(57)【要約】【課題】フッ素含有酸化チタンを含む光触媒性部材への触媒反応に必要な光量を確保し、高温高湿条件下でも、フッ素含有酸化チタンを含む光触媒性部材のフッ素濃度の低下を抑制する、フッ素含有酸化チタンを含む光触媒性部材を備えた空質浄化装置の運転方法を提供すること。【解決手段】少なくともフッ素含有酸化チタンを含む光触媒性部材と、紫外線を照射する光源と、ファンを備えた空質浄化装置の運転停止期間において、所定時間おきに、前記光触媒性部材に紫外線を間欠的に照射すると共に、前記光触媒性部材の表面温度が所定値以上になった時に、前記光触媒性部材を冷却する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
フッ素含有酸化チタンを含む光触媒性部材と、紫外線を照射する光源と、ファンと、を備えた空質浄化装置の運転方法であって、
運転停止期間において所定時間おきに、前記光触媒性部材に紫外線を間欠的に照射することを特徴とする、空質浄化装置の運転方法。
【請求項２】
前記光触媒性部材の表面温度が所定値以上になったときに、前記光触媒性部材を冷却することを特徴とする、請求項１に記載の空質浄化装置の運転方法。
【請求項３】
前記光触媒性部材の表面温度が４０℃を超えたときに、前記光触媒性部材を冷却することを特徴とする、請求項２に記載の空質浄化装置の運転方法。
【請求項４】
前記光触媒性部材の冷却方法が、前記ファンにより送風することを特徴とする、請求項２または３に記載の空質浄化装置の運転方法。
【請求項５】
前記光触媒性部材の冷却方法が、前記紫外線を照射する光源の運転を停止することを特徴とする、請求項２または３に記載の空質浄化装置の運転方法。
【請求項６】
前記光触媒性部材のフッ素含有量が、酸化チタン量に対して２．５重量％以上であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の空質浄化装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フッ素含有酸化チタンを含む光触媒性部材を備えた空質浄化装置の運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、酸化チタンを含む光触媒性部材は、殺菌や脱臭、防汚等の目的により、様々な場面で実用化されている。その使用場所は、触媒反応に必要な光量を確保しやすい屋外に限られず、光量を確保しにくい屋内でも、光触媒性部材の近傍に光源を設けること等により、使用することができる。
【０００３】
例えば、殺菌や脱臭等を目的とした屋内の装置で、光触媒性部材の触媒反応を十分に発現させるには、その装置内に光源（紫外線ランプ）を設置すればよい。しかしながら、酸化チタンの活性が低いと、その光源の出力を大きくする必要が生じ、ランニングコストが高くなる。そのため、高い活性を有する酸化チタンを含む光触媒性部材の開発が行われている。
【０００４】
酸化チタンを含む光触媒性部材の活性を高める方法として、酸化チタンを含む光触媒性部材にフッ素を含有させることが提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２、および、特許文献３）。
【特許文献１】特開２００２−２８４９４号公報
【特許文献２】特開２００２−１３６８７８号公報
【特許文献３】特開２００３−２２６５５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般に、フッ素含有酸化チタンの表面では、化学結合したフッ素と空気中に含まれる水分との交換反応により、酸化チタン中のフッ素含有量が減少する。上記交換反応は、比較的容易に起こる可逆反応であるため、高温高湿条件下にフッ素含有酸化チタンを長期間放置すると、酸化チタン中のフッ素含有量が減少し、ひいては光触媒性部材の活性が低下するという問題がある。特に、フッ素含有酸化チタンを含む光触媒性部材と光源とが一緒に収納された装置では、光源がフッ素含有酸化チタンを含む光触媒性部材の表面温度を上昇させ、フッ素含有量の減少をさらに促進させることになる。上記従来の方法では、フッ素により酸化チタンを含む光触媒性部材の活性を向上させることはできるが、フッ素含有酸化チタンを含む光触媒性部材の特性を考慮した、上記問題に対処できるデバイスの運転方法については何ら提案されておらず、上記光触媒性部材の高い活性を長期間持続することができなかった。
