JP2000237538A - 光触媒空気浄化装置 - Google Patents

光触媒空気浄化装置

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JP2000237538A
JP2000237538A JP11039820A JP3982099A JP2000237538A JP 2000237538 A JP2000237538 A JP 2000237538A JP 11039820 A JP11039820 A JP 11039820A JP 3982099 A JP3982099 A JP 3982099A JP 2000237538 A JP2000237538 A JP 2000237538A
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layer
adsorbent
photocatalyst layer
light source
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Kazuo Nishikawa
和男 西川
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  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
  • Treating Waste Gases (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】光触媒活性による分解過程において生成する光
触媒層への吸着能力の乏しい中間生成物を外部に放出さ
せない光触媒空気浄化装置を提供する。 【解決手段】通風路2中に、吸着剤層9と、光触媒層8
および光触媒を励起させるための光源7とを備え、該光
源7は光触媒層8に対向して設け、吸着剤層9は光触媒
層8及び光源7の風下側に設けた構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は家庭やオフィス等で
発生する臭気および有害物質を浄化する光触媒を用いた
空気浄化装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、光触媒を用いた空気浄化装置とし
ては、特開平1−159032号公報に開示されている
ような光触媒層の風上側に活性炭層を設けた構成の空気
浄化装置が知られている。この空気浄化装置は、通風路
内の最も風下側に光触媒層を設けており、ここで臭気成
分等を分解することにより無臭化した空気を放出せんと
するものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、一般に
光触媒作用は、活性炭等の吸着剤の吸着作用に比べ反応
が遅いため、上記構成の空気浄化装置においては、臭気
成分や有害成分が完全に分解されるまえに光触媒層を通
過してしまい、そのまま外部に放出されるといったケー
スが生じ得る。特に、光触媒活性による分解過程におい
て光触媒層への吸着能力の乏しい中間生成物が生成する
場合、その後、中間生成物のほとんどは分解されないま
ま光触媒層を通過し、新たな臭気成分や有害物質として
の中間生成物を外部に放出してしまうといった問題があ
った。
【0004】具体例を挙げて説明すると、光触媒活性に
よりアンモニアが分解される場合、その分解過程におけ
る中間生成物として一酸化窒素及び二酸化窒素が発生す
る。一酸化窒素については光触媒層への吸着能力が高い
ため、その後さらに光触媒によって分解されるが、二酸
化窒素については光触媒層への吸着能力が低いため、そ
のまま光触媒層を通過し、外部に放出されるおそれがあ
る。
【0005】このような問題を解決するものとして、特
許登録第2574840号公報に開示された吸着材に光
触媒を付加した構成の脱臭装置が知られている。これ
は、吸着材の表面に光触媒を付加、あるいは吸着材に光
触媒を練り込むことによって分解速度の遅い臭気成分を
吸着能力に優れた吸着材にいったん吸着させ、その後、
光触媒の作用で吸着材中の臭気成分を徐々に分解しよう
とするものである。
【0006】しかしながら、上記構成の脱臭装置におい
ては、以下の問題が生じる。すなわち、従来の空気浄化
装置では、比較的極性が小さく沸点の高い物質は吸着剤
に吸着させ、極性の大きく沸点の低い物質は光触媒によ
って分解する。従って、両者が十分に機能して初めて完
全に空気を浄化することができる。
【0007】ところが、上記構成の脱臭装置のように、
光触媒が付加した状態では吸着材本来の吸着能力は低下
し、結果的に空気の浄化に要する時間が長くなる。さら
に、光触媒は本来的に半永久的に使用することが可能で
あるが、吸着材については吸着した臭気成分等はすべて
が光触媒によって分解されることはないため使用ととも
に吸着能力が低下することは避けられない。
【0008】このとき、吸着材を交換する必要が生じる
ことになるが、その際にはまだ十分使用可能な状態の光
