技術報文−2
光触媒酸化チタン塗料によるＮＯｘ浄化性能の研究

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光触媒酸化チタン塗料によるＮＯｘ浄化性能の研究
A Study for Nitric Oxide Gas Elimination
Characteristics by TiO2 Photocatalyst
Formulated Coatings

技術本部

技術開発第一部

Technology Development Dept. No.1

石田則之

藤井

Noriyuki ISHIDA

要隆

江見

Takashi FUJII旨眞Shin EMI

1. はじめに

光触媒酸化チタンは、様々な産業において、機能性コ

近年、自動車の排気ガスによる環境汚染が問題となーティング材の重要な原料として注目されている。この酸っている。特にNOxは呼吸器系の疾患など直接人体に化チタンを用いて塗料化を行い、NOxガスを流通させて影響を及ぼすばかりでなく、光化学スモッグや酸性雨ないる雰囲気下に塗膜を置き、紫外線照射することでどの環境汚染原因物質の一つでもあり、NOx削減へのNOx除去性能評価を行った。

速やかな対応が世界的に求められている。

実環境での条件を考慮に入れ、①試験片面積、②流量、これまで、大気中では汚染物質がごく低濃度で、非常③NOx濃度、④紫外線強度、⑤クリアランスなどの要因に拡散しやすいため、大気中での脱硝は不可能と考えを検討した。その結果、塗膜表面とNOxガスの接触確られてきた。
しかしながら、近年、光触媒酸化チタンと太率を上げれば、NOxガスを効率良く除去することができ陽エネルギーを利用すれば、NOxを除去できることが報ることが判明した。

告されている。１,２）この方法の最も優れた特徴は、
図1に示す通り、太陽光や降雨等の自然のエネルギーだけでAbstract

NOx除去が可能であり、新たなエネルギー源が不必要であるということである。

T iO2 Photocatalyst attracts attention as the key
material for functional coatings in many industries.
Model paint formulations were developed and theirNOx elimination characteristics under UV radiation
condition were evaluated by exposing NOx blended
air flow on their dry film surface.
Various parameters such as 1)film surface area,2)gas flow rate, 3)NOx gas concentration, 4)UV
lump intensity, and 5)clearance were selected tosimulate the actual field condition.
Consequently, it was found that NOx gas waseliminated more and more with increasing thecontact probability of NOx on the coating films.

O2
紫外線（300〜400nm）
e-O2-OH

h+

H2O

NOx

酸化チタン
吸着・酸化NOx

降雨NO2NO3-ン
吸着 酸化チタ・酸化 O2 -OH

HNO3吸着剤

図1NO2NO3-酸化チタン
O2- -OH

NOx

吸着・酸化NO3吸着
吸着・酸化降雨NO2NO3HNO3
降雨
HNO3

光触媒酸化チタンと吸着剤によるNOx浄化機構

8

技術報文−2光触媒酸化チタン塗料によるＮＯｘ浄化性能の研究

この原理を利用し、道路資材（ガードレールや遮音壁

2 .1 .2 試験片の前処理など）を対象とした、大気浄化光触媒塗料を開発した。

測定を行う前に、試験片表面に吸着している有機物

この光触媒塗料の利点として次のことが挙げられる。

を分解し、NOxの測定に影響を及ぼさないようにするため、①既存の施設に塗装するだけで大気浄化が可能である。

以下の前処理を行った。
試験面に、ブラックライトで10W/㎡以上の紫外線を5②新たなエネルギーを必要としない。

時間以上照射した後、分解生成物等を取り除くため蒸③メンテナンスフリーである。

留水に2時間浸漬した。その後、60℃で1時間以上乾燥

本報では、実際の使用環境を考慮し、
図 2に示すようし、試験片に付着した水分を除去した。

な通気暴露試験装置を用い、測定条件を種々変化させ2.2 NOx低減率の測定て検討した結果を報告する。
ブラックライトNOガス＋空気表 2に示した測定条件で、図 3に示す密封した測定
入口濃度

測定セル
試験板

出口濃度

セル内に試験片を静置し、測定を30分間行った。そのNOx測定器ブラックライト（FL15BLB）15W×2本
10W/㎡
ＵＶ−Ａ量（365nm）
一酸化窒素（ＮＯ）+ 空気 １ppm
ガス組成
温度、湿度
20℃、50%RH
サイズ
10×40㎝
測定セル
暴露窓
パイレックスガラス
ＮＯｘ測定器 島津製作所
CLAD-1000（化学発光法）
光源