【０００６】
また、長時間にわたって、フッ素含有酸化チタンを含む光触媒性部材に紫外線が照射されなかった場合、上記光触媒性部材の表面が空気中に漂う化学物質により被覆され、実際に紫外線照射による脱臭を試みる際には、上記光触媒性部材の高い脱臭性能を示すことができなかった。
【０００７】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、高温高湿条件下でも、フッ素含有量の減少を抑制することができる、フッ素含有酸化チタンを含む光触媒性部材を備えた空質浄化装置の運転方法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】
【０００８】
前記従来の課題を解決するために、本発明の空質浄化装置の運転方法は、フッ素含有酸化チタンを含む光触媒性部材と、紫外線を照射する光源と、ファンとを備えた空質浄化装置の運転方法であって、運転停止期間において所定時間おきに、上記光触媒性部材に紫外線を間欠的に照射することを特徴とする。
【０００９】
本構成により、大気中に浮遊する化学物質が光触媒性部材に吸着しても、紫外線の間欠照射によって吸着した化学物質を分解することができるため、上記光触媒性部材の脱臭能力の低下を抑制し、長期間にわたって高い脱臭性能を持続させることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の空質浄化装置の運転方法によれば、空質浄化装置が長期にわたって使用されなかった場合においても、フッ素含有酸化チタンを含む光触媒性部材の劣化を防止することができる。
【００１１】
さらに、高温高湿条件下で運転する場合においても、フッ素含有量の減少を抑制することができるため、フッ素含有酸化チタンを含む光触媒性部材の高い活性を長期間持続することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明における「光触媒性部材」とは、紫外線等の光を照射することによって、触媒活性を示す物質を示す。具体的には、光を照射することによって、種々の有機物質や無機物質の分解除去や殺菌等を行うことができる物質、例えば、アセトアルデヒドやメルカプタン類等の悪臭成分の分解除去、菌類や藻類の殺菌除去、窒素酸化物の酸化分解除去、および、ガラスの超親水性化による防汚機能の付与等に、好適に用いることができる物質を意味する。
【００１３】
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。
【００１４】
（実施の形態１）
＜光触媒性部材３の脱臭性能評価用モジュール＞
図１は、本発明の実施の形態１に係る光触媒性部材３の脱臭性能評価用モジュールを示す図である。本実施の形態１における光触媒性部材３の活性評価は、上記モジュールを用いて、アセトアルデヒドに対する脱臭性能を測定することにより行う。
【００１５】
図１に示すように、本実施の形態１に係る光触媒性部材３の脱臭性能評価用モジュールは、ボックス１（アクリル製、内容積１００Ｌ）、測定装置筐体２、撹拌用ファン４、ブラックライトブルー蛍光灯５、熱電対７、および、制御装置（図示せず）により構成されている。
【００１６】
ボックス１の内部には、測定装置筐体２と撹拌用ファン４が設置され、測定装置筐体２の内部には、光触媒性部材３（６０ｍｍ×６０ｍｍ）が挿入されている。また、測定装置筐体２の下部には、ボックス１内のガスが光触媒性部材３を通過するように、ファン６が備えられている。
【００１７】
光触媒性部材３の真上には、ブラックライトブルー蛍光灯５（６Ｗ、松下電器産業（株）製）が、約５０ｍｍの間隔で５本設置されており、プルーブ（ＵＶＳ３６５、ウシオ電機（株）製）で照射時の光の強度が１．０ｍＷ／ｃｍ２となるように、光触媒性部材３までの距離が予め調節されている。また、光触媒性部材３の表面には、熱電対７が設置され、光触媒性部材３の表面温度を検出する。
