以来、空気清浄機（商品名：MaSSC クリーン）や抗菌タイル（商品名：MaSSC シールドタイル）など、様々な光触媒製品を商品化してきた 1)~5)。また、更なる製品性能の向上のため、高い光触媒活性を有する酸化チタン粉末の開発も実施してきた 6)。その光触媒材料の分解性能評価は、日本工業規格 JIS R 1701-2 : 2016
「ファインセラミックス－光触媒材料の空気浄化性能試験方法－第 2 部：アセトアルデヒドの除去性能」を基づいて行っている。製品化するにあたっては、少しでも実環境に近い条件での分解性能を把握することや、より分解性能の高い製品構造を設計することが重要である。そのため、照度や流量の影響を評価する必要がある。また、アセトアルデヒド以外のガスおよび混合ガスでの分解傾向も同様に明確にする必要がある。そこで、同 JIS R 1701-2「ファインセラミックス－光触媒材料の空気浄化性能試験方法－第 3 部：トルエンの除去性能」に基づいて、照度や流量の影響に関して評価を行う。今回の評価方法は、密閉空間内における流通式の試験方法であり、光触媒材料の気体のアセトアルデヒドおよびトルエンの除去性能を把握する上では、有効な評価方法である。本稿では、アセトアルデヒドとトルエンを用いて、単ガスの分解性能の及ぼす照度や流量の影響を報告する。また、これらのガスを混合した場合の性能について報告する。２実験方法
実験材料
 試験ガスはアセトアルデヒドとトルエンを対象とした。それぞれの試薬から濃厚ガスを容量 50L のテドラーバッグに準備した。光触媒材料である二酸化チタン
は、MPT-623（石原産業（株）製）を用いた。試験片は、当社独自に空気清浄機用として開発したアルミ繊維フィルター（目付け量 1100 g/m2）に二酸化チタンスラリーを溶射して作製した。アセトアルデヒドの試験時は長さ 約 150 mm、幅 約 50 mm で両端 25mm を折り曲げ、橋状を用いた。トルエンの試験時は長さ 約100 mm、幅 約 50 mm の板状を用いた。
実験装置
日本工業規格（JIS R1701-2）に規定される方法を基に照度および流量を変化させ、光触媒コートフィルターの性能評価を行った。Fig. 1 に評価装置の概略を示す。試験容器は、JIS 法に規定されている装置を用いた。光源は、紫外線 LED（波長 365 nm）が搭載された投光器（ナイトライド・セミコンダクター（株）製、NS365-FLB-60WR）を用いた。放射照度の調整は紫外線強度計（（株）トプコン製）により行った。試験ガス
はエアポンプを用いて作製した高濃度ガスを供給し、別途作製した湿潤空気で希釈して、濃度が 10 ppm、相対湿度が 50%程度の所定流量になるように調整した。

41

試験ガスの濃度測定は気体検知管（（株）
ガステック製）で、二酸化炭素の濃度変化は NDIR センサ（非分散型赤外線吸収法）によって確認した。
ガスの除去性能算出方法 Fig. 2 に試験操作におけるガス濃度の測定方法の一例を示す。ガス供給濃度 [Gas]0 から光照射の最後 1
時間中に測定した濃度の平均濃度 [Gas] を引いた時の供給濃度との割合をガスの除去性能 R とする。
  R = ([Gas]0-[Gas]) / [Gas]0×100
アセトアルデヒド除去率を RA、トルエン除去率を RTとする。光照射の最後 1 時間中に測定した濃度の平均濃度 [CO2] から光照射を停止し二酸化炭素安定から30 分間の平均濃度 [CO2]0 を引いた時の供給ガスの炭化水素濃度 (ppmC) との割合を二酸化炭素転化率 RCとする。係数 a は供給ガスの炭素数を示し、アセトアルデヒドは 2、トルエンは 7 である。
  RC = ([CO2] -[CO2]0) / (a× [Gas]0)×100

Fig.1 Illustration showing experimental setup for photocatalytic
decomposition of acetaldehyde using a flow type reactor.

Fig.2 Measurement example of acetaldehyde concentration andcarbon dioxide concentration in test operation.