図2

結果を図４に示す。
図 4より、NOx低減率の測定は、NOx濃度がほぼ安定していた測定開始後 30 分目のデータを使用し、下記の計算式によって算出した。
NOx低減率（%）=（NOxｉ-NOx30 ）/NOxｉ×100
ここで、
NOxi：初期NOx濃度（ppm）NOx30：30分後のNOx濃度（ppm）

通気暴露試験装置
表22．実 験2.1

供試試料の作製

2 .1.1 塗料および試験片の作製
塗料は、光触媒作用に影響を受けにくい無機系樹脂を用い、大気浄化性能を効率良く行うために、酸化チタン含有量を増やし、無機系吸着剤を併用した。また、塗膜構造はNOxガスとの接触面積を大きくするため、多孔質状態になるように設計した。試験片作製条件を表1に示す。
表1

試験片作製条件

試験片基材

アルミ板（A5052P）

塗装仕様

光触媒用中塗塗料 + 光触媒上塗塗料

乾燥膜厚

中塗（40μｍ）+上塗（70μｍ）

塗装方法

エアースプレー塗装（1day -1coat）

乾燥条件

20℃、７日間

試験項目
試験片面積（c㎡）
試験ガス流量（Ｌ/min）

試験ガス濃度（ppm）

紫外線強度（Ｗ/㎡）
クリアランス（mm）

通気暴露試験条件

標準条件

試験片 試験ガス 初期ガス 紫外線 クリアラ
面積差 流量差 濃度差 強度差 ンス差21050105150210210210210210335101533311.5
1.00.50.250.111102,10.7 , 0.50.3 , 0.1
0.050.002

1052351015311051105105593.2

試験ガス流量とNOx浄化性能の関係

ガラス窓（パイレックス）

実環境では様々な風速で光触媒塗膜にNOxガスが試験片

クリアランス

試験ガス試験ガス吹き付けてくるため、流量（風速）を種々変化させて試験を行った。結果は図 6に示すとおりであり、流量が増すに従って試験片上のNOxガス流速が上がり、試験片との接触時間が短くなるためにNOx除去率は低下する

図3と考えられる。

測定セル側面図さらに図７に試験片面積を変更し、さまざまな流量におけるNOx除去率を調べた。図 7から、接触時間が最もＮＯｘ除去率

0.8800.660
一酸化窒素濃度0.440

二酸化窒素濃度0.20.0-5200051015202530

紫外線照射時間（分）長くなるような条件である、面積大、流量小が最も除去効率が高くなることが判明した。
試験片面積 ：210c㎡
紫外線強度 ：10W/㎡
初期濃度 ：１ppm
クリアランス ：５㎜

100

NOｘ除去率（％）

100
ＮＯｘ除去率（％）

ＮＯｘ濃度（ppm）

1.080604020

図4 ＮＯｘ除去性能試験結果

003．結果と考察
3.1

図6

試験片面積とNOx除去性能の関係示した。図 5より試験片の面積が増すに従って、NOx除去率が増加していくことがわかる。このことは、面積が増加するに従い、NOxガスとの接触確率・時間が増えるために、NOxガスが浄化され易くなっているためと考NOｘ除去率（％）

100

図 5に試験片の面積がNOx除去率に及ぼす影響を

80

NOｘ除去率（％）

468
10 12
試験ガス流量（Ｌ/min）1416

試験ガス流量によるＮＯｘ除去率変化●：15L／min○：10L／min■： 5L／min□： 3L／min

60402000えられる。
100250100150
試験片面積（c㎡）200

図7 試験ガス流量、試験片面積によるＮＯｘ除去率変化

80

3.360
試験ガス流量：３Ｌ/min紫外線強度 ：10W/㎡
初期濃度 ：１ppm
クリアランス ：５㎜

40200

図5050

100150
試験片面積（c㎡）

200

試験片面積がＮＯｘ除去率に及ぼす影響

初期NOガス濃度とNOx浄化性能の関係

試験ガスとしては、ボンベ中のNOガスを精製空気で薄め、初期濃度を1ppmに調整したものを用いているが、実環境ではガス濃度は一定ではなくさらに希薄な場合が多いことから、初期ガス濃度による影響を検討した。
その結果を図８に示す。なお、
NOx濃度測定器の精度上の関係で用いたガス濃度は、最大1.5ppm、最小0.1

