JP2000317269A

JP2000317269A - 脱臭装置

Info

Publication number: JP2000317269A
Application number: JP11128616A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Ohori; 進一大堀
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1999-05-10
Filing date: 1999-05-10
Publication date: 2000-11-21
Anticipated expiration: 2019-05-10
Also published as: JP3710323B2

Abstract

(57)【要約】【課題】異種金属を担持させた光触媒を基材表面に
製膜した空気浄化手段を備えた脱臭装置において、光触
媒による臭気の分解活性を高めて脱臭能力を向上させ
る。【解決手段】本体７に設けられた制御部１１からの信
号に基づき、ファン８を駆動させて空気を吸気口９から
吸い込んで排気口１０から排気するように構成された脱
臭装置において、前記ファン８と排気口１０との間に
は、Ｐｔ等の異種金属の微粒子を担持したＴｉＯ₂から
なる光触媒粉末をバインダーと共に基材表面に光触媒層
として製膜した空気浄化手段１４が配設されており、光
照射手段１３から光の照射を受けて空気中の臭気ガスを
触媒活性により分解する。また、異種金属担持光触媒
は、臭気の分解速度が周囲の雰囲気の湿度に依存するた
め、湿度センサー１６、加湿手段１５および吸放湿材１
７によって良好な触媒活性を発揮する湿度環境を作り出
すことにより、異種金属の電子捕捉作用による光触媒の
還元力の向上と相俟って、短時間で効率よく臭気成分を
分解脱臭できる高性能な脱臭装置を提供できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光触媒に光を照射
して触媒作用により揮発性の有機物や臭気成分を分解す
る脱臭装置に係り、より詳しくは、異種金属を担持した
光触媒を基材表面に製膜した空気浄化手段を設けること
により脱臭能力を高めた脱臭装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】我々が生活している空間には、タバコ等
から発生する臭気ガス、自動車や工場等から排出される
排ガスが多く含まれるため、健康への悪影響のみなら
ず、大気汚染等の環境上の問題が心配されている。そこ
で、このような有害ガスを浄化したり、無毒化すること
が望まれている。一般的な有害ガスの除去方法として
は、吸着剤による吸着除去、あるいは酸化触媒、オゾ
ン、プラズマ等による分解除去といった方法が広く採用
されている。しかしながら、吸着剤のみによる悪臭物質
の除去方法では、吸着能力の飽和限界、一旦吸着された
成分の経時的な脱着、吸着性能低下に伴う吸着剤の交換
といった問題がある。また、オゾンやプラズマによる悪
臭物質の分解除去では、高電圧を印加することによる消
費電力の増大、有害なオゾンの濃度制御といった問題が
ある。

【０００３】ところで、近年、光触媒を用いて雰囲気中
の有害ガスを分解除去する方法が数多く報告されてい
る。その原理は、半導体等からなる光触媒に励起光源か
ら紫外線等の励起光が照射されると、光触媒が励起され
て価電子帯に存在する電子がバンドギャップを飛び越え
て伝導帯へ移動することにより、価電子帯には電子が一
つ不足した正孔（ｈ⁺）が生じて酸化反応に寄与し、一
方の価電子帯には電子（ｅ^-）が生じて還元反応を起こ
すというものである。即ち、この光触媒の酸化力又は還
元力を利用して雰囲気中の有害ガスを分解除去するもの
である。

【０００４】特に、光触媒と吸着剤を併用することによ
り、光触媒に直接触れて有害成分が分解されるととも
に、吸着剤に吸着された有害成分も光触媒で分解除去さ
れるので、効率よく臭気成分を取り除くことができる
（特開平７−１６４７３号公報、特開平１−１８９３２
１号公報、特開平１−１８９３２２号公報、特開平１−
２３４７２９号公報参照）。光触媒としては、コストと
実用性の面から酸化チタン（ＴｉＯ₂）が一般的に広く
利用されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＴｉＯ
₂は酸化力は秀でているものの、還元力が弱いため、臭
気の分解能力にムラがあり、例えばタバコ臭に含まれる
典型的な臭気成分であるアセトアルデヒドが雰囲気中に
高濃度で存在している場合、このアセトアルデヒドをＴ
ｉＯ₂のみで完全に分解するには、ＴｉＯ₂の形態（粉
末、製膜等）や量にもよるが、一般的にかなりの時間を
要していた。そこで、光触媒であるＴｉＯ₂と共にＣ
ｕ，Ａｇ，Ｚｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｐｔ等の異
種金属を第２成分として添加することにより、異種金属
の電子捕捉効果を利用して光触媒の還元力を向上させ、
臭気の分解速度を上げるようにした脱臭方法が特開平９
−１６８７２２号公報等に開示されている。

【０００６】しかしながら、特開平９−１６８７２２号
公報に開示されている局所空間の汚染防止および装置
は、光触媒であるＴｉＯ₂に異種金属を積極的に担持さ
せたものではないため、光照射により励起された光触媒
との間で電子の授受に寄与する異種金属の割合が少な
く、光触媒の脱臭能力の大幅な向上は期待できない。ま
た、本発明者らは異種金属を担持した光触媒の湿度によ
る影響実験を試みたところ、光触媒のみでは臭気の分解
速度に及ぼす湿度の影響はほとんど見られらなかったの
に対し、異種金属を担持した光触媒では触媒活性が雰囲
気の湿度に大きく依存することが分かった。

