JP2020185557A - 自壊性二酸化炭素発生体および二酸化炭素発生システム - Google Patents
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Abstract
【課題】簡便なシステムで高効率に二酸化炭素を発生できる自壊性二酸化炭素発生体、およびこれを搭載する二酸化炭素発生システムを提供。【解決手段】本発明に係る自壊性二酸化炭素発生体は、支持体2と、支持体2上に形成され、有機物バインダ52と、有機物バインダ52に分散された光触媒51を含み、光触媒51の光触媒作用によって二酸化炭素を発生する自壊性二酸化炭素発生層3とを備える。自壊性二酸化炭素発生層3の、光触媒の活性光線の照射領域の表面積が、照射領域の投影面積の150%以上であり、光触媒51に対する活性光線を0.8mJ/cm2・secの強度で照射した場合に、常温・常圧で二酸化炭素が、活性光線が照射される投影面積の単位面積あたり1nL/cm2・sec以上発生する。【選択図】図1
Description
本発明は、光触媒を用いた自壊性二酸化炭素発生体および二酸化炭素発生システムに関する。
紫外光・可視光等の活性光線照射により触媒作用を示す光触媒は、有害物質を除去する大気浄化材料、悪臭を分解する脱臭材料、水中に溶け込んだ有機化合物を分解・除去する浄水材料として利用されている。また、光触媒の酸化作用を利用した抗菌材料、窓ガラスや外壁などの汚れを防ぐ防汚材料として応用されている。更に、蚊を誘引する用途への応用や花粉等のアレルゲンを不活性化する用途(特許文献1)、植物への成長促進用途(特許文献2)への利用が提案されている。
装置内部にコーティング加工された二酸化チタンの光触媒反応により、空気中の有機物を分解して生成したCO2を蚊の誘因に利用する方法が提案されている。本発明者等は、先般、光触媒が混練された有機物バインダを主成分とする固体状の混練物を備え、光触媒の光触媒作用によって有機物バインダが自壊してCO2を発生するシステム(特許文献3)、担持体により固定化された光触媒に、光触媒の光触媒作用により分解してCO2を発生する有機分子を含む液体の供給と、担持体での液体の消費を繰り返し行うことにより継続的にCO2を発生させるシステム(特許文献4)を提案した。
上述のCO2発生システムによれば、ボンベによるCO2供給方法に比べて装置の小型化を達成できる。しかし、装置内部に二酸化チタンをコーティングする方法では、CO2発生効率が低く、CO2発生量に課題がある。また、特許文献3の方法は、CO2発生の継続時間に課題がある。また、特許文献4の方法によれば、液体供給ユニットを設ける必要があり、装置の小型化に改善の余地がある。
本発明は、上記背景に鑑みて成されたものであり、二酸化炭素の発生量および発生時間の向上を達成できる自壊性二酸化炭素発生体、およびこれを搭載する二酸化炭素発生システムを提供することを目的とする。
本発明者らが鋭意検討を重ねたところ、以下の態様において、本発明の課題を解決し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
[1]: 支持体と、
前記支持体上に形成され、有機物バインダおよび前記有機物バインダに分散された光触媒を含み、前記光触媒の光触媒作用によって二酸化炭素を発生する自壊性二酸化炭素発生層とを備え、
前記自壊性二酸化炭素発生層の、前記光触媒の活性光線の照射領域の表面積が、前記照射領域の投影面積の150%以上であり、
前記光触媒に対する活性光線を0.8mJ/cm2・secの強度で照射した場合に、常温・常圧で二酸化炭素が、活性光線が照射される投影面積の単位面積あたり1nL/cm2・sec以上発生する自壊性二酸化炭素発生体。
[2]: 前記自壊性二酸化炭素発生層は、前記光触媒と親和性を示す極性基または/および結合を有する低分子有機化合物を含有する[1]に記載の自壊性二酸化炭素発生体。
[3]: 前記親和性を示す極性基または/および結合は、水酸基、アミノ基、カルボキシル基、エポキシ基、イソシアネート基、エーテル結合、グリコシド結合、エステル結合、アミド結合、ウレア結合、ウレタン結合、グアニジノ基、イミダゾリル基、インドリル基、メルカプト基、カーボネート結合、アセタール結合およびイミド結合の少なくともいずれかである[2]に記載の自壊性二酸化炭素発生体。
[4]: 前記光触媒は、助触媒を有していてもよいTiO2,ZnO,SrTiO3,SnO2およびWO3から選ばれる少なくとも一つを含む金属酸化物半導体であり、
前記助触媒が、Pt,Pd,Cu(II)、Fe(III)、Au,Ag,RuおよびNiの少なくとも一つが含まれる物質である[1]〜[3]のいずれかに記載の自壊性二酸化炭素発生体。
[5]: 蚊の捕獲に用いる[1]〜[4]のいずれかに記載の自壊性二酸化炭素発生体。
[6]: 植物生長促進に用いる[1]〜[4]のいずれかに記載の自壊性二酸化炭素発生体。
[7]: [1]〜[6]のいずれかに記載の自壊性二酸化炭素発生体を用いる二酸化炭素発生システム。
[8]: 更に、前記光触媒を励起し得る光源を備える[7]に記載の二酸化炭素発生システム。
[9]: 更に、前記自壊性二酸化炭素発生体から発生した二酸化炭素を滞留させる滞留空間を有し、
前記滞留空間から放出される二酸化炭素濃度が、大気中の二酸化炭素濃度より600ppm以上高い[7]又は[8]に記載の二酸化炭素発生システム。
[1]: 支持体と、
前記支持体上に形成され、有機物バインダおよび前記有機物バインダに分散された光触媒を含み、前記光触媒の光触媒作用によって二酸化炭素を発生する自壊性二酸化炭素発生層とを備え、
前記自壊性二酸化炭素発生層の、前記光触媒の活性光線の照射領域の表面積が、前記照射領域の投影面積の150%以上であり、
前記光触媒に対する活性光線を0.8mJ/cm2・secの強度で照射した場合に、常温・常圧で二酸化炭素が、活性光線が照射される投影面積の単位面積あたり1nL/cm2・sec以上発生する自壊性二酸化炭素発生体。
[2]: 前記自壊性二酸化炭素発生層は、前記光触媒と親和性を示す極性基または/および結合を有する低分子有機化合物を含有する[1]に記載の自壊性二酸化炭素発生体。
[3]: 前記親和性を示す極性基または/および結合は、水酸基、アミノ基、カルボキシル基、エポキシ基、イソシアネート基、エーテル結合、グリコシド結合、エステル結合、アミド結合、ウレア結合、ウレタン結合、グアニジノ基、イミダゾリル基、インドリル基、メルカプト基、カーボネート結合、アセタール結合およびイミド結合の少なくともいずれかである[2]に記載の自壊性二酸化炭素発生体。
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前記助触媒が、Pt,Pd,Cu(II)、Fe(III)、Au,Ag,RuおよびNiの少なくとも一つが含まれる物質である[1]〜[3]のいずれかに記載の自壊性二酸化炭素発生体。
[5]: 蚊の捕獲に用いる[1]〜[4]のいずれかに記載の自壊性二酸化炭素発生体。
[6]: 植物生長促進に用いる[1]〜[4]のいずれかに記載の自壊性二酸化炭素発生体。
[7]: [1]〜[6]のいずれかに記載の自壊性二酸化炭素発生体を用いる二酸化炭素発生システム。
[8]: 更に、前記光触媒を励起し得る光源を備える[7]に記載の二酸化炭素発生システム。
[9]: 更に、前記自壊性二酸化炭素発生体から発生した二酸化炭素を滞留させる滞留空間を有し、
前記滞留空間から放出される二酸化炭素濃度が、大気中の二酸化炭素濃度より600ppm以上高い[7]又は[8]に記載の二酸化炭素発生システム。
本発明によれば、簡便なシステムで二酸化炭素の発生量および発生時間の向上を達成できる自壊性二酸化炭素発生体、およびこれを搭載する二酸化炭素発生システムを提供することができるという優れた効果を奏する。
以下、本発明の実施形態の一例について説明する。
[第1実施形態]
