亜鉛、鉄、酸化鉄、タングステン、三酸化タングステンおよびそれらの混合物よりなる群から選択される金属または金属酸化物触媒である請求項51記載のデバイス。
【請求項７２】
該金属または金属酸化物触媒が、さらに助触媒を含む請求項71記載のデバイス。
【請求項７３】
該助触媒が、プラチナ、銀、金、ニッケル、パラジウム、二酸化チタンセラミックおよび押出成形セラミックよりなる群から選択される請求項72記載のデバイス。
【請求項７４】
該デバイスが0.015ppm未満のオゾンを生成することを特徴とする請求項51記載のデバイス。
【請求項７５】
該デバイスが１時間当たり1ppmのPHPGを生成する請求項51記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して、精製過酸化水素ガス(PHPG)生成用の改善された方法およびデバイスに関する。より詳しくは、本開示は、PHPG生成増加のための改善された通気性表面、触媒表面および方法に関する。
【０００２】
（関連出願）
本願は、2014年5月5日に出願された米国仮出願第61/988,535号の優先権を主張し、ここに出典明示して、そのすべてを本明細書の一部とみなす。
【背景技術】
【０００３】
病原性微生物、カビ（molds）、白カビ（mildew）、胞子、および有機無機汚染物質は、一般的に環境に見出される。環境空間の微生物防除および消毒は健康増進のために望ましい。過去には、多数の方法が、空気を浄化し、表面を消毒するための試みに用いられていた。例えば、光触媒酸化プロセスにより生成した活性酸素種(ROS)は、例えば、有機汚染物質を酸化させて、微生物を死滅させることができることが既に知られている。より詳しくは、ヒドロキシルラジカル、ヒドロペルオキシルラジカル、塩素およびオゾン、光触媒反応の最終生成物は、有機化合物を酸化させ、微生物を死滅させることができることが知られている。しかしながら、これらの公知の方法およびデバイスには、有効性の限界のみならず安全性の問題による制約がある。
【０００４】
ROSは、紫外線に対する周囲の湿潤空気の曝露に起因する、高度に活性化された空気を表すために用いられる用語である。紫外線範囲内の光は、吸収された場合に化学結合を切断するのに十分なエネルギーを有する周波数にて、光子を放出する。波長250〜255nmの紫外光は、殺生物剤として通常用いられている。約181nm以下、182〜187nmまでの光は、オゾンを生成する能力においてコロナ放電に匹敵する。オゾン化および紫外線照射は共に、地域社会の水システムにおける消毒に用いられている。オゾンは、工業廃水および冷却塔の処理に現在用いられている。
【０００５】
過酸化水素は一般的に抗微生物特性を有することが知られており、消毒および微生物防除のために、水溶液で用いられている。しかしながら、気相中で過酸化水素を用いる試みは、精製過酸化水素ガス(PHPG)の生成に対する技術的困難性によって以前に妨げられてきた。過酸化水素の水溶液を蒸発させると、過酸化水素水溶液からなる微小滴のエアロゾルが生成する。過酸化水素(VHP)溶液の気化水溶液を「乾燥」させるための種々のプロセスは、高々、水和形態の過酸化水素を生成するに過ぎない。これらの水和された過酸化水素分子は、静電引力およびロンドン力によって結合した水分子で囲まれている。かくして、過酸化水素分子が静電気手段によって直接的に環境と相互作用する能力は、結合した分子の水によって著しく弱められ、このことが、封入された過酸化水素分子の基本的な静電的立体配置を事実上変更する。さらに、過酸化水素の気化が達成できる最低濃度は、通常、米国労働安全衛生局(ＯＳＨＡ)による労働安全限界である1.0ppmよりも十分高く、これらのプロセスを専有面積において用いることを不適切にしている。
【０００６】
流体中の有機汚染物質の分解のために示された光触媒は、限定されるものではないが、TiO2、ZnO、SnO2、WO3、CdS、ZrO2、SB2O4およびFe2O3を含む。二酸化チタンは化学的に安定し、UV/可視光活性化に適したバンドギャップを有し、比較的安価である。したがって、二酸化チタンの光触媒化学は、汚染された空気および水からの有機および無機化合物の除去のために過去30年にわたって広範囲に研究されてきた。
【０００７】
十分なエネルギーの紫外線によって活性化される場合に光触媒が吸着された水からヒドロキシルラジカルを生成できるために、気相に適用された場合には、光触媒は環境への放出のためのPHPGの生成に用い得る見込みがある。しかしながら、光触媒作用の既存の適用は、多数の異なる反応性化学種を含有しているプラズマの生成に集中してきた。さらに、光触媒プラズマ中の大部分の化学種は、過酸化水素と反応性であり、過酸化水素を分解する反応により過酸化水素ガスの生成を抑制する。また、プラズマへ導入されるいずれの有機ガスも、過酸化水素との直接反応、および過酸化水素とのそれらの酸化生成物の反応の双方により過酸化水素生成を抑制する。
【０００８】
また、光触媒反応器自体が、環境への放出のためのPHPGの生成を制限する。過酸化水素は、犠牲の酸化体として還元される酸素より大きな化学電位を有するので、水の酸化により生成されるや否や光触媒反応器中を下流へ移動するにつれて優先的に還元される。
【０００９】
【表１】
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【００１０】
加えて、いくつかの副反応は、光触媒プラズマの一部になり、前記の環境中への放出用のPHPGの生成を抑制する様々な種を生成する。
【００１１】
一般的に、ヒドロキシルラジカルは水の酸化によって生成され、少なくとも2.85eVの酸化電位が起こることを必要とする。したがって、触媒は、少なくともこの必要とされるエネルギーを持つ光子によって活性化される必要がある。2.85eVより低いエネルギーを持つ光子は、ヒドロキシルラジカルを生成しないが、少なくとも1.71eVのエネルギーを持つ光子は、過酸化水素をヒドロキシルラジカルに光分解できる。1.71eVまたはそれを超えるエネルギーを持つ過剰光は、過酸化水素の分解のため回避されるべきである。
【００１２】
プラズマ反応器の内部で、自由電子が、ヒドロキシルラジカルと再結合し、水酸化物イオンを形成することが可能であり、これは、それが最高の還元電位2.02eVを有するために、熱力学的に好ましい反応である。過酸化水素を形成するヒドロキシルラジカルの組合せのごとき、より低い還元電位1.77eVを持つすべての反応は、有利ではない。過酸化水素の形成が生じるまれな例において、化学量論的な過剰の2つの自由電子が創製されるであろう。次いで、この場合、化学量論的に過剰の自由電子は、低電位反応が起こることを可能とし、最も顕著にヒドロキシルラジカルと水酸化物イオンへの過酸化水素分子の還元、0.71eVは、次いで、そのラジカルおよびイオンの別々の還元により水にまで下がる。
【００１３】
プラズマ反応器において、多数の自由電子は、ヒドロキシルラジカルの還元が支配し、理論的に形成され得るいずれの過酸化水素も水へ直ちに戻し還元することを保証する。
【００１４】
対照的に、PHPG反応器において、反応器がヒドロキシルラジカルと自由電子とを分離し、水へのヒドロキシルラジカルの還元を防ぐので、過酸化水素の生成が有利である。これは、次の最も有利な反応が起こるのを可能とし、過酸化水素を形成するヒドロキシルラジカルの組合せを可能にする。過酸化水素は、分解(相互の過酸化水素分子の反応)によって水に戻し還元することができるが、この効果は、生成された過酸化水素が希釈されていることを保証することにより最小化される。
【００１５】
また、PHPG反応器がヒドロキシルラジカルと触媒上に残る自由電子とを分離するので、自由電子は、二酸素のもう一つの種をこの場合には還元するようにさせられる。二酸素の超酸化物イオンへの還元は、負還元電位の-0.13eVを有し、それが非自然的であり、単にわずかにそうであることを示す。自然発生は、触媒上の自由電子の蓄積によって克服され、増加する熱力学的還元圧力を創製する。この非自然反応は、酸素の過酸化水素への還元における４工程の第1であり、その残りの３つは、すべて自然である。これらの工程の4つすべてが、単一の還元反応に組み合わされる場合、全体的電位が正または自然であることに注目することは重要である。非自然の第１の工程が、残る３つの自然な工程が続く順序で起こらなければならいという事実を見過ごすことは容易である。
【００１６】
触媒上の残りの自由電子からのヒドロキシルラジカルの除去によってさせられた二酸素の過酸化水素への還元の結果、もちろん、依然としてより多くの過酸化水素の所望の生成を生じる。
【００１７】
表1にリストした反応は、最も適切なものである。当該技術分野において知られた他の反応を加えることができ、触媒表面上のそれらの相対的寄与反応は、鍵となる反応と比較したそれらの相対的な電位によって決定できる。顕著には、プラズマ反応器によるオゾンの形成のごとく、過酸化水素を分解するもう一つの高電位反応が導入される。オゾン生成を完全に回避するために、186nmまたはそれ未満の波長の光の使用を単に回避する必要がある。
【００１８】
また、光触媒を活性化するのに用いる光の波長は、過酸化水素分子中の過酸化物結合を光分解するのに十分なエネルギーを持ったものであり、また、環境への放出用のPHPGの生成における抑制物質である。さらに、オゾンを生成する光の波長を用いる実施は、過酸化水素を分解する光触媒プラズマへのさらにもう一つの種を導入する。
【００１９】
【化１】
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【００２０】
実際上、光触媒の適用は、有機汚染物質および微生物を酸化させるために用いるオゾンをしばしば含有するプラズマの生成に注目してきた。かかるプラズマは、反応器自体の範囲内で主として有効であり、本来反応器の範囲を超える化学的安定性を制限しており、それらが含有し得る限られた量の過酸化水素ガスを積極的に分解する。さらに、プラズマが反応器自体内に主として有効であるため、多数の設計が、有機汚染物質および微生物が反応器を通過するとき、それらのより完全な酸化を促進するための滞留時間を最大化する。過酸化水素が還元されるかかる高電位を有するので、最大化された滞留時間は、過酸化水素生成を最小化する。
【００２１】
また、光触媒作用の大部分の適用は、環境上好ましくない化学種を生成する。これらの中で、第１は、多数の系の意図的な生成物であるオゾン自体である。さらに、反応器を通過する有機汚染物質が1回の曝露でめったに酸化しないので、複数の空気交換が二酸化炭素と水への十分な酸化を達成するために必要である。不完全な酸化が生じると、アルデヒド、アルコール、カルボン酸、ケトンおよび他の部分的に酸化された有機種の混合物が、反応器によって生成される。多くの場合、光触媒反応器は、大きな有機高分子をホルムアルデヒドのごとき複数の有機低分子に断片化することにより、空気中の有機汚染物質の全体的な濃度を実際には増加させかねない。
【００２２】