【０００７】本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなさ
れたものであり、異種金属を担持させた光触媒を基材表
面に製膜した空気浄化手段を備えた脱臭装置において、
光触媒による臭気の分解活性を高めて脱臭能力を向上さ
せることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の脱臭装置は、空間に設置して空間
内の空気を循環させるとともに空気中に含まれる臭気を
除去する脱臭装置において、異種金属を担持した光触媒
とバインダーとを混合した光触媒含有塗料を基材表面に
コーティングすることにより光触媒層を形成させた空気
浄化手段と、該空気浄化手段に向けて光を照射する励起
光源と、前記空気浄化手段の周辺の雰囲気が適度な湿度
になるように調節する調湿手段とを設けたことを特徴と
するものである。

【０００９】この構成によると、臭気成分を含む空気
は、光触媒層を基材表面に形成させた空気浄化手段と接
触するときに、光触媒の活性により臭気成分が分解脱臭
される。また、空気浄化手段の周辺が適度な湿度になる
ように調湿手段で調節することにより、光触媒の活性が
向上し、臭気成分の分解速度が上がる。

【００１０】また、請求項２に記載の脱臭装置は、請求
項１に記載の脱臭装置において、前記光触媒は粒径１０
０ｎｍ以下の微粒子であることを特徴とするものであ
る。

【００１１】この構成によると、光触媒粒子の表面積が
大きくなるので、光触媒層の厚みをかなり薄くしても、
光触媒の活性を損なうことはない。

【００１２】また、請求項３に記載の脱臭装置は、請求
項１又は請求項２に記載の脱臭装置において、前記光触
媒はＴｉ，Ｗ，Ｍｏ，Ｓｉ，Ｉｎ，Ｃｄ，Ｇａ，Ｃｒ，
Ｐｂ，Ｓｎのいずれか、又はこれらの化合物、又は合
金、又は酸化物からなり、しかもこれらの複合体を用い
ることもできることを特徴とするものである。

【００１３】この構成によると、分解対象となる臭気成
分の種類や濃度に応じて、光触媒として適切な材料を選
択することにより、効率よく臭気を分解脱臭できる。

【００１４】また、請求項４に記載の脱臭装置は、請求
項１〜請求項３のいずれかに記載の脱臭装置において、
異種金属はＣｕ，Ａｇ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｐｔ，Ｎｉ，Ｐ
ｄ，Ａｕの単体からなり、しかもこれらの金属あるいは
その酸化物の複合体を用いることもできることを特徴と
するものである。

【００１５】この構成によると、分解対象となる臭気成
分の種類や濃度に応じて、異種金属として適切な材料を
選択することにより、効率よく臭気を分解脱臭できる。

【００１６】また、請求項５に記載の脱臭装置は、請求
項１〜請求項４のいずれかに記載の脱臭装置において、
光触媒は粒径５〜１００ｎｍのアナターゼ型あるいはル
チル型の酸化チタンの微粒子からなり、一方、光触媒に
担持する異種金属は１０ｎｍ以下の微粒子であるである
ことを特徴とするものである。

【００１７】この構成によると、光触媒に異種金属を担
持した際、双方の大きさのバランスがうまくとれている
いるため、光触媒の活性なサイトへの臭気成分の接近を
妨げることなく、しかも異種金属の電子捕捉作用に伴い
光触媒の還元力が向上するので、相乗効果により臭気の
分解効率が向上する。

【００１８】また、請求項６に記載の脱臭装置は、請求
項１〜請求項５のいずれかに記載の脱臭装置において、
光触媒含有塗料中のバインダーの含有量が２０〜８０重
量％であることを特徴とするものである。

【００１９】この構成によると、バインダーの含有量を
２０〜８０重量％の範囲で適切に調整することにより、
基材表面への光触媒含有塗料の光触媒含有塗料のコーテ
ィングが容易になる。

【００２０】また、請求項７に記載の脱臭装置は、請求
項１〜請求項６のいずれかに記載の脱臭装置において、
板状あるいは鎖状の結晶構造を有する無機化合物からな
る粒界補強剤の粉末を光触媒含有塗料に混合したことを
特徴とする。

【００２１】また、請求項８に記載の脱臭装置は、請求
項７に記載の脱臭装置において、前記粒界補強剤は平均
粒径５０μｍ以下の含水珪酸アルミニウムカリウム、天
然含水珪酸マグネシウムの単体からなり、しかもこれら
の複合体を用いることもできることを特徴とするもので
ある。

【００２２】これらの構成によると、光触媒層中の光触
媒粒子間の粒界強度が増すため、光触媒層の被膜強度が
向上する。

【００２３】また、請求項９に記載の脱臭装置は、請求
項１〜８のいずれかに記載の脱臭装置において、固体塩
基物質を光触媒含有塗料に混合したことを特徴とするも
のである。

【００２４】この構成によると、光触媒層に固体酸物質
が含まれる場合、添加した固体塩基物質により固体酸物
質が擬似的に中和されるため、光触媒の活性の低下を抑
えることができる。

【００２５】また、請求項１０に記載の脱臭装置は、請
求項９に記載の脱臭装置において、前記固体塩基物質は
酸化カルシウム、炭酸カルシウム、酸化カリウム、水酸
化ナトリウムの単体からなり、しかもこれらの複合体を
用いることもできることを特徴とするものである。

【００２６】この構成によると、固体塩基物質として適
切な材料を選択することにより、光触媒層に含まれる固
体酸物質の擬似的な中和を完全に近い形で行える。

【００２７】また、請求項１１に記載の脱臭装置は、請
求項９に記載の脱臭装置において、前記固体塩基として
炭酸カルシウムを用い、その混合量を前記光触媒含有塗
料の１．０重量％以下としたことを特徴とするものであ
る。

【００２８】この構成によると、安価な炭酸カルシウム
を少量添加するだけで、光触媒層に含まれる固体酸物質
の擬似的な中和を完全に近い形で行える。

【００２９】また、請求項１２に記載の脱臭装置は、請
求項１〜請求項１１のいずれかに記載の脱臭装置におい
て、異種金属担持光触媒に対して約１．０〜７０重量％
の吸着剤を光触媒含有塗料に混合したことを特徴とする
ものである。