触媒ごと交換しなければならず、コストが高くなるとい
った問題が生じる。
【0009】そこで、本発明においては、上記問題を解
決し得る空気浄化装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る光触媒空気浄化装置においては、通風
路中に、吸着剤層と、光触媒層および光触媒を励起させ
るための光源とを備え、該光源は光触媒層に対向して設
け、前記吸着剤層は光触媒層及び光源の風下側に設けた
ことを特徴とするものである。
【0011】このような構成を採用すれば、光触媒層に
光源から励起光を照射することにより、光触媒層に吸着
した有機物系臭気成分および窒素酸化物および硫黄酸化
物等の有害物質は光触媒活性により分解される。
【0012】また、その分解過程において、光触媒層へ
の吸着能力の乏しい中間生成物が生成した場合でも、光
触媒層の風下側に配設された吸着剤層によって中間生成
物を吸着することにより装置外部への中間生成物の放出
を防止することができる。前述のアンモニア分解時に生
成する二酸化窒素の場合は、例えば、活性炭のように二
酸化窒素の吸着能力の高い吸着剤を選択することによっ
て外部への放出を抑制することが可能となる。
【0013】吸着剤層の設置位置については、光触媒層
及び光源の風下側であればどの位置であってもよいが、
吸着剤層を光触媒層に密着させれば両層界面において吸
着剤層に吸着された中間生成物を光触媒によって徐々に
分解することができる。
【0014】さらに、上記吸着剤を単独で取外し可能と
すれば、吸着剤層の吸着能力が低下したときには、吸着
剤層のみを交換するだけで空気浄化装置の浄化能力を復
帰させることができる。
【0015】また、吸着剤層とは別に、吸着剤を光触媒
層中に存在させ、吸着能力が低下したときには吸着剤の
みを取出し可能にしておけば、中間生成物をいったん吸
着剤に吸着させておき、その後、光触媒によって効率良
く分解することができる。しかも吸着剤のみの交換が可
能であるためにコスト面において有利である。
【0016】具体的には、光触媒層をハニカム状に形成
した場合には、ハニカム内部に粒状又はファイバ状の活
性炭等の吸着剤を適量充填したり、光触媒層を網目状あ
るいはシート状に形成したときは、不織布状やシート状
等に形成した吸着剤を重ね合わせる構成とすることがで
きる。
【0017】上記構成の空気浄化装置において、外部空
気を直接光触媒層に取入れると、光触媒の表面に粉塵や
煙霧が付着して光触媒の分解能力に悪影響を及ぼすおそ
れが生じる。
【0018】そこで、本発明においては、サブミクロン
オーダの粉塵や煙霧を捕集する集塵部を光触媒層及び光
源の風上側に設ける構成を採用可能とした。このような
構成にすれば、光触媒の分解能力の低下を防止すること
ができる。なお、集塵部としては数ミクロンの極微細繊
維からなるファイバーフィルターや、電気集塵装置を用
いることができる。
【0019】光触媒とは、光を吸収することにより化学
反応の触媒として働くものをいう。光触媒表面に光を照
射すると、伝導帯から電子が励起されて正孔と電子への
電荷分離が生じる。この表面で電子授受による酸化還元
反応を起こさせることで、臭気成分や有毒成分をそれぞ
れ分解して無臭化、無害化することが可能となる。
【0020】光触媒としては、一般に活性の高い酸化チ
タンを用いるのが好ましいが、その他、酸化タングステ
ン、酸化亜鉛、酸化銅などの金属酸化物を用いることが
できる。なお、これら金属酸化物は単体で使用してもよ
いし、その複合体を用いることもできる。
【0021】ただ、金属酸化物からなる光触媒に光が照
射されて正孔及び電子が生じても、正孔と電子の大部分
は再結合するために高い光触媒活性が得られず、分解速
度の遅い物質や光触媒作用によって生成した反応副生成
物あるいは中間生成物などが光触媒の表面に付着し、光
触媒活性の低下を招くおそれがある。
【0022】そこで、本発明においては、光触媒とし
て、金属酸化物の単体又はその複合体の表面に金属微粒
子を担持させた金属微粒子担持体を用いた構成のものを
採用可能とした。ここで使用される金属微粒子として
は、粒径1〜10nmの白金やパラジウム粒子等が挙げ
られる。
【0023】このような構成を採用すると、光の照射に
より生じた電子は金属微粒子に引寄せられて正孔との再
結合が妨げられるために、高い光触媒活性を得ることが
可能となり、分解速度の遅い物質、反応副生成物あるい
は中間生成物等は速やかに分解除去され、光触媒活性の
低下を防止することができる。
【0024】本発明における吸着剤としては、ゼオライ
ト、ミズカナイト、モルデナイト、多孔質シリカ、多孔
質アルミナ、セピオライト、モレキュラーシーブ、コー
ジェライト、活性炭及び金属イオン交換ゼオライトの単
体またはその複合体などを使用することができる。
【0025】また、光触媒層および吸着剤層の形状とし
ては、特に限定されるものではないが、その中でもハニ
カム状、不織布状又はジャバラ状とするのが好ましい。