第1実施形態に係る自壊性二酸化炭素発生体(以下、「自壊性CO2発生体」という)は、支持体と、自壊性二酸化炭素発生層(以下、自壊性CO2発生層という)を少なくとも有する。自壊性CO2発生層は、支持体上に形成されており、少なくとも光触媒および有機物バインダを有する。この自壊性CO2発生層は、光触媒の光触媒作用(酸化作用)によって自壊してCO2を発生する。
[第1実施形態]
第1実施形態に係る自壊性二酸化炭素発生体(以下、「自壊性CO2発生体」という)は、支持体と、自壊性二酸化炭素発生層(以下、自壊性CO2発生層という)を少なくとも有する。自壊性CO2発生層は、支持体上に形成されており、少なくとも光触媒および有機物バインダを有する。この自壊性CO2発生層は、光触媒の光触媒作用(酸化作用)によって自壊してCO2を発生する。
自壊性CO2発生層に対する光触媒の活性光線の照射領域の表面積は、照射領域の投影面積の150%以上とする。ここで、投影面積とは、照射領域の外縁により画定される領域内の平面の面積をいう。また、自壊性CO2発生層の光触媒の活性光線の照射領域の表面積とは、活性光線が照射される領域(但し、照射光の反射光のみが照射される領域は含まない)の表面積の総和をいう。従って、活性光線が照射される凹部の内壁や、凸部の側壁および底面部のうち活性光線が照射される部分等が含まれる。本明細書において自壊性CO2発生層の光触媒の活性光線の照射領域の表面積は、後述する実施例で説明する方法により求めた値をいう。
第1実施形態に係る自壊性CO2発生体は、光触媒に対する活性光線を0.8mJ/cm2・secの強度で照射した場合に、常温・常圧でCO2が、活性光線が照射される投影面積の単位面積あたり1nL/cm2・sec以上発生するものである。
なお、活性光線とは、光触媒に対して活性を示す光線の帯域全てを含むものであり、この帯域内であればいかなる波長も本実施形態の自壊性CO2発生体に対して利用できる。但し、前述のCO2発生量(投影面積の単位面積あたり1nL/cm2・sec以上)は、最大の触媒効率を示す波長によって実現できればよい。また、上記に特定する照射強度は、CO2を定量化するために定義したものであって、本実施形態の自壊性CO2発生体を使用する際の照射強度を特定したものではない。即ち、本実施形態においては、自壊性CO2発生層に対する照射強度は任意に設定可能である。
第1実施形態に係る自壊性CO2発生体は、活性光線照射によってCO2を発生させたい用途全般、例えば、蚊捕集、植物成長促進、微生物培養等に適用できる。なお、以降の図における各部材のサイズや比率は、説明の便宜上のものであり、これに限定されるものではない。
図1に、自壊性CO2発生体の模式的断面図を示す。図1に示すように、自壊性CO2発生体1aは、支持体2,自壊性CO2発生層3を有する。自壊性CO2発生層3は、支持体2上に形成され、少なくとも有機物バインダと、この有機物バインダに分散された光触媒とを含む。有機物バインダは、光触媒を分散させる媒体(マトリックス)としての機能と、光触媒作用による自壊性機能を有する。
支持体2としては、不織布、紙、布、フィルム、シート、板およびこれらを任意に組み合わせた積層体が例示できる。また、支持体の材料は、金属、ガラス、繊維、合金、セラミック、金属酸化物、金属炭化物、金属ホウ化物、金属窒化物、グラファイト、ポリエチレンテレフタレート等の樹脂およびこれらの複合材や積層体が例示できる。支持体2としてCO2透過素材を用いたり、支持体2に多数の微細孔や微細溝を設けて、支持体2側からもCO2発生を促すようにしてもよい。
自壊性CO2発生層3は、図1に示すように、自壊性CO2発生層3の少なくとも表面に凹凸形状が形成されている。凹凸形状の程度は、自壊性CO2発生層3の光触媒の活性光線の照射領域(但し、照射光の反射光のみが照射される領域は含まない)の表面積(以下、単に照射領域の表面積ともいう)が、照射領域の投影面積の150%以上となればよく特に限定されない。より好ましくは200%以上であり、更に好ましくは250%以上であり、特に好ましくは400%以上である。自壊性CO2発生層3の活性光線の照射領域の表面積をその投影面積の150%以上とすることにより、光触媒の反応面積を増大させ、触媒作用によるCO2の発生量を格段に高めることができる。更に、CO2発生量を高められるのみならず、CO2の発生継続時間を高めることができる。なお、自壊性CO2発生層3の活性光線の照射領域の表面積の上限は特に限定されないが、構造体としての自立性、強度または製造コストを踏まえると、800%以下とすることが好ましい。
自壊性CO2発生層3の表面の図1に示す凹凸形状は一例であり、溝状の凹凸の他、例えば、ドット状の凹凸、不定形の凹凸、多孔質体による凹凸およびこれらの組み合わせが例示できる。
光触媒51を有機物バインダ52に均質的に分散する態様に代えて、例えば活性光線照射側から遠ざかる方向に、光触媒51の濃度が高くなるよう濃度勾配を設けてもよい。
自壊性CO2発生層3の形成方法としては、混練物を溶媒に分散または溶解させたものを支持体2上に塗工・乾燥する方法が例示できる。塗工方法は、例えば、スクリーン印刷等の印刷法により自壊性CO2発生層3に凹凸形状を設ける方法、3Dプリンターにより所望の形状を形成する方法が例示できる。ベタ膜を形成後に塗膜に型押しを行う方法、塗膜形成後にレーザ等により表面を荒らして凹凸形状を形成する方法が例示できる。また、塗膜を形成後、例えばドット状の開口部が形成されたマスクを介してスプレー塗布により凹凸形状を形成する方法が挙げられる。また、後述する変形例に開示の方法や、発泡剤を用いて多孔質体を形成する方法により作製してもよい。これらは任意に組み合わせられる。
自壊性CO2発生層3の凹部状の空孔数は例えば1000〜1500個/cm2、深さは例えば10〜300μmとすることができる。この凹部状の空孔は支持体2まで貫通していてもよいが、表面積を効率的に高める観点からは、貫通孔ではなく、支持体2上に自壊性CO2発生層3が形成されていることが好ましい。
凹部状の空孔に代えてまたは併用して、自壊性CO2発生層3に微細溝を設けてもよい。自壊性CO2発生層3に微細溝を形成する場合、例えば、溝幅は平均100〜400μm、長さは例えば平均800〜1200μmとすることができる。この微細溝は支持体の表面まで貫通する微細溝であってもよいし、非貫通、即ち、底部に自壊性CO2発生層が形成されていてもよい。また、この微細溝は、活性光線照射が効率的に行えるようにテーパー形状としてもよい。なお、自壊性CO2発生層の形成方法は、前記方法に限定されず、公知の方法を制限なく利用できる。
多数の空孔および/又は微細溝を形成することにより表面積が増大するとともに、活性光線を照射したときに活性光線が空孔および/又は微細溝内部の光触媒まで届き、CO2発生量を大幅に増加させることができる。また、凹凸の存在により自壊性CO2発生層3の下部まで活性光線が届くため、自壊性CO2発生層3の厚みを従来よりも厚くすることが可能となる。このため、CO2発生量を顕著に高めることが可能となると共に、CO2発生時間を長くすることが可能となる。
CO2の発生量は、光触媒の種類・光触媒の平均粒子径、有機物バインダ52に対する光触媒51の混練量・光触媒の分散度、活性光線強度、有機物バインダの種類等により調整することができる。また、自壊性CO2発生層3内部での光散乱効果を高めるために、光散乱効果のある粒子等を好適に用いることができる。