【００３０】この構成によると、吸着剤による臭気成分
の吸着作用が光触媒層に付与されるため、吸着剤に吸着
された臭気成分も光触媒の活性で分解脱臭される。

【００３１】また、請求項１３に記載の脱臭装置は、請
求項１２に記載の脱臭装置において、前記吸着剤はＴ
ｉ，Ｗ，Ｍｏ，Ｓｉ，Ｉｎ，Ｃｄ，Ｇａ，Ｃｒ，Ｐｂ，
Ｓｎのいずれか、又はこれらの化合物、又はこれらの合
金、又はこれらの酸化物の単体からなる光触媒粉末であ
り、しかもこれらの複合体からなる光触媒粉末を用いる
こともできることを特徴とするものである。また、前記
吸着剤はシリカゲル、シリカライト、活性炭、ゼオライ
ト又はその一部を金属イオンで置換したＭ交換ゼオライ
ト（Ｍ＝Ｃｕ，Ａｇ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｐｔ，Ｎｉ，Ｐｄ，
Ａｕ，Ｓｂ）の単体からなり、しかもこれらの複合体を
用いることもできることを特徴とするものである。

【００３２】この構成によると、吸着剤として適切な材
料を選択することにより、光触媒で直接分解するのに時
間を要する臭気成分も、吸着剤に一旦吸着させておき、
後から光触媒の活性で分解することで効率よく脱臭され
る。

【００３３】また、請求項１４に記載の脱臭装置は、請
求項１３に記載の脱臭装置において、前記光触媒粉末は
粒径５０ｎｍ以下、比表面積５０ｍ²／ｇ以上であるこ
とを特徴とするものである。

【００３４】この構成によると、光触媒粉末がもつ臭気
成分に対する吸着力をさらに向上させることができる。

【００３５】また、請求項１５に記載の脱臭装置による
と、請求項１〜請求項１４のいずれかに記載の脱臭装置
において、光触媒含有塗料に約１０重量％以下の分散剤
や界面活性剤を混合したことを特徴とするものである。

【００３６】この構成によると、光触媒含有塗料を調製
する際、異種金属担持光触媒の均一分散化や安定化を図
れるため、光触媒層全体にわたって脱臭性能がほぼ等し
くなり、品質のバラツキが減少する。

【００３７】また、請求項１６に記載の脱臭装置による
と、請求項１〜請求項１５のいずれかに記載の脱臭装置
において、調湿手段は湿度センサーと、該湿度センサー
が検知した雰囲気中の湿度に基づき加湿する加湿器と、
水分を吸放湿することにより雰囲気を適度な湿度に調節
する吸放湿材とからなり、前記調湿手段により雰囲気中
の湿度が常時約５０〜７０％に維持されることを特徴と
するものである。

【００３８】この構成によると、調湿手段により雰囲気
中の湿度が常時５０〜７０％に維持されるため、光触媒
による臭気の分解速度が顕著に上昇する。

【００３９】また、請求項１７に記載の脱臭装置による
と、請求項１６に記載の脱臭装置において、前記吸放湿
材は平均細孔径が約６０オングストロームの多孔質材料
の粉末を主成分とし、雰囲気中の湿度が約５０〜７０％
より高い状態へ移行したとき水分を吸収し、逆に低い状
態へ移行したときは水分を放出することを特徴とするも
のである。

【００４０】この構成によると、光触媒が良好な臭気の
分解活性を示す湿度環境を安価な材料を用いて低コスト
で作り出すことができる。

【００４１】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について図面
を参照して説明する。本発明で使用する光触媒は、光照
射により臭気成分の分解活性を有する材料であればよ
い。通常、粒径１００ｎｍ以下の微粒子で、Ｔｉ，Ｗ，
Ｍｏ，Ｓｉ，Ｉｎ，Ｃｄ，Ｇａ，Ｃｒ，Ｐｂ，Ｓｎのい
ずれか、あるいはこれらの化合物、あるいはこれらの合
金、あるいはこれらの酸化物が好ましく、さらにこれら
の複合体を用いてもよい。このうち、製造コストや安全
性の面から考えると、酸化チタン（ＴｉＯ₂）が最も実
用的であり、分解性能的にも好適な材料である。また、
このＴｉＯ₂の結晶構造としてはアナターゼ型が適して
いるが、ルチル型のものを用いてもよい。

【００４２】次に、図１に示すように、これらの光触媒
２の微粒子をコアとし、その表面に粒径１０ｎｍ以下の
超微粒子であるＣｕ，Ａｇ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｐｔ，Ｎｉ，
Ｐｄ，Ａｕからなる異種金属３の少なくとも１種以上を
光析出法、混合法、含浸法、化学析出法、同時沈着法等
により固定化し、粉末状の異種金属担持光触媒１を得
る。尚、このようにして得た異種金属担持光触媒はその
用途により異なるが、一般的に気相中では異種金属を担
持する光触媒微粒子の粒径は小さすぎず約１０〜１００
ｎｍが好ましい。

【００４３】この理由はまだ明確にされていないが、コ
アとなる光触媒が相対的に小さく、その表面に担持され
る異種金属が比較的大きい場合、異種金属がコア材料の
表面を隙間なく完全に覆う格好となるため、光照射によ
り光触媒内に生じたｈ⁺は表面の異種金属粒子に移動経
路を阻まれ、すぐにｅ^-と再結合して基底状態に戻るた
めであると考えられる。よって、異種金属担持光触媒で
はｅ^-とｈ⁺の移動経路が充分に確保されるように、光触
媒および異種金属の粒径を適切に選択する必要がある。