光触媒層及び吸着剤層の表面積が大きくなり、吸着性能
および光触媒活性が増大するからである。
【0026】
【発明の実施形態】以下、本発明の実施の形態を図面に
基づいて説明する。図1は本発明に係る光触媒空気浄化
装置の実施の形態を示す断面図である。この光触媒空気
浄化装置1は、装置内に通風路2が形成され、通風路2
の内部に設置された送風ファン3によって吸込口4から
取入れられた外部空気が吹出口5から放出される構造と
なっている。通風路2内には、風上側からファイバーフ
ィルター6、送風ファン3、光触媒を励起させるための
光源7、ハニカム状の光触媒層8、吸着剤層9がそれぞ
れこの順に配設されている。
【0027】光源7は光触媒層8に対向し、吸着剤層9
は光触媒層8に密着した状態で風下側に設置されてい
る。臭気成分や有害成分を含んだ外部空気は吸込口4か
ら入って、ファイバーフィルタ−6を通過することによ
り空気中の埃や煙霧等は捕集され、光触媒層8を通過す
ることにより空気中のタバコ臭、トイレ臭、ペット臭お
よび調理臭等の臭気成分、建材臭および排気ガス等の有
害物質が除去される。
【0028】さらに吸着剤層9を通過することにより光
触媒層8で除去しきれなかった臭気成分、有害物質等を
除去し、浄化された空気が吹出口5から外部に放出され
る。光触媒層8に吸着した臭気成分等の有機物質は、光
源7から励起光を照射されて活性化された光触媒によっ
て酸化分解され、水分子や二酸化炭素等になって外部に
放出される。
【0029】このとき、光触媒活性による分解過程にお
いて、光触媒層8への吸着能力の低い中間生成物が生成
した場合であっても、吸着剤層9により吸着されるため
に、外部への放出を防止することができる。
【0030】なお、本実施の形態における光触媒層8及
び吸着剤層9は以下の方法によって作製した。
【0031】(光触媒層の作製)光触媒として酸化チタ
ン粉末((株)石原テクノ製、ST−01)と、バイン
ダーとしてコロイダルシリカ((株)テルニック工業
製、ベタック970)とを用いて塗布液を調製した。な
お、塗布液は、固形分中の酸化チタンとコロイダルシリ
カの重量比が1:1になるように調製した。
【0032】このようにして調製した塗布液に、200
セル/inch2 のアルミニウム製ハニカム基材(30
0×90×t 18mm)を浸漬し、基材体積1l当り1
00gの固形分(本実施の形態においては固形分49
g)を基材表面に担持させた。その後、150℃で1時
間加熱処理して光触媒層8を作製した。
【0033】(吸着剤層の作製)吸着剤として活性炭粉
末((株)キャタラー製、木質系活性炭粉末)と、バイ
ンダーとしてコロイダルシリカ((株)テルニック工業
製、ベタック970)とを用いて塗布液を調製した。な
お、塗布液は、固形分中の活性炭とコロイダルシリカの
重量比が1:1になるように調製した。
【0034】このようにして調製した塗布液に、200
セル/inch2 のアルミニウム製ハニカム基材(30
0×90×t 18mm)を浸漬し、基材体積1l当り1
00gの固形分(本実施の形態においては固形分49
g)を基材表面に担持させた。その後、150℃で1時
間加熱処理して吸着剤層9を作製した。
【0035】図2は本発明に係る光触媒空気浄化装置の
第2の実施の形態を示す断面図である。この光触媒空気
浄化装置1は、第1の実施の形態における光触媒空気浄
化装置1と基本的な構成は同じであるが、光触媒層8が
光源7を挟んで風上側及び風下側の2箇所に設けられて
いる点、及び、送風ファン3が最も風下側に設置されて
いる点で異なる。
【0036】すなわち、本実施の形態における光触媒空
気浄化装置1は、通風路2内において風上側から集塵部
としてのファイバーフィルター6、光触媒層8、光源
7、光触媒層8、吸着剤層9及び送風ファン3がそれぞ
れこの順に配設されている。
【0037】このような構成にすれば、単純に光触媒層
8の厚みを倍増させた場合よりも、高い触媒作用を得る
ことが可能となる。すなわち、光触媒層8の厚みを倍増
させた場合には、光触媒層8の末端部では照射される光
量が減少するために触媒作用が弱くなるのに対して、本
実施の形態では、照射される光量が減少しないため光触
媒能を倍増させることが可能となる。従って、光源7は
一つのまま、簡単な構造で高い処理能力を有する光触媒
空気浄化装置1を得ることができる。
【0038】図3は、吸着剤層の別の実施の形態を示す
断面図である。この吸着剤層9は、粒状活性炭を2枚の
通気性を有するシートの間に粒状活性炭を挟み込んで肉
厚のシート状にした後、ジャバラ状に屈曲させたもので
ある。これを、ハニカム状の光触媒層8と組合わせて使
用すると、単なるシート状の光触媒層8及び吸着剤層9
に比べて、表面積が大きくなるため、光触媒の光触媒活
性及び吸着剤の吸着性能を向上させることが可能とな
る。
【0039】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によると、吸着剤層を光触媒層及び光源の風下側に設け
たことにより、光触媒活性による分解過程において光触