光触媒51は、光源の照射または/および太陽光や室内光等の外部光の活性光線により励起される。励起された光触媒51は、有機物バインダ52を自壊せしめてCO2を発生させる。光触媒51の種類は前記条件を満たすものであればよく、特に限定されない。好適な例としては、二酸化チタン(TiO2),二酸化亜鉛(ZnO),チタン酸ストロンチウム(SrTiO3),二酸化スズ(SnO2)および酸化タングステン(WO3)等からなる金属酸化物半導体やこれらの半導体にドーピングを施したものを用いることができる。これらの半導体の光触媒活性を更に高めるため、これらの半導体表面に、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、銀(Ag)、金(Au)、ロジウム(Ru)、ニッケル(Ni)、鉄(Fe)、銅系化合物等の助触媒を担持した材料を用いることもできる。特に、Cu(II)やFe(III)のクラスター状の粒子を担持した酸化チタン、酸化亜鉛、酸化タングステン、チタン酸ストロンチウムは、可視光で光触媒活性を示すことが知られており、これらの光触媒を好適に使用することもできる。また、安価で生体安全性が確立されている点からは二酸化チタンが好ましく、安価で且つ可視光応答性を示す観点から、鉄系ないし銅系化合物酸化チタン材料が好ましい。光触媒は、単一若しくは2種以上の併用で用いられる。
光触媒51の形状・粒径は特に限定されないが、粒子状であることが好ましく、例えば、5〜5000nm程度のものを用いることができる。粒子の形状は、球状・フレーク状・針状等の種々の形態を取り得る。CO2の生成速度を高める観点からは、平均粒子径が10nm以上、1000nm以下とすることが好ましい。光触媒51の活性光線の帯域は、通常、可視光または/および紫外光が好ましく用いられる。太陽光、特に室内光を効率的に利用する観点からは、可視光応答型の光触媒を用いることが好ましく、紫外光による蚊の誘引効果も目的としてUV光源等を使用する場合には、紫外光応答型の光触媒が好ましい。
CO2発生をより高効率に行う観点から、光触媒に対する活性光線を0.8mJ/cm2・secの強度で照射した場合に、常温・常圧でCO2が、活性光線が照射される投影面積の単位面積当たり1nL/cm2・sec以上発生するものを用いる。好ましくは1.5nL/cm2・sec以上であり、より好ましくは2nL/cm2・sec以上、更に好ましくは3nL/cm2・sec以上、特に好ましくは4nL/cm2・sec以上である。
光触媒51に対する活性光線を0.8mJ/cm2・secの強度で照射した場合に、常温・常圧で、有機物バインダ52が光触媒51の酸化作用によって自壊され、CO2を1nL/cm2・sec以上発生する自壊性CO2発生層3を用いることで、高効率にCO2を発生させることができる。CO2を効率的に発生させる観点からは、有機物バインダ52が光触媒51の活性光線の帯域に対して高い透過率を示すことが好ましい。
光触媒51に対する活性光線を0.8mJ/cm2・secの強度で照射した場合に、常温・常圧で、有機物バインダ52が光触媒51の酸化作用によって自壊され、CO2を1nL/cm2・sec以上発生する自壊性CO2発生層3を用いることで、高効率にCO2を発生させることができる。CO2を効率的に発生させる観点からは、有機物バインダ52が光触媒51の活性光線の帯域に対して高い透過率を示すことが好ましい。
有機物バインダ52の種類は、光触媒により自壊を進行させてCO2を発生させる観点から、飽和炭化水素樹脂または/および水酸基、アミノ基、カルボキシル基、エポキシ基、イソシアネート基、エーテル結合、グリコシド結合、エステル結合、アミド結合、ウレア結合、ウレタン結合、グアニジノ基、イミダゾリル基、インドリル基、メルカプト基、カーボネート結合、アセタール結合およびイミド結合の少なくともいずれかを含む樹脂を主成分とするものが好ましい。活性光線の光触媒作用に支障をきたさなければ、不飽和炭化水素等も好適に用いられる。また、窒素酸化物や、硫黄酸化物、ハロゲンの酸化物等を発生させない観点からは、樹脂は、C原子、O原子、H原子のみから構成されていることが好ましい。また、分解しやすさの観点からは、分子構造が単純で、酸化分解により炭素結合鎖が離脱されやすい樹脂が好ましい。このような樹脂として、長鎖の炭化水素構造を有する樹脂を挙げることができる。具体例を挙げれば、セルロース等の多糖類、流動パラフィン等の炭化水素化合物、酢酸ビニル等のカルボキシル基含有樹脂、ポリビニルアルコール等の水酸基含有樹脂が例示できる。有機物バインダは単独または2種類以上を混合して用いることができる。
自壊性CO2発生層3は、光触媒作用によってCO2を発生することにより、有機物バインダ自身が自壊してCO2を発生する。第1実施形態に係る自壊性CO2発生体1aによれば、光触媒の活性光線の照射領域の表面積が、照射領域の投影面積の150%以上となるようにすることにより、活性光線照射により光触媒の酸化作用を高効率に行うことができ、結果として効率的にCO2を発生させることができる。
有機物バインダと光触媒の配合割合は、CO2を発生できる時間と発生量に関係する。有機物バインダの割合(有機物バインダの容積/(有機物バインダ+光触媒の容積))は、発生させたいCO2量および寿命を考慮してニーズに応じて適宜設定できるが、1〜60wt%とすることが好ましい。光触媒を多く含ませることにより、発生できるCO2量を多くすることができる一方、寿命が短くなる。有機物バインダの下限は、2wt%以上がより好ましく、5wt%以上が更に好ましく、10wt%以上とすることが特に好ましい。また、有機物バインダの上限は、50wt%以下とすることよりが好ましく、40wt%以下が更に好ましく、30wt%以下とすることが特に好ましい。
自壊性CO2発生体1は、支持体2と自壊性CO2発生層3の間に薄層の反射層を設け、自壊性CO2発生層3の上層から照射された光を反射させて、自壊性CO2発生層3への光照射効率を高めるようにしてもよい。また、支持体2自体が光触媒の活性光線に対する反射機能を有していてもよい。更に、活性光線を自壊性CO2発生層3の上層側から照射する例を挙げたが、支持体2を活性光線透過部材により構成し、支持体2側から活性光線を照射してもよい。
第1実施形態に係る自壊性CO2発生体によれば、自壊性CO2発生層3の表面積を増大させることにより、活性光線の届く範囲を高めることができる。このため、照射面積を増大させることができると同時に、自壊性CO2発生層3の厚み自体を従来よりも厚くすることが可能となる。このため、CO2発生時間を従来よりも大幅に向上させることができる。また、特許文献2のように液体を新たに供給する工程が不要のため、装置構成を簡便化し、安価に提供できるというメリットを有する。
なお、自壊性CO2発生層3にアルコールを含めることにより、酢酸やアルデヒド類を同時に発生させ、猫等の忌避として利用することも可能である。
<変形例1>
自壊性CO2発生体は、種々の変形が可能である。なお、以降の図において同一の要素部材は同一の符号を付し、適宜その説明を省略する。
自壊性CO2発生体は、種々の変形が可能である。なお、以降の図において同一の要素部材は同一の符号を付し、適宜その説明を省略する。
変形例1に係る自壊性CO2発生体は、自壊性CO2発生層3において低分子有機化合物を含有する点において第1実施形態と異なるが、その他の構成は第1実施形態と同様である。
図2に、変形例1に係る自壊性CO2発生体の模式的断面図を示す。図2に示すように、自壊性CO2発生体1bは、自壊性CO2発生層3において更に光触媒51と親和性を示す極性基または/および結合を有する低分子有機化合物53を含有する。低分子有機化合物53は、光触媒51の周囲に局在していてもよいし、自壊性CO2発生層3に均質的に分散されていてもよい。光触媒51の周囲に局在している場合であっても、自壊性CO2発生層3全体としては均質体として低分子有機化合物53が分散していることが好ましい。
図2に、変形例1に係る自壊性CO2発生体の模式的断面図を示す。図2に示すように、自壊性CO2発生体1bは、自壊性CO2発生層3において更に光触媒51と親和性を示す極性基または/および結合を有する低分子有機化合物53を含有する。低分子有機化合物53は、光触媒51の周囲に局在していてもよいし、自壊性CO2発生層3に均質的に分散されていてもよい。光触媒51の周囲に局在している場合であっても、自壊性CO2発生層3全体としては均質体として低分子有機化合物53が分散していることが好ましい。
