JP3095735U

JP3095735U - 光触媒フィルター

Info

Publication number: JP3095735U
Application number: JP2003001216U
Authority: JP
Inventors: 義明内藤
Original assignee: 株式会社トーミック
Priority date: 2003-02-04
Filing date: 2003-02-04
Publication date: 2003-08-15
Anticipated expiration: 2009-02-04

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】ハニカム構造体又はコルゲート構造体の光触
媒フィルターの微細孔化と有効面積の拡大化によって、
光触媒の吸着能力の大幅な改善と触媒の長寿命化を図
り、且つ設置面積を狭小化、省スペース化を可能とし、
光触媒脱臭装置の屋内外での設置、さらに、設置工事の
簡単化と立上調整期間の短縮化を可能とする。【解決手段】ハニカム構造体又はコルゲート構造体を
なし、該ハニカム構造又はコルゲート構造の表面に直接
又は保護接着層４１２を介して光触媒層４１３が積層塗
工されてなることを特徴とする光触媒フィルター４。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この出願の考案は、特に複数の構造体に酸化チタン等を担持加工した光触媒フィルター及びこの光触媒フィルターを配備する脱臭装置に関し、光触媒フィルターの構造として基材の表面に光触媒層の１層もしくは保護接着層と光触媒層の２層を塗工したハニカム構造体又はコルゲート構造体及び、これらの構造体を備えた脱臭装置に関する。この出願の考案によれば、単位面積当りの光触媒酸化チタンコーティングの表面積を大きくして効率よく光触媒で悪臭を吸着分解処理することができるので、光触媒による脱臭機能の効率化を図ることができ、また、光触媒フィルターに吸着剤をしていないことにより、高湿度悪臭空気にも対応可能とし、付随的に処理設備の設置、維持管理を簡単にし、また、経済的な装置を提供すると共に、各種悪臭ガス等の処理のための装置として多方面に利用可能である。

【０００２】

【従来技術】

近年、光触媒を利用して脱臭を図る脱臭装置が開発され始めてきた。しかし、光触媒フィルターの脱臭機能については、開発途上にあり、その用途が制約されるものであった。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

この出願の考案は、上記課題を解決するために、脱臭機能の向上を図るとともに、その適用範囲を拡大し、光触媒脱臭装置としても多方面に利用することのできる光触媒フィルターを提供することである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】

この出願の考案は、第１には、ハニカム構造体又はコルゲート構造体をなし、該ハニカム構造又はコルゲート構造の表面に直接光触媒層が又は保護接着層を介して光触媒層が積層塗工されてなる光触媒フィルター（請求項１）を提供する。また、この出願の考案は、ハニカム構造体のセルサイズを、５ｍｍ以下の微細孔を有するマイクロハニカムとしたり（請求項２）、コルゲートコア構造体のセルサイズを５ｍｍ以下の微細孔を有するマイクロコルゲートとしたり（請求項３）する光触媒フィルターを提供する。さらに、この出願の考案は、ハニカム構造体又はコルゲート構造体の素材をアルミニウムとした光触媒フィルター（請求項４）を提供する。またさらに、この出願の考案は、悪臭空気を供給する送風機と、供給された悪臭空気を導入する入口及び処理された空気を排出する出口を備えた脱臭装置本体と、脱臭装置本体内に配備された紫外線ランプとを有する光触媒脱臭装置に使用される光触媒フィルター（請求項５）をも提供する。

【０００５】

【考案の実施形態】

光触媒を光触媒層として、各種ポリエステルフィルム、汎用樹脂、ふっ素樹脂、各種紙製品、ガラスや金属、アルミニウム、セラミックなど各種基材の表面に塗工することができ、塗工された各種基材を用いてさらにハニカムやコルゲート状の構造体として加工することができる。ハニカムやコルゲート状の構造体を基材として、光触媒を塗工し光触媒層を形成することもできる。上記各種基材の表面に対する塗工方法としては、低温硬化型光触媒コーティング剤を、ディップ法、刷毛塗り法、スプレー法によって実施することができる。各種の塗工方法は次のとおりである。

【０００６】（低温硬化型光触媒コーティング材のディップ法による塗工の場合）最初に、光触媒コーティングを施す基材エタノールで払拭したり、例えば、ガラス基板のときは、ナトリウムフリーの洗剤を用いて超音波洗浄を施したりして、清澄な塗工面を形成し、塗布基材の下準備をする。次いで、保護接着層塗工液（下層解塗工液）を塗工する。その際、塗膜の白濁等を防ぐため、湿度７０％ＲＨ以下の環境で塗工を行う。基材を塗工液に浸漬し、１０〜５０ｃｍ／分、望ましくは２０ｃｍ／分の速度で引き上げる。塗工後、６０〜１２０℃、好ましくは１００〜１２０℃で加熱硬化させる。硬化温度を１２０℃より高くすると、光触媒層の接着力が低下するからである。硬化時間は６０℃で１５〜３０分、８０℃ 以上で１５分程度である。加熱硬化後、室温で３０分程度放置して十分に冷却する。最後に光触媒塗工液（上層塗工液）の塗工をする。この際、保護接着層を塗工した基材を塗工液に浸漬し、１０〜５０ｃｍ／分、望ましくは２０ｃｍ／分の速度で引き上げる。塗工後、６０〜１８０℃の温度範囲内で、可能な限り高温で硬化させる。硬化時間は、６０〜８０℃で３０分、１００℃以上で１５分程度が目安である。また、塗工方法には、保護接着層の下層塗工液を塗工せず、基板に上層塗工液１層塗工とする場合もある。

