(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光触媒を可視光線に対して触媒作用が発現するよう改質する光触媒改質装置において、
面積の互いに異なる一対の電極と、
小さい面積の電極に接続され、一対の電極間にプラズマを発生させる高周波電源と、
３次元メッシュ状構造体からなり光触媒を担持する担体と、を備え、
大きい面積の電極はグランドに接地され、
担体は小さい面積の電極と大きい面積の電極とに挟まれ、小さい面積の電極と大きい面積の電極との双方の電極上に設置されていることを特徴とする光触媒改質装置。
【請求項２】
面積の互いに異なる一対の電極は、同軸状に配置されていることを特徴とする請求項１記載の光触媒改質装置。
【請求項３】
小さい面積の電極と大きい面積の電極との間に形成された空間は、担体が占める領域を除いた領域が、充てん物質で占められていることを特徴とする請求項１記載の光触媒改質装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する分野】
本発明は、プラズマを用いて光触媒を改質する光触媒改質装置に係り、とりわけ光触媒を可視光線に対して触媒作用が発現するよう改質する光触媒改質装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
二酸化チタンのように、酸化物半導体には紫外光照射下で強い酸化還元力を持つ、いわゆる光触媒と呼ばれるものがある。これらの光触媒は、抗菌、殺菌、防汚、脱臭およびＮＯｘ浄化等の機能を持っている。特に、二酸化チタンは、古くから白色の顔料として使用されてきた無害、安価な材料であることから、応用研究が盛んに行われ、多種多様な商品が開発されてきた。光触媒となる酸化物半導体は幾種類もある。以下、その代表例である二酸化チタンを例にとって説明する。
【０００３】
現在利用されている二酸化チタンは、紫外光照射で十分な触媒作用を発現するが、可視光によって生じる触媒作用は弱い。一方、二酸化チタンに対してプラズマ処理やイオン注入を施すことによって、可視光でも十分な触媒作用が発現することが見いだされている。第９回コロイド・界面実用講座予稿集「プラズマ処理による可視光応答型光触媒の開発と応用」や、特開平１１−３３３３０４、特開１１−３３３３０１、特開１１−３３３３００、特開２０００−１０３６４７のような参考文献には、このような方法により生成された二酸化チタンの性質が記載されている。
【０００４】
ところが、これまでは、主に、粉体や粒子状態の二酸化チタンを対象として改質してきた。実際に二酸化チタンを光触媒として使用する場合、粉体や粒子状のままで使うことは滅多になく、二酸化チタンを板やメッシュ等に担持して使用している。これまで、平面、円筒形基板あるいは３次元メッシュ状構造体に担持された二酸化チタンに対する処理方法は未だ開発されていない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来より、プラズマを用いた光触媒改質装置において、光触媒を粉体や粒状体として、可視光線に対して触媒作用が発現するよう改質する光触媒改質装置が知られている。
【０００６】
しかしながら、実際の使用頻度の高い、平面、円筒状基板および３次元メッシュ状構造体の担体に担持された光触媒を効率的に改質する光触媒改質製造装置について十分検討されていない。
【０００７】
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、プラズマの作用をより効果的に活用し、光触媒を可視光線に対して触媒作用が発現するよう効率的に改質することができる光触媒改質装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、光触媒を可視光線に対して触媒作用が発現するよう改質する光触媒改質装置において、面積の互いに異なる一対の電極と、小さい面積の電極に接続され、一対の電極間にプラズマを発生させる高周波電源と、を備え、大きい面積の電極はグランドに接地され、光触媒は、いずれかの電極上に設置され、一対の電極間に生ずるプラズマによって光触媒を改質することを特徴とする光触媒改質装置である。
【０００９】
本発明によれば、面積の互いに異なる一対の電極を用い、小さい面積の電極を高周波電源に接続し、大きい面積の電極をグランドに接地し、光触媒をいずれかの電極上に配置することにより、プラズマの作用をより効果的に活用できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
第１の実施の形態
以下、図１乃至図３を参照して本発明の第１の実施の形態を説明する。
【００１１】
図１は、本発明による光触媒改質装置の第１の実施の形態を示す図である。
【００１２】
図１に示すように、本発明による光触媒改質装置１３は、光触媒を可視光線に対して触媒作用が発現するよう改質するものである。このような光触媒改質装置１３は、面積の互いに異なる一対の電極１、２と、一対の電極１、２のうち小さい面積の電極（アノード）２に導体１０を介して接続され、一対の電極１、２間にプラズマ５を発生させる高周波電源４とを備えている。
【００１３】
