(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス繊維に光触媒の粒子を、その全量に対して１．０〜２０ｗｔ％の含有水を存在した状態で担持する構成であり、前記含有水が、コロイダルシリカ又はアルミナゾルを含んでいることを特徴とするガス浄化処理用光触媒機能体。
【請求項２】
ガラス繊維と、光触媒の粒子と、水とを混合又は練り合わせ、この混合練り合わせ物を、その全量に対して含有水分が１．０〜２０ｗｔ％になるように乾燥することを特徴とするガス浄化処理用光触媒機能体の製造方法。
【請求項３】
前記請求項２の記載において、水が、コロイダルシリカ又はアルミナゾルを含む水溶液であることを特徴とするガス浄化処理用光触媒機能体の製造方法。
【請求項４】
ガラス繊維に光触媒の粒子を水で担持して成る光触媒機能体を、紫外線光源と一緒に、処理ガスの流れの中に配設して成るガス浄化処理方法において、
前記処理ガスの湿度を、７０〜９８％に維持することを特徴とする光触媒機能体を使用したガス浄化処理方法。
【請求項５】
ガラス繊維に光触媒の粒子をコロイダルシリカ又はアルミナゾルを含む水溶液で担持して成る光触媒機能体を、紫外線光源と一緒に、処理ガスの流れの中に配設して成るガス浄化処理方法において、
前記処理ガスの湿度を、４０〜９８％に維持することを特徴とする光触媒機能体を使用したガス浄化処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラス繊維に酸化チタン等の光触媒の粒子を担持して成るガス浄化処理用光触媒機能体と、その製造方法と、この光触媒機能体を使用したガス浄化処理方法とに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、ガラス繊維等の繊維に酸化チタン等の光触媒の粒子を担持した光触媒機能体を、紫外線の光源と一緒に、ガスの流れの中に配設することによって、ガスの脱臭、有害成分の分解又は殺菌等の浄化処理を行うことが種々提案されている。
【０００３】
この光触媒機能体におけるガス浄化の処理能力は、ガラス繊維等の繊維に、単位重量当たり担持されている光触媒粒子の量、ひいては、繊維に単位重量当たり担持されている光触媒粒子の表面積に比例することは容易に理解できるところである。
【０００４】
ところで、このように、繊維に光触媒の粒子を担持して成る光触媒機能体は、紫外線の光源と一緒に、ガスの流れの中に設置することによって使用されるものであるから、前記光触媒の粒子は繊維に対して、この光触媒の粒子がガス流によって持ち去れることがないような状態にして担持することが必要である。
【０００５】
そこで、従来は、ガラス繊維等の適宜材料の繊維を、光触媒粒子のゾル又はスラリー液、或いは、光触媒の水溶液に浸漬したのち引き揚げて乾燥し、次いで、焼き付けるという方法と、ポリエチレンテレフタレート等の繊維原料に、光触媒の粒子を混合し、この繊維原料を溶融紡糸装置にかけて繊維に加工するという方法を採用することにより、光触媒の粒子が繊維から持ち去られることがないように担持している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前者の方法は、繊維を光触媒粒子のゾル又はスラリー液、或いは、光触媒の水溶液に浸漬して乾燥・焼き付けるという方法であることにより、繊維に担持される光触媒の粒子は、繊維における全表面のうち極く一部の表面に焼き付けにて固着する粒子に限られるから、繊維に単位重量当たり担持することができる光触媒粒子の量は可成り少ないのである。
【０００７】
また、後者の方法は、繊維原料に、予め光触媒の粒子を混合し、この繊維原料を繊維に加工するという方法であることにより、繊維原料に混合できる光触媒粒子の量には一定の限界値が存在するばかりか、光触媒粒子の一部は繊維に埋め込まれた状態になっていることから、光触媒粒子のうち処理ガスが接触する表面積が小さくなるのである。
