(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
紫外線透過性を有する平均粒径0.05〜5mmのけい砂担体に担持させた光触媒よりなる光触媒構造体を、紫外線透過性担体の平均粒径以下のメッシュを有する金属製網状体の少くとも一方の面側に、該面側に設けられた接着層を介して、固定化したことを特徴とする光触媒ロ材。
【請求項２】
接着剤が水ガラスである請求項１の光触媒ロ材。
【請求項３】
請求項１記載の光触媒ロ材の光触媒構造体側を光源に向け、光照射することを特徴とする光照射処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光触媒ロ材に関する。更に詳しくは、空気清浄や排ガス処理などに好適に用いられる光触媒ロ材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
水質、大気、土壌の汚染などの環境問題は年々重要視されてきており、人為起源の化学物質、特に有機溶剤、農薬、界面活性剤等の汚染物質や人体に悪影響を及ぼすウイルスや菌の除去が強く望まれている。酸化チタンを代表とする光触媒により、これらの化学物質を分解する方法は、薬品等を用いないためクリーンな方法であり、また太陽光などの光エネルギーが利用可能なため、現在注目されている環境浄化方法である。
【０００３】
気相処理用フィルターについても、ハニカム状基材に光触媒を担持させたもの(特開2000-325724号公報、同2000-343936号公報)、2枚の不織布間に光触媒材を充填したもの(同2000-233113号公報)、金属酸化物による繊維状フィルター(同2000-225349号公報、同2000-126551号公報、同2000-157876号公報)などが提案されているが、光触媒の活性化に必要な紫外線が不織布、光触媒担体等の基材で遮ぎられたり、フィルターの強度が不足しているなどの問題点を有している。
【０００４】
こうした問題を解決するために、光触媒を担持した吸着剤を不織布または網状のベース材に付着させることが提案されている(同2001-29441号公報)。しかしながら、この場合には光触媒を担持する吸着材として活性炭、ゼオライト、セビオライト、シリカゲル等の光透過性の低い吸着材が用いられており、光触媒材の光透過性が低くなるため、光エネルギーの利用効率が低下するという問題がみられる。また、光触媒の担体として、フッ素樹脂や石英を用いたもの(同2000-51334号公報)、セラミックス等を用いたもの(同2000-24514号公報、特開平11-156377号公報、同11-128631号公報)なども知られているが、担体自体の光透過性不足による処理能力の低下や担体自体が高価であるといった問題がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、光エネルギーの有効利用が可能となり、ガス処理性能を向上させ、機械的強度にもすぐれた光触媒ロ材を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
かかる本発明の目的は、紫外線透過性を有する平均粒径0.05〜5mmのけい砂担体に担持させた光触媒よりなる光触媒構造体を、紫外線透過性担体の平均粒径以下のメッシュを有する金属製網状体の少くとも一方の面側に、該面側に設けられた接着層を介して、固定化した光触媒ロ材によって達成される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
紫外線透過性を有する担体としては、波長210nmよりも長波長領域で光透過性を有し、光触媒励起用光源の主放射波長240〜420nmでの光透過性にすぐれているもの、好ましくはけい砂が用いられる。けい砂は、殆んど石英の細かい粒のみからなり、SiO2含有量が非常に高い砂である廉価な工業原料である。本発明においては、入手のし易さおよび金属製網状体への固定化のし易さの点から、平均粒径が約0.05〜5mm、好ましくは約0.1〜2mmのものが用いられる。
【０００８】
これらのけい砂に担持される光触媒としては、光触媒活性を有するものであれば任意のものを用いることができるが、一般には酸化チタンが用いられる。酸化チタンの結晶構造としては、アナターゼ型、ルチル型、ブルツカイト型があり、結晶化温度が低い場合には、アナターゼ型酸化チタンが形成され、高い場合にはルチル型の酸化チタンが形成される。このうち、結晶構造がルチル型に転移しない程度に結晶構造を高めたアナターゼ型酸化チタンは、特に高い触媒活性を有する。一方、ルチル型酸化チタンについては、被覆層として形成された光触媒においても、活性の低下を招くことが開示されているが(特開平11-157966号公報)、アナターゼ型酸化チタンと共に用いられる場合には、アナターゼ型酸化チタン単独で使用した場合よりもさらに高い触媒活性を有する。
【０００９】