【００４４】上記のようにして得られた異種金属担持光
触媒１を、図２に示すようにシリコーン樹脂やフッ素樹
脂等の有機系あるいはコロイダルシリカや酸化チタン等
を主成分とする無機系のバインダー５と調合して光触媒
含有塗料（バインダーの固形分に対し異種金属担持触媒
の粉末を約２０〜８０重量％混合）を調製し、ガラス、
金属、セラミックス、プラスチックス等からなる繊維
状、板状、棒状、管状の成型品等の基材４の表面にスプ
レーコーティング、ディップコーティング、ロールコー
ティング、スピンコーティング、刷毛塗り等により前記
光触媒含有塗料を塗布後、４００℃以下の比較的低温で
焼成・乾燥（必要に応じて予備乾燥工程をこの前に入れ
てもよい）し、光触媒層６を膜形成させる。

【００４５】ここで、基材が金属である場合は、基材と
の密着性がよいバインダーを選択し、場合によっては添
加剤をバインダーと混合し、これをプライマー層として
基材表面に塗布する。その後、このプライマー層の上に
前記光触媒含有塗料を上記方法にて塗膜化する。これに
より、光触媒層が直接基材に触れないため、電子捕捉等
の金属基材の影響を無視することができる。

【００４６】さらに、基材がプラスチックス材料である
場合は、例えばコルコート社製のシリカバインダーのよ
うな常温〜７０℃にて乾燥可能なバインダーをプライマ
ー層として基材表面に塗布し、充分に乾燥させた後、そ
の上に前記光触媒含有塗料を塗装して膜形成させる。こ
れにより、光触媒層が直接基材に触れないため、光触媒
の活性による基材の分解を防止できる。

【００４７】ところで、上記のように有機系バインダー
あるいは無機系バインダーを用いて光触媒含有塗料を調
製する際、バインダー中に含まれる固体酸物質の影響に
より光触媒の活性が損なわれる場合がある。そこで、こ
の固体酸物質を疑似的に中和するために、酸化カルシウ
ム、炭酸カルシウム、酸化カリウム、水酸化ナトリウム
等の固体塩基粉末を光触媒含有塗料に適量混合する。

【００４８】また、光触媒含有塗料を調製する際、無機
系バインダーを用いた場合、この塗料を基材表面に製膜
した光触媒層の粒界強度（即ち、光触媒粒子同士の結合
強度）が弱くなり、被膜強度の低下が問題となるため、
板状あるいは鎖状の結晶構造を有する含水珪酸アルミニ
ウムカリウム、天然含水珪酸マグネシウムの単体あるい
はこれらの複合体からなる粒界補強剤を前記光触媒含有
塗料に無機系バインダーに対して約５０重量％以下で適
量混合することにより塗料の粒界強度の向上を図る。ま
た、この粒界補強剤を混合した光触媒含有塗料を基板上
に製膜した光触媒層は多孔質となり、臭気成分を含んだ
空気が光触媒層中の光触媒に触れやすくなる。

【００４９】しかし、このような粒界補強剤と異種金属
担持光触媒粉末とをバインダーと共に混合して製膜した
光触媒層では、粒界補強剤が固体酸物質として作用し、
この影響により光触媒活性が損なわれる可能性がある。
そこで、上記と同様に、これら固体酸物質を疑似的に中
和させるために、酸化カルシウム、炭酸カルシウム、酸
化カリウム、水酸化ナトリウム等の固体塩基粉末も同時
に適量混合して光触媒含有塗料とする。

【００５０】ところで、前記光触媒含有塗料を製膜した
光触媒層のみでは有害ガスの吸着力が低いため、空間に
存在する各種臭気成分のうち光触媒層中の光触媒と接触
したものしか分解できない。そこで、各種臭気成分に対
する吸着特性を有する光触媒を選択して単独で用いる
か、シリカゲル、シリカライト、活性炭、ゼオライトか
らなる多孔質材料の単体あるいはこれらの複合体を吸着
剤として光触媒含有塗料に混合とする。これにより、光
触媒と接触した臭気ガスは勿論、吸着性をもつ光触媒層
に吸着された臭気成分も光触媒により効率よく分解する
ことができる。

【００５１】しかし、吸着剤にて臭気ガスを吸着させて
光触媒の作用により脱臭する場合、吸着剤の細孔内に吸
着された臭気ガス、とりわけ細孔の奥深くに吸着された
臭気ガスを吸着剤近傍の光触媒にて分解するには、吸着
剤の表面近くまで臭気ガスが細孔内を移動してこないと
分解できないため、雰囲気中の臭気成分を完全に分解す
るのにかなり長い時間を要する。そこで、各種臭気成分
に対して適度な吸着特性を有する光触媒を選択して光触
媒兼吸着剤として利用することにより、臭気ガスの分解
効率の向上を図れるとともに、吸着されたガスは直ちに
分解されるので、光触媒層の再生効率も向上させること
ができる。ここで、吸着特性を有する光触媒は、粒径５
０ｎｍ以下、比表面積５０ｍ²／ｇ以上の微粒子であ
り、Ｔｉ，Ｗ，Ｍｏ，Ｓｉ，Ｉｎ，Ｃｄ，Ｇａ，Ｃｒ，
Ｐｂ，Ｓｎのいずれか、またはこれらの化合物、または
これらの合金、またはこれらの酸化物が好ましく、これ
らの複合体を用いることもできる。

【００５２】このような材料をそのまま光触媒兼吸着剤
として用いてもよいが、複合臭気雰囲気下では分解を不
得手とする臭気成分が材料表面の活性なサイトに吸着す
ることにより、場合によっては該成分が吸着していなけ
れば分解できたはずの成分までが分解できなくなり、光
触媒本来の分解活性が損なわれる恐れがある。そこで、
吸着特性の低い異種金属担持光触媒粉末を光触媒材料と
して用いることにより、複合臭気雰囲気下でも吸着対象
となる臭気ガスに対する選択性が上がり、光触媒層にさ
らに高い脱臭能力をもたせることができる。