【０００８】
つまり、従来の方法においては、いずれも、繊維にその単位重量当たり担持されている光触媒粒子の表面積を大きくすることができないから、その単位重量当たりの処理能力が低く、所定の処理能力を得るには、光触媒機能体の使用量を多く必要があり、従って、装置を大型化しなければならないのである。
【０００９】
本発明は、ガラス繊維に光触媒の粒子を担持するに際しては、含有水分の存在が重要であることに着目して、このことを利用して、前記従来の問題を解消することを技術的課題とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この技術的課題を達成するため本発明におけるガス浄化処理用光触媒機能体は、
「ガラス繊維に光触媒の粒子を、その全量に対して１．０〜２０ｗｔ％の含有水を存在した状態で担持する構成であり、前記含有水が、コロイダルシリカ又はアルミナゾルを含んでいることを特徴とする。」
とするものである。
【００１１】
また、本発明におけるガス浄化処理用光触媒機能体の製造方法は、
「ガラス繊維と、光触媒の粒子と、水とを混合又は練り合わせ、この混合練り合わせ物を、その全量に対して含有水分が１．０〜２０ｗｔ％になるように乾燥することを特徴とする。」
とするものである。
【００１２】
更にまた、本発明におけるガス浄化処理方法は、
「ガラス繊維に光触媒の粒子を水で担持して成る光触媒機能体を、紫外線光源と一緒に、処理ガスの流れの中に配設して成るガス浄化処理方法において、
前記処理ガスの湿度を、７０〜９８％に維持することを特徴とする。」
とするものである。
【００１３】
なお、ここにおける光触媒には、酸化チタン（TiO2) に限らず、ZnO 、SrTiO3、CdS 、CdO 、CaP 、InP 、In2O3 、CaAs、BaTiO3等が使用できることはいうまでもない。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態について説明する。
【００１５】
先ず、繊維径１０ミクロンのガラス繊維を０．２６ｇと、Ｘ線による平均粒径が７ｎｍ程度の酸化チタン（TiO2) の粉末１．４３ｇと、水３．４ｇとを用意して、これら三者を混合又は練り合わせる。
【００１６】
この混合又は練り合わせに際しては、先に、酸化チタンの粉末と水とを混合して、スラリーとし、このスラリーとガラス繊維とを練り合わせるようにしても良く、また、三者を同時に、混合又は練り合わせるようにしても良い。
【００１７】
この混合又は練り合わせ物を、加熱炉内に入れて、加熱することにより、適宜の含有水分を残すように乾燥して、光触媒機能体を得る。
【００１８】
この三者の混合又は練り合わせに際し、水に対して酸化チタンを混合したスラリー濃度は、１０〜５０ｗｔ％にすることが好ましく、スラリー濃度が前記１０ｗｔ％未満のときには、スラリーがいわゆるさらさらの状態になるからガラス繊維と練り合わせした後で、スラリーがガラス繊維から簡単に垂れ落ちる等して分離するのであり、また、スラリー濃度が前記５０ｗｔ％を越えるときには、ガラス繊維に対して均一に練り合わせることができなくなるのであった。
【００１９】
更にまた、ガラス繊維に対する前記スラリーの混合割合は、３〜２５ｗｔ％にすることが好ましかった。
【００２０】
次に、図１に示すように、ガラス製下部容器１に着脱自在に接合したガラス製上部容器２内に、前記のようにして得た光触媒機能体３を装填し、両容器１，２の全体に対して毎秒当たり４回７ｍｍだけ上下動する振動を５分間にわたって付与することにより、下部容器１の底１ａに、前記光触媒機能体３から剥離・落下して溜まる酸化チタンの粉末の量を測定する実験を、前記光触媒機能体３における含有水分を種々変えた場合について行った。
【００２１】
その結果は、図２に示す通りであった。
【００２２】