過酸化水素水溶液を気化させる方法は、せいぜい、水和形態の過酸化水素を生成するに過ぎない。また、光触媒系は過酸化水素を生成することができるが、それらは環境への放出のためのPHPG生成を厳しく抑制する複数の制限を有する。発明者らは、2012年5月1日付けで米国特許公開第2009/0041617号として公開された米国出願第12/187,755号におけるPHPGの製造用の方法およびデバイスを従前に開示し、そのすべてをここに出典明示して本明細書の一部とみなす。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
本願は、精製過酸化水素ガス(PHPG)を生成するための改善されたデバイスおよび方法を提供し、それを含む。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本開示は、筺体、気流を提供する空気分配機構、その表面に触媒を有する通気性基材構造、光源を含む非水和精製過酸化水素ガス(PHPG)を生成するための改善されたデバイスであって、気流が通気性基材構造を通過し、デバイスがPHPGを生成し、作動中の場合にはPHPGを筺体外に誘導することを特徴とする該デバイスを提供する。
【００２５】
本開示は、 加熱、換気および空調（HVAC）システムに取り付けた場合の非水和精製過酸化水素ガス(PHPG)を生成するためのデバイスを提供し、それを含み、そのシステムは、その表面上に触媒を有する通気性基材構造および光源を含み、ここに、空気は、HVACシステムから通気性基材構造を通って流れ、デバイスはPHPGを生成し、PHPGを作動中の場合の通気性基材構造から離れて、加熱、換気および空調空間に誘導する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１Ａ〜１Ｃは、HVACシステムの一部として取り付されるように設計された本開示の具体例の例示である。特に、筺体および空気分配機構は、HVACシステムによって提供される(例えば、各々、配管およびシステムファン)。
【図２】図２Ａ〜２Ｃは、本開示による典型的な独立型のPHPGを生成するデバイスの例示である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明の態様を詳細に説明する前に、その適用において、以下の記載に言及されたか、または実施例によって例示された詳細に本発明が必ずしも制限されないと理解されるべきでる。本発明は、他の態様または種々の方法で実施または実行することができる。
【００２８】
本開示は、非水和精製過酸化水素ガス(PHPG)を生成するためのデバイスを提供し、それを含む。本開示による態様において、非水和精製ガスを生成するためのデバイスは、筺体、空気分配機構、紫外線源、その表面上に触媒を有する通気性基材構造を含み、ここに、気流は通気性基材構造を通過し、デバイスが作動中である場合にデバイスによって生成されたPHPGを筺体外に誘導する。
【００２９】
本開示による態様において、デバイスはPHPGを生成し、PHPGガスを筺体外へ誘導する。理論によって制限されることなく、PHPGガスの生成は、触媒についての活性部位での空気からの湿度の吸着速度によって速度限定され、調節される。したがって、PHPGガス生成の最大割合は、湿度依存性であると考えられ、以下の条件：１．完全に水和された触媒；2. 触媒の十分な活性化を提供する十分な光強度;3. 過酸化水素光分解または過酸化水素分解による損失のない100%の生成;および4．大過剰の還元される酸素を仮定して計算することができる。2つの光子が2つのヒドロキシルラジカル、2つの自由電子および2つの水素イオンを生成し、酸素分子が容易に利用可能であるので、2つの過酸化水素分子が生成される。したがって、用いた光子−対−生成された過酸化水素分子の比率は、自然の理想的な状況下で1:1である。TiO2のP25等級においては、1平方センチメートル当たり14×1014個までの活性部位が存在する。TiO2のP90等級においては、1平方センチメートル当たり42×1014個まで活性部位が存在する。したがって、せいぜい、完全に水和された触媒は、吸着水を直ちに用いて、過酸化水素の42×1014個の分子を生成することができる。その後、生成速度は、新しい水が、触媒上で吸着される割合によって調節され、それは湿度依存性であろう。
【００３０】
もう一つの態様において、デバイスは、10立方メートルの閉塞空気体積において少なくとも0.005ppmの定常状態濃度のPHPGを確立するのに十分な速度でPHPGを生成する。
【００３１】
ある態様において、デバイスは、10立方メートル(m3)の空気体積中で少なくとも0.005ppmの濃度を生成し、ここに、空気体積の10パーセントが毎時間、新鮮な非PHPG含有空気と置換される。
【００３２】
本開示による態様において、過酸化水素ガスは、空気体積で測定し得る。デバイスが0.10  ppmレベル未満で過酸化水素ガスを測定するのに容易に利用可能なデバイスはまだないので、経時的に過酸化水素の量を測定する方法、または較正されたポンプを使用する方法を使用し得る。ある態様において、水溶液中の適切な濃度を測定するために通常用いられる過酸化水素テスト片が、経時的にPHPGの存在を検出するために用いることができる。ある態様において、過酸化水素テスト片は、PHPG濃度の0.01ppm以内の正確な適切な読みを提供するために1時間までの蓄積したPHPGを測定することができる。ある種の態様において、15回の２０秒間間隔で曝露された場合に5分間の経過で0.5ppmを蓄積するテスト片は、0.033ppm(例えば、15で割った0.5ppm)の適切な濃度を示す。他の態様において、較正されたポンプを用いて、2000立方センチメートルの空気を吸引後に、0.10ppmもの低い過酸化水素濃度を検出するように設計されたドリーガー（Draeger）管は、大体積の空気を測定に用いて、0.005ppm以内のより低濃度の正確な読みを提供する。ある種の態様において、4000立方センチメートルで引いた後の0.10ppmのPHPGの測定を示すドリーガー管は、0.05ppmの濃度を提供する。もう一つの態様において、6000立方センチメートルで引いた後の0.10ppmを示したドリーガー管は、0.033ppm.の適切なPHPG濃度を測定する。
【００３３】
本開示によれば、非水和精製過酸化水素ガス(PHPG)は、水和、オゾン、プラズマ種または有機種を実質的に含まない気体の過酸化水素 (H2O2)を含む。
【００３４】
本明細書に用いた「オゾンを実質的に含まない」なる用語は、約0.015ppmのオゾンより低いオゾン量を意味する。ある態様において、「オゾンを実質的に含まない」とは、デバイスによって生成されたオゾン量が、従来の検出手段を用いた検出レベル(LOD)未満、またはそのレベル付近であることを意味する。オゾン検出器は、当該技術分野において知られており、ポイントイオン化検出を用いて、１０億分の部の検出閾値を有する。適当なオゾン検出器は、0.036〜0.7ppmのオゾンを検出できる Honeywell Analytics Midas(登録商標)ガス検出器である。
【００３５】
本明細書に用いた、実質的に水和を含まないとは、過酸化水素ガスが静電引力およびロンドン力によって結合した水分子を少なくとも99%含まないことを意味する。
【００３６】
さらに、本明細書に用いた、プラズマ種を実質的に含まないPHPGとは、水酸化物イオン、ヒドロキシドラジカル、ヒドロニウムイオンおよび水素ラジカルを少なくとも99%含まない過酸化水素ガスを意味する。
【００３７】
本明細書に用いた「より高い」なる用語は、少なくとも約3%、5%、7%、10%、15%、20%、25%、30%、50%、60%、70%、80%、90%またはより高い数倍さえもをいう。
【００３８】
本明細書に用いた「改善」または「増加」なる用語とは、少なくとも約2%、少なくとも約3%、少なくとも約4%、少なくとも約5%、少なくとも約10%、少なくとも約15%、少なくとも約20%、少なくとも約25%、少なくとも約30%、少なくとも約35%、少なくとも約40%、少なくとも約45%、少なくとも約50%、少なくとも約60%、少なくとも約70%、少なくとも約80%、少なくとも約90%またはそれより大きな増加をいう。
【００３９】
本明細書に用いた用語「約」とは、±10%をいう。
【００４０】
「含む（comprises, comprising） 」 、「含む（includes, including）」、「有する（having）」およびそれらの同語源の語は、「限定されるものではないが、〜を含む」を意味する。
【００４１】
「よりなる」なる用語は、「に限定されて含む」を意味する。
【００４２】
「実質的によりなる」なる用語は、組成物、方法または構造が、さらなる成分、工程および／または部分を含み得ることを意味するが、さらなる成分、工程および／または部分が、特許請求された組成物、方法または構造の基本的でかつ新しい特性を物質的に変更しない場合のみである。
【００４３】
本明細書に用いた「ある（a, an）」および「その」なる単数形態は、その文脈が明白に他を指示しない限りは、複数の参照を含む。例えば、「化合物」または「少なくとも1つの化合物」なる用語は、その混合物を含めた複数の化合物を含み得る。
【００４４】
数値範囲が本願明細書に示されるときは常に、それは、示された範囲内のいずれの引用される数 (分数または整数)も含むことを意味する。第１の示された数値と第２の示された数値と「の間の範囲にある」、および第１の示された数値「〜」第２の示された数値の「範囲にある」なる語句は、本明細書において交換可能に用いられ、第１の示された数値および第２の示された数値ならびにそれらの間のすべての分数および整数を含むことを意味する。
【００４５】
本明細書に用いた「方法」なる用語とは、限定されるものではないが、農業、化学、薬学、生物学、生化学および医学の技術分野の実践者に知られているか、またはその実践者により公知の方法、手段、技術および手順から容易に開発されたかのいずれかのそれらの方法、手段、技術および手順を含めた、所与の目的を遂行するための方法、手段、技術および手順をいう。
【００４６】
本開示による態様において、筺体は、空気のエントリー用の少なくとも1つの開口部、および非水和精製過酸化水素ガスを有する空気の放出用の少なくとも1つの開口部を有する体積を含む。ある態様において、筺体はプラスチック、金属、木材またはガラスで作製し得る。いくつかの態様によれば、筺体は、不透明であり得る。他の態様において、筺体は紫外線に不透明であり、可視スペクトル中の光透過を備え得る。ある態様において、筺体は、触媒を有する通気性基材構造に光後方反射し、それにより、非水和精製過酸化水素ガスの生成を増加させるデバイス内部の反射面をさらに含み得る。ある態様において、筺体は、紫外線による分解に耐性である材料を含み得る。本開示による態様において、筺体は、アクリル、ポリエステル、シリコーン、ポリウレタンおよびハロゲン化プラスチックよりなる群から選択されるプラスチックから調製し得る。いくつかの態様において、筺体は、セラミックまたは磁器から調製し得る。いくつかの態様において、筺体は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ナイロンまたはポリ塩化ビニルから調製し得る。
【００４７】