【００１８】
ボックス１の外部には、制御装置（図示せず）が設けられており、熱電対７が光触媒性部材３の表面温度が所定値に達したと検知すると、ブラックライトブルー蛍光灯５を消灯する、または、ファン６の運転を停止させる。
【００１９】
＜光触媒性部材３の脱臭性能評価実験＞
光触媒性部材３による脱臭性能を測定するための実験は、以下の方法で行う。
【００２０】
ボックス１内に相対湿度が５％以下の乾燥空気を導入しながら、撹拌用ファン４を３０分間ほど回転させることによって、ボックス１内を乾燥空気に置換する。その後、ボックス１内のアセトアルデヒド濃度が約１０ｐｐｍとなるように、窒素希釈のアセトアルデヒド５２４ｐｐｍ標準ガスを１．８０Ｌ、ボックス１内に導入する。アセトアルデヒドの導入直後、撹拌用ファン４を停止する。
【００２１】
撹拌用ファン４の停止とほぼ同時に、ブラックライトブルー蛍光灯５を点灯させるとともに、測定装置筐体２のファン６を回転させる。ファン６の回転後、３分毎の自動サンプリング装置を備えたガスクロマトグラフ（ＧＣ−１４Ｂ、（株）島津製作所製）をスタートさせる。サンプリングは、１サンプリング／３分の頻度で、１時間継続して行う。ガスクロマトグラフでは、カラムとしてＧａｓｋｕｒｏｐａｃｋ５６（ジーエルサイエンス（株）製）を使用する。
【００２２】
本実施の形態１において、光触媒性部材３の脱臭能力は、吸着剤による吸着脱臭能力と光触媒性部材３による分解脱臭能力との合計であり、脱臭速度係数が大きいほど、優れた脱臭能力を有しているとして評価する。ここで、「脱臭速度係数」とは、アセトアルデヒド濃度の時間変化を対数近似し、その傾きの絶対値として定義する。脱臭速度係数は、上記吸着脱臭能力と上記分解脱臭能力とを切り分けて、アセトアルデヒド濃度を用いて算出する。なお、本実施の形態１では、光触媒性部材３による分解脱臭能力を正確に評価するために、開始０分から３分後までのアセトアルデヒド濃度ではなく、開始３分後から１５分後までのアセトアルデヒド濃度を用いた。
【００２３】
＜酸化チタンに含まれるフッ素濃度の測定方法＞
本実施の形態１における光触媒性部材３の構成要素の１つである、酸化チタンに含まれるフッ素濃度の測定は、以下の方法で行う。
【００２４】
秤量した光触媒性部材３（約５〜８ｍｇ）に、助燃剤としての三酸化タングステン（６０ｍｇ）を添加し、アルゴン（２００ｍｌ／分）と酸素（４００ｍｌ／分）を燃焼ガスとして、自動試料燃焼装置（ＡＱＦ−１００、（株）ダイアインスツルメンツ製）で１０８０℃に加熱する。これにより発生したガスを、過酸化水素水（９００ｍｇ／Ｌ）と炭酸ナトリウム（３ｍＭ）の混合水溶液からなる吸収液に吸収させて、吸収液中のフッ化物イオンの濃度を、イオンクロマトグラフ法（ＩＣＳ−１５００、日本ダイオネクス（株）製）で測定する。
【００２５】
イオンクロマトグラフ法では、炭酸ナトリウム（２．７ｍＭ）と炭酸水素ナトリウム（０．３ｍＭ）の混合溶液からなる溶離液と、ガードカラムＡＧ１２Ａおよび分離カラムＡＳ１２Ａ（日本ダイオネクス（株）製）とを用いて、導電率を検出することにより、フッ化物イオン濃度を測定する。
【００２６】
図２は、本発明の実施の形態１に係る酸化チタンに含まれるフッ素濃度と脱臭速度係数との相関関係を示すグラフである。図２では、光触媒性部材３として、含有するフッ素濃度が０重量％、１．３重量％、３．７６重量％の酸化チタンをそれぞれ含む光触媒性部材３を用いた。
【００２７】
図２に示すように、フッ素濃度と脱臭速度係数とは、ほぼ比例関係にある。フッ素濃度の低下は、光触媒性部材３の脱臭速度係数の低下を意味するため、好ましいものではないが、例えば、フッ素濃度３．７６重量％含有の酸化チタンを含む光触媒性部材３の脱臭速度係数は、０．０１６３であり、高い数値を示す。許容される脱臭速度低下の下限を、上記脱臭速度係数の値の８０％に相当する０．０１３とすると、図２からも明らかなように、酸化チタンに含まれるフッ素濃度は、２．５重量％以上が好ましいということになる。