すなわち、前記光触媒機能体３の製造に際して、その含有水分を０とするように完全に乾燥した場合には、この光触媒機能体３から可成りの量の酸化チタン粉末が剥離・落下することが認められたが、光触媒機能体３から剥離・落下する酸化チタン粉末の量は、前記光触媒機能体３における含有水分に反比例して減少することが認められ、含有水分を１．０ｗｔ％にした場合、光触媒機能体３からの酸化チタン粉末の剥離・落下は著しく少なくなり、特に、含有水分を１．４ｗｔ％以上にすることにより、酸化チタン粉末の剥離・落下は大幅に少なくなるのであった。
【００２３】
しかし、前記光触媒機能体３における含有水分が多くなると、前記光触媒機能体３に対するガスの浸透性が低下することになることから、前記含有水分の上限値は、その後における実験によると、２０ｗｔ％であり、特に好ましいのは８〜１５ｗｔ％であることが判った。
【００２４】
これらの結果より、ガラス繊維に、光触媒である酸化チタンの粉末を担持するに際して、その全量に対して１．０〜２０ｗｔ％の含有水分（最も好ましいのは１．４〜１５ｗｔ％）を存在させるか、或いは、ガラス繊維、酸化チタンの粉末及び水とを混合又は練り合わせ、この混合又は練り合わせ物を乾燥するに際して、その含有水分が１．０〜２０ｗｔ％になるように乾燥することにより、ガラス繊維に対して、酸化チタンの粉末を、前記従来のように焼き付け又は繊維への埋め込みによる場合と比較にならないほど多量に、且つ、処理ガスによって持ち去られることがない状態にして担持することができるのである。
【００２５】
特に、その後における実験によると、ガラス繊維と、酸化チタン粉末と、水との三者を混合又は練り合わせに際して、その水として、コロイダルシリカ又はアルミナゾルを含む水溶液を使用することにより、この水溶液中におけるコロイダルシリカ又はアルミナゾルが、ガラス繊維に対して酸化チタン粉末を結合するという作用を行うから、光触媒機能体３から酸化チタン粉末が剥離・落下することを、より大幅に抑制することができるのであった。
【００２６】
すなわち、実験例として、日産化学工業株式会社から商品名「スノーテックスＯ」として市販されているコロイダルシリカの水溶液（無水珪酸を２０〜２１ｗｔ％と、酸化ナトリウムを０．０４ｗｔ％以下とを含み、ＰＨが２〜４の水溶液）を使用した場合、含有水分が約１０ｗｔ％になるまで乾燥したとき、酸化チタン粉末の光触媒機能体３からの剥離・落下を、コロイダルシリカを含まない水だけを約１０ｗｔ％を含む場合に比べて、約１０分の１に抑制することができるのであった。
【００２７】
また、三者の混合又は練り合わせに、このようなコロイダルシリカの水溶液を使用することにより、前記スラリー濃度の下限を、１０ｗｔ％から３ｗｔ％にまで下げることができ、これにより、酸化チタンの粉末と水溶液とを混合したスラリーが更にさらさらの状態になるが、ガラス繊維と練り合わせした後で、スラリーがガラス繊維から簡単に垂れ落ちる等して分離することが少なくなるから、このスラリーをガラス繊維と混合又は練り合わせる作業性を向上できるばかりか、この混合又は練り合わせたものを、以下に述べるように所定の形状に成形するときの作業性を向上できるのであった。
【００２８】
ところで、前記した光触媒機能体３を使用しての一般的なガス浄化処理装置は、図３及び図４に示すように、内径Ｄで長さＬのパイプ状ホルダー部材４内に、前記光触媒機能体３をパイプ状にして装填し、更に、この中心に紫外線蛍光灯５を挿入し、この蛍光灯５と、前記光触媒機能体３との間の環状通路に、処理ガスを、前記ホルダー部材４の一端における入り口ヘッダー６から導入したのち他端における出口ヘッダー７から流出するという構成にされることは周知の通りである。
【００２９】
このように一般的なガス浄化処理装置において、光触媒機能体３は、パイプ状のホルダー部材４内にパイプの形態にして装填されることから、パイプ状に形成にして製造することが必要であり、この光触媒機能体３をパイプ状の形状にして製造するに際しては、以下に述べるような各種の方法を採用することができる。