他の態様において、本明細書に用いた筺体は、加熱、換気および空調(HVAC)システムを含み得る。図1A 〜1Cを参照すると、PHPG生成用デバイスは、段落[0098] 〜[00106]に記載されるごとく、その表面上に触媒を有する通気性基材構造102および光源104を含む既存のHVACシステム内に配置されたデバイスである。他の態様において、PHPGの生成用デバイスは、構造中のHVACシステムに配置されたデバイスである。HVACシステムへの組込みに適当なPHPG生成用デバイスの態様を図1A〜1Cに例示する。例示されるごとく、適当なデバイスは、適用可能な国内および国際基準により長方形ダクトを有する既存のHVACシステムに設置することができる。適当なHVACシステムおよび適切な基準、例えば、米国シート金属および空調請負業者協会(Sheet Metal & Air Conditioning Contractors’ National Association (SMACNA)によって開発された規格は、当該技術分野において知られている。例えば、米国規格協会(ANSI)は、規格設定組織としてSMACNAを認定した。本明細書に提供されるごとく、HVACシステムへの取付けに適するデバイスは、独立型デバイス用に記載された要素を含むが、ここに、筺体および空気分配システムは、HVACシステムによって提供されている。HVACシステムへの取付けに適するデバイスは、さらなる空気分配システム(例えば、HVACシステムの空気分配システムから全体として分離する)を含み得る。HVACシステムへの取付けに適するデバイスは、ほこりまたは化学薬品による汚染を防止するためにさらに1以上のさらなるフィルターを含み得る。
【００４８】
本開示による態様において、デバイスは、気流を提供するための空気分配機構を含む。いくつかの態様において、気流は連続気流である。他の態様において、気流は不連続である。本開示による態様において、デバイスの気流は、通気性基材構造を通る空気の層流であり得る。他の態様において、気流は、通気性基材を通る乱流であり得る。さらにもう一つの態様において、気流は変化し得る。本開示による態様において、デバイスの気流は、2300未満のレイノルズ数を有し得る。もう一つの態様において、デバイスの気流は、2300〜4000のレイノルズ数を有し得る。さらにもう一つの態様において、デバイスの気流は、4000を超えるレイノルズ数を有し得る。
【００４９】
いくつかの態様において、空気分配機構は、通気性基材構造の上流に位置し、通気性基材を通って気流を提供する。他の態様において、空気分配機構は、通気性基材の後に位置し、基材を通って空気を引く。ある態様において、気流は1以上のファンによって提供される。ある種の態様において、気流は、圧縮空気源によって提供され得る。ある態様において、圧縮空気源は、圧縮空気のタンクであり得る。他の態様において、圧縮空気は、空気圧縮機および貯蔵タンクによって提供され得る。さらにもう一つの態様において、気流は、空気調節器、加熱炉または加熱、換気および空調(HVAC)システムのごとき環境制御システムによって提供される。
【００５０】
本開示による態様において、デバイスは、通気性基材構造に対し、速度、方向および入射角を有する気流を提供し得る。
【００５１】
本開示のデバイスは、光触媒表面との接触時間を最小化するのに十分な気流を提供する。より詳しくは、本開示のデバイスは、オゾン、水酸化物イオン、ヒドロキシドラジカル、ヒドロニウムイオンおよび水素ラジカルの汚染による、過酸化水素の分解を最小化するために光触媒基質で光触媒作用中に生成される過酸化水素ガスの接触を最小化するように設計されている。オゾン生成および接触のこの最小化は、同様の光触媒の法則を使用する「空気浄化」フィルターおよびデバイスと対照的である。本開示のデバイスとは対照的に、空気浄化装置およびフィルターは、触媒表面および光触媒プラズマとの空気の接触を最大化するように設計されている。さらに、先のフィルターおよび浄化装置は、閉鎖容積内で作用するように設計されており、PHPG、むしろ、揮発性有機化合物(VOC)、細菌、微生物、胞子、ウィルスおよび分解または低下させた他の所望しない汚染物質を有する「きれいな」空気を放出しないように設計されている。同様に、先のフィルターおよび浄化装置はオゾンおよび／またはヒドロキシドラジカルの生成に関係し、その各々は、本開示のデバイスにおいて望ましくないものである。
【００５２】
本開示のデバイスは、通気性基材構造の表面で測定された、約5ナノメートル/秒(nm/s)〜10,000nm/sの速度を有する気流を提供することができる空気分配機構を含み提供する。ある種の態様において、流速は、5nm/s〜7,500nm/sである。ある態様において、流速は、5nm/s〜5,000nm/sである。ある種の態様において、流速は5nm/s〜2,500nm/sである。ある種の態様において、流速は5nm/s〜5,000nm/sである。ある種の態様において、流速は5nm/s〜1,000nm/sである。他の態様において、通気性基材構造での空気流速は、5〜15nm/sである。もう一つの態様において、気流速度は15nm/s〜30nm/sの間にある。ある態様において、気流速度が30nm/s〜50nm/sである。ある態様において、気流速度は50nm/s〜75nm/sの間にある。ある態様において、気流速度は75nm/s〜100nm/sの間にある。ある態様において、気流速度は100nm/s〜250nm/sの間にある。ある態様において、気流速度は250nm/s〜500nm/sの間にある。ある態様において、気流速度は500nm/s〜750nm/sの間にある。ある態様において、気流速度は750nm/s〜1000nm/sの間にある。ある態様において、気流速度は1000nm/s〜2,500nm/sの間にある。ある態様において、気流速度は2,500nm/s〜5,000nm/sの間にある。ある態様において、気流速度は5,000nm/s〜7,500nm/sの間にある。ある態様において、気流速度は7,500nm/s〜10,000nm/sの間にある。本明細書に提供されるごとく、通気性構造を通る最大気流は、過酸化水素へのヒドロキシルラジカルの反応およびPHPG滴の生成速度によって制限される。理論によって制限されずに、過酸化水素を形成し、まだ水と酸素への分解を最小化するためにそれらの組合せに好ましい十分に希薄なバランスでヒドロキシルラジカルが維持されると考えられる。最大流速の限度は、通気性構造、触媒、相対湿度および他の変数に依存し、当業者ならば、PHPG生成を最大化するために気流を容易に調節することができる。ある種の態様において、HVACシステムに適当なデバイスは、毎分40,000立方フィート (CFM)までの気流を処理するように設計されている。
【００５３】
本開示は、100CFMを超える通気性基材構造を通る気流速度を提供し、含んでいる。ある態様において、HVACシステム用のPHPG生成用デバイスには、平均145CFMの気流が供給される。独立型PHPG生成用デバイスについて、空気分配機構は、通気性基材構造を通って平均115CFMを提供する。
【００５４】
また、本開示は、1秒未満の触媒表面上の滞留時間を提供するのに十分な気流速度を有するデバイスを含み、提供する。当業者ならば、触媒表面で利用可能な時間が、他のパラメーターのうち、空気速度、入射角および基材の厚さにより影響されることを理解するであろう。本開示による態様において、デバイスは、2秒未満の通気性基材の触媒表面上での滞留時間を提供する。ある態様において、滞留時間は1秒未満である。いくつかの態様において、滞留時間は500ミリ秒未満である。さらなる態様において、滞留時間は250ミリ秒未満である。さらにもう一つの態様において、滞留時間は1〜500ミリ秒である。
【００５５】
複数の態様において、通気性構造の気流の方向は、通気性構造に対する角度(入射角)にて提供し得る。本開示とは対照的に、米国特許第8,168,122号、第8,684,329号および第9,034,255号に開示されたPHPG生成用デバイスは、薄い通気性基材構造に垂直な気流を有する湿潤周囲空気から非水和精製過酸化物ガス(PGPG)を生成するための拡散装置を提供する。本願明細書では、発明者らは、少なくとも14°の角度での通気性基材に伴う気流を用いて、PHPGの生成を達成できることを示す。理論によって制限されることなく、許容できる入射角は、通気性基材構造の厚さおよび気流速度と関係すると考えられる。また、基材構造の厚さが低下すると、入射角は、基材表面上で過酸化水素の短い滞留時間を維持することにより、PHPGの生成のための最適条件を提供する90°(基材角度に対する気流)から開始して、低下させ得る。同様に、気流の速度が増加すると、入射角は、基材の所与の厚さにつき低下できるが、14°未満の角度は、検出可能なレベルのPHPGを生成しなかった。理論によって制限されることなく、PHPG生成速度は90°の入射角で最大であり、気流の入射角が約14度以下である場合に、実質的に検出できない。約14℃と68℃との間で、PHPGの生成は徐々に増加する。予期せぬことには、68℃の低入射角にて、適当なレベルのPHPGが生成され、従前の報告と一致し、気流が垂直の場合に、最適な生成が生じる。したがって、たとえ入射光が垂直であっても、気流と平行な触媒表面を有する、当該技術分野におけるデバイスは、PHPGを生成しない。かくして、反応器内でオゾン、過酸化物および他の反応種を生成するように設計された当該技術分野におけるデバイスは、PHPGを生成せず、反応器の外部にPHPGを誘導しない。
【００５６】
ある種の態様において、気流は、通気性基材構造に対し90°の入射角(例えば、通気性基材に垂直)で提供し得る。90°の入射角を有するデバイスにおいて、非水和精製過酸化水素ガスの滞留時間は、所与の気流および基材の厚さにつき最小である。本開示による態様において、最小の入射角は14°である。他の態様において、通気性構造に対する気流の入射角は、少なくとも45°またはそれより大きい。もう一つの態様において、入射角は50°より大きい。さらにもう一つの態様において、入射角は60°より大きい。さらなる態様において、入射角は70°より大きい。もう一つの態様において、入射角は75°より大きい。ある態様において、入射角は80°より大きいものであり得る。さらなる態様において、入射角は85°より大きいものであり得る。さらにもう一つの態様において、入射角は89°より大きいものであり得る。本開示による態様において、気流の入射角は、基材構造に対し、68°と90 °との間にあり得る。他の態様において、気流の入射角は、基材構造に対し、75°と90°との間にあり得る。他の態様において、気流の入射角は、基材構造に対し85°と90°との間にあり得る。
【００５７】
本開示による態様において、通気性基材構造を通る気流は湿潤空気である。ある態様において、湿潤空気は周囲湿潤空気である。他の態様において、通気性基材を通って流れる空気の湿度は、20% RHまたはそれを超える。さらなる態様において、通気性基材を通って流れる空気の湿度は、30%またはそれを超える。いくつかの態様において、相対湿度は、35%と40%との間にある。他の態様において、周囲空気の湿度は、約20%と約99% RHとの間にあり得る。他の態様において、周囲空気の湿度は、約20%と約99% RHとの間にあり得る。ある種の態様において、気流の湿度は80%未満である。ある態様において、湿度は、20%と80%との間にある。さらなる他の態様において、相対湿度は、30%と60%との間にある。もう一つの態様において、湿度は、35%と40%との間にある。いくつかの態様において、通気性基材構造を通って流れる空気の湿度は、56%と59%との間にある。本開示による態様において、相対湿度は、20%と80%との間にある。