光触媒51と親和性を示す極性基または/および結合としては、水酸基、アミノ基、カルボキシル基、エポキシ基、イソシアネート基、エーテル結合、グリコシド結合、エステル結合、アミド結合、ウレア結合、ウレタン結合、グアニジノ基、イミダゾリル基、インドリル基、メルカプト基、カーボネート結合、アセタール結合およびイミド結合が例示できる。
低分子有機化合物53としては、乳酸、酢酸、グリコール酸、リンゴ酸、シュウ酸、グルコン酸、クエン酸、フタル酸、イソフタル酸、コハク酸、マレイン酸、マロン酸、安息香酸、テレフタル酸、サリチル酸、マロン酸、グリセリン酸が例示できる。また、酢酸ビニルモノマー、スチレンモノマー、アクリレートモノマー、多官能ポリオール、多官能酸無水物、多官能イソシアネート等のモノマー成分等を例示できる。
変形例1に係る自壊性CO2発生層3を形成するための混練物としては、例えば、光触媒5〜15wt%、有機物バインダ1〜5wt%、低分子有機化合物20〜30wt%、水等の溶媒50〜70wt%とすることができる。
自壊性CO2発生層3に、光触媒と親和性を示す極性基または/および結合を有する低分子有機化合物53を含有させることにより、CO2発生効率を効果的に高めることができる。
<変形例2>
変形例2に係る自壊性CO2発生体は、支持体2に凹凸形状が形成されており、支持体2の凹凸形状に由来する凹凸形状が自壊性CO2発生層3に形成されている点において変形例1と異なるが、その他の構成は変形例1と同様である。
変形例2に係る自壊性CO2発生体は、支持体2に凹凸形状が形成されており、支持体2の凹凸形状に由来する凹凸形状が自壊性CO2発生層3に形成されている点において変形例1と異なるが、その他の構成は変形例1と同様である。
図3に、変形例2に係る自壊性CO2発生体の模式的断面図を示す。図3に示すように、自壊性CO2発生体1cは、表面に凹凸形状を有する支持体2と、支持体2の凹凸形状が形成された面上に形成された自壊性CO2発生層3とを有する。この自壊性CO2発生層3の表面は、支持体2の凹凸形状に由来する凹凸形状が形成されている。
ドット形状等の凹凸形状を有する支持体2を用いることにより、自壊性CO2発生層3に所望の凹凸形状を容易に形成することができ、自壊性CO2発生層3の光触媒の活性光線の照射領域の表面積を顕著に高めることができる。
<変形例3>
変形例3に係る自壊性CO2発生体は、自壊性CO2発生層3に不規則な微細溝と空孔を有する点において変形例1と異なるが、その他の構成は変形例1と共通する。
変形例3に係る自壊性CO2発生体は、自壊性CO2発生層3に不規則な微細溝と空孔を有する点において変形例1と異なるが、その他の構成は変形例1と共通する。
変形例3に係る自壊性CO2発生体は、支持体上に有機物バインダ、光触媒、光触媒と親和性を示す極性基または/および結合を有する低分子有機化合物および溶媒を含む混練物を用意し、これを支持体に塗工する。次いで、溶媒の蒸発および有機物バインダの乾燥に伴う収縮により、自壊性CO2発生層に空孔および微細溝を形成する。
上記塗膜を形成後、水等の溶媒の蒸発および/または樹脂の収縮等に伴って空孔および微細溝を形成して表面積を所望の範囲に調整することができる。即ち、光触媒、有機物バインダ、低分子有機化合物および溶媒を含む組成物を均質に混練することにより有機物バインダと光触媒が接着し、これを乾燥させることにより、溶媒が留去され、同時に樹脂が乾燥に伴って収縮することにより、自壊性CO2発生層中に微細な空孔および微細溝を形成することができる(例えば、図11参照)。
多数の空孔および微細溝を形成することにより表面積が増大するとともに、活性光線を照射したとき、活性光線が空孔および微細孔内部の光触媒まで届き、CO2発生量を大幅に増加させることができる。また、空孔および微細孔の存在により自壊性CO2発生層の下部まで活性光線が届くため、自壊性CO2発生層の厚みを従来よりも厚くすることが可能となる。このため、CO2発生量を顕著に高めることが可能となると共に、CO2発生時間を長くすることが可能となる。
自壊性CO2発生層3に形成する空孔および微細溝数は例えば1000〜1500個/cm2、深さは例えば平均10〜300μmとすることができる。この空孔および微細溝は支持体2まで貫通している態様、支持体2上に自壊性CO2発生層3が形成され、貫通させずに凹部が形成された態様のいずれでもよい。表面積を効率的に高める観点からは、後者の態様が好ましい。
自壊性CO2発生層3に微細溝を形成する場合、例えば、溝幅は平均10〜60μm、長さは例えば平均10〜300μm、深さは例えば平均30〜70μmとすることができる。活性光線照射が効率的に行えるようにテーパー形状を設けてもよい。なお、自壊性CO2発生層の形成方法は、前記方法に限定されず、公知の方法を制限なく利用できる。
変形例3の方法によれば、簡便な方法により自壊性CO2発生層3の照射領域の表面積を顕著に高めることができ、二酸化炭素の発生量および発生時間の向上を達成できる。
[第2実施形態]
次に、上記実施形態または変形例を用いて例示した本発明の自壊性CO2発生体をCO2発生システムに適用した一例について説明する。図4は、第2実施形態に係るCO2発生システムを蚊捕集用途に用いた一例を示す模式的正面図であり、図5は図4のV−V切断部断面図である。図5においては、説明の便宜上、蚊を図示している。
次に、上記実施形態または変形例を用いて例示した本発明の自壊性CO2発生体をCO2発生システムに適用した一例について説明する。図4は、第2実施形態に係るCO2発生システムを蚊捕集用途に用いた一例を示す模式的正面図であり、図5は図4のV−V切断部断面図である。図5においては、説明の便宜上、蚊を図示している。
CO2発生システムたる蚊捕集器101は、内部に空間が形成された箱型の構成を成し、自壊性CO2発生体1、容器本体4、粘着部材5、透光部材6、蚊誘引口7等を有する。第2実施形態においては、粘着部材5は容器本体4に貼付されており、粘着部材5の一部の領域に自壊性CO2発生体1が貼着されている。
粘着部材5は、蚊を捕獲する役割を担う。粘着部材5は、例えば、シート状または板状とすることができる。第2実施形態においては、透光部材6と対向する内部空間8の壁面に粘着部材5が貼付され、粘着部材5の一部の領域に自壊性CO2発生体1が固定せしめられている。粘着部材5は、専ら蚊の捕捉用途に用い、自壊性CO2発生体1は任意の方法により容器本体4に設置してもよい。
透光部材6は、蚊捕集器101の前面パネルとして設けられている。透光部材6には、太陽光または/および室内光等の光源からの活性光線を、蚊捕集器101内部に設けられた自壊性CO2発生体1に照射できる部材を選定する。透光部材6は、活性光線の減衰を抑制した部材であることが好ましく、透明アクリル板、透明ポリスチレン板等が例示できる。
蚊誘引口7は、内部空間8からのCO2放出口として機能すると共に、蚊を内部空間に誘引するための入り口として機能する。第2実施形態においては、前面パネルとして設けられた透光部材6の中央部に設けた例を示しているが、任意の位置に蚊誘引口7を設けることができる。
太陽光に含まれる活性光線(例えば紫外線)は、透光部材6を介して自壊性CO2発生体1を照射し、光触媒作用によって自壊性CO2発生体1からCO2が発生する。発生したCO2は蚊捕集器101の内部空間8にたまり、時間の経過とともに内部空間8のCO2濃度が濃くなっていく。そのCO2の一部が、蚊誘引口7から外部に放出され、そのCO2が蚊9を誘引する。蚊9は、蚊誘引口7から蚊捕集器101の内部空間8に入り、粘着部材5により捕獲される。
蚊誘引口7から排出されるCO2排出濃度は、用途により変動し得るが、大気中のCO2濃度よりも充分に高い濃度とする観点から、大気中のCO2濃度よりも600ppm以上高いことが好ましく、800ppm以上高いことがより好ましく、1000ppm以上高いことが更に好ましい。600ppm以上とすることにより、高効率に蚊を誘引することができる。なお、所望のCO2発生量が維持できるように、蚊誘引口7の開口サイズを変更可能な設計としたりしてもよい。