【００５３】また、臭気成分の吸着性能を考慮すると、
光触媒と複合化する前記吸着剤は疎水性ゼオライト（Ｓ
ｉ／Ａｌ≧５０）が適している。ここで、ゼオライトと
しては、その水素あるいはナトリウムの一部をＣｕ，Ａ
ｇ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｐｔ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ａｕで置換したＭ
交換ゼオライト（Ｍ＝Ｃｕ，Ａｇ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｐｔ，
Ｎｉ，Ｐｄ，Ａｕ）を用いるとさらに吸着性が増し、ひ
いては光触媒層の脱臭効率の向上を図れる。

【００５４】しかし、Ｍ交換ゼオライトを光触媒と混合
すると、Ｍ交換ゼオライト中のＣｕ，Ａｇ，Ｆｅ，Ｃ
ｏ，Ｐｔ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ａｕの電子捕捉作用により、上
述した固体酸物質と同様に光触媒の還元力を阻害する傾
向がみられるため、それを抑制する目的で酸化カルシウ
ム、炭酸カルシウム、酸化カリウム、水酸化ナトリウム
等の固体塩基粉末を同時に適量混合して光触媒含有塗料
を調整する。尚、吸着材料の混合量は使用する吸着材料
の種類や特性により異なるが、総じて異種金属担持光触
媒に対して約１．０〜７０重量％の範囲が適当である。
また、固体塩基粉末の混合量は、使用するバインダー等
の混合物質や固体塩基の種類よって異なり、光触媒含有
塗料中の固体酸物質の量等を考慮して適量を混合する。
さらに、光触媒含有塗料を調合する際、光触媒の安定化
や分散性の均一化を図るために分散剤や界面活性剤を適
量混合してもよい。

【００５５】以上のようにして調製した光触媒含有塗料
を基材表面に製膜するのであるが、この基材の材質、形
状、構造は製膜可能なものであれば特に限定されず、製
膜方法も膜を形成しうる方法なら上記以外の方法でもよ
い。また、バインダーはＳｉ０₂を主成分とし、不純物
の少ないバインダーを選択することにより、光触媒の活
性を低下させることなく塗膜を形成することができる。
以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。

【００５６】

【実施例】（１）脱臭試験異種金属を固定化した光触媒において、異種金属の触媒
活性に及ぼす純粋な影響を調べるため、製膜していない
粉末状の異種金属担持光触媒を用いてタバコの煙等に含
まれる典型的な臭気ガスであるアセトアルデヒドの分解
実験を以下のようにして行った。まず、恒温恒湿槽内に
容積２７Ｌの蓋付きのアクリル製容器を設置し、このア
クリル製容器内に循環ファンおよびブラックライト（波
長３００〜４５０ｎｍ）を配設した。

【００５７】次いで、ブラックライト直下に石原産業
（株）製の粒径７ｎｍのアナターゼ型ＴｉＯ₂粉末およ
び大研化学工業（株）製の粒径７０ｎｍのルチル型Ｔｉ
Ｏ₂の表面に上記方法により粒径１．５ｎｍのＰｔを担
持した光触媒粉末をそれぞれ５０ｇづつシャーレに入れ
て設置し、恒温恒湿槽により所望の湿度（４０％、６０
％、８０％）に制御した後、アクリル製容器を密閉し、
アセトアルデヒドガスを注射器により約１００ｐｐｍ注
入した。注入後そのまま３０分放置した時点でのアセト
アルデヒドの濃度を初期値とし、ブラックライトを照射
してアセトアルデヒド濃度の経時変化を測定した。測定
は、北川式検知管を用いて行った。

【００５８】試験結果を図３に示す。尚、この図におい
て凡例中のパーセンテージは雰囲気の相対湿度を示して
いる。これから明らかなように、ＴｉＯ₂粉末のみで
は、雰囲気の湿度の影響をほとんど受けず、どの湿度で
もほぼ一定の比較的遅い分解速度でアセトアルデヒドが
分解され、ブラックライトを４０分照射してもアセトア
ルデヒド濃度の減少は約１／１０にとどまった。それに
対し、Ｐｔを担持したＴｉＯ₂粉末では、アセトアルデ
ヒドの分解速度が雰囲気湿度に依存し、約６０％で最も
高い分解速度を示すが、雰囲気湿度が約６０％より高す
ぎても低すぎても分解速度が低下することが分かった。

【００５９】この原因については、まだ明確にされてい
ないが、ＴｉＯ₂粉末のみを光触媒に用いた場合、光の
照射による光触媒の励起で生じたｈ⁺が雰囲気中の水分
（Ｈ₂Ｏ）と反応し、ＯＨラジカル（・ＯＨ）が生成さ
れ、この・ＯＨによりアセトアルデヒドが分解される。
しかし、使用したＴｉＯ₂や量や形態等の条件を等しく
しているため、励起により生じたｈ⁺の生成量は常に一
定であると考えられる。従って、雰囲気中のＨ₂０の量
が増えても、上記反応による・ＯＨの生成量は変化しな
いため、アセトアルデヒドの分解速度は雰囲気の湿度に
依存しない結果となったと思われる。