【００５８】
本開示による態様において、通気性基材構造を通る気流は、加湿で補われてもよい。ある態様において、周囲空気は加湿器で補われて、少なくとも20%の湿度を有する気流を提供する。ある種の態様において、通気性基材構造を通って流れる空気の相対湿度は、20%と80%との間に維持される。もう一つの態様において、空気は30%またはそれより高い相対湿度に加湿し得る。いくつかの態様において、加湿気流の相対湿度は、35%と40%との間にある。他の態様において、加湿空気の湿度は、約20%と約99%との間、または約30%と約99%RHとの間にあり得る。ある態様において、加湿後の相対湿度は80%未満である。ある態様において、加湿後の相対湿度は20%と80%との間にある。さらなる他の態様において、加湿後の相対湿度は30%と60%との間にある。もう一つの態様において、加湿後の相対湿度は、35%と40%との間にある。いくつかの態様において、通気性基材構造を通って流れる空気の加湿後の相対湿度は、56%と59%との間にある。
【００５９】
本開示による態様において、デバイスは、ある空間内で空気を再循環させる気流を提供し得る。他の態様において、デバイスは、新鮮な空気を含む気流を全体または部分的に提供し得る。ある態様において、デバイスは、外部からまたは空気の個別の濾過された流れからのいずれかの新鮮な空気源を含み、それを提供する。本開示による態様において、デバイスは、部屋または建物内の空気を再循環させる空調および換気システムに含まれ得る。いくつかの態様において、再循環する部屋または建物の空気は、新鮮な外部空気で補われてもよい。
【００６０】
本開示のデバイスは、光源に曝露され、気流を供給した場合に非水和精製過酸化水素ガスを生成するように構成された表面上で触媒を有する通気性基材構造を含む。基材構造は、厚さ、通気性および表面触媒において変更できる。ある種の態様において、基材構造は、気流の速度、気流の入射角、光の強度および触媒のタイプに依存してより厚いかより薄くし得る。厚さ、気流、気流角度および他のパラメーターの選択は、基材表面の形態を提供して、通気性基材構造の表面上の過酸化水素分子の滞留時間を最小化する。理論によって制限されることなく、基材表面上で生成された過酸化水素ガスは表面から放出され、それにより、基材または水酸化物によって水に戻し還元されることを防止すると考えられる。
【００６１】
本開示による態様において、その表面に触媒を有する通気性基材構造は、全体的厚みで約5ナノメートル(nm)と約750nmとの間にある。ある種の態様において、通気性基材構造の最大厚は650nmである。ある態様において、通気性基材構造の厚さは100nmと200nmとの間にある。ある態様において、通気性基材構造の厚さは145nmと150nmとの間にある。ある態様において、通気性基材構造の厚さは5nmと15nmとの間にある。もう一つの態様において、通気性基材構造の厚さは15nmと30nmとの間にある。ある態様において、通気性基材構造の厚さは20nmと40nmとの間にある。ある態様において、通気性基材構造の厚さは約30nmである。さらなる態様において、通気性基材構造の厚さは30nmと50nmとの間にある。さらにもう一つの態様において、通気性基材構造の厚さは50nmと75nmとの間にある。ある態様において、通気性基材構造の厚さは、75nmと100nmとの間にある。さらにもう一つの態様において、通気性基材構造の厚さは100nmと250nmとの間にある。さらなる態様において、通気性基材構造の厚さは250nmと500nmとの間にある。ある種の態様において、通気性基材構造の厚さは500nmと750nmとの間にある。本開示による態様において、その表面上に触媒を有する通気性基材構造の厚さは、約5nmと100nmとの間にある。ある態様において、その表面上に触媒を有する通気性基材構造の厚さは、約15nmと約100nmとの間にある。ある態様において、その表面上に触媒を有する通気性基材構造の厚さは、約20nmと約100nmとの間にある。ある態様において、その表面上に触媒を有する通気性基材構造の厚さは、約20nmと約75nmとの間にある。ある態様において、その表面上に触媒を有する通気性基材構造の厚さは、約20nmと約50nmとの間にある。
【００６２】
本開示によるある種の態様において、その表面上に触媒を有する通気性基材構造は、全体的厚みで約750ナノメートル(nm)と約1000nmとの間にある。ある態様において、通気性基材構造の厚さは1000nmと2500nmとの間にある。もう一つの態様において、通気性基材構造の厚さは、2500nmと5000nmとの間にある。ある態様において、通気性基材構造の厚さは5000nmと7500nmとの間にある。さらなる態様において、通気性基材構造の厚さは、7500nmと10000nmとの間にある。
【００６３】
また、本開示で提供され、含まれるのは、メッシュとして構成された通気性基材構造を有するデバイスである。本明細書に用いた「メッシュ」とは、コード、糸状またはワイヤーのネットワークを含むネットまたはネットワーク中の空間のネットワークをいう。いくつかの態様において、メッシュは、織布または織物であり得る。いくつかの態様において、メッシュは、織ステンレス鋼であり得る。ある種の態様において、メッシュはハニカムとして成形された織ステンレス鋼であり得る。他の態様において、メッシュは不織布または織物であり得る。ある種の態様において、メッシュは、穴または穿孔を機械的、熱的または化学的のいずれかで導入することにより固体シートから調製し得る。ある態様において、メッシュは、フィルムから調製されてもよい。
【００６４】
本開示のデバイスを開発する過程で、通気性基材構造が有効量のPHPGを生成するために少なくとも20%の開口面積を有するメッシュを必要とすることが観察されている。同様に、メッシュの開口面積が60%を超える場合、PHPG生成は実質的に除去される。
したがって、本開示は、20%と60%との間の開口面積、および750nm以内の最大厚を持つメッシュを有する通気性基材構造を提供し含む。通気性基材の適当な厚さは、段落[0060] および[0061]にて前記に提供されている。また、約40%の開口面積を持つメッシュを有する通気性基材構造が含まれる。ある態様において、メッシュ開口部は約200ミクロンであり、糸厚さは約152ミクロンである。
【００６５】
さらなる試験は、不織布が触媒でコーティングされた通気性基材の調製に適していないことを明らかにした。理論によって制限されることなく、適当な不織布材料を同定することができないことは、不織布材料の不規則または不十分なメッシュに起因すると考えられる。しかしながら、適当な不織布材料が調製できると考えられる。したがって、本開示によって含まれかつ提供されるのは、PHPG生成用デバイスの調製に有用な20%と60%との間のメッシュおよび750nm未満の厚さを有する不織布の通気性基材構造である。
【００６６】
本開示による態様において、メッシュは、1センチメートル当たり20ストランド（strand）を超える。ある種の態様において、メッシュの開口面積は、1センチメートル当たり約120ストランド未満である。ある態様において、メッシュ開口は、約150ミクロンの糸厚さにつき約41%の開口面積に対応する約200ミクロン(μm)である。ある種の態様において、メッシュは、少なくとも約20%の開口面積および約48ミクロンの糸厚さを含む。ある種の態様において、メッシュは25μmと220μmとの間の孔サイズを有し、および20%と40%との間の開口面積を有する。他の態様において、メッシュは25μmと220μmとの間の孔サイズを有し、および48μmと175μmとの間の糸厚さを有する。
【００６７】
本開示による態様において、メッシュは、ネットまたはネットワークに規則的な繰り返しパターンの空間を有して調製し得る。他の態様において、本開示のメッシュは、不規則または非反復パターンの空間を有し得る。さらにもう一つの態様において、メッシュはランダム配列の開口空間であり得る。もう一つの態様において、メッシュは、ハニカム外観を有し得る。本開示による態様において、メッシュ内の開口空間は、円形、三角形、正方形、多角形、多面体、楕円体または球状である。
【００６８】
本開示の通気性基材構造は、複数の適当な材料から調製できる。ある種の態様において、通気性基材構造は触媒を含み得る。他の態様において、通気性基材構造は触媒および助触媒を含み得る。さらなる他の態様において、通気性基材構造は触媒、助触媒および添加剤を含み得る。ある種の態様において、通気性基材構造は、セラミックとして調製し得る。さらなる他の態様において、通気性基材構造は、触媒または触媒/助触媒組合せのみよりなる。
【００６９】
また、本開示は、コーティングされた通気性基材を提供する。いくつかの態様において、通気性基材構造は、1以上の触媒でコーティングされた材料を含み得る。他の態様において、通気性基材構造は、触媒および1以上の助触媒でコーティングされた材料を含み得る。さらにもう一つの態様において、通気性基材構造は、触媒、助触媒および添加剤の混合物でコーティングされた材料を含み得る。
【００７０】
通気性基材をコーティングする方法は、当該技術分野において知られている。ある種の態様において、通気性基材は、1以上の塗布で結晶二酸化チタン粉末でコーティングされ、オーブンで焼結される。本開示のコーティングは、限定されるものではないが、ゲルゾル方法、塗装、ディッピングおよび粉体コーティングを含めた種々の方法によってメッシュに塗布し得る。他の態様において、本開示の触媒、助触媒および添加剤は、トール（toll）コーティング、テープキャスティング、超音波スプレーおよびウェブベースコーティングによってメッシュに塗布し得る。本明細書に提供されるごとく、それが前記されるような基底の通気性基材のメッシュの保持を提供し含む場合、触媒、助触媒および添加剤を塗布する方法は適当である。
【００７１】
本開示によれば、通気性基材構造は、コーティング後に20%と60%との間の開口面積のパーセンテージを有するメッシュを含む。もう一つの態様において、メッシュは20%と30%との間の開口面積を有し得る。ある態様において、メッシュは30%と40%との間の開口面積を有し得る。さらなる態様において、メッシュは40%と50%との間の開口面積を有し得る。さらにもう一つの態様において、メッシュは50%と60%との間の開口面積を有し得る。ある種の態様において、メッシュの開口面積のパーセンテージは、36%と38%との間にあり得る。ある態様において、開口面積のパーセンテージは約37%である。
【００７２】