第2実施形態に係るCO2発生システムによれば、有機物バインダに分散された光触媒を含み、光触媒の活性光線の照射領域の表面積が、照射領域の投影面積の150%以上である自壊性CO2発生層を用いているので、CO2の発生量および発生時間を大幅に向上させることができる。また、光源を装置内に設置せず、活性光線として太陽光ないし室内光を用いる構成としているので、装置構成が簡便であり、省エネを達成できる。更に、殺虫剤や電撃法によらずに蚊を捕集できるので、人体に害が無く安全であり、可動部分がないため、メンテナンスが不要であるというメリットがある。また、CO2による蚊の誘引方式を採用しているので蚊を選択的に捕集できる点においても優れている。
なお、第2実施形態に係る蚊捕集器では光源を設置しない例を挙げたが、第2実施形態に係る蚊捕集器に光源を設置してもよい。例えば、透光部材6の外側に取り付け自在に光源を設置してもよい。また、容器本体4の内部にLED等の光源を設置することができる。例えば、面状光源シート上に自壊性CO2発生体1を設置してもよい。光源を容器本体4内に設置することにより、太陽光や室内光を利用できない用途、例えば夜間や暗室での利用に有効である。また、光源を設けることにより、活性光線を至近距離から高効率に照射できるというメリットもある。外部に光が漏れないように筐体を遮光性部材により構成することにより、走光性の昆虫等の捕集を効果的に防止できる。
また、自壊性CO2発生体1および粘着部材5は、それぞれ独立にまたは一体にカートリッジ式として交換可能に構成してもよい。また、自壊性CO2発生体1および粘着部材5は、それぞれ独立にまたは一体に巻き取り部を設け、交換可能に構成してもよい。
蚊を誘引する方法として、CO2の他に、色、匂い、温度などがある。蚊を粘着部材5に捕獲する際、色、匂い、温度等の効果を併用してもよい。例えば、粘着部材5を黒色としたり、黒と白のボーダー柄としたりすることにより捕獲効果を高めてもよい。また、自壊性CO2発生層3を例えば白色、粘着部材5を黒色としてもよい。更に、人の汗に含まれる成分に反応するため、自壊性CO2発生層3に例えばエチルアルコールを添加することにより発生ガスに酢酸およびアルデヒド類を含めたり、粘着部材5や蚊誘引口7の内側に蚊の好む匂いを塗布または含浸させて蚊の誘引効果を高めたりしてもよい。更に、人の体温に近い方が蚊の誘引・捕獲効果が高いので、内部空間8、蚊誘引口7等にヒータを設けてもよい。
[第3実施形態]
次に、第2実施形態とは異なる自壊性CO2発生体およびCO2発生システムの適用例について説明する。
図6は、第3実施形態に係るCO2発生システムを蚊捕集用途に用いた一例を示す模式的斜視図である。CO2発生システムたる蚊捕集器102は、内部に空間が形成された箱型の構成を成し、底部に蚊捕集ユニット11、頂部に光源ユニット13が設けられ、これらの間にCO2発生ユニット12が設置されている。蚊捕集ユニット11および光源ユニット13は、CO2発生ユニット12に対して着脱自在に構成されている。光源ユニット13の側方下部には、蚊を誘引するための開口部である蚊侵入口14が設けられている。CO2発生ユニット12の側面には、CO2を高濃度で排出する排気口15が複数設けられている。
次に、第2実施形態とは異なる自壊性CO2発生体およびCO2発生システムの適用例について説明する。
図6は、第3実施形態に係るCO2発生システムを蚊捕集用途に用いた一例を示す模式的斜視図である。CO2発生システムたる蚊捕集器102は、内部に空間が形成された箱型の構成を成し、底部に蚊捕集ユニット11、頂部に光源ユニット13が設けられ、これらの間にCO2発生ユニット12が設置されている。蚊捕集ユニット11および光源ユニット13は、CO2発生ユニット12に対して着脱自在に構成されている。光源ユニット13の側方下部には、蚊を誘引するための開口部である蚊侵入口14が設けられている。CO2発生ユニット12の側面には、CO2を高濃度で排出する排気口15が複数設けられている。
図7に、図6のVII−VII切断部断面図を示す。CO2発生ユニット12は、平面視上の形状が円形状の2重筒型構造を有する。2重筒型構造は、外郭を構成する外筒27、外筒27と所定の間隙を持って対向配置される内筒26を有する。内筒26の外側主面には、円筒に添うように平面視上の形状がドーナツ状でY軸方向に延在された形状の自壊性CO2発生体1dが配置されている。内筒26より内側にある内部空間8は、内筒26内面、光源ユニット13の内部上面および蚊捕集ユニット11の内部側面により画定される。内筒26および外筒27は、用いる光触媒の活性光線を透過可能な材料により構成する。即ち、可視光応答型光触媒に用いる用途には可視光透過性の材料を、紫外光応答型の光触媒を用いる場合には紫外光透過性の材料(例えば、プラスチック材料、ガラス)から構成する。
CO2発生ユニット12の外側主面を構成する外筒27には、排気口15が複数設けられている。また、外筒27と内筒26からなる筒型構造の上面には、空気の出入りを規制する低通気性網25が配置されている。自壊性CO2発生体1dで発生したCO2は、滞留空間21に滞留しながら、低通気性網25と排気口15との圧力損失の差およびCO2と空気の比重差により主として排気口15から外部に放出されるようになっている。低通気性網25と排気口15の網目の圧力損失差は、例えば、網目サイズ、口径、厚み、材質等により調節できる。上記構成により、蚊捕集器102の側面にある排気口15から高濃度にCO2が放出するようになっている。
自壊性CO2発生体1dのCO2発生能力、排気口15の放出量、低通気性網25と排気口15の圧力損失差、および滞留空間21のサイズ等を設計することにより、排気口15から外部に放出されるCO2濃度を所望の濃度に調整することができる。排気口15から排出されるCO2排出濃度は、用途により変動し得るが、大気中のCO2濃度よりも充分に高い濃度とする観点から、大気中のCO2濃度よりも600ppm以上高いことが好ましく、800ppm以上高いことがより好ましく、1000ppm以上高いことが更に好ましい。増加分を600ppm以上とすることにより、高効率に蚊を誘引することができる。
なお、所望のCO2発生量が維持できるように、排気口15や低通気性網25の開口サイズを変更可能な設計としたり、滞留空間21の容積を切り替え可能な装置としてもよい。また、排気口15や低通気性網25が開口する回数、即ち、換気する回数を制限して、排出量を所望値になるようにしてもよい。このようにすることにより、自壊性CO2発生体から発生するCO2の量を用途に応じて変更したり、経時的にCO2発生量が減少した場合において、所望のCO2発生量に調整したりすることができる。
内筒26には、自壊性CO2発生体1dから発生したCO2を通過させるための微細孔28が複数設けられている。これにより、自壊性CO2発生体1dから発生したCO2を内部空間8内にも送り込み、内部空間8のCO2濃度を空気中のCO2濃度よりも高い状態とすることができる。但し、微細孔28は必須ではなく、排気口15のCO2濃度を所望の値、例えば600ppm以上に設計することが難しい場合には、内部空間8にCO2を送り込む機構を設けずに、自壊性CO2発生体1dから発生したCO2を専ら滞留空間21に排出する構成とすることが有効である。即ち、自壊性CO2発生体1dで発生したCO2を滞留空間21に滞留・濃縮させながら、低通気性網25と排気口15の圧力損失の差と、CO2と空気の比重差とにより排気口15から外部にCO2を放出させる設計が有効である。
内部空間8内には、CO2発生ユニット12の側面を構成する内筒26に固設された空気循環ファン23が設置されている。空気循環ファン23によって蚊侵入口14から装置内部に向かう空気の流れが作り出され、蚊9が蚊侵入口14から蚊捕集器101内部に誘導される。空気循環ファン23は、蚊捕集器101の稼働に合わせて自動的に作動させてもよいし、任意にオン・オフ可能なようにしてもよい。CO2発生ユニット12の内部下方には、平面視上の面積が小さくなるテーパー部24が設けられ、開口面積が下方に行くにつれて小さくなるように構成され、その下面の開口部は、蚊捕集ユニット11と連通している。