したがって、酸化チタンとしては、アナターゼ型酸化チタン、ルチル型酸化チタンあるいはこれらにジルコニウム、アルミニウム等の金属元素を添加したものなどが用いられ、好ましくはアナターゼ型酸化チタンが、さらに好ましくはルチル型酸化チタンおよびアナターゼ型酸化チタンを含有する酸化チタンが用いられる。ルチル型酸化チタンおよびアナターゼ型酸化チタンを含有する酸化チタンとしては、ルチル型酸化チタンを20〜99重量%、好ましくは30〜88重量%、アナターゼ型酸化チタンを80〜1重量%、好ましくは70〜12重量%含有する酸化チタンが用いられる。このルチル型、アナターゼ型の含有量については、被覆に用いたチタニアゾル溶液をゲル化、アニールして粉末を得、このX線回折強度から算出される。さらに、被処理対象物質の処理に適する銀、ニッケル、白金、パラジウム、銅等の金属を光触媒表面に析出させ、反応効率を高めたものを用いることもできる。
【００１０】
これらの担体への光触媒の担持は、好ましくは担体表面上への被覆層として形成される。被覆層の形成は、ゾル・ゲル法、CVD法、真空蒸着法、スパッタリング法などの金属酸化物膜の形成法を用いて行われる。形成された光触媒膜の膜厚が0.03μmより薄いと、所望の被処理物質の低減処理能力が得られず、一方1μmより厚くしても同様である。なお、形成される光触媒膜は、アナターゼ型酸化チタンのみを得るにあたっては、それの結晶性を高めるために400〜600℃で、ルチル型およびアナターゼ型酸化チタンを得るにあたっては、所望の結晶状態を得るために650〜800℃で、0.5〜5時間程度アニール処理される。
【００１１】
このようにして形成される、紫外線透過性を有する担体に担持させた光触媒よりなる光触媒構造体は、金属製網状体の片面側または両面側に固定化される。網状体を形成させる金属としては、耐湿性、耐紫外線特性を有するものであれば任意のものを使用することができ、例えばステンレス鋼、アルミニウム合金、銅合金等が用いられる。この金属製網状体の形状としては、平面状のものの他、圧力損失の低減および光触媒の見掛表面積の増大によるガス処理能力の向上を図るため、波状、プリーツ状のものなども用いられる。また、網状体のメッシュの目開は、紫外線透過性担体の平均粒径以下であることが望ましく、一般には約0.05〜5mm、好ましくは約0.1〜2mmのものが用いられる。
【００１２】
光触媒構造体の金属製網状体への固定化には、エポキシ樹脂系接着剤等の一般的接着剤が用いられ、好ましくは水ガラスが用いられる。接着層として水ガラスを硬化させたものを用いた場合には、接着層の耐光性によって光触媒励起用光源として殺菌灯を用いることが可能となるため、殺菌効果の向上を図ることができる。また、接着層の光酸化による二酸化炭素の発生を有効に防止することができ、接着層の接着力の低下を抑えることができる。接着方法としては、例えば接着剤を塗布した網状体に光触媒構造体を散布し、接着させるなどの方法がとられる。
【００１３】
図1は、その接着状態を模式的に示したものであり、けい砂1に担持させた光触媒2よりなる光触媒構造体3が接着層4を有する金属製網状体5に接着され、一体化している。けい砂への光触媒の担持方法は、一般に液相法と気相法とに大別され、ゾル・ゲル法などの液相法ではけい砂表面の凹みに光触媒が付着され易くなるものと考えられ、図示されたように部分的に光触媒がけい砂に付着していることが電子顕微鏡での観察結果から確認されており、一方気相法では部分的な付着状態になる可能性は低いと考えられる。
【００１４】
照射される光エネルギーを有効利用するためには、光触媒構造体は金属製網状体の光照射側の表面に固定化することが重要である。また、光触媒構造体の透過光ならびに金属製網状体通過光のエネルギーを有効利用するために、光触媒構造体を金属製網状体の光照射裏面側にも固定化することも有効である。このようにして作製される光触媒ロ材は、光触媒構造体の光透過性が高いため、光触媒構造体の光照射裏面および光触媒ロ材の光照射裏面においても、光エネルギーを有効に利用することができる。
【００１５】
この光触媒ロ材は、自動車空調における空気清浄や排ガス処理におけるロ材として使用することができ、このような気相処理のみではなく、水処理等の液相処理にも有効に使用することができる。
【００１６】
【発明の効果】
本発明に係る光触媒ロ材は、次のような効果を奏する。
(1) 光触媒励起に用いられる種々の光源の波長領域は240〜420nmであり、このような波長領域での光透過性にすぐれたけい砂を担体とする光触媒構造体を使用しているため、光エネルギーの有効利用が可能となり、ガス処理性能などが向上する。
(2) 金属製網状体に光触媒構造体を固定化しているため、光触媒構造体へ紫外線を直接照射することができ、このため光エネルギーの損失が少なく、ガス処理性能が向上する。また、ロ材の機械的強度も向上する。