本開示は、5nmと750nmとの間の厚さを有し、かつ10%と60%との間のメッシュの開口面積を有する通気性基材構造を提供し含む。ある態様において、基材構造は、群から選ばれた、5nm〜15nm、15nm〜30nm、20nm〜40nm、30nm〜50nm、50nm〜75nm、75nm〜100nm、100nm〜250nm、250nm〜500nmおよび500nm〜750nmよりなる群から選択される厚さを有してもよく、かつ10%と20%との間のメッシュの開口面積を有する。ある態様において、基材構造は、5nm〜15nm、15nm〜30nm、20nm〜40nm、30nm〜50nm、50nm〜75nm、75nm〜100nm、100nm〜250nm、250nm〜500nmおよび500nm〜750nmの厚さよりなる群から選択される厚さを有し、かつ20%と30%との間のメッシュの開口面積を有し得る。ある態様において、その基材構造は、5nm〜15nm、15nm〜30nm、20nm〜40nm、30nm〜50nm、50nm〜75nm、75nm〜100nm、100nm〜250nm、250nm〜500nmおよび500nm〜750nm厚さよりなる群から選択される厚さを有し、かつ30%と40%との間のメッシュの開口面積を有し得る。ある態様において、その基材構造は、5nm〜15nm、15nm〜30nm、20〜40nm、30nm〜50nm、50nm〜75nm、75nm〜100nm、100nm〜250nm、250nm〜500nmおよび500nm〜750nmの厚さよりなる群から選択される厚さを有し、かつ40%と50%との間のメッシュの開口面積を有し得る。ある態様において、その基材構造は、5nm〜15nm、15nm〜30nm、20〜40nm、30nm〜50nm、50nm〜75nm、75nm〜100nm、100nm〜250nm、250nm〜500nmおよび500nm〜750nmの厚さよりなる群から選択される厚さを有し、かつ50%と60%との間のメッシュの開口面積を有し得る。ある態様において、その基材構造は、5nm〜15nm、15nm〜30nm、20nm〜40nm、30nm〜50nm、50nm〜75nm、75nm〜100nm、100nm〜250nm、250nm〜500nmおよび500nm〜750nmの厚さを有し、かつ、36%と38%との間のメッシュの開口面積を有し得る。
【００７３】
他の態様において、通気性基材構造は、15nmと250nmとの間の厚さを有し、かつ20%と50%との間のメッシュの開口面積を有する。もう一つの態様において、通気性基材構造は、15nmと100nmとの間の厚さを有し、かつ20%と50%との間のメッシュの開口面積を有する。もう一つの態様において、通気性基材構造は、20nmと80nmとの間の厚さを有し、かつ20%と50%との間のメッシュの開口面積を有する。もう一つの態様において、通気性基材構造は、20nmと50nmとの間の厚さを有し、かつ20%と50%との間のメッシュの開口面積を有する。もう一つの態様において、通気性基材構造は、20nmと40nmとの間の厚さを有し、かつ20%と50%との間のメッシュの開口面積を有する。
【００７４】
他の態様において、通気性基材構造は、15nmと250nmとの間の厚さを有し、かつ30%と50%との間のメッシュの開口面積を有する。もう一つの態様において、通気性基材構造は、15nmと100nmとの間の厚さを有し、かつ30%と50%との間のメッシュの開口面積を有する。もう一つの態様において、通気性基材構造は、20nmと80nmとの間の厚さを有し、かつ30%と50%との間のメッシュの開口面積を有する。もう一つの態様において、通気性基材構造は、30nmと50nmとの間の厚さを有し、かつ30%と50%との間のメッシュの開口面積を有する。もう一つの態様において、通気性基材構造は、20nmと40nmとの間の厚さを有し、かつ30%と50%との間のメッシュの開口面積を有する。
【００７５】
他の態様において、通気性基材構造は、20nmと40nmとの間の厚さを有し、かつ10%と60%との間のメッシュの開口面積を有する。もう一つの態様において、通気性基材構造は、20nmと40nmとの間の厚さを有し、かつ20%と50%との間のメッシュの開口面積を有する。もう一つの態様において、通気性基材構造は、20nmと40nmとの間の厚さを有し、かつ30%と40%との間のメッシュの開口面積を有する。もう一つの態様において、通気性基材構造は、20nmと40nmとの間の厚さを有し、かつ36%と38%との間のメッシュの開口面積を有する。もう一つの態様において、通気性基材構造は、20nmと40nmとの間の厚さを有し、かつ約37%のメッシュの開口面積を有する。
【００７６】
本開示の触媒混合物でコーティングするのに適当な通気性基材は、当該技術分野において知られている。ある種の態様において、通気性基材は、触媒または触媒含有混合物でコーティングされ、次いで、前記に提供されるごとき孔または穿孔の導入によって空気を透過させる固体シートを含む。他の態様において、通気性基材は、穿孔され、引き続いて触媒または触媒混合物でコーティングされた固体シートを含む。
【００７７】
本開示による触媒混合物でコーティングするのに適当な通気性基材は、織布もしくは織られた生地または織られていない生地のごときメッシュを含む。本明細書に提供される触媒混合物での適当なメッシュのコーティングは、メッシュが閉塞されず、また、メッシュが前記に提供される20%と60%との間の開口面積を保持することを必要とする。
【００７８】
本開示の通気性基材は、ポリマー、炭素繊維、ガラス繊維、天然繊維、金属ワイヤーおよびメッシュとして調製できる他の材料から調製し得る。メッシュは、モノフィラメントの合成または天然の繊維または糸から調製された、織物メッシュで有り得る。他の態様において、織物メッシュは、マルチフィラメントの合成繊維または糸から調製し得る。本開示の織物メッシュは、スレッドカウントによって記載でき、糸直径を有し得る。織物メッシュは、織物メッシュまたは生地において縦に走る縦糸、および縦糸に直角に織物の幅を横切る横糸またはフィリング糸（filling thread）を含む。モノフィラメントを含む織物メッシュにおいて、等しい直径の糸および等しいスレッドカウントは、縦糸および横糸方向およびスクエアメッシュ開口の双方に存在する。モノフィラメントの織物メッシュは、長方形メッシュ開口を生じる、縦糸および横糸方向の種々の数のスレッドカウントを有し得る。織物メッシュは、多種多様のスレッドカウントで利用可能である。
【００７９】
本開示のデバイスに適するモノフィラメント織物メッシュは、50ミクロンから1200ミクロンに及ぶ名目孔サイズ(例えば、メッシュ開口)を有するメッシュを含む。ある態様において、通気性基材としてコーティングするのに適当なモノフィラメント織物メッシュは、100ミクロンと300ミクロンとの間のメッシュ開口を有する。もう一つの態様において、通気性基材は、150ミクロンと250ミクロンとの間の開口を有するモノフィラメント織物メッシュである。さらにもう一つの態様において、通気性基材は、約200ミクロンのメッシュ開口を有するモノフィラメント織物メッシュである。ある態様において、175ミクロンと225ミクロンとの間の開口および125ミクロンと175ミクロンとの間の糸厚さのモノフィラメント織物メッシュである。さらにもう一つの態様において、約200ミクロンの開口および約152ミクロンの糸厚さのモノフィラメント織物メッシュである。
【００８０】
本開示による態様において、メッシュは押出成形メッシュ(「押出成形ネット」ともいう)であり得る。ある態様において、押出成形メッシュは、２平面押出成形メッシュであり得る。もう一つの態様において、押出成形メッシュは、１平面のメッシュであり得る。押出成形メッシュは、種々の開口部(孔サイズ)、重量および厚さを有するネットを含み得る。押出成形メッシュは、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、高密度ポリエチレン(HDPE)、中密度ポリエチレン(MDPE)、低密度ポリエチレン(LDPE)、ポリプロピレン/ポリエチレン(PP/PE)ブレンド、架橋ポリエチレン(PEX)、超高分子量ポリエチレン(UHMWPE)から調製し得る。
【００８１】
ある態様において、本開示によってコーティングされるのに適当なメッシュは、ガラス繊維のメッシュまたは布である。いくつかの態様において、ガラス繊維メッシュはガラス繊維強化プラスチック(FRP)である。いくつかの態様において、ガラス繊維メッシュは織物メッシュである。適当な織物ガラス繊維メッシュは、ガラス繊維布、ガラス繊維のチョップドストランドマット、ロービング織物を含む。いくつかの態様において、ガラス繊維布はロービング織物とチョップドストランドマットとの組合せである。もう一つの態様において、ガラス繊維布はS-2 GLASS（商標）である。いくつかの態様において、ガラス繊維布は、平織、長いシャフトサテン織り、一方向織りまたは綾織りを用いて調製される。ある態様において、ガラス繊維布はEガラスを含む。もう一つの態様において、ガラス繊維布はCガラスを含む。さらにもう一つの態様において、ガラス繊維布はEガラスおよびCガラスを含む。いくつかの態様において、ガラス繊維メッシュまたは布はガラス繊維材料を補強するための樹脂と組み合わせる。1つの態様において、樹脂はポリエステルである。もう一つの態様において、樹脂はエポキシである。
【００８２】
ある態様において、本開示によってコーティングするのに適当なメッシュはポリマーである。ある態様において、メッシュは、ナイロン、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリプロピレン/ポリエチレン(PP/PE)ブレンドまたは合成の糸または繊維であり得る。
【００８３】
本開示による態様において、メッシュは、綿および羊毛を含めた天然繊維から調製し得る。いくつかの態様において、天然繊維は、種子繊維、葉繊維、靭皮繊維、皮繊維、果物繊維または茎繊維である。他の態様において、天然繊維は、麻、サイザル、ジュート、ケナフまたは竹である。ある態様において、メッシュは絹から調製し得る。
【００８４】
本開示によるメッシュは、金属メッシュまたはセラミックのメッシュであり得る。適当な金属メッシュは、電鋳スクリーンを含む。本開示による触媒コーティング通気性基材の調製に適する電鋳スクリーンは、例えば、Industrial Netting (ミネアポリス、MN))から入手可能である。電鋳スクリーンは、8ミクロンから5000ミクロン以上に及ぶ孔サイズを有し得る。ある種の態様において、電鋳スクリーンは、36%〜98%開口の範囲にある。いくつかの態様において、電鋳スクリーンは、36%〜98%開口の範囲にあり、かつ約20nmと75nmとの間の厚さを有する。
【００８５】
本開示のデバイスは、前記の通気性基材構造の表面上の触媒を提供し含む。ある種の態様において、触媒は1以上の触媒を含む触媒混合物であり得る。他の態様において、触媒混合物は1以上の触媒および1以上の助触媒を含み得る。もう一つの態様において、触媒混合物は1以上の触媒および1以上の添加剤を含み得る。さらなる態様において、触媒混合物は1以上の触媒、1以上の助触媒および1以上の添加剤を含み得る。さらに、触媒混合物は、溶解剤、結合剤、粘性調整剤、等張化剤、pH調整剤、溶媒、色素、ゲル化剤、増粘剤、緩衝剤およびそれらの組合せを含み得る。
【００８６】