【００６０】それに対し、Ｐｔを担持したＴｉＯ₂粉末
を光触媒に用いた場合は、上記反応に加え、光の照射に
よる光触媒の励起で生じたｅ^-がＰｔにより捕捉され、
この捕捉されたｅ^-が雰囲気中の酸素（Ｏ₂）と反応して
スーパーオキシドラジカル（Ｏ₂ ^-）を生成し、さらにこ
のＯ₂ ^-が雰囲気中の水分（Ｈ₂０）と反応して過酸化水
素（Ｈ₂Ｏ₂）を経て・ＯＨとなる。ここで、Ｏ₂ ^-の寿命
は・ＯＨのそれより長い。そのため、アセトアルデヒド
の分解に寄与する・ＯＨの生成量が、適度な高湿度雰囲
気（約６０％）ではＴｉＯ₂のみを光触媒に用いた場合
に比べて多くなり、アセトアルデヒドの分解速度が速く
なったと考えられる。しかし、湿度が高すぎる（約８０
％）と、Ｐｔ粒子表面の活性なサイトにＨ₂Ｏが過剰に
吸着することにより、上記Ｏ₂ ^-の生成反応が阻害される
ため、アセトアルデヒドの分解速度が減少したものと思
われる。

【００６１】（２）光触媒層の製作例以上の結果より、異臭金属担持光触媒を適正環境下で使
用すると、より優れた脱臭効果が得られることが期待さ
れる。しかしながら、異種金属担持光触媒を粉末状で使
用するには用途が限定されるのを免れ得ない。そこで、
本実施例では光触媒層を製作する場合の一例を説明す
る。まず、日産化学工業（株）製のスノーテックスＯ
（主成分；コロイダルシリカ２０．５％含有）１００ｇ
中に、大研化学工業（株）製の粒径７０ｎｍのルチル型
ＴｉＯ₂の表面に上記方法により粒径１．５ｎｍのＰｔ
を担持した光触媒粉末２０．５ｇを混合し、次いで脇田
砿業（株）製の＃５５００マイカ粉末（化学名；含水珪
酸アルミニウムカリウム、主成分；ＳｉＯ₂約４４．３
重量％、Ａｌ₂Ｏ₃約４１．９重量％）５．１２５ｇを混
合し、さらに炭酸カルシウム粉末０．０５１２５ｇを混
合して光触媒含有塗料を調製する。

【００６２】次いで、クロメート表面処理を施したアル
ミ板を基材とし、スノーテックスＯとイソプロピルアル
コール（ＩＰＡ）を１：１で混合した塗料をスプレーコ
ーティングし、２００℃で１時間焼成してプライマー層
を形成する。このようにしてプライマー層を形成させた
アルミ基板の表面のプライマー層の上に、前記触媒含有
塗料をスプレーコーティングし、再び２００℃で１時間
焼成して光触媒層を形成する。また、基材がプラスチッ
クスの場合は、スノーテックスＯの替わりにコルコート
社製のシリカバインダー等のようなプラスチックスによ
く馴染み、常温〜７０℃にて乾燥可能なバインダーを使
用して同様の方法で光触媒層を形成する。尚、メッシュ
状、ハニカム状等の通気性を有する基材表面に上記手法
を用いて光触媒層を形成させることにより、この基材を
脱臭装置等の空気浄化フィルタとして使用することがで
きる。

【００６３】（３）吸放湿材の作成例上述したように異種金属担持光触媒によるアセトアルデ
ヒドの分解速度は、雰囲気の湿度に依存するので、雰囲
気が適度な湿度に保たれるように調節する調湿手段を併
用することにより、光触媒の脱臭能力を極限まで高める
ことができる。そこで、周囲の相対湿度に応じて水分を
吸収したり、放出したりできる吸放湿材を用いることに
より、光触媒が優れた触媒活性を発揮できる最適な湿度
環境を容易に作り出すことできる。以下、その吸放湿材
を作成する一例を説明する。平均細孔径が約６０オング
ストロームのシリカゲル等の粉末材料をアクリル樹脂等
のバインダーと混合し、ガラス、金属、セラミックス、
プラスチックス等からなる繊維製品、板状、線状、管状
の成型品等の基材表面にスプレーコーティング、ロール
コーティング、スピンコーティング、刷毛塗り等により
製膜する。もしくは、球状、中空状等の粒径の大きな粉
末を選択し、不織布等の通気性を有する材料にて包み込
み、それを用途に応じて加工してもよい。

【００６４】（４）光触媒層を空気浄化手段に応用した
脱臭装置本実施形態において好適に用いられる脱臭装置の構成を
図面を参照して説明する。図４は、本発明に係る光触媒
層を空気浄化手段に応用した脱臭装置の一例の概略的な
側面断面図である。図４に示すように、この脱臭装置は
本体７内に、該本体７が設置される空間内の空気を循環
させるファン８と、該ファン８を挟んで本体前面および
上面にそれぞれ設けられた吸気口９および排気口１０
と、各種モードを選択する操作パネル（図示せず）から
の信号に基づいて脱臭装置の運転を制御する制御部１１
とを備えている。このような構成をもつ脱臭装置を駆動
すると、ファン８が回転して吸気口９から空気が吸い込
まれ、装置内部の空気流路を通過して排気口１０から排
出される。従って、この装置を連続的に運転することに
より空間内の空気を繰り返し循環させることができる。

【００６５】また、前記ファン８と吸気口９との間には
集塵手段１２が配設されている。さらに、前記ファン８
と排気口１０との間には、前記ファン８に近い順に光照
射手段１３、空気浄化手段１４（光触媒層を形成した基
材）が設けられている。ここで、前記集塵手段１２は電
気集塵装置等の電気的手段、ＨＥＰＡフィルター、活性
炭フィルター等の単体あるいはそれらの複合体からなる
ものである。そして、前記光照射手段１３は空気浄化手
段１４に対して垂直かつ均等に光照射されるように配設
され、冷陰極管、ブラックライト、白色灯等でもよい
が、強い紫外線を発生するものの方が光触媒作用を利用
する上で適している。