大きい面積の電極（カソード）１としては、容量移行型高周波放電を発生させる反応容器が用いられている。また、大きい面積の電極１と、小さい面積の電極２の下面とは絶縁材３によって絶縁され、大きい面積の電極１は導体１２を介してグランド１４に接地されている。
【００１４】
上記、小さい面積の電極２と、絶縁材３と、光触媒６は、全体として反応容器からなる大きい面積の電極１内に収納されている。なお小さい面積の電極２と大きい面積の電極１の電極の面積比は約１：３となっている。
【００１５】
また大きい面積の電極１の外方には大きい面積の電極１内にガス配管１８を介して動作ガスを供給するガス供給装置１７が設置され、さらに大きい面積の電極１の外方には、大きい面積の電極１内にイオン配管１９を介してイオンを注入するイオン注入装置１６が設置されている。
【００１６】
また大きい面積の電極１の外方には、大きい面積の電極１内に発生した排ガスを大きい面積の電極１内から排ガス配管２１を介して排出するための排気装置２０が設けられている。さらに一対の電極１、２と絶縁体３側方には、一対の電極１、２と絶縁体３の温度を調整する温度調整装置２２が各々設けられ、大きい面積の電極１の外方には、温度調整装置２２を制御する温度制御装置２３が設置されている。
【００１７】
図１に示すように、光触媒６は小さい面積の電極２上に直接設置されている。なお光触媒６は大きい面積の電極１上に設置してもよい。
【００１８】
次にこのような構成からなる本発明の実施の作用について説明する。
【００１９】
まず、高周波電源４によって発生した高周波の電波が導体１０を介してして小さい面積の電極２に伝達される。同時にガス供給装置１７からガス配管１８を介して水素と炭化水素の混合ガスからなる動作ガスが反応容器からなる大きい面積の電極１内に供給される。この場合、大きい面積の電極１内で高周波の放電（容量結合型）が起こり、一対の電極１、２間にプラズマ５が生成される。同時に、イオンがイオン配管１９を介してイオン注入装置１７によって、大きい面積の電極１内に注入される。
【００２０】
この間、小さい面積の電極２上に設置された光触媒６は前記プラズマ５に曝され、可視光線に対して触媒作用が発現するよう改質される。また、大きい面積の電極１内で光触媒６の改質によって発生した排ガスは排ガス配管２１を介して排ガス装置２０によって、大きい面積の電極１内から外部へ排出される。この間、温度制御装置２３は温度調整装置２２を制御して、一対の電極１、２と絶縁体３の温度を調整する。
【００２１】
ところで、高周波電源４は数ｋＨｚ〜１００ＭＨｚの高周波を発生し、また大きい面積の電極１内に供給される動作ガスのガス圧力は数ｍＴｏｒｒ〜数１０Ｔｏｒｒと高圧となっている。このため大きい面積の電極１内で安定的な放電が維持され、プラズマ５が安定的に生成される。
【００２２】
上記動作ガスとして、水素と炭化水素の混合ガスを用いているが、水素と一酸化炭素または水素と二酸化炭素の混合ガスを用いてもよい。
【００２３】
このように、本実施の形態によれば、プラズマ処理を行う上で重要と言われているラデイカル種を大きい面積の電極１内で生成することができる。この場合、ラデイカル種は、小さい面積の電極２上に設置された光触媒６に作用し、このようにして光触媒６の改質を行うことができる。
また面積の互いに異なる一対の電極１、２を用いることにより、大きい面積の電極１から小さい面積の電極２に近づくにつれて電気力線の密度が増加し、電界が強くなる。前記電界は、プラズマ５中のイオンを大きい面積の電極１から小さい面積の電極２に向かって加速させる効果がある。そこで、イオン注入装置１７からイオン配管１８を介してイオンをプラズマ５に注入し、同時にラデイカル曝露を行うことにより、プラズマ５の作用をより効果的に活用でき、小さい面積の電極２上に設置された光触媒６の改質を効率的に行うことができる。また、大きい面積の電極１から小さい面積の電極２に近づくにつれて電界が大きくなることから、小さい面積の電極２近傍で電界は最大となる。その場合、周波電源４が接続された小さい面積の電極２上に光触媒６を設置させることにより、プラズマ５と光触媒６との間に大きな電位差（数１００〜数１０００Ｖ）が発生し、効率的に光触媒６の改質が行われる。
【００２４】
次に本発明の変形例について説明する。
【００２５】
図２に示す変形例において、光触媒６が平面基板（担体）７に担持された状態で小さい面積の電極２上に設置されている。
【００２６】
図２に示すように、光触媒６は平面基板（担体）７に担持されているか、この場合、平面基板７の材質は絶縁材からなっている。しかしながら、この平面基板（担体）７を導電材から構成してもよい。
【００２７】
図３に本発明の他の変形例を示す。図３に示すように、光触媒６は３次元メッシュ状構造体８に担持された状態で小さい面積の電極２上に設置されている。
【００２８】
図３に示すように、光触媒６は３次元メッシュ状構造体８により担持されているが、この場合、３次元メッシュ状構造体８は、例えば、アルミナ・フォームのような細かいアルミナ・ワイヤで組み上げた糸瓜状のブロックとなっている。
【００２９】
第２の実施の形態
次に図４により、本発明の第２の実施の形態について説明する。
【００３０】
図４は、本発明による光触媒改質装置の第２の実施の形態を示す図である。