【００３０】
すなわち、第１の方法は、図５に示すように、前記ガラス繊維、酸化チタン（TiO2) の粉末及び水又はコロイダルシリカ等を含む水溶液との三者の混合又は練り合わせ物３′を、平面板８の上面において適宜厚さの板状に延ばし、この状態で含有水分が１．０〜２０ｗｔ％になるように加熱・乾燥したのち、前記平面板８から型抜き（剥離）する。
【００３１】
或いは、図６に示すように、前記三者の混合又は練り合わせ物３′を、トレイ９内に入れて適宜厚さの板状に延ばし、この状態で含有水分が１．０〜２０ｗｔ％になるように加熱・乾燥したのち、トレイ９から型抜き（剥離）することにより、図７に示すように、適宜厚さの板状の光触媒機能体３ａを得て、次いで、この板状の光触媒機能体３ａを、パイプ状に巻き付けて、図３に示される直径Ｄで長さＬで且つ厚さＴのパイプ状の光触媒機能体３を得るという方法である。
【００３２】
また、第２の方法は、図８に示すように、内径Ｄで長さＬのパイプを縦方向に沿って二つ割りにして成る断面半円形の型枠１０を用意し、次いで、図９に示すように、この型枠１０の内面に、前記三者の混合又は練り合わせ物３′を、板状に延ばしながら厚さＴにして張り付け、この状態で含有水分が１．０〜２０ｗｔ％になるように加熱・乾燥したのち、前記型枠１０から型抜きすることにより、図１０に示すように、半割りパイプ状の光触媒機能体３ｂを得て、この半割りパイプ状の光触媒機能体３ｂの二本を合わせることにより、図１１に示すように、直径Ｄで長さＬで且つ厚さＴのパイプ状の光触媒機能体３を得るという方法である。
【００３３】
更にまた、第３の方法は、前記ガス浄化処理装置におけるパイプ状のホルダー部材４を、図１２に示すように、二つの半割りパイプ体４′に縦割りし、この両半割りパイプ体４′の内面に、図１３に示すように、前記三者の混合又は練り合わせ物３′を、板状に延ばしながら厚さＴにして張り付けたのち、この状態で含有水分が１．０〜２０ｗｔ％になるように加熱・乾燥し、次いで、前記両半割りパイプ体４′を合わせることにより、前記ホルダー部材４を、その内面にパイプ状の光触媒機能体３を装填した状態にして構成するという方法である。
【００３４】
加えて、第４の方法は、図１４に示すように、棒状の中子型１１を使用し、この棒状中子型１１の外周面に、前記三者の混合又は練り合わせ物３′を、厚さＴに巻き付け、この状態で含有水分が１．０〜２０ｗｔ％になるように加熱・乾燥したのち、前記中子型を引き抜くことにより、直径Ｄで長さＬで且つ厚さＴののパイプ状の光触媒機能体３を得るという方法である。
【００３５】
これら四つの方法のうち、特に、第１、第２及び第４の方法は、加熱・乾燥した後での型抜き又は離型に際して、若干の酸化チタン粉末がガラス繊維から脱落することになるが、第３の方法は、光触媒機能体３を、これを装着するホルダー部材４の表面に付着させた状態で製造することにより、加熱・乾燥した後での型抜き又は剥離を必要とすることなく、そのままでガス浄化に使用できるから、その製造中において、酸化チタンの粉末がガラス繊維から脱落することを確実に回避でき、より多くの酸化チタン粉末を担持させることができる利点を有する。
【００３６】
以上のように、加熱・乾燥にて含有水分が１．０〜２０ｗｔ％にすることに代えて、三者を混合又は練り合わせるときにおいて含有水分が１．０〜２０ｗｔ％になるようにしても良い。
【００３７】
そして、本発明による光触媒機能体は、前記したように、処理ガスの流れに曝して（接触して）使用されることにより、この光触媒機能体における含有水分を、常に、前記したように、１．０〜２０ｗｔ％に維持することができるか否かが問題になる。
【００３８】