【００６６】また、前記空気浄化手段１４としては、メ
ッシュ状、ハニカム状等の通気性を有する基材表面に上
述した手法により光触媒層を形成させたものを好適に用
いることができる。尚、１５は本体７の底部に配設され
た加湿手段であり、前記空気浄化手段１４の直下に配設
した湿度センサー１６の検知結果に基づいて駆動制御さ
れ、必要に応じてファン８の上流側に水分を送り込んで
本体７内の空気流路および本体７が設置された空間を加
湿する。加湿方法としては、例えば加熱式、蒸気式、気
化式、超音波式、噴霧式等があるが、これらに限定され
ない。さらに、１７は吸放湿材であり、前記空気浄化手
段１４を挟んで上流側および下流側の両方もしくは片方
に配設する。

【００６７】次に、以上のような構成をもつ脱臭装置の
使用形態について説明する。雰囲気中に臭気成分を含む
空間に脱臭装置を設置して運転すると、空間内の空気が
吸気口９から吸い込まれ、集塵手段１２を通過する際に
塵埃が該集塵手段１２に捕捉されて除去される。そし
て、前記集塵手段１２を通過した空気は、ファン８を経
由してさらに下流の空気浄化手段１４と接触しながら通
過して排気口１０から外部へ排出される。

【００６８】このとき、空気浄化手段１４は光照射手段
１３による光の照射を常時受けており、空気はこの空気
浄化手段１４を通過する際に、光触媒の作用で臭気成分
の一部が分解されるともに、光触媒層中の吸着剤に臭気
成分の一部が吸着される。この吸着された臭気ガスは経
時的に吸着剤から脱着し、光触媒と接触することにより
続いて分解される。また、前記加湿手段１５および吸放
湿材１７によって空気浄化手段１４近傍が適度な湿度に
なるように常時制御され、これにより光触媒の活性が充
分に発揮されるので、臭気の分解速度を上昇させること
ができるとともに、光触媒の再生時間を短縮することが
できる。

【００６９】また、図５は図４とは異なる実施形態であ
る脱臭装置の一例の側面断面図であり、上流側から集塵
手段１２、光照射手段１３、空気浄化手段１４、ファン
８が配設され、この順に空気が通過して排気されるよう
に構成されている。また、本体１の底部に加湿手段１５
を、空気浄化手段１４の後方に湿度センサー１６をそれ
ぞれ配設する。さらに、前記空気浄化手段１４を挟んで
上流側および下流側の両方もしくは片方に吸放湿材１７
を配設する。この脱臭装置の動作および臭気ガスの分解
方法等は上記実施形態と同様である。

【００７０】尚、本発明は上記実施形態に限定されない
のは勿論であって、空間に設置して空間内の空気を循環
させる他の装置、例えば空気調和機や除湿機等に空気浄
化手段を配設して空間内の空気浄化機能をこれらの機器
に付加するようにしてももよい。

【００７１】

【発明の効果】粒径０．１〜１０ｎｍの超微粒子Ｐｔ等
の異種金属を担持した粒径５〜１００ｎｍのＴｉＯ₂等
からなる光触媒に光を照射して雰囲気中に含まれる臭気
成分の分解を行わせると、異種金属を担持させていない
光触媒のみで臭気を分解させる場合に比べて格段に分解
速度が上がり、光触媒の再生効率が向上し、しかもこの
異種金属担持光触媒の触媒活性は雰囲気の湿度に依存す
ることを見いだした。

【００７２】そこで、この異種金属担持光触媒を表面に
製膜して光触媒層を形成させた基材を、空間に設置して
該空間内の空気を循環させる脱臭装置の内部の空気流路
に配設し、最適な湿度環境を作り出す調湿手段と組み合
わせて用いることにより、光触媒が良好な触媒活性を発
揮して効率よく空間内の空気を浄化できる。さらに、一
般的に風邪等の予防として室内の湿度を６０％前後に維
持するのが良いとされているが、本発明に係る脱臭装置
を運転する場合の湿度環境は約５０〜７０％に制御され
るので、健康維持の面においても効果が期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る異種金属担持光触媒の模式的
な拡大断面図である。