当業者ならば、触媒の選択が、光源での照明に際して生じる光触媒作用のタイプを決定し、さらに非水和精製過酸化水素ガスを生成するのに適当な光の波長および強度を決定することを理解するであろう。前記のごとく、光触媒作用によって生成されたヒドロキシルラジカルは、触媒上の自由電子、または光触媒作用によって生成された他の反応種による還元を受ける前に、触媒表面から除去されなければならない。これは、それらを組み合わせて、触媒をまさに超えて過酸化水素を形成させるようにさせる。当業者ならば、通気性基材上の非水和精製過酸化水素ガスの滞留時間が、基材の厚さ、気流の入射角および気流速度によって決定されることを理解するであろう。
【００８７】
本開示による態様において、通気性基材構造の表面上の触媒は、金属、金属酸化物またはそれらの混合物である。また、本開示において提供され含まれるのは、セラミック触媒である。本開示の触媒は、限定されるものではないが、二酸化チタン、銅、酸化銅、亜鉛、酸化亜鉛、鉄、酸化鉄またはそれらの混合物を含む。適当な触媒は、例えば、表2に提供されている。いくつかの態様において、触媒は、アナターゼまたはルチル型の二酸化チタンである。ある種の態様において、二酸化チタンはアナターゼ型である。いくつかの態様において、触媒はルチル型二酸化チタンである。他の態様において、二酸化チタン触媒はアナターゼおよびルチルの混合物である。アナターゼは、380nm未満の波長にて光子を吸収し、一方、ルチルは405nm未満の波長にて光子を吸収する。また、少なくとも2.85eVのエネルギーを持つ光の全スペクトルの使用を提供する三酸化タングステン(WO3)を含む、表面上の触媒が提供される。これは、TiO2が単独で活性である範囲を超える光の可視域に光源を拡張する。理論によって制限されることなく、WO3は、TiO2がヒドロキシルラジカルに水を酸化するのに十分なエネルギーを持つ可視光線の吸収を支持せず、可能としない、新しいエネルギー準位を提供する。したがって、本開示は、適当な触媒基質と対になった場合の可視域中の波長を提供する光源をさらに提供し含む。
【００８８】
【表２】
2017518948.tif 000005
【００８９】
ある種の態様において、触媒は、タングステン酸化物または、タングステン酸化物ともう一つの金属または金属酸化物触媒との混合物であり得る。いくつかの態様において、触媒は、酸化タングステン(III)、酸化タングステン(IV)(WO2)、酸化タングステン(VI)(WO3)および五酸化タングステンよりなる群から選択される。ある態様において、酸化タングステンは二酸化タングステン (WO2)である。もう一つの態様において、触媒は、セシウム助触媒と組み合わせた三酸化タングステン(WO3)触媒であり得る。（www.aist.go.jp/aist_e/latest_research/2010/20100517/20100517.htmlのインターネットで入手可能な“Development of a High-performance Photocatalyst that is Surface-treated with Cesium（「セシウムで表面処理される高機能光触媒の開発」）”ご参照）。
【００９０】
本開示の触媒はさらに1以上の助触媒を含み得る。ある種の態様において、助触媒は、可視スペクトル(例えば、波長約390nm〜700nm)中の光吸収能力を提供する。可視スペクトルにおいて発する光源を有するデバイスに適する触媒を提供するように触媒を調製するための適当な触媒および方法は、当該技術分野において知られている。Tukenmez, “Tungsten Oxide Nanopowders and Its Photocatalytic Activity under Visible Light Irradiation（「酸化タングステンナノ粉末および可視光線照射下のその光触媒活性」）” , Thesis, Department of Molecular Biology, Umea University, Sweden, (2013) （www.diva-portal.org/smash/get/diva2:643926/FULLTEXT01.pdfにてインターネットにて入手可能）; Kimら, “Photocatalytic Activity of TiO2 Films Preserved under Different Conditions: The Gas-Phase Photocatalytic Degradation Reaction of Trichloroethylene  （「種々の条件下で保存されたTiO2膜の光触媒活性:トリクロロエチレンの気相光触媒分解反応」）”, Journal of Catalysis 194(2):484-486 (2000); Blakeら, “Application of the Photocatalytic Chemistry of Titanium Dioxide to Disinfection and the Killing of Cancer Cells（「消毒および癌細胞殺傷に対する二酸化チタンの光触媒化学の応用」）”,   Separation and Purification Methods 28(1):1-50 (1999); Sugiharaら, “Development of a Visible Light Responsive Photocatalyst using Tungsten Oxide under Indoor Lighting（「室内照明下の酸化タングステンを用いる可視光反応性光触媒の開発」）”, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST) (2008)ご参照。本開示の助触媒は、限定されるものではないが、プラチナ、金、銀、銅、ニッケル、セシウムまたはパラジウムを含む。いくつかの態様において、助触媒は、金、プラチナ、銀、ロジウム、ルテニウム、パラジウム、オスミウムおよびイリジウムよりなる群から選択される貴金属である。ある態様において、助触媒は金である。もう一つの態様において、助触媒は銀である。さらにもう一つの態様において、助触媒はプラチナである。もう一つの態様において、助触媒は押出成形セラミックである。ある種の態様において、助触媒は二酸化ジルコニウム(ZrO2)である。いくつかの態様において、助触媒は押出成形二酸化チタンである(epress.lib.uts.edu.au にて入手可能なShon ら, “Visible Light Responsive Titanium Dioxide (TiO2) - a review（「可視光反応性二酸化チタン(TiO2)-総説」）”ご参照)。
【００９１】
また、本開示は、光触媒反応が可視スペクトルに460nmまで起こり、かつ触媒上に対する活性において７倍の増加を提供する金属のパラジウム、銅およびWO3を含む基材触媒を含む。他の態様において、触媒は、410nmの波長にて60倍まで光触媒反応を増加させるWO3およびTiO2のブレンドを含む。さらなる態様において、WO3およびTiO2のブレンドは、400nmのXEランプを含む光源を提供する。さらなる態様において、触媒は、窒素イオンまたはWO3を混ぜて、可視光線スペクトル内の光触媒反応を提供する。他の態様においては、可視スペクトルにおける吸収が、3.3eVギャップを創製するTiO2およびSiO2のブレンドを含む光触媒によって提供される。
【００９２】
【表３】
2017518948.tif 000006
【００９３】
本開示の助触媒は、触媒に対して種々の量で提供し得る。一般的に、助触媒は、約5%以下のレベルにて提供できる。ある種の態様において、助触媒の量は5%以下であるが、10%以下の組み合わせた量を有する助触媒の混合物をある種の態様に用い得る。ある種の態様において、触媒の合計質量の1.0%以内が、前記のタイプの助触媒であり得る。いくつかの態様において、助触媒の合計量は0.05%以内である。さらなる他の態様において、助触媒は0.005と0.05%との間で提供される。いくつかの態様において、助触媒は0.01と0.05%との間で提供される。もう一つの態様において、助触媒は0.01%と0.02%との間で提供される。ある種の態様において、助触媒は、触媒の合計質量の0.05%未満で提供される。
【００９４】
本開示の触媒はさらに1またはそれを超える添加剤を含み得る。ある態様において、添加剤は吸湿性添加剤であり得る。理論によって制限されることなく、吸湿性添加剤の存在は光触媒表面上の水の局所濃度を増加させ、それにより、より低湿度のレベルの非水和精製過酸化水素ガス生成を提供し、より高湿度のレベルのPGPG生成の効率を改善すると考えられる。本明細書に提供されるごとき吸湿性剤を有する触媒コーティングは、PHPG生成用デバイスの効率を拡張し、また、相対湿度の範囲を拡張し、ここに、PHPG発生デバイスは効率的に作動し、10立方メートルの閉塞空気体積中で少なくとも0.005ppmのPHPGの定常状態濃度を確立するのに十分な速度でPHPGを生成することができる。ある種の態様において、相対湿度は1%の低さである。ある態様において、周囲空気の湿度は好ましくは約1%の相対湿度(RH)である。ある種の態様において、相対湿度は1〜99%であり得る。他の態様において、通気性基材を通って流れる空気の湿度が、1% RHと20% RHとの間にある。さらなる態様において、通気性基材を通って流れる空気の湿度は、5%またはそれを超える。他の態様において、周囲空気の湿度は約10%と約99%RHとの間にあり得る。他の態様において、周囲空気の湿度は約10%と約99%RHとの間にあり得る。ある種の態様において、気流の湿度は80%未満である。ある態様において、湿度は10%と80%との間にある。さらなる他の態様において、相対湿度は30%と60%との間にある。もう一つの態様において、湿度は35%と40%との間にある。いくつかの態様において、通気性基材構造を通って流れる空気の湿度は、56%と59%との間にある。
【００９５】
本開示による態様において、吸湿性添加剤は、重炭酸ナトリウム、重炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸マグネシウム、重炭酸マグネシウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化マグネシウム、塩化亜鉛、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、リン酸ナトリウム、リン酸カリウム、リン酸マグネシウム、カーナライト(KMgCl3・6(H2O))、クエン酸鉄アンモニウム、ナイロン、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン(ABS)、ポリカーボネート、セルロース、ポリ(メタクリル酸メチル)およびそれらの組合せよりなる群から選択し得る。
【００９６】
本開示による態様において、吸湿性添加剤は塩であり得る。ある種の態様において、吸湿性添加剤は重炭酸塩であり得る。ある態様において、吸湿性添加剤は重炭酸ナトリウムである。ある態様において、吸湿性添加剤は重炭酸カリウムである。ある態様において、吸湿性添加剤は重炭酸マグネシウムである。他の態様において、吸湿性添加剤は炭酸塩であり得る。ある態様において、吸湿性炭酸塩は炭酸ナトリウム、炭酸カリウムまたは炭酸マグネシウムである。いくつかの態様において、吸湿性添加剤は水酸化物であり得る。ある種の態様において、吸湿性添加剤は水酸化ナトリウム、水酸化カリウムまたは水酸化マグネシウムであり得る。いくつかの態様において、吸湿性添加剤は塩化物であり得る。ある種の態様において、吸湿性添加剤は塩化亜鉛、塩化カルシウムまたは塩化マグネシウムであり得る。さらなる他の態様において、吸湿性添加剤はリン酸塩であり得る。ある種の態様において、吸湿性リン酸塩はリン酸ナトリウム、リン酸カリウムまたはリン酸マグネシウムであり得る。1以上の吸湿性化合物を組み合わせ得ると理解される。