蚊捕集ユニット11は、蚊9を最終的に捕獲する領域である。蚊捕集ユニット11の側面には、内部の空気を外部に放出するための排気口16が複数設けられている。蚊捕集ユニット11の上面の入り口部31には、CO2発生ユニット12と隔離する開閉機構(不図示)が設けられており、捕集された蚊を除去するときには蚊捕集ユニット11を閉鎖し、除去できるようになっている。
光源ユニット13は、光触媒の活性光線を照射する役割を担う。また、光源30の使用により発生する熱は、蚊を誘引する熱源としての役割も担っている。また、光源30に紫外光を含む場合、蚊を誘引する効果も有している。蚊は、赤外のセンシング機能や紫外光に誘引される特性を有するので、熱や紫外光を併用してもよい。第3実施形態においては、活性光線として、光源30の他に、太陽光ないし室内光を併用する構成を採用している。太陽光ないし室内光で充分に光触媒を励起できる場合には光源30をオフし、太陽光ないし室内光が弱いまたは利用できない場合には光源30をオンする。これにより、省エネを実現できる。なお、太陽光等により光量が充分な場合であっても、光源を熱源或いは紫外光による蚊の誘引のために利用してもよい。また、光源30とは別の赤外光発生部を設けて熱を発生させてもよい。光源30の出射光強度は、太陽光等の強度に応じて調整可能に構成してもよい。
光源30のオン・オフの判定は、太陽光・室内光強度測定部18の結果に基づいて行われる。光源ユニット13内には、光源30や太陽光・室内光強度測定部18を作動させるための電気回路等が内蔵されている。なお、光強度測定に代えて、CO2濃度を検知して、光源30の照射条件を決定してもよい。
光源30のオン・オフの判定は、太陽光・室内光強度測定部18の結果に基づいて行われる。光源ユニット13内には、光源30や太陽光・室内光強度測定部18を作動させるための電気回路等が内蔵されている。なお、光強度測定に代えて、CO2濃度を検知して、光源30の照射条件を決定してもよい。
自壊性CO2発生体1dは、支持体2上に形成された自壊性CO2発生層3のカートリッジが内筒26の外側側面に着脱自在に取り付けられている。使用に必要な量のCO2が放出されなくなった自壊性CO2発生体1dは、新品に交換できる構成となっている。
第3実施形態に係るCO2発生システムによれば、第2実施形態と同様の効果を得ることができる。
なお、第3実施形態に係る蚊捕集器は例えば以下のような変形が可能である。例えば、第3実施形態の蚊捕集器102において、光源ユニット13に光源を配置せず、内筒26の内側側面に光源を配置してもよい。内側側面に光源を設置することにより、走光性の昆虫等の捕集を効果的に防止することができる。また、高効率に光触媒を活性化することができる。また、CO2発生ユニット12の側面の太陽光の受光率を高めるために、下方に行くに従って面積が広くなるようなテーパー(傾斜)を設けてもよい。
また、図6の蚊捕集ユニット11と光源ユニット13を上下逆に設置することも可能である。また、光源は必ずしも一体的に蚊捕集器に備えられている必要は無く、必要時に別体の光源を取り付けてもよく、或いは取り付けずに照射するものでもよい。
[第4実施形態]
次に、自壊性CO2発生体またはCO2発生システムを、植物生長促進用途に用いる例について説明する。図8に第4実施形態に係るCO2発生システム103の一例を示す模式的側面図を、図9に図8のIX−IX切断部断面図を示す。CO2発生システム103は、ボンベ状の円筒筐体70から配管71を介して所望の濃度のCO2が、植物栽培容器73に供給されるようになっている。植物栽培容器73内には、CO2の濃度を測定する濃度センサ74が設けられ、配管71には調節弁72が設けられ、濃度センサ74の測定結果に基づいて植物栽培容器73内のCO2濃度が一定に保たれるようになっている。円筒筐体70の側面の下方には、円筒筐体70内で発生した高濃度CO2を含む空気をスムーズに植物栽培容器73に送れるように吸気口76が複数設けられている。
次に、自壊性CO2発生体またはCO2発生システムを、植物生長促進用途に用いる例について説明する。図8に第4実施形態に係るCO2発生システム103の一例を示す模式的側面図を、図9に図8のIX−IX切断部断面図を示す。CO2発生システム103は、ボンベ状の円筒筐体70から配管71を介して所望の濃度のCO2が、植物栽培容器73に供給されるようになっている。植物栽培容器73内には、CO2の濃度を測定する濃度センサ74が設けられ、配管71には調節弁72が設けられ、濃度センサ74の測定結果に基づいて植物栽培容器73内のCO2濃度が一定に保たれるようになっている。円筒筐体70の側面の下方には、円筒筐体70内で発生した高濃度CO2を含む空気をスムーズに植物栽培容器73に送れるように吸気口76が複数設けられている。
円筒筐体70の内部中央には、円柱状の光源30eが設けられ、底部近傍にはCO2を植物栽培容器73に送るファン23eが設けられている。そして、光源30eと所定の間隙を持って円筒のカートリッジ状の自壊性CO2発生体1eが配設されている。自壊性CO2発生体1eは、CO2発生システム103の外郭を構成する側壁面内部と所定の間隙を持って対向配置されている。光源30eと自壊性CO2発生体1eにより囲まれた空間および自壊性CO2発生体1eと円筒筐体70により囲まれた領域は、自壊性CO2発生体1eから発生した高濃度のCO2を収容する滞留空間21eとなっている。滞留空間21eに充填されたCO2は、ファン23eによる流れおよび調節弁72により、配管71を介して箱型の植物栽培容器73内に供給されるようになっている。
CO2発生システム103によれば、植物栽培容器73に対して、外付け装置で容易にCO2を供給することができる。また、自壊性CO2発生体1eは、円筒筐体70に対して着脱自在に構成されており、寿命を全うした後は、新しいものに簡便に変更できる。第4実施形態によれば、CO2を簡便なシステムで高効率に供給することができる。また、所定濃度でCO2を植物栽培容器73に供給することが可能である。
<変形例4>
第4実施形態において、円柱状の光源30eと自壊性CO2発生体1eに代えて、LEDシート等とシート状の自壊性CO2発生体とを積層させ、捲回させた構造を円筒筐体70内に内蔵させてもよい。また、カートリッジ状の自壊性CO2発生体や、シート状の自壊性CO2発生体を、箱型の植物工場内の壁面等に直接設置してもよい。例えば、図1のような形態において、支持体2として粘着シートを用い、植物工場内の壁面に貼り付ける方法が例示できる。また、箱型の植物工場内の壁面の一面の全体または一部を支持体とし、この支持体上に本実施形態の自壊性CO2発生層を形成した自壊性CO2発生体を用いてもよい。また、自壊性CO2発生体を、植物の近接位置であって且つ活性光線が照射可能な位置に任意に設置してもよい。また、植物工場用途に限定されず、野菜や花等の植物栽培キット内に、小型の自壊性CO2発生体を設置してもよい。また、屋外の畑において使用することもできる。
第4実施形態において、円柱状の光源30eと自壊性CO2発生体1eに代えて、LEDシート等とシート状の自壊性CO2発生体とを積層させ、捲回させた構造を円筒筐体70内に内蔵させてもよい。また、カートリッジ状の自壊性CO2発生体や、シート状の自壊性CO2発生体を、箱型の植物工場内の壁面等に直接設置してもよい。例えば、図1のような形態において、支持体2として粘着シートを用い、植物工場内の壁面に貼り付ける方法が例示できる。また、箱型の植物工場内の壁面の一面の全体または一部を支持体とし、この支持体上に本実施形態の自壊性CO2発生層を形成した自壊性CO2発生体を用いてもよい。また、自壊性CO2発生体を、植物の近接位置であって且つ活性光線が照射可能な位置に任意に設置してもよい。また、植物工場用途に限定されず、野菜や花等の植物栽培キット内に、小型の自壊性CO2発生体を設置してもよい。また、屋外の畑において使用することもできる。