(3) 水ガラスを接着剤として光触媒構造体を金属製網状体に固定化した場合には、水ガラスの硬化物よりなる接着層の耐光性によって、光触媒励起用光源として殺菌灯を用いることが可能となるため、ガス処理性能の向上と合わせて殺菌効果も向上する。また、接着層の光酸化による二酸化炭素の発生を有効に防止することができ、接着層の接着力の低下を抑えることができる。
【００１７】
【実施例】
次に、実施例について本発明を説明する。
【００１８】
実施例１
チタンテトライソプロポキシド16gを2-メトキシエタノール(エチレングリコールモノメチルエーテル)78gに溶解させた溶液と1N塩酸2gを2-メトキシエタノール48gに溶解させた溶液とを混合し、4時間攪拌混合してゾル溶液を形成させた。このゾル溶液を、平均粒径0.69mm(30〜20メッシュ)のけい砂(関東化学製品)表面上に被覆、乾燥後、500℃の空気中で1時間アニールし、けい砂担体表面にアナターゼ型酸化チタンの被覆層を形成させた光触媒構造体を得た。この被覆層厚は0.04μmであった。
【００１９】
この光触媒構造体と1枚の金属製網状体(SUS316製、単線平織、縦目開0.36mm、横目開0.63mm、空間率39.7%)とを、エポキシ樹脂系接着剤(住友スリーエム製品DP-110クリア)を用いて接着し、網状体の一方の面側に光触媒構造体を固定化させた。
【００２０】
図2には、このようにして得られた光触媒ロ材10の使用例が示されており、光触媒構造体3に直接光が照射されるように、ブラックライト光源20が設置されている。この場合、光触媒構造体3とブラックライト光源20との間は空気層のみとなるため、光エネルギーの損失は少ない。
【００２１】
このようにして作製された光触媒ロ材について、アセトアルデヒド除去試験を行った。ブラックライト光源を点灯し、紫外線(主放射波長365nm)を光触媒ロ材に照射しながら、空気希釈により濃度を1ppmとしたアセトアルデヒドガスを光触媒ロ材の上流側(光源側)に供給し、下流側(光触媒ロ材側)で処理後のガスを採取してガスクロマトグラフィーによるアセトアルデヒド濃度を測定すると、アセトアルデヒドの低減率は45.3%であった。
【００２２】
実施例２
実施例１において、接着剤として水ガラス(けい酸ナトリウム水溶液；キシダ化学製品ケイ酸ナトリウム水溶液3号)を400℃で硬化させたものを用い、光触媒ロ材10を作製した。得られた光触媒ロ材について、殺菌灯光源を点灯し、実施例１と同様に紫外線(主放射波長254nm)を照射して、アセトアルデヒドの低減率を測定したところ、44.2％であった。
【００２３】
また、殺菌灯光源を点灯し、紫外線(主放射波長254nm)を光触媒ロ材に照射しながら、アセトアルデヒドを含有していない標準空気(二酸化炭素濃度濃度0.1ppm未満)を光触媒ロ材の上流側(光源側)に供給し、下流側(光触媒ロ材側)で処理後のガスを採取してガスクロマトグラフィーによる二酸化炭素濃度を測定したところ、0.05ppm以下であり、接着層の光酸化による二酸化炭素の発生は認められなかった。
【００２４】
参考例
実施例1について、実施例2と同様に二酸化炭素濃度を測定したところ、0.32ppmであり、接着層の光酸化による二酸化炭素の発生が認められた。
【００２５】
比較例１
実施例1と同様の光触媒構造体3、2枚の金属製網状体5,5′およびブラックライト光源20を用い、図3に示すように、光触媒構造体3を金属製網状体5および5′の間に挟着した。この場合、光触媒構造体3とブラックライト20との間に金属製網状体5が配置されるため、金属製網状体5を通過する光エネルギーは減少する。
【００２６】
このようにして作製した光触媒ロ材を用いてのアセトアルデヒド除去性能を実施例1と同様に測定すると、アセトアルデヒド低減率は27.2%であった。
【００２７】
比較例２
実施例2と同様の光触媒構造体3、2枚の金属製網状体5,5′および殺菌灯光源20を用い、図3に示すように、光触媒構造体3を金属製網状体5および5′の間に挟着した。この場合、光触媒構造体3と殺菌灯光源20との間に金属製網状体5が配置されるため、金属製網状体5を通過する光エネルギーは減少する。
【００２８】
このようにして作製した光触媒ロ材を用いてのアセトアルデヒド除去性能を実施例2と同様に測定すると、アセトアルデヒド低減率は20.8%であった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光触媒ロ材を模式的に示した図である。
【図２】実施例の光触媒ロ材を用いた光処理方法を模式的に示した図である。
【図３】比較例の光触媒ロ材を用いた光処理方法を模式的に示した図である。
【符号の説明】
１          けい砂
２          光触媒
３          光触媒構造体
４          接着層
５，５′    金属製網状体
10          光触媒ロ材
20          光源
【図１】
0004348901.tif 000002
【図２】
0004348901.tif 000003
【図３】
0004348901.tif 000004