媒層への吸着能力の乏しい中間生成物が生成した場合で
あっても、吸着剤層で吸着されるため外部への中間生成
物の放出を防止することが可能となる。
【0040】また、吸着剤層を光触媒層に密着させるこ
とにより両層界面において吸着剤層に吸着された中間生
成物を光触媒によって徐々に分解することが可能にな
る。
【0041】上記吸着剤層を単独で取外し可能とすれ
ば、吸着剤層の吸着能力が低下したときには、吸着剤層
のみを交換するだけで、装置の浄化能力を復帰させるこ
とができる。
【0042】また、吸着剤層とは別に、吸着剤を光触媒
層中に存在させ、吸着能力が低下したときには吸着剤の
みを取出し可能にしておけば、中間生成物を吸着剤に吸
着させ、その後光触媒によって効率良く分解することが
できる。
【0043】さらに、サブミクロンオーダの粉塵や煙霧
を捕集する集塵部を光触媒層及び光源の風上側に設ける
と、光触媒の分解能力の低下を防止することができる。
【0044】また、金属酸化物の単体又はその複合体の
表面に金属微粒子を担持させた金属微粒子担持体を使用
すれば、光触媒活性を高めることができ、分解速度の遅
い物質や光触媒作用によって生成した反応副生成物ある
いは中間生成物などが光触媒の表面に付着しても速やか
に分解除去され、光触媒能力の低下を防止することが可
能となる。
【0045】また、光触媒層および吸着剤層の形状をハ
ニカム状、不織布状、シート状又はジャバラ状とする
と、光触媒層及び吸着剤層の表面積が大きくなり、吸着
性能および光触媒活性が増大する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る光触媒空気浄化装置の実施の形態
を示す断面図。
【図2】本発明に係る光触媒空気浄化装置の第2の実施
の形態を示す断面図。
【図3】吸着剤の別の実施の形態を示す断面図。
【符号の説明】
1 光触媒空気浄化装置 2 通風路 3 送風ファン 4 吸込口 5 吹出口 6 ファイバーフィルター 7 光源 8 光触媒層 9 吸着剤層
フロントページの続き Fターム(参考) 4D002 AA12 AB02 BA04 BA14 CA07 DA41 DA45 DA46 DA47 EA02 EA13 HA01 4D012 CA09 CA15 CB02 CD10 CG01 CH05 CJ10 CK07 4D048 AA22 AB01 AB03 BA03Y BA05X BA06X BA07X BA11Y BA16Y BA27Y BA35Y BA41X BB02 BB04 BB08 CC40 CC41 CD01 CD05 EA01 EA04 4D058 JA12 JB25 TA02 TA06 TA07 UA25

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 通風路中に、吸着剤層と、光触媒層と、
    該光触媒層中の光触媒を励起させるための光源とを備
    え、該光源は光触媒層に対向して設け、前記吸着剤層は
    光触媒層及び光源の風下側に設けてなる光触媒空気浄化
    装置。
  2. 【請求項2】 吸着剤層を光触媒層に密着させてなる請
    求項1記載の光触媒空気浄化装置。
  3. 【請求項3】 吸着剤層を取り外し可能とした請求項1
    又は2記載の光触媒空気浄化装置。
  4. 【請求項4】 請求項1、2又は3記載の光触媒空気浄
    化装置において、サブミクロンオーダの粉塵や煙霧を捕
    集する集塵部を光触媒層及び光源の風上側に設けてなる
    光触媒空気浄化装置。
  5. 【請求項5】 光触媒層及び吸着剤層の形状が、ハニカ
    ム状、不織布状、又はジャバラ状であることを特徴とす
    る請求項1、2、3又は4記載の光触媒空気浄化装置。
  6. 【請求項6】 光触媒層中に吸着剤を存在させ、前記光
    触媒層から吸着剤を分離・取り出し可能とした請求項
    1、2、3、4又は5記載の光触媒空気浄化装置。
  7. 【請求項7】 光触媒は酸化チタン、酸化タングステ
    ン、酸化亜鉛、酸化銅などの金属酸化物の単体またはそ
    の複合体からなる請求項1、2、3、4、5又は6記載
    の光触媒空気浄化装置。
  8. 【請求項8】 光触媒は酸化チタン、酸化タングステ
    ン、酸化亜鉛、酸化銅などの金属酸化物の単体またはそ
    の複合体の表面に金属微粒子を担持させた金属微粒子担
    持体からなる請求項1、2、3、4、5又は6記載の光
    触媒空気浄化装置。
  9. 【請求項9】 吸着剤はゼオライト、ミズカナイト、モ
    ルデナイト、多孔質シリカ、多孔質アルミナ、セピオラ
    イト、モレキュラーシーブ、コージェライト、活性炭及
    び金属イオン交換ゼオライトの単体またはその複合体か
    らなる請求項1、2、3、4、5、6、7又は8記載の
    光触媒空気浄化装置。
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