そこで、本発明者は、前記図１に示す実験装置を使用し、図１５に示すように、その上部容器２内に、適宜湿度に調整した大気圧の空気を、入り口２′から毎分１リットルずつ供給し、酸化チタンの粉末を水のみで担持して成る光触媒機能体３を通過したのち下部容器１における出口１′から排出するという実験を行ったところ、前記入り口２′から供給する空気の２５℃における湿度と、前記光触媒機能体３における含有水分との間には、図１６に示すような関係を有することが判った。
【００３９】
すなわち、前記光触媒機能体３における含有水分を１．０ｗｔ％に維持するためには、空気の湿度を、少なくとも７０％以上にすることが必要であり、空気の湿度が９８％を越える場合には、前記光触媒機能体３において結露が発生し、この光触媒機能体３における含有水分が、短い時間で１０ｗｔ％を越えるという現象が認められたことから、処理ガスの湿度を、７０〜９８％にすることにより、前記光触媒機能体３における含有水分を１．０〜２０ｗｔ％に維持することができることが判った。
【００４０】
従って、前記図３及び図４に示すガス浄化処理装置において、酸化チタンの粉末を水のみで担持して成る光触媒機能体３を使用する場合には、その入り口ヘッダー６への処理ガス供給管路１２中に、加湿又は除湿を行う湿度調整装置１３を設けて、処理ガスの湿度を常時前記７０〜９８％に保つように調整するという構成にすることにより、光触媒機能体３における酸化チタン粉末の消失を少なくできる状態のもとで、長時間にわたって連続運転できるのである。
【００４１】
また、本発明者のその後における実験によると、前記図３及び図４に示すガス浄化処理装置において、前記したように、酸化チタンの粉末を日産化学工業株式会社から商品名「スノーテックスＯ」として市販されているコロイダルシリカの水溶液を使用して担持して成る光触媒機能体３を使用した場合には、処理ガスにおける湿度の下限を４０％にしても、光触媒機能体３における酸化チタン粉末の消失を少なくできる状態のもとで、長時間にわたって連続運転できるのであった。
【００４２】
次に、本発明者は、前記図３及び図４に示すガス浄化処理装置において、酸化チタンの粉末を水のみで担持して成る光触媒機能体３を使用して実際のガス浄化処理を行った。
【００４３】
すなわち、図１７に示すように、入り口ヘッダー６と出口ヘッダー７との間におけるパイプ状ホルダー部材４の内径Ｄを１８ｍｍに長さＬを２５０ｍｍにする一方、前記入り口ヘッダー６と出口ヘッダー７とを接続するガス循環管路１４中に、内容積１リットルの空気タンク１５、送風フアン１６及び二つの三方切換弁１７，１８を設け、この空気タンク１５内に充填した湿度約８０％／２５℃の空気に、アセトアルデヒドを、その濃度が約１０００ｐｐｍになるように注入し、最初は、前記空気タンク１５内の空気を、両切換弁１７，１８の操作にて、前記ホルダー部材４内に通過させることなく、入り口ヘッダー６と出口ヘッダー７とに対するバイパス通路１９を通って循環させ、濃度が安定になった状態で、前記両切換弁１７，１８の操作にて、入り口ヘッダー６から前記ホルダー部材４内に流入したのち出口ヘッダー７から出ていくように毎分３リットルずつ循環し、この循環空気におけるアセトアルデヒドの濃度を、５分間隔で測定する実験を行った結果は、図１８に示す通りであった。
【００４４】
前記ホルダー部材４の内面に光触媒の水溶液を直接に塗布・乾燥した場合、前記循環空気のアセトアルデヒドの濃度の減衰は、点線の曲線Ａで示す通りであり、また、金網に光触媒の水溶液を塗布・乾燥し、この金網を、前記ホルダー部材４内に装填した場合、前記循環空気のアセトアルデヒドの濃度の減衰は、二点鎖線の曲線Ｂで示す通りであった。
【００４５】
これに対し、前記ホルダー部材４内に、前記本発明の方法によって得た、直径Ｄ＝１８ｍｍで長さＬ＝２５０ｍｍで且つ厚さＴ＝１．５ｍｍのパイプ状光触媒機能体３を装填した場合、前記循環空気のアセトアルデヒドの濃度の減衰は、実線の曲線Ｃで示すように、前記二つの場合よりも大幅に改善でき、ガス浄化処理を高能率で行うことができるのであった。