本発明は、上記実施形態および変形例に限定されるものではなく、本実施形態の趣旨に合致する限り、他の実施形態も本実施形態の範疇に属し得ることは言うまでもない。また、上記実施形態および変形例は、互いに好適に組み合わせられる。
≪実施例≫
以下、本発明を実施例により更に詳しく説明する。但し、本発明は、以下の実施例により何ら限定されるものではない。
以下、本発明を実施例により更に詳しく説明する。但し、本発明は、以下の実施例により何ら限定されるものではない。
自壊性CO2発生層に対する光触媒の活性光線の照射領域の表面積は、以下の方法により求めた。即ち、オリンパス社製3D測定レーザ顕微鏡LEXT OLS4000を用い、対物レンズ形式MPLFLN5X(倍率108倍、視野2574μmx2577μm)で得られた像を、オリンパス社製3D測定レーザ顕微鏡LEXT OLS4000の付属解析ソフトウェアにより計算した。
また、自壊性CO2発生層の厚さの平均はマイクロメーター(Mitsutoyo社製)により求めた。更に、表面平均粗さはレーザ顕微鏡(オリンパス社製)を用い、付属解析ソフトウェアで、JISB0601(1994)に則って算出した。
また、自壊性CO2発生層の厚さの平均はマイクロメーター(Mitsutoyo社製)により求めた。更に、表面平均粗さはレーザ顕微鏡(オリンパス社製)を用い、付属解析ソフトウェアで、JISB0601(1994)に則って算出した。
光触媒として、二酸化チタン(TiO2)を用いた。図10に、TiO2およびWO3において、紫外・可視光帯域の吸収スペクトルと光触媒反応に使用できるフォトン数をプロットした図を示す。反応に使用できるフォトン数は極大値を有している。例えば、0.8mJ/cm2・secの活性光線を照射する場合、光のエネルギーは、短波長側にいくにつれて大きくなるため、フォトン数は短波長の活性光線の方が少なくなる。一方、光触媒はバンドギャップ以上のエネルギーの光を照射しなければ光触媒反応を起こすことができず、また、光触媒における光の吸収効率は光のエネルギーが高いため短波長側の光をよく吸収する。従って、フォトン数の波長依存性と、光触媒におけるフォトンの吸収の波長依存性から、活性光線として好適に使用できる波長の最適値が求められる。図10に示すように、TiO2の最適な活性光線の波長は340nm、WO3の最適な活性光線の波長は380nmであり、更に、WO3は460nm付近まで可視光を吸収することがわかる。
そこで、TiO2の活性光線として、360nmを中心波長とし、300〜400nmの帯域の光が照射できるブラックライト(東芝社製、20W)を用いた。ブラックライトの強度はトプコン社製の紫外線照度計(本体:UVR−2,プローブ:UD−36)で計測した値で0.8mJ/cm2・secとなるようにした。
(実施例1)
二酸化チタンとして、ルチルを含む二酸化チタン(P-25、Degussa社製)粉末を用いた。まず、この二酸化チタンを水に溶かして充分に混練した。その後、乳酸溶液を加え、更に混練した。次いで、ポリビニルアルコールを含む水溶液を加え、均質なペースト状になるまで充分に混練した。組成物中の各物質の配合割合は、二酸化チタン9.9wt%、乳酸22.0wt%、PVA3.1wt%、水65.0wt%とした。このペースト状の混練物を支持体(ガラス板)に塗布し、常温で自然乾燥を1週間行うことにより自壊性CO2発生体を得た。乾燥後の自壊性CO2発生層中の担持触媒の量は、0.03414g/cm2であり、自壊性CO2発生層の厚さの平均は200μmであった。
二酸化チタンとして、ルチルを含む二酸化チタン(P-25、Degussa社製)粉末を用いた。まず、この二酸化チタンを水に溶かして充分に混練した。その後、乳酸溶液を加え、更に混練した。次いで、ポリビニルアルコールを含む水溶液を加え、均質なペースト状になるまで充分に混練した。組成物中の各物質の配合割合は、二酸化チタン9.9wt%、乳酸22.0wt%、PVA3.1wt%、水65.0wt%とした。このペースト状の混練物を支持体(ガラス板)に塗布し、常温で自然乾燥を1週間行うことにより自壊性CO2発生体を得た。乾燥後の自壊性CO2発生層中の担持触媒の量は、0.03414g/cm2であり、自壊性CO2発生層の厚さの平均は200μmであった。
自然乾燥後、活性光線照射前の自壊性CO2発生層の表面の写真を図11に示す。実施例1に係る自壊性CO2発生層の表面には、同図に示すように、空孔および微細溝(以下、空孔等ともいう)が形成されている。その大きさは、幅10〜60μm、長さ10〜300μm、深さ50μm程度であり、自壊性CO2発生層のサイズ6.6mm2中に、大小の空孔等が100以上存在していた。この多数の空孔等と、自壊性CO2発生層の表面の凹凸(表面平均粗さは約50μm)により、自壊性CO2発生層の表面積(活性光線の照射領域の表面積)が投影面積の2.5倍となっていることを確認した。
(実施例2)
組成物中の各物質の配合割合を、二酸化チタン12.7wt%、乳酸24.6wt%、PVA1.7wt%、水61.0wt%に変更した以外は、実施例1と同様の方法により自壊性CO2発生層を得た。実施例2の自壊性CO2発生層の乾燥後の担持触媒の量は、0.02638g/cm2であり、自壊性CO2発生層の厚さの平均は200μmであった。
組成物中の各物質の配合割合を、二酸化チタン12.7wt%、乳酸24.6wt%、PVA1.7wt%、水61.0wt%に変更した以外は、実施例1と同様の方法により自壊性CO2発生層を得た。実施例2の自壊性CO2発生層の乾燥後の担持触媒の量は、0.02638g/cm2であり、自壊性CO2発生層の厚さの平均は200μmであった。
実施例2に係る自壊性CO2発生層の表面には、実施例1と同様に、細かい空孔等が形成されており、自壊性CO2発生層の表面積(活性光線の照射領域の表面積)は投影面積の4.1倍であった。
(参考例1)
配合量を二酸化チタン8.0wt%、乳酸17.6wt%、PVA5.0wt%、水69.4wt%に変更した以外は実施例1と同様の方法により自壊性CO2発生体を得た。乾燥後の自壊性CO2発生層中の担持触媒の量は、0.01141g/cm2であり、自壊性CO2発生層の厚さの平均は200μmであった。
配合量を二酸化チタン8.0wt%、乳酸17.6wt%、PVA5.0wt%、水69.4wt%に変更した以外は実施例1と同様の方法により自壊性CO2発生体を得た。乾燥後の自壊性CO2発生層中の担持触媒の量は、0.01141g/cm2であり、自壊性CO2発生層の厚さの平均は200μmであった。
参考例1に係る自壊性CO2発生層の表面には、実施例1と同様に、空孔等が形成されており、自壊性CO2発生層の表面積(活性光線の照射領域の表面積)は投影面積の1.4倍であった。
(実施例3)
二酸化チタン12.8wt%、乳酸24.8wt%、PVA1.6wt%、水60.8wt%に変更した以外は実施例1と同様の方法により自壊性CO2発生体を得た。乾燥後の自壊性CO2発生層中の担持触媒の量は、0.04124g/cm2であり、自壊性CO2発生層の厚さの平均は200μmであった。
二酸化チタン12.8wt%、乳酸24.8wt%、PVA1.6wt%、水60.8wt%に変更した以外は実施例1と同様の方法により自壊性CO2発生体を得た。乾燥後の自壊性CO2発生層中の担持触媒の量は、0.04124g/cm2であり、自壊性CO2発生層の厚さの平均は200μmであった。
実施例3に係る自壊性CO2発生層の表面には、実施例1と同様に、空孔等が形成されており、自壊性CO2発生層の表面積(活性光線の照射領域の表面積)は投影面積の5.3倍であった。
上記実施例1〜3および参考例1の自壊性CO2発生体をそれぞれ、容積0.5Lのガラス製の容器にガラス板側が下側になるように設置し、密閉空間とした装置において、活性光線に対する経時的なCO2濃度を追跡した。光照射前の密閉空間には相対湿度50%の合成空気を満たした。照射光源として、東芝社製の20J/秒のブラックライトを用いた。光の照度は、トプコン社製の紫外線照度計(UVR−2,UD−36)を用いて、0.8mJ/cm2・secの紫外光を照射した。CO2発生速度は、INNOVA社製のマルチガスモニタを用いて測定した。