【実施例】
【００２８】
以下、実施例について説明する。
【００２９】
＜実施例Ａ＞
本実施例Ａでは、フッ素を酸化チタンに対して３．７６重量％含有の酸化チタンを含む光触媒性部材３を用いて、所定の温度（２５℃、４０℃、６０℃）、および、所定の相対湿度（３０％、５０％、９０％）にそれぞれ設定した恒温恒湿槽（ＰＬ−２ＫＰ、エスペック（株）製）内に７２時間入れた後、酸化チタンに含まれるフッ素濃度を測定した。
【００３０】
図３は、本実施例Ａにおける恒温恒湿槽内での光触媒性部材３の温度および湿度プロファイルである。図３に示すように、本実施例Ａにおける保管開始時間は、上記光触媒性部材３が所定の設定温度および設定湿度にともに達した直後（１時間後）からとした。
【００３１】
＜評価Ａ＞
図４に、恒温恒湿実験前のフッ素濃度３．７６重量％を１００とした時の、恒温恒湿実験後の酸化チタンに含まれるフッ素濃度を示す。本実施例Ａにおいては、恒温恒湿実験後のフッ素濃度が、９５≦恒温恒湿実験後のフッ素濃度≦１００の時、フッ素濃度は変化していないものと考えて、判定は「○」とした。一方、恒温恒湿実験後のフッ素濃度が、９５＞恒温恒湿実験後のフッ素濃度の時、フッ素濃度は減少したものと考えて、判定は「×」とした。
【００３２】
図４に示すように、恒温恒湿槽の設定温度が４０℃以下の条件では、全ての相対湿度において、フッ素濃度は９５以上となり、判定は「○」となった。一方、恒温恒湿槽の設定温度が６０℃の条件では、相対湿度３０％の時はフッ素濃度が９５以上となり、判定は「○」となったが、それ以外の相対湿度の時はフッ素濃度が約９０となり、判定は「×」となった。
【００３３】
以上より、フッ素含有酸化チタンを含む光触媒性部材３の表面温度を、所定値よりも低く保つことにより、高温高湿下においても、フッ素濃度の減少を抑制できることが分かった。
【００３４】
＜実施例Ｂ＞
本実施例Ｂでは、光触媒性部材３の脱臭性能評価実験を行った。本実施例Ｂにおける光触媒性部材３としては、フッ素を酸化チタンに対して３．７６重量％含有の酸化チタン、ゼオライト（東ソー（株）製）を含むフィルター、基材としてのガラス繊維、および、結着剤としてのコロイダルシリカ（日産化学工業（株）製）により作製されたものを用いた。触媒反応させるガスとしては、アセトアルデヒドを用いた。
【００３５】
図５は、本実施例Ｂにおける光触媒性部材３の脱臭性能評価実験のフローチャートである。図５に示すように、本実施例Ｂにおける光触媒性部材３の脱臭性能評価実験は、光触媒性部材３による脱臭テストを、後述する各諸条件の下で、１日（２４時間）に１回（実験時間約１時間）の頻度で１４日間行った。
【００３６】
（実施例１）
脱臭テスト開始時間から１２時間後に、ブラックライトブルー蛍光灯５を点灯し、１．０ｍＷ／ｃｍ２の強度で３０分間、光触媒性部材３に紫外線照射を行った。脱臭テスト時間（約１時間）および紫外線照射時間（３０分間）以外の時間帯においては、ブラックライトブルー蛍光灯５を消灯した。
【００３７】
（実施例２）
脱臭テスト開始時間から６時間後に、ブラックライトブルー蛍光灯５を点灯し、１．０ｍＷ／ｃｍ２の強度で３０分間、光触媒性部材３に紫外線照射を行った。さらに、紫外線照射開始時間から６時間後に、再びブラックライトブルー蛍光灯５を点灯し、１．０ｍＷ／ｃｍ２の強度で３０分間、光触媒性部材３に紫外線照射を行った。本実施例２においては、この紫外線照射時間（３０分間）を含む６時間毎のサイクルを１日に３回繰り返した。脱臭テスト時間（約１時間）および紫外線照射時間（３０分間×３回）以外の時間帯においては、ブラックライトブルー蛍光灯５を消灯した。
【００３８】
（実施例３）
脱臭テスト開始時間から３時間後に、ブラックライトブルー蛍光灯５を点灯し、１．０ｍＷ／ｃｍ２の強度で３０分間、光触媒性部材３に紫外線照射を行った。さらに、紫外線照射開始時間から３時間後に、再びブラックライトブルー蛍光灯５を点灯し、１．０ｍＷ／ｃｍ２の強度で３０分間、光触媒性部材３に紫外線照射を行った。本実施例３においては、この紫外線照射時間（３０分間）を含む３時間毎のサイクルを１日に７回繰り返した。脱臭テスト時間（約１時間）および紫外線照射時間（３０分間×７回）以外の時間帯においては、ブラックライトブルー蛍光灯５を消灯した。