技術報文−2光触媒酸化チタン塗料によるＮＯｘ浄化性能の研究ppmとした。図 8から明らかなように、光触媒酸化チタンNOx除去性能を示すことがわかった。

を配合した本塗料の塗膜では、初期濃度にかかわらず、しかしながら、室内の蛍光灯下のような、太陽光が差いずれも80 %以上の高い除去率が得られることがわかる。

し込まない場所では性能が急激に低下し、効果がない

このことより、
本試験で用いた塗料塗膜は、実環境中のこともあわせて判明した。

いかなるNOx濃度にも対応できると考えられる。
3.5 NOx浄化性能差に及ぼすクリアランスの影響
100
NOｘ除去率（％）

この光触媒塗料を用いたNOx浄化方法は、塗面と80NOxガスが接触しなければ効果は得られない。

60
試験ガス流量：３Ｌ/min
試験片面積 ：210c㎡
紫外線強度 ：10W/㎡
クリアランス ：５㎜

402000.0

本試験の標準条件として、測定セルのガラス窓と試験片のクリアランス（隙間）は5 ㎜としている。このクリア
ランスを広げれば当然試験片とNOガスの接触確率は低下するし、狭めると逆に向上すると考えられる。そこで、

0.20.40.60.81.01.21.41.6

初期ＮＯｘ濃度（ppm）

クリアランスとNOx浄化性能との関係を検討した。
その結果を図10に示した。クリアランスが 2〜 5 ㎜で

図8

初期ＮＯガス濃度によるＮＯｘ除去率変化

3.4

NOx浄化性能に及ぼす紫外線強度の影響

実環境においては、季節や、晴れ、曇り、さらには雨等の天候、また、一日の中でも、朝夕の太陽光線が弱い時間帯及び日中の日差しが強い時間帯が存在することで、刻一刻と紫外線量が変化している。
地表が受ける平均紫外線量である10W/㎡に固定しているが、紫外線強度を種々変えることによって、NOx除去性能がどのような影響を受けるかを検討した。その結果を図９に示す。

60
試験ガス流量：３Ｌ/min
試験片面積 ：210c㎡紫外線強度 ：10W/㎡
初期濃度 ：1ppm

4000246810121416クリアランス（mm）

図10 クリアランス差によるＮＯｘ除去率変化は大きくなるほど、NOx除去率が急激に増加したが、逆100に5〜15 ㎜では、クリアランスが大きくなるほど徐々に80NOx除去率は減少した。これは、ガス流量を3 L/minと試験ガス流量：３Ｌ/min
試験片面積 ：210c㎡
初期濃度 ：1ppm
クリアランス ：５㎜

604020

一定で流しているため、クリアランスが変わることで、流速が変化したためであると考えられる。
つまり、クリアランスが狭い場合は流速は早くなり、浄化性能は流速に支配され、クリアランスが広くなれば流3691215182124

紫外線照射強度（Ｗ/㎡・h）

図98020

本試験の標準は、紫外線強度を、日本における日中の00

NOｘ除去率（％）

100

NOｘ除去率（％）

10

紫外線照射強度によるＮＯｘ除去率変化速は遅くなって、浄化性能はクリアランス（ガラス窓と試験片の距離）に支配されると考えられる。
そこで、クリアランスを変化させる際、流速が一定とな

図 9から、10W/㎡に対して、紫外線量を強くしても弱るように流量を調整し、再度クリアランスによる影響につくしてもNOx除去性能には大きな差は観測されなかった。

いて検討を行い、
図11に示した。その結果、クリアランス

このことより、本試験塗料塗膜は、1 年を通じて、高いが狭くなるほどNOx除去率は高くなる傾向を示した。

11

試験片面積 ：210c㎡
紫外線強度 ：10W/㎡
初期濃度 ：１ppm

NOｘ除去率（％）

10080604020

流速：24㎝/sec

002

46810121416

クリアランス（mm）

図11 クリアランス差によるＮＯｘ除去率変化（流速一定：24㎝/sec）

4． まとめ
実使用環境を想定した一連の実験の結果、開発した
光触媒塗料はどのような条件においても、高いNOx除去性能を発揮することが明らかになった。その除去性能は塗膜表面とNOxガスとの接触確率を高めるようにパラメーターを選択することにより向上することが確認できた。
したがって実使用に際しては、ガス発生・滞留地域に対し効率の良い紫外線照射を考慮しつつ、なるべく広い表面積の塗膜を使用し、気流接触拡散が制御可能な喚気施設を設けた構造物を設計する必要があると考えられる。
本塗料の道路側壁などによる性能評価実験が官公庁や民間企業との共同で行われており、有意義なデー
３）今後とも本試験結果をもとに、ターが集積されつつある。

より優れた光分解特性のある材料開発及びシステム開発に取り組み、幅広い商業展開を通じて社会環境改善に貢献して行きたい。
文献1）竹内浩士, 化学と工業：46（ 12）, 1839（ 1993）2）竹内浩士、西方 聡, 環境管理：32（ 8）, 915（ 1996）
3）大阪府, 「光触媒による窒素酸化物分解建材の実用化に関する調査報告書」（1997）