(比較例1)
混練物として、セルロースに二酸化チタンを混練させた2〜3mm径のビーズを特許第5779288号に準じた方法で作製した。二酸化チタンの含有量は、セルロース100質量部に対して、85〜120質量部とした。測定方法は実施例1と同様とした。
混練物として、セルロースに二酸化チタンを混練させた2〜3mm径のビーズを特許第5779288号に準じた方法で作製した。二酸化チタンの含有量は、セルロース100質量部に対して、85〜120質量部とした。測定方法は実施例1と同様とした。
(比較例2)
エチルセルロースに光触媒を添加し、溶媒としてαテルピネオールを用いてペーストを形成した。これをガラス基材上にスクリーン印刷により所望の回数、塗工した。次いで、500℃で1時間焼成することにより、光触媒を含む多孔性薄膜を作製した。光触媒粒子には、二酸化チタン(P−25、Degussa社製)を用いた。焼成により、厚み約20μmの多孔性薄膜を得た。
液体として、水53質量部、エチルアルコール34質量部、グリセリン13質量部を用い、これを多孔性薄膜の担持体表面積100cm2当たり0.4cc散布した。測定方法は実施例1と同様とした。
エチルセルロースに光触媒を添加し、溶媒としてαテルピネオールを用いてペーストを形成した。これをガラス基材上にスクリーン印刷により所望の回数、塗工した。次いで、500℃で1時間焼成することにより、光触媒を含む多孔性薄膜を作製した。光触媒粒子には、二酸化チタン(P−25、Degussa社製)を用いた。焼成により、厚み約20μmの多孔性薄膜を得た。
液体として、水53質量部、エチルアルコール34質量部、グリセリン13質量部を用い、これを多孔性薄膜の担持体表面積100cm2当たり0.4cc散布した。測定方法は実施例1と同様とした。
実施例1,2および比較例1,2のサンプルについて、単位面積および単位時間あたりのCO2発生速度(nL/(cm2・s))の経時変化をプロットした結果を図12に示す。図12に示すように、比較例1においては、CO2発生量自体が少なく、またバインダの分解にともなってCO2発生量が漸減している。一方、比較例2においては、散布された有機物質が分解し終わる20時間を過ぎるとCO2発生速度が急激に減少する。このため、一定時間ごとに有機液体を供給する必要があり、液体供給装置等や有機液体タンクの装備が必要となる。また、光触媒が有機液体によって完全におおわれるいわゆるフラッディング状態にならないように、途中の散布量に注意する必要がある。一方、本実施例1,2においては、70時間以上連続してCO2の発生速度がほぼ一定の値を維持していることを確認した。
投影面積が200cm2の実施例2の自壊性CO2発生層を、内部空間の容積が450cm3の図4、5の蚊捕集器101に適用した場合、内部空間のCO2濃度は大気中のCO2濃度よりも、5分後に600ppm高くなり、95分で10,000ppm高くなることを確認した。
図13は、実施例1〜3および参考例1に係る自壊性CO2発生体に対して活性光線を3時間照射したときのCO2発生速度を、自壊性CO2発生層の表面積/投影面積に対してプロットしたグラフである。同図に示すように、自壊性CO2発生体の表面積/投影面積の値が大きくなるにつれて、CO2発生量が多くなることを確認した。
図14は、実施例1、2および参考例1に係る自壊性CO2発生体に対して活性光線の照射時間を変更したときのCO2発生速度を、自壊性CO2発生層の表面積/投影面積に対してプロットしたグラフである。同図に示すように、活性光線を12時間、24時間照射した後においても、自壊性CO2発生体の表面積/投影面積の値が大きくなるにつれて、CO2発生量が多くなること、および図13で示した3時間照射した場合と同等のCO2発生量が得られることを確認した。また、自壊性CO2発生体の表面積/投影面積が140%〜250%の領域において、表面積/投影面積に対するCO2発生速度の傾き係数が大きいことを確認した。
1、1a〜1e:自壊性CO2発生体
2:支持体
3:自壊性CO2発生層
4:容器本体
5:粘着部材
6:透光部材
7:蚊誘引口
8:内部空間
9:蚊
11:蚊捕集ユニット
12:CO2発生ユニット
13:光源ユニット
14:蚊侵入口
15、16:排気口
18:太陽光・室内光強度測定部
21:滞留空間
23:空気循環ファン
24:テーパー部
25:低通気性網
26:内筒
27:外筒
28:微細孔
30:光源
31:入り口部
51:光触媒
52:有機物バインダ
53:低分子有機化合物
70:円筒筐体
71:配管
72:調節弁
73:植物栽培容器
74:濃度センサ
75:排出口
76:吸気口
101,102:蚊捕集器
103:CO2発生システム
2:支持体
3:自壊性CO2発生層
4:容器本体
5:粘着部材
6:透光部材
7:蚊誘引口
8:内部空間
9:蚊
11:蚊捕集ユニット
12:CO2発生ユニット
13:光源ユニット
14:蚊侵入口
15、16:排気口
18:太陽光・室内光強度測定部
21:滞留空間
23:空気循環ファン
24:テーパー部
25:低通気性網
26:内筒
27:外筒
28:微細孔
30:光源
31:入り口部
51:光触媒
52:有機物バインダ
53:低分子有機化合物
70:円筒筐体
71:配管
72:調節弁
73:植物栽培容器
74:濃度センサ
75:排出口
76:吸気口
101,102:蚊捕集器
103:CO2発生システム
Claims (9)
- 支持体と、
前記支持体上に形成され、有機物バインダおよび前記有機物バインダに分散された光触媒を含み、前記光触媒の光触媒作用によって二酸化炭素を発生する自壊性二酸化炭素発生層とを備え、
前記自壊性二酸化炭素発生層の、前記光触媒の活性光線の照射領域の表面積が、前記照射領域の投影面積の150%以上であり、
前記光触媒に対する活性光線を0.8mJ/cm2・secの強度で照射した場合に、常温・常圧で二酸化炭素が、活性光線が照射される投影面積の単位面積あたり1nL/cm2・sec以上発生する自壊性二酸化炭素発生体。 - 前記自壊性二酸化炭素発生層は、前記光触媒と親和性を示す極性基または/および結合を有する低分子有機化合物を含有する請求項1に記載の自壊性二酸化炭素発生体。
- 前記親和性を示す極性基または/および結合は、水酸基、アミノ基、カルボキシル基、エポキシ基、イソシアネート基、エーテル結合、グリコシド結合、エステル結合、アミド結合、ウレア結合、ウレタン結合、グアニジノ基、イミダゾリル基、インドリル基、メルカプト基、カーボネート結合、アセタール結合およびイミド結合の少なくともいずれかである請求項2に記載の自壊性二酸化炭素発生体。
- 前記光触媒は、助触媒を有していてもよいTiO2,ZnO,SrTiO3,SnO2およびWO3から選ばれる少なくとも一つを含む金属酸化物半導体であり、
前記助触媒が、Pt,Pd,Cu(II)、Fe(III)、Au,Ag,RuおよびNiの少なくとも一つが含まれる物質である請求項1〜3のいずれかに記載の自壊性二酸化炭素発生体。 - 蚊の捕獲に用いる請求項1〜4のいずれかに記載の自壊性二酸化炭素発生体。
- 植物生長促進に用いる請求項1〜4のいずれかに記載の自壊性二酸化炭素発生体。
- 請求項1〜6のいずれかに記載の自壊性二酸化炭素発生体を用いる二酸化炭素発生システム。
- 更に、前記光触媒を励起し得る光源を備える請求項7に記載の二酸化炭素発生システム。
- 更に、前記自壊性二酸化炭素発生体から発生した二酸化炭素を滞留させる滞留空間を有し、
前記滞留空間から放出される二酸化炭素濃度が、大気中の二酸化炭素濃度より600ppm以上高い請求項7又は8に記載の二酸化炭素発生システム。
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