【００４６】
また、ガス処理装置としては、前記図３に示すように、パイプ状にした光触媒機能体３内に、紫外線蛍光灯５を設けて処理ガスを軸線方向に流すように構成した場合に限らず、図１９に示すように、断面角形又は丸形のパイプ状にした光触媒機能体３内に、紫外線蛍光灯５を設けて、処理ガスを矢印で示すように軸線方向と直角の方向、つまり、前記パイプ状にした光触媒機能体３を横断して通過するように流すという構成にしても良いのである。なお、この図１９に示すパイプ状の光触媒機能体３は、図示していないが、外周面及び内周面が金網等の多孔板にて覆われている。
【００４７】
【発明の効果】
以上の通り、本発明における光触媒機能体は、酸化チタン等の光触媒の粉末をガラス繊維に対して、１．０〜２０ｗｔ％の含有水分の存在によって担持するものであるから、前記光触媒の粉末を、処理ガスの流れに持ち去されない状態のもとで、前記従来のように焼き付け又は繊維への埋め込みによる場合と比較にならないほど多量に担持することができる。
【００４８】
特に、前記した１．０〜２０ｗｔ％の含有水に、コロイダルシリカ又はアルミナゾルを含ませることにより、光触媒の粉末の消失を著しく少なくできるから、光触媒機能体における耐久性を大幅に向上できる。
【００４９】
また、本発明における光触媒機能体の製造方法によると、前記光触媒機能体を容易に製造できる。
【００５０】
更にまた、本発明におけるガス浄化方法によると、前記光触媒機能体における含有水分を１．０〜２０ｗｔ％に維持した状態でガスの浄化処理を連続して行うことができるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】光触媒粉末の落下をテストする装置の縦断正面図である。
【図２】その落下テストの結果を示す図である。
【図３】ガス浄化処理装置を示す縦断正面図である。
【図４】前記図３のガス浄化処理装置において光触媒機能体と光源との関係を示す斜視図である。
【図５】前記光触媒機能体の第１の製造方法を示す斜視図である。
【図６】前記第１の製造方法の変形例を示す縦断正面図である。
【図７】前記第１の製造方法にて得た板状の光触媒機能体を示す斜視図である。
【図８】前記光触媒機能体の第２の製造方法において使用する型枠を示す斜視図である。
【図９】前記第２の製造方法を示す斜視図である。
【図１０】前記第２の製造方法にて得た半割りパイプ状の光触媒機能体を示す斜視図である。
【図１１】前記第２の製造方法において、二つの半割りパイプ状光触媒機能体を合わせて成るパイプ状光触媒機能体を示す斜視図である。
【図１２】前記光触媒機能体の第３の製造方法においてホルダー部材を二つ割りにした状態を示す斜視図である。
【図１３】前記第３の製造方法を示す斜視図である。
【図１４】前記光触媒機能体の第４の製造方法を示す斜視図である。
【図１５】前記図１の装置を使用して、光触媒機能体の含有水分とガス湿度の関係をテストをして状態を示す図である。
【図１６】光触媒機能体の含有水分とガス湿度の関係を示す図である。
【図１７】前記図３のガス浄化処理装置を使用してガス浄化処理を行っている状態を示す図である。
【図１８】前記図１７の結果を示す図である。
【図１９】ガス浄化処理装置の別の例を示す斜視図である。
【符号の説明】
３                        光触媒機能体
４                        ホルダー部材
５                        紫外線蛍光灯
６                        入り口ヘッダー
７                        出口ヘッダー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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