【００３９】
（実施例４）
本実施例４においては、フィルターの表面温度が４０℃に達した時に、ファンの送風を行った。それ以外は、上記実施例１と同様に行った。
【００４０】
（実施例５）
本実施例５においては、フィルターの表面温度が４０℃に達した時に、ブラックライトブルー蛍光灯５を消灯した。それ以外は、上記実施例１と同様に行った。
【００４１】
（比較例１）
光触媒性部材３として、市販のフッ素を含有しない酸化チタン（ＳＳＰ−２５、堺化学工業（株）製）とゼオライト等により作製されたものを用いた。本比較例１においては、２４時間の脱臭性能評価実験の間に、脱臭テストのみで、紫外線照射は行わなかった。
【００４２】
（比較例２）
光触媒性部材３として、実施例１〜５で使用したフッ素含有酸化チタンを含む光触媒性部材３を用いた。本比較例２においては、２４時間の脱臭性能評価実験の間に、脱臭テストのみで、紫外線照射は行わなかった。
【００４３】
＜評価Ｂ＞
（表１）に、本実施例Ｂにおける初期のアセトアルデヒドに対する脱臭性能、１４日間の脱臭性能評価実験直後のアセトアルデヒドに対する脱臭性能、実験前のフッ素濃度３．７６重量％を１００とした時の１４日間の脱臭性能評価実験直後のフッ素濃度を示す。本実施例Ｂにおける光触媒性部材３の脱臭性能は、図１に示す光触媒性部材３の脱臭性能評価用モジュールを用いて得られた結果から、６畳部屋での脱臭能力に換算することで行った。
【００４４】
【表１】
2009291398.tif 000002
【００４５】
（表１）に示すように、実施例１〜３では、１４日間の脱臭性能評価実験直後のフッ素濃度がやや低下するものの、１４日後においても、光触媒性部材３の脱臭性能は維持された。
【００４６】
実施例４および５では、温度が４０℃に達した時にフィルターを冷却することで、１４日後においても、光触媒性部材３の高い脱臭性能が維持されるのみならず、１４日間の脱臭性能評価実験直後のフッ素濃度もほとんど低下せずに維持され、さらに好ましい結果となった。
【００４７】
一方、比較例１では、脱臭性能が低く、初回の脱臭テストにおいて、アセトアルデヒドに対する脱臭性能は９０％／ｈに満たなかった。これにより、比較例１は、１４日間サイクルの脱臭性能評価実験の比較対象外とし、実験は行わなかった。
【００４８】
また、比較例２では、初期のアセトアルデヒドに対する脱臭性能は９０％／ｈを満たすものの、１４日間の脱臭性能評価実験直後は満たさない結果となった。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明における空質浄化装置の運転方法は、フッ素含有酸化チタンを含む光触媒性部材の劣化およびフッ素濃度の低下を抑制して、長期的に高い活性を維持することができるので、脱臭、消臭、空気清浄等の目的で、高温高湿条件下において長期的に使用する装置等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施の形態１に係る光触媒性部材の脱臭性能評価モジュールを示す図
【図２】本発明の実施の形態１に係る酸化チタンに含まれるフッ素濃度と脱臭速度係数との相関関係を示すグラフ
【図３】本発明の実施の形態１における恒温恒湿槽内での光触媒性部材の温度および湿度プロファイルの図
【図４】本発明の実施の形態１における実験後の酸化チタンに含まれるフッ素濃度のグラフ
【図５】本発明の実施の形態１における光触媒性部材の脱臭性能評価実験のフローチャート
【符号の説明】
【００５１】
１    ボックス
２    測定装置筐体
３    光触媒性部材
４    撹拌用ファン
５    ブラックライトブルー蛍光灯
６    ファン
７    熱電対
【図１】
2009291398.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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