実験内容
照度変化
試験装置の流量は 20 L/min とした。試験片面での放射照度が 2、7、39 mW/m2 となるように設定し、各照度での除去性能を比較評価した。
流量変化
試験片面での放射照度は 7 mW/m2 とし、流量はアセトアルデヒドが 20、40、60 L/min、トルエンが 1、20、

フジコー技報−tsukuru No.26(2018)60 L/min となるように設定し、各流量での除去性能を比較評価した。
混合ガス
アセトアルデヒドとトルエンを混合させ、各 10 ppm
ガス濃度に調整した。流量は 20 L/min、試験片面での放射照度は 7 mW/m2 とした。この時の除去性能を単ガスでの同条件と比較評価した。

成物の存在が考えられること (Fig.4) から、光触媒の表面上に中間生成物が発生し、光触媒の表面を覆ってしまっているために、流入されてくるトルエンガスの分解ができなくなったものと推測される。
Table 2 Degradation of toluene and production of carbon
dioxide by irradiance
Irradiance

RTRC

2(%)

(%)

(mW/cm )Carbon concentration (ppmC)

Carbon concentration (ppmC)３結果と考察2-62
780 照度変化3931
アセトアルデヒドの除去性能評価試験の結果として、アセトアルデヒド除去率および二酸化炭素転化率を70
Table 1 に、出口ガスの成分構成を Fig.3 にそれぞれ示60す。Table 1 より、39 mW/cm2 ではアセトアルデヒド除50
去率が 60%で、二酸化炭素転化率が 52%であった。照度を低下させ、
7 mW/cm2 ではアセトアルデヒド除去率
40
Carbon dioxideは変わらず 60%であったが、二酸化炭素転化率が 31%
Intermediate products30に低下した。さらに、2 mW/cm2 ではアセトアルデヒド
Toluene20
除去率が 40%、二酸化炭素転化率が 13%まで低下することが確認できた。Fig.3 より、固定された濃度および10流量では、アセトアルデヒドの最大除去率が決まって02739おり、照度を上げてもそれ以上の分解は出来ないと考Irradiance (mW/cm2 )える。これは光触媒の吸着能力に起因しているためとFig. 4 Component composition at reactor outlet of toluene test by
考える。最大除去率以降は、中間生成物の分解が主にirradiance.
なると考える。
 流量変化Table 1 Degradation of acetaldehyde and production of
アセトアルデヒドの除去性能評価試験の結果として、
carbon dioxide by irradianceアセトアルデヒド除去率および二酸化炭素転化率をIrradiance
RARC
Table 3 に、出口ガスの成分構成を Fig.5 にそれぞれ示
2(%)(%)(mW/cm )す。Table 3 より、20~40 L/min ではアセトアルデヒド
24013
除去率が 60%から 20%に、二酸化炭素転化率は 31%か
76031ら 7%に低下した。40~60 L/min ではアセトアルデヒド
396052
除去率および二酸化炭素転化率はほぼ変化しなかった。
Fig.5 から分かるように、流量の増加に伴い、アセトア
2018
ルデヒド除去率は低くなる傾向を示した。これは、光16触媒への吸着効率が低下すること、短時間での分解処14理量が増えることが主な原因であると考えられる。ま12た、二酸化炭素の転化濃度および中間生成物の濃度はCarbon dioxide
10Intermediate products
流量に依存せず、同割合（1：1 程度）の炭素濃度にな
8Acetaldehydeっている。これは、固定した一定の照度での分解力で6は、流量における光触媒の吸着能力が除去率に起因す4ると考えられる。
202739Irradiance (mW/cm2 )Fig. 3 Component composition at reactor outlet of acetaldehyde test
by irradiance.

トルエンの除去性能評価試験の結果として、トルエン除去率および二酸化炭素転化率を Table 2 に、出口ガスの成分構成を Fig.4 にそれぞれ示す。Table 2 より、トルエン除去率は照度に関わらず数%程度であった。
また、二酸化炭素転化率はほぼ 0%であった。中間生

Table 3Degradation of acetaldehyde and production ofcarbon dioxide by flow volume

Flow volumeRARC(L/min)(%)(%)

2060314060

2020784220

Carbon concentration (ppmC)

18161412

Carbon dioxide10Intermediate products

8Acetaldehyde

6

Table 5 Component composition of gas at reactor outlet of by
testing acetaldehyde and toluene

42020

Test gas type4060
Flow volume (L/min)Fig. 5 Component composition at reactor outlet of acetaldehyde testby flow volume.