【図２】同上異種金属担持光触媒を含む光触媒層を
基材表面に製膜した状態を示す模式的な拡大断面図であ
る。

【図３】本発明に係る異種金属担持光触媒によるア
セトアルデヒドの分解試験を様々な湿度雰囲気下で行っ
た結果を光触媒のみの場合と比較して示すグラフであ
る。

【図４】本発明に係る脱臭装置の一例の概略的な側
面断面図である。

【図５】本発明に係る脱臭装置の他の例の概略的な
側面断面図である。

【符号の説明】

１異種金属担持光触媒２光触媒３異種金属４基材５バインダー６光触媒層７本体８ファン９吸気口１０排気口１１制御部１２集塵手段１３光照射手段１４空気浄化手段１５加湿手段１６湿度センサー１７吸放湿材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｂ０１Ｄ 53/26 １０１Ｂ０１Ｊ 20/02 Ａ４Ｇ０６６Ｂ０１Ｊ 20/02 Ｂ４Ｇ０６９ 23/42 Ａ 23/42 35/02 Ｊ 35/02 Ｆ２４Ｆ 6/00 ３０１Ｆ２４Ｆ 6/00 ３０１Ｂ０１Ｄ 53/36 ＺＡＢＪＦターム(参考） 3L055 AA07 DA05 4C080 AA07 BB02 CC01 HH05 JJ06 KK08 LL03 LL20 MM02 MM07 QQ11 4D012 CA09 CA10 CB01 CE01 CF05 CG01 CG03 CH05 4D048 AA19 AA22 AB03 AB05 BA02X BA03X BA06X BA06Y BA07X BA07Y BA17Y BA25Y BA26Y BA27Y BA30X BA30Y BA31Y BA34Y BA35Y BA36Y BA37Y BA38Y CA06 CD01 CD10 EA01 4D052 AA08 CE00 GA01 GA03 GA04 GB03 GB12 GB14 HA01 HA39 HB05 4G066 AA02B AA05B AA15B AA18B AA19B AA21B AA22B AA23B AA25B AA27B AA28B AA61B CA02 DA03 FA37 4G069 AA03 AA08 BA01A BA01B BA02A BA02B BA04A BA04B BA48A BB04A BB04B BC17A BC18A BC19A BC19B BC21A BC22A BC31A BC32A BC33A BC36A BC50A BC50B BC58A BC59A BC60A BC66A BC67A BC68A BC72A BC75A BC75B CA01 CA10 CA17 DA05 FA06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】空間に設置して空間内の空気を循環させ
るとともに空気中に含まれる臭気を除去する脱臭装置に
おいて、異種金属を担持した光触媒とバインダーとを混合した光
触媒含有塗料を基材表面にコーティングすることにより
光触媒層を形成させた空気浄化手段と、該空気浄化手段
に向けて光を照射する励起光源と、前記空気浄化手段の
周辺の雰囲気が適度な湿度になるように調節する調湿手
段とを設けたことを特徴とする脱臭装置。
【請求項２】前記光触媒は粒径１００ｎｍ以下の微粒
子であることを特徴とする請求項１に記載の脱臭装置。
【請求項３】前記光触媒はＴｉ，Ｗ，Ｍｏ，Ｓｉ，Ｉ
ｎ，Ｃｄ，Ｇａ，Ｃｒ，Ｐｂ，Ｓｎのいずれか、又はこ
れらの化合物、又はこれらの合金、又はこれらの酸化物
の単体あるいは複合体からなることを特徴とする請求項
１又は請求項２に記載の脱臭装置。
【請求項４】異種金属はＣｕ，Ａｇ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｐ
ｔ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ａｕの単体又はその酸化物の少なくと
も１種以上からなることを特徴とする請求項１〜請求項
３のいずれかに記載の脱臭装置。
【請求項５】光触媒は粒径５〜１００ｎｍのアナター
ゼ型あるいはルチル型の酸化チタンの微粒子からなり、
一方、光触媒に担持する異種金属は１０ｎｍ以下の微粒
子であるであることを特徴とする請求項１〜請求項４の
いずれかに記載の脱臭装置。
【請求項６】光触媒含有塗料中のバインダーの含有量
が２０〜８０重量％であることを特徴とする請求項１〜
請求項５のいずれかに記載の脱臭装置。
【請求項７】板状又は鎖状の結晶構造を有する無機化
合物からなる粒界補強剤の粉末を光触媒含有塗料に混合
したことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに
記載の脱臭装置。
【請求項８】前記粒界補強剤は平均粒径５０μｍ以下
の含水珪酸アルミニウムカリウム、天然含水珪酸マグネ
シウムの単体又は複合体からなることを特徴とする請求
項７に記載の脱臭装置。
【請求項９】固体塩基物質を光触媒含有塗料に混合し
たことを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれかに記
載の脱臭装置。
【請求項１０】前記固体塩基物質は酸化カルシウム、
炭酸カルシウム、酸化カリウム、水酸化ナトリウムの単
体あるいは複合体からなることを特徴とする請求項９に
記載の脱臭装置。
【請求項１１】前記固体塩基として炭酸カルシウムを
用い、その混合量を前記光触媒含有塗料の１．０重量％
以下としたことを特徴とする請求項９に記載の脱臭装
置。
【請求項１２】異種金属担持光触媒に対して約１．０
〜７０重量％の吸着剤を光触媒含有塗料に混合したこと
を特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれかに記載の
脱臭装置。
【請求項１３】前記吸着剤はＴｉ，Ｗ，Ｍｏ，Ｓｉ，
Ｉｎ，Ｃｄ，Ｇａ，Ｃｒ，Ｐｂ，Ｓｎのいずれか、又は
これらの化合物、又はこれらの合金、又はこれらの酸化
物の単体あるいは複合体からなる光触媒粉末あるいは、
シリカゲル、シリカライト、活性炭、ゼオライトまたは
その一部を金属イオンで置換したＭ交換ゼオライト（Ｍ
＝Ｃｕ，Ａｇ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｐｔ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ａｕ，
Ｓｂ）の単体あるいは複合体からなることを特徴とする
請求項１２に記載の脱臭装置。
【請求項１４】前記光触媒粉末は粒径５０ｎｍ以下、
比表面積５０ｍ²／ｇ以上であることを特徴とする請求
項１３に記載の脱臭装置。
【請求項１５】光触媒含有塗料に約１０重量％以下の
分散剤や界面活性剤を混合したことを特徴とする請求項
１〜請求項１４のいずれかに記載の脱臭装置。
【請求項１６】調湿手段は湿度センサーと、該湿度セ
ンサーが検知した雰囲気中の湿度に基づき加湿する加湿
器と、水分を吸放湿することにより雰囲気を適度な湿度
に調節する吸放湿材とからなり、前記調湿手段により雰
囲気中の湿度が常時約５０〜７０％に維持されることを
特徴とする請求項１〜請求項１５のいずれかに記載の脱
臭装置。
【請求項１７】前記吸放湿材は平均細孔径が約６０オ
ングストロームの多孔質材料の粉末を主成分とし、雰囲
気中の湿度が約５０〜７０％より高い状態へ移行したと
き水分を吸収し、逆に低い状態へ移行したときは水分を
放出することを特徴とする請求項１６に記載の脱臭装
置。