【００３１】
図４に示すように、大きい面積の電極１は、円筒状の反応容器からなり、小さい面積の電極２は、大きい面積の電極１内に同軸状に設置された円筒体からなっている。
【００３２】
他の構成は図１に示す第１の実施の形態と略同一である。図４において、図１に示す第１の実施の形態と同一部分には同一の符号を符して詳細な説明は省略する。
【００３３】
光触媒６は円筒状基板（担体）１５に担持された状態で、大きい面積の電極１と小さい面積の電極２との間の空間内に配置され、大きい面積の電極１と小さい面積の電極２の双方の電極１、２上に設置された状態となっている。
【００３４】
図４において、大きい面積の電極１と小さい面積の電極２との間にプラズマ５が生じ、このプラズマ５によって光触媒６を可視光線に対して触媒作用が発現するよう改質することができる。
【００３５】
本実施の形態によれば、面積の互いに異なる一対の電極１、２を同軸状に配置することによって、実際使用頻度の高い円筒形の担体１５に担持した光触媒６を大きい面積の電極１と小さい面積の電極２との間の空間内に配置することによって、簡易に改質することができる。
【００３６】
第３の実施の形態
次に図５により、本発明の第３の実施の形態について説明する。
【００３７】
図５は、本発明による光触媒製造装置の第３の実施の形態を示す図である。
【００３８】
図５に示すように、光触媒６は３次元メッシュ状構造体（担体）８に担持された状態で、大きい面積の電極１と小さい面積２の電極に挟まれ、大きい面積の電極１と小さい面積の電極２の双方の電極１、２上に設置された状態となっている。
【００３９】
他の構成は図１に示す第１の実施の形態と略同一である。図５において、図１に示す第１の実施の形態と同一部分には同一の符号を符して詳細な説明は省略する。
【００４０】
３次元メッシュ状構造体８が、比誘電率の大きい誘電体で作られている場合、大きい面積の電極１と小さい面積の電極２との間に形成された空間では、、３次元メッシュ状構造体８が占める領域１ｂを除いた領域１ａの比誘電率は、３次元メッシュ状構造体８の比誘電率の方より小さくなる。このとき、３次元メッシュ状構造体８の中で放電が生じず、プラズマ５が生成されないことがある。
【００４１】
本実施の形態によれば、大きい面積の電極１と小さい面積の電極２間の空間を小さくし、大きい面積の電極１と小さい面積の電極２との間に３次元メッシュ状構造体８を挟むことによって、大きい面積の電極１と小さい面積の電極２との間に形成された空間のうち、３次元メッシュ状構造体８が占める領域１ｂを除いた領域１ａを減少させることができる。このことにより、より確実に３次元メッシュ状構造体８の中で放電させ、プラズマ５を生成させることができる。その結果、プラズマ５の作用をより効果的に活用でき、３次元メッシュ状構造体８に担持された光触媒６を可視光線に対して触媒作用が発現するよう、効率的に改質することができる。
【００４２】
第４の実施の形態
次に図６により、本発明の第４の実施の形態について説明する。
【００４３】
図６は、本発明による光触媒製造装置の第４の実施の形態を示す図である。
【００４４】
図６に示すように、大きい面積の電極１と小さい面積２の電極との間に形成された空間のうち、光触媒６を担持する３次元メッシュ状構造体（担体）８の占める領域１ｂを除いた領域１ａは、充てん物質９で占められている。なお、充てん物質９は導電物質からなっているが、充てん物質を９非導電物質から構成してもよい。
【００４５】
他の構成は図１に示す第１の実施の形態と略同一である。図６において、図１に示す第１の実施の形態と同一部分には同一の符号を符して詳細な説明は省略する。
【００４６】
上記のように、３次元メッシュ状構造体８が占める領域１ｂを除いた領域１ａは充てん物質９で占められているので、３次元メッシュ状構造体８内だけで放電を起こさせ、プラズマ５を生成することができる。このため、プラズマ５の作用をより効果的に活用でき、担体に担持された光触媒６を可視光線に対して触媒作用が発現するよう、効率的に改質することができる。
【００４７】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、プラズマの作用をより効果的に活用でき、光触媒を可視光線に対して触媒作用が発現するよう、効率的に改質することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による光触媒改質装置の第１の実施の形態を示す全体構成図
【図２】光触媒を平面基板に担持した担体を示す図
【図３】光触媒を３次元メッシュ状構造体に担持した担体を示す図
【図４】本発明による光触媒改質装置の第２の実施の形態を示す全体構成図
【図５】本発明による光触媒改質装置の第３の実施の形態を示す全体構成図
【図６】本発明による光触媒改質装置の第４の実施の形態を示す全体構成図
【符号の説明】
１  大きい面積の電極
２  小さい面積の電極
４  高周波電源
１３  光触媒改質装置
【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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