トルエンの除去性能評価試験の結果として、トルエン除去率および二酸化炭素転化率を Table 4 に、出口ガスの成分構成を Fig.6 にそれぞれ示す。Table 4 より、低流量（1 L/min）では、トルエン除去率は 14%、二酸化炭素転化率は 12%であった。分解されたトルエンのすべてではないが、一部は完全分解まで進んだものと推測できる。しかし、流量の増加に伴い、トルエン除去率が低くなる上に、二酸化炭素の転化率は 0%となった。中間生成物の存在が考えられること (Fig.6) から、短時間での分解処理量が多くなると、すぐに中間生成物が光触媒表面を覆ってしまい、流入されてくるトルエンガスの分解が難しいためと考えられる。
Table 4 Degradation of toluene and production of carbon
dioxide by flow volume
Flow volume

RTRC(L/min)

(%)

(%)

12060

1487120-1

Carbon concentration (ppmC)70605040

Carbon dioxide
Intermediate products
Toluene302010012060
Flow volume (L/min)Fig. 6 Component composition at reactor outlet of toluene test byflow volume.

 混合ガスアセトアルデヒドとトルエンの混合ガスに対する除去性能評価試験の結果として、単ガスの時と混合ガスの時の各々の出口ガスの成分構成を Table 5 に示す。アセトアルデヒドの単ガスでは高い分解力を示していた43が、混合ガスになると、著しく除去率が低下している。
トルエンに関しては、単ガスでも混合ガスでも同様な結果となっている。これは、難分解であるトルエンによる中間生成物が光触媒の表面を覆ってしまい、易分解なアセトアルデヒドの分解をも妨げていることが主な原因として考えられる。

Acetaldehyde
TolueneAcetaldehyde+Toluene

Total hydrocarbon concentration (ppmC)
Acetaldehyde Toluene Carbon dioxide Intermediate product
866－
6506－
176337４結言
アセトアルデヒドの分解性能について調査した結果、照度は完全分解の量に大きく影響しており、照度が高いほど完全分解しやすい傾向を示していることが確認できた。流量はアセトアルデヒドの除去率に影響を与えており、流量が少ないほどアセトアルデヒドを吸着分解しやすい傾向を示した。トルエンに関しては、時間の経過によって光触媒表面を中間生成物が覆うことにより、トルエンの分解を妨げていることが確認できた。流量が少ない場合は、二酸化炭素の発生が確認できたことから、光触媒との接触効率を上げ、分解の機会を増やすことでトルエン分解の可能性を見出した。アセトアルデヒドとトルエンを混合したガスに対しては、難分解であるトルエンの影響を大きくうけ、易分解なアセトアルデヒドの分解を妨げる結果を示した。

光触媒製品の性能向上に向けて、トルエンのような難分解性ガスをいかに効率よく完全分解できる条件に設定できるかが大きな課題になってくる。今後は、光触媒の接触回数を増加させる（多層構造にする）、または、短波長を利用して分解しやすいガス成分に変えるなど装置構造的にも分解力を上げる研究開発を進めていく予定である。参考文献
1) 樋口友彦原賀久人：フジコー技報 15（2007）68
2) 樋口友彦，原賀久人，吉永宏，梅田陽平：フジコー技報 16（2008）54
3) 樋口友彦，原賀久人，吉永宏，梅田陽平，山崎健
之：フジコー技報 17（2009）49
4) 樋口友彦原賀久人吉永宏裵銀榮山本清司 ：フジコー技報 19 (2011) 49
5) 高畠伽央里, 山本清司, 藤井恵理子, 樋口友彦：フジコー技報 25 (2017) 62
6) 裵銀榮, 樋口友彦, 姜孝京, 杉野佑太：フジコー技報 25 (2017) 50