【００９７】
一般的に、添加剤は、約5%以内のレベルにて提供することができる。ある種の態様において、添加剤量は5%以下であるが、10%以内の組み合わせた量を有する添加剤の混合物は、ある種の態様に用い得る。ある種の態様において、触媒の合計質量の1.0%以内が、前記のタイプの添加剤であり得る。いくつかの態様において、添加剤の合計量は0.05%以内である。さらなる他の態様において、添加剤は0.005と0.05%との間で提供される。いくつかの態様において、添加剤は0.01と0.05%との間で提供される。もう一つの態様において、添加剤は0.01%と0.02%との間で提供される。ある種の態様において、添加剤は、触媒の合計質量の0.05%未満で提供される。
【００９８】
本開示は、6.0またはそれを超えるpHを有する触媒表面をさらに提供し含む。理論によって制限されることなく、より高いpHは光触媒作用中に酸化可能な水酸化物イオンに改善された源を提供し、それにより、非水和精製過酸化水素ガスの生成を増加させると考えられる。ある態様において、触媒表面のpHはpH 7.0を超える。もう一つの態様において、表面のpHは7.0と9.0との間にある。ある態様において、触媒表面のpHは7.0と8.5との間にある。ある態様において、触媒表面のpHは7.0と8.0との間にある。ある態様において、触媒表面のpHは7.0と7.5との間にある。もう一つの態様において、表面のpHは7.5と9.0との間にある。ある態様において、触媒表面のpHは7.5と8.5との間にある。ある態様において、触媒表面のpHは7.5と8.0との間にある。もう一つの態様において、表面のpHは8.0と9.0との間にある。ある態様において、触媒表面のpHは8.0と8.5との間にある。ある種の態様において、表面のpHは少なくとも7.5である。ある種の態様において、表面のpHは少なくとも8.0である。
【００９９】
所望により助触媒および添加剤を含む本開示の触媒は、当該技術分野において公知の方法によって調製し得る。適当な共同触媒作用および添加剤は硝酸銀、酸化セリウムおよび酸化亜鉛を含む。添加剤は、例えば、細菌増殖を低減するため、および触媒および通気性基材のUV誘導分解を防止するために含まれている。本開示の触媒、助触媒および添加剤は、限定されるものではないが、ゲルゾル方法、塗装、ディッピングおよび粉体塗料を含めた種々の方法によってメッシュに塗布し得る。他の態様において、本開示の触媒、助触媒および添加剤は、トールコーティング、テープキャスティング、超音波スプレーおよびウェブベースコーティングによってメッシュに塗布し得る。本明細書に提供されるごとく、触媒、助触媒および添加剤を塗布する方法は、前記の基底層の通気性基材のメッシュの保持を提供し含むならば、適当である。
【０１００】
ある態様において、触媒混合物は、触媒材料としてアルコール金属塩の使用を含むゾルゲル法を用いて、メッシュに塗布される。ある種の態様において、金属塩はTi(OR)4である。さらに、ゾルゲル法を用いる触媒混合物の塗布は、水和反応を続けるためのアルコール溶液中の有機および無機塩を含み、それによって、ゲル形態の有機金属化合物を生成し得る。ゾルゲル法は、さらにWO3、SnO2、Fe2O3またはZnOのごとき助触媒を含み得る。ゲル溶液は、メッシュをゲル溶液に浸漬するまたは通気性基材構造に溶液を塗布することにより塗布され得る。基材に適用される触媒混合物の厚さは、ディッピング速度の制御により、または1以上のコーティングの提供により制御し得る。乾燥後、被覆基材を加熱し、次いで、高温にて焼結される。ある種の態様において、触媒混合物はさらに貴金属または遷移金属を含み得る。いくつかの態様において、触媒混合物は、さらにAu、Pd、PtまたはAgのごとき貴金属、およびMoO3、Nb2O5、V2O5、CeO2またはCr2O3のごときいくつかの遷移金属を含み得る。
【０１０１】
本開示は、その表面上に触媒を有する通気性基材構造を照らすことができる光源を有するデバイスを提供し含む。理論によって制限されることなく、照明に際して、触媒は適切な波長の光子を吸収し、エネルギーは価電子帯電子に与えられる。価電子帯電子は、電子孔または価電子帯孔を創製する伝導帯に推進される。吸着された化学種の不存在下、推進された電子は減衰し、価電子帯孔と再結合するであろう。価電子帯孔が光触媒上の活性表面部位に吸着された、酸化可能な種−好ましくは、分子の水−からの電子を捕捉する場合に、再結合が妨げられる。同時に、触媒表面上で吸着された還元種−好ましくは、分子の酸素−は、伝導帯電子を捕捉し得る。
【０１０２】
本開示のデバイスに適する光源は、広いまたは狭い双方のスペクトル放出源を含む。ある種の態様において、光源は、紫外線(UV)スペクトルの光を放出し得る。他の態様において、光源は、可視スペクトルの光を放出し得る。さらに他の具体例において、光源は、可視および紫外線スペクトルの双方における光を放出し得る。
【０１０３】
本開示による適当な光源は、限定されるものではないが、レーザー、発光ダイオード(LED)、白熱灯、アーク灯、標準蛍光灯、UVランプおよびそれらの組合せを含む。ある種の態様において、光源は発光ダイオードである。
【０１０４】
本開示は、適当な波長および強度の光を用いて、触媒混合物でコーティングされた通気性基材構造を照らすことを提供し含む。前記に提供されるごとく、適当な照明波長の選択は触媒によって決定され、1またはそれを超える助触媒の存在によって変更し得る。ある種の態様において、光源は紫外線を提供する。ある態様において、紫外線の波長が190nm〜410nmである。いくつかの態様において、光源が190nm未満の波長を有する光を提供し得る場合、適当なフィルターは、さらに、190nmまたはそれ未満の波長の光を遮断するデバイスに提供し得る。より詳しくは、本開示のある種のデバイスは、187nmまたはそれ未満の波長を有する光を排除する。
【０１０５】
当業者ならば、オゾンの生成の結果、PHPGガスの水および酸素への還元を生じるであろうことを認識するであろう:
【０１０６】
【化２】
2017518948.tif 000007
【０１０７】
したがって、オゾンを生成する先行技術の設計は、本開示の方法およびデバイスと互換性がない。前記に注目されるごとく、二酸化チタン含有触媒作用について190nm未満の波長の光を回避することは、オゾン生成を大幅に低減し消失さえさせ、その結果、より高い割合のPHPG生成を生じる。
【０１０８】
ある種の態様において、デバイスは、190nm〜410nmの光で二酸化チタン含有触媒混合物を照らすことができる紫外線源を含み、さらに、190nmまたはそれ未満の波長にて光を遮断するためのフィルターを含み得る。他の態様において、デバイスは、二酸化チタンを含有する触媒混合物の照明を提供する紫外線源を含み、さらに可視スペクトルへの光触媒作用の吸収帯を拡張する助触媒を含む。ある態様において、触媒混合物は、可視スペクトルの光を吸収する三酸化タングステン(WO3)を含み得る。ある態様において、光源は190nm〜460nmの光を含み得る。
【０１０９】
さらなる態様において、光源は、190nm〜460nmの光のスペクトルを有する紫外線を提供し、パワーの70%が340nmと380nmとの間で提供される。ある態様において、紫外線の少なくとも90%は340nmと380nmとの間で放射される。もう一つの態様において、紫外線の99%は350nmと370nmとの間で放射される。さらなる態様において、紫外線はUVA範囲(315nm〜400nm)の波長を有する。いくつかの態様において、UVA範囲中の光は362nmまたは約362nmに中心がある最大強度を有する。もう一つの態様において、紫外線は、UVA範囲、および1 %未満のUVB範囲(280nm〜315nm)内の波長を有する。さらなる態様において、紫外線は、UVA範囲、および0.1%未満のUVB範囲内の波長を有する。さらにさらなる態様において、紫外線は、UVA範囲、および0.05%未満のUVB範囲内の波長を有する。
【０１１０】
本開示による態様において、光源は0.1Wから150Wの電力を有し得る。他の態様において、光源は150W以内であり得る。もう一つの態様において、電力は少なくとも0.1Wであり得る。ある態様において、光源は、少なくとも1Wの電力を有する。さらなる態様において、電力は2.5Wを超えてもよい。ある態様において、電力は約5Wであり得る。ある態様において、電力は20Wであり得る。ある種の態様において、光源の電力は100W以内であり得る。ある種の態様において、電力は生成されたPHPGの分解を最小化するための100W未満である。他の態様において、電力が1Wと50Wとの間にある。ある種の態様において、光源の電力は40と50Wとの間にある。
【０１１１】
本開示のデバイスは、通気性基材表面で測定された1平方インチ当たりの少なくとも0.1ワットの強度(W/in2)を提供する光源を含む。いくつかの態様において、光源は、150W/in2以内の強度を有する。他の態様において、光源は、0.1W/in2と10 W/in2との間の強度を有する光を出力する。ある態様において、通気性基材を照らす光の強度は、約5W/in2である。ある種の態様において、基材表面の電力が1W/in2と10W/in2との間にあり得る。もう一つの態様において、強度が2W/in2と8W/in2との間にあり得る。ある態様において、強度が3W/in2と7W/in2との間にあり得る。さらにもう一つの態様において、電力が4W/in2と6W/in2との間にあり得る。
【０１１２】
本開示のデバイスは、濾過のために設計された反応種を生成する光触媒作用を使用するデバイスと区別できる。より詳しくは、本開示のデバイスは、通気性基材のメッシュの開口空間を塞ぎかねないほこり、花粉、細菌、胞子、および粒子のごとき汚染物質の存在によって劣化する。同様に、過酸化水素を含めた反応種と反応しかねない揮発性有機化合物(VOC)は、PHPGの生成およびPHPGの空間への分布を減少させる。特に、VOCは、本開示のPHPGを生成するデバイスによって空間で有効に低減できるが、デバイス自体に導入されたVOCは、好ましくは一緒に最小化または除去される。結果的に、デバイスの効率を維持し、かつPHPG生成を最大化するために、本開示のデバイスは1またはそれを超えるフィルターを含み得る。注目されるごとく、フィルターの選択はPHPGを用いて処理される空間の適用およびタイプによって決定し得る。例えば、ほこり、VOCおよび他の汚染物質を除去するために空気が既に処理されたクリーンルームは、筺体、空気分配機構、光源および、プレフィルターを必要とすることなく、その表面上に触媒を有する通気性基材を有するデバイスを使用することができる。対照的に、家庭使用のためのデバイスは、除塵フィルターを必要としかねなく、さらに、VOCを吸収するカーボンフィルターを必要としかねない。ある種の態様において、さらなるフィルターの介在は、通気性触媒被覆基材の寿命の延長を提供し、PHPGの生成の延長を提供する。
【０１１３】
PHPG生成と無関係な空気を精製するために用いるフィルターは、デバイスを用いる位置の空気品質に依存する。HVACシステムのフィルターによって達成された高品質空気を含むHVACシステムの内部では、フィルターは、PHPGデバイス自体の通気性基材を通る気流パスの前に必要になり得るフィルターはない。同じことは、高い空気品質を有する領域内で作動する独立型デバイスに該当する。必要な場合、フィルターは、必要な気流のインピーダンスとしてほとんど要求されない濾過を達成できる当該技術分野に公知のものから一般的に選択される。フィルターは、フィルター自体が気流へ微粒子またはガスを導入もしないような当該技術分野に公知のものから選択される。微粒子を除去する機能およびガス状汚染物質を組み合わせる適当なフィルターは、当該技術分野で知られている。より高い空気品質(余り頻繁でない置換)またはより低い空気品質(より頻繁な置換)のためにフィルターに配置された負荷によって決定された頻度でフィルターは、置換を規則的に必要とする。
【０１１４】
大部分の適用において、3つの濾過関心が適用可能である。ある種の適用において、微粒子またはほこりは基材マトリックスおよび触媒自体を詰まらせかねなく、したがって、その位置の必要性に十分な微粒子フィルターを用い得る。ある種の一般的な態様において、高気流のひだ付きMERV 18フィルターを使用する。他の適用において、揮発性の有機炭化水素は、濾過を必要としかねなく、これは、当該技術分野に知られている多数の種々の活性化炭または炭素含浸フィルターを用いて達成し得る。さらに他の適用において、窒素酸化物のごときある種の無機ガスは、濾過によって除去する必要がある。窒素酸化物を除去するために、ゼオライトフィルターが通常使用される。いくつかの態様において、PHPGデバイスは、単一の組み合わせた材料および段階で揮発性有機炭化水素および窒素酸化物を除去することができる含浸ゼオライトフィルターを含む。そうでなければ、通気性基材を遮断するか、または触媒表面を汚染および不活性化する種々のサイズの粒子を除去できる適当なフィルターは、当該技術分野において知られている。
【０１１５】
本開示の態様において、デバイスは、窒素酸化物(NOx)、硫黄酸化物(SOx)、揮発性有機化合物、ほこり、細菌、花粉、胞子および粒子から選択される汚染物質を除去するように設計された１またはそれ以上のフィルターをさらに含み得る。ある種の態様において、デバイスは、有機蒸気フィルター、微粒子フィルター、高性能フィルター、疎水性フィルター、活性炭フィルターまたはそれらの組合せから選択された1またはそれを超えるフィルターを含む。
【０１１６】
ある種の態様において、プレフィルターは、揮発性有機化合物、NOxおよびSOxを除去する。いくつかの態様において、フィルターは、ホルムアルデヒドまたはアセトアルデヒドのごときアルデヒドを除去する。他の態様において、フィルターは、トルエン、プロパノールおよびブテンを含めたVOCを除去する。さらなる他の態様において、プレフィルターは一窒素酸化物、NOおよびNO2(例えば、NOx)を除去する。他の態様において、プレフィルターは、SOxとして知られる硫黄と酸素を含有する化合物を除去する。本開示のフィルターによって除去されたSOx化合物はSO、SO2、SO3、S7O2、S6O2、S2O2またはその組合せを含む。本開示のプレフィルターは、VOC、NOxおよびSOxのいずれの組合せも除去するために使用し得る。
【０１１７】
ある種の態様において、デバイスは、微細孔アルミノケイ酸塩鉱物を含むフィルターを含む。ある態様において、本願のデバイスのフィルターはゼオライトフィルターであり得る。ある態様において、ゼオライトは、方沸石、菱沸石、斜プチロル沸石（clinoptilolite）、輝沸石、ソーダ沸石、灰十字沸石または束沸石であり得る。ある種の態様において、ゼオライトは合成ゼオライトであり得る。ある態様において、デバイスは、NOx、SOxまたは双方の除去用のゼオライトフィルターを含む。適当なフィルターは当該技術分野において知られている。
【０１１８】
他の態様において、デバイスは、微粒子フィルターを含むフィルターを含む。ある種の態様において、微粒子フィルターは3mウルトラアレルゲン（ultra allergan）フィルターである。粒子フィルターの適当な例は、アストロセル（Astro-cell）ミニプリーツフィルターを提供するAir Filters社から得ることができる。当業者は、気流に対する適当な気流レベルおよび抵抗を提供するフィルターを選択して、前記の通気性基材を通って十分な気流を供給できるであろう。
【０１１９】
さらなる他の態様において、本開示のデバイスに適当なフィルターは、カーボンフィルター、チャコールフィルターまたは活性炭フィルターを含む。いくつかの態様において、フィルターはGAC(粒状活性炭)カーボンフィルターである。ある態様において、GACはヤシ殻から調製されたフィルターである。ある態様において、フィルターは、粉末活性炭(R 1)(PAC)である。もう一つの態様において、フィルターは押出成形活性炭(EAC)フィルターである。ある態様において、フィルターは球状活性炭(BAC)フィルターであり得る。ある態様において、フィルターは添着炭フィルターであり得る。ある種の態様において、添着炭フィルターは、硫化水素(H2S)およびチオールを除去するデバイスに含まれる。適当な添着炭フィルターは当該技術分野において知られている。
【０１２０】
本開示によるデバイス中の空気濾過は、低レベルの汚染物質および光触媒抑制剤を有する通気性基材層を横切る気流を提供する。
【０１２１】
明確性のために別々の具体例の文脈で記載される本発明のある種の特徴は、単一の具体例の組合せにおいて提供し得ると理解される。また、逆に、簡潔さのために単一の具体例の文脈で記載される本発明の種々の特徴は、別々にもしくはいずれかの適当なサブコンビネーションにおいて、または本発明のいずれかの他の記載された具体例において適当なごとく提供し得る。具体例がそれらの要素がなくして実施不可でない限りは、種々の具体例の文脈で記載された特徴は、それらの具体例の基本的な特徴と考えられる。
【０１２２】
前記に示され、特許請求の範囲のセクションで特許請求された本発明の種々の具体例および態様は、以下の実施例において実験的支持を見出す。以下の実施例は例示のために示され、限定として解釈されるべきでない。
【０１２３】
実施例
実施例1：PHPG、オゾン、VOC、温度および湿度の測定：
PHPG濃度の読みは、すべてドリーガー製品で行った。 Pac III、Polytron 7000またはドリーガー管は、一般的に製造者指示に従いすべての試験に利用した。Polytronは、空気がメッシュセンサーを通して示された場合にデジタルの読みを表示する。最も一般的には、ドリーガー管は、両端をクリップで留め、ACCURO(登録商標)ポンプ中に配置した後に用いた。製造者指示により、管を100回ポンプ吸引し、PHPGのレベルを水晶中の変色の観察により決定した。PAC IIIは、非常に低レベルのPHPGを測定するのに一般的に余り有効でないことが判明した。
【０１２４】
オゾン、VOC、温度および湿度についての測定は、すべて標準デバイスを用いて遂行した。2000立方センチメートルの空気を吸引後に0.10ppmの低い過酸化水素濃度を検出するように設計されたドリーガー管が、多量が較正されたポンプによって吸引される場合に0.005ppm以内の正確なより低濃度の読みを提供することが判明し、例えば、4000立方センチメートルの吸引後に0.10ppmを示したドリーガー管は0.05ppmの適切なPHPG濃度を測定し、また、6000立方センチメートルの吸引後に0.10ppmを示したドリーガー管は、0.033ppmの適切なPHPG濃度を測定することが判明した。
【０１２５】
実施例2：通気性基材を試験するためのPHPGデバイス
筺体205、通気性基材201、空気分配機構203および光源203を含む図2A 〜2Bにおいて示されるPHPG生成用デバイス20を試験に用いた。通気性基材201は、水中の10〜35%のスラリーのアナターゼ型TiO2中でポリエステルメッシュを浸漬被覆することによって調製し、空気乾燥させた。メッシュの開口孔の目詰まりを防止するために、空気を通気性基材を通して吹き付けた。空気分配機構はその最高のセッティングで設定し、約115立方フィート／分の気流を提供した。室の湿度を約55%に維持する。PHPG生成用デバイスは、8フィートの天井を持つ140平方フィートの閉鎖した室で1時間作動させ、次いで、定常状態レベルのPHPGを決定した。PHPG生成用デバイスの継続的な操作がない限り、PHPGは消散し、約5分以内に検出できない。オゾンはいずれの試験においても検出されなかった。
【０１２６】
実施例3：PHPG生成に対するメッシュ変化の効果
PHPG生成に対するメッシュ変化の効果は、表４に提供したTiO2コーティングした通気性基材201を交換し、実施例2に記載のごとく試験することにより行った。
【０１２７】
【表４】
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【０１２８】
実施例4：PHPG生成に対する入射角の効果
実施例2によるデバイスは、通気性基材201の回転を可能とするデバイスの頂部覆い（shroud）として10インチのアルミニウムアダプターを付けることにより変更した。152ミクロンの糸および41%の開口面積を有する通気性基材を、デバイスに位置させた。90°での気流を有して測定した初期の定常状態レベルのPHPGは、0.7ppmであった。通気性基材201は、2°増加で覆い内で回転させ、ポリトロンがもはや過酸化水素を検出しなくなるまで、定常状態レベルのPHPGを測定した。PHPGの生成は約90°〜約68°(例えば、垂直から22°)で維持する。約68°から初めて、PHPGは、10°当たりおよそ0.1ppmにて68°から14°まで一定で減少する。気流の入射角が14°未満である場合、PHPG生成は検出されない。
【０１２９】
本発明はその特定の具体例と組み合わせて記載されているが、多数の選択肢、変更および変化が当業者に明らかであることが明白である。したがって、添付した特許請求の範囲の精神および広い範囲内にあるような選択肢、変更および変化のすべてを包含することが意図される。
【０１３０】
この明細書に言及されたすべての刊行物、特許および特許出願は、個々の刊行物、特許または特許出願の各々をここに出典明示して本明細書の一部とみなすような同一範囲まで、そのすべてをここに出典明示して本明細書の一部とみなす。加えて、本願におけるいずれの参照の引用または同定も、かかる参照が本願発明に対する先行技術として利用できるという承認として解釈されるべきではない。セクションの表題は、必ずしもそれらが用いられる範囲までの限定として解釈されるべきでない。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
2017518948.tif 000011
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【国際調査報告】
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