【０００７】（低温硬化型光触媒コ・ティング材の刷毛塗り法による塗工の場合）最初に、光触媒コ・ティングを施す基材エタノールで払拭したり、例えば、ガラス基板のときは、ナトリウムフリーの洗剤を用いて超音波洗浄を施したりして、清澄な塗工面を形成し、塗布基材の下準備をする。次いで、保護接着層塗工液（下層解塗工液）を塗工する。その際、塗膜の白濁等を防ぐため、湿度７０％ＲＨ以下の環境で塗工を行う。油性塗料用のコテ刷毛に薬液を十分含ませて望ましくは一度塗りで塗工を完了する。塗工後、６０〜１２０℃、好ましくは１００〜１２０℃で硬化させる。硬化温度を１２０℃より高くすると、光触媒層の接着力が低下するからである。硬化時間は６０℃で１５〜３０分、１００℃で１５分程度が目安であり、塗膜の厚さにより変化する。加熱硬化後、室温で３０分程度放置して十分に冷却する。最後に光触媒塗工液（上層塗工液）の塗工をする。この際、こて刷毛に水性塗料用又は油性塗料用のいずれかの刷毛を使用し、薬液を十分含浸させ、望ましくは一度塗りで塗工を完了する。塗装後、６０〜１８０℃の温度範囲、好ましくは１００℃以上で硬化させる。高温ほど硬化速度は促進される。硬化時間は、６０〜８０℃で３０分、１００℃以上で１５分程度が目安であり、塗膜の厚さにより変化する。また、塗工方法には、保護接着層の下層塗工液を塗工せず、基板に上層塗工液１層塗工とする場合もある。

【０００８】（低温硬化型光触媒コーティング材のスプレー法による塗工の場合）最初に、光触媒コーティングを施す基材エタノールで払拭したり、例えば、ガラス基板のときは、ナトリウムフリーの洗剤を用いて超音波洗浄を施したりして、清澄な塗工面を形成し、塗布基材の下準備をする。次いで、保護接着層塗工液（下層解塗工液）を塗工する。その際、塗膜の白濁等を防ぐため、湿度７０％ＲＨ以下の環境で塗工を行う。全体に均一に薄くスプレー塗布による塗工をする。乾燥後の塗膜の厚みが１〜３μｍ程度となるだけの量が塗工されていれば十分である。塗工後、６０〜１２０℃、好ましくは１００〜１２０℃で硬化させる。硬化温度を１２０℃より高くすると、光触媒層の付着力が低下するからである。硬化時間は、６０℃で３０分、１００℃以上で１５分程度が目安であり、塗膜の厚さにより変化する。加熱硬化後、室温で３０分程度放置して十分に冷却する。最後に光触媒塗工液（上層塗工液）の塗工をする。この際、スプレーで全体に薄く塗工する。乾燥後の塗膜の厚みが１〜３μｍ程度となるだけの量が塗工されていれば十分である。塗工後、６０〜１８０℃の温度範囲、好ましくは１００℃以上で硬化させる。高温ほど硬化速度は促進される。硬化時間は、６０℃で３０分、８０℃で１５分、１００℃で２〜３分が目安であり、塗膜の厚さにより変化する。また、塗工方法には、保護接着層の下層塗工液を塗工せず、基板に上層塗工液１層塗工とする場合もある。

【０００９】この出願の考案では、脱臭装置本体内への配備を容易にするため、保護接着層と光触媒層の２層を塗工もしくは保護接着層なしの光触媒層の１層を塗工したハニカム構造体の光触媒フィルターは、光触媒カートリッジとして形成することができ、また、配備される触媒カートリッジ段数及び面積は風量及び空気の汚染度に応じて最適なものに設定することが可能である。例えば、図５に示すように、複数の特殊吸着剤に酸化チタン等を担持加工した複数の光触媒フィルターと紫外線ランプと組み合わせて多層化し、そこに処理対象ガスをクロス流方式で通過させる光再生分解方式の環境浄化装置とすることもできる。この光再生分解方式の環境浄化装置によれば、生ゴミ処理機械等の脱臭機やその他の大気保全用脱臭装置として応用範囲を広げることができる。

【００１０】また、さらに利用目的に応じて、他の機器、例えば土壌浄化層（９）のカートリッジとを組み合わせることもできる。この場合、図示されていないが悪臭を供給する送風機を備えている場合もある。以下、図面を参照して、この出願の考案をさらに詳細に説明する。

【００１１】

【実施例】

図１は本願考案に係る光触媒脱臭装置の模式図を示す。脱臭装置は、脱臭装置本体（１）内に配備される多段の光触媒カートリッジ形式の光触媒フィルター（４）及び紫外線ランプ（５）と悪臭空気を供給する送風機（５）とから構成される。脱臭装置本体（１）は、供給された悪臭空気を導入する入口（２）及び処理された空気を排出する出口（３）を備える。図３は、各種ポリエステルフィルム、汎用樹脂、ふっ素樹脂、各種紙製品、ガラスや金属、アルミニウム、セラミックなど各種基材の表面に塗工された光触媒フィルター（４）を模式的に示す。ハニカム構造体（４１）又はコルゲート構造体（４２）の場合には、各種基材（４１１，４２１）の表面に光触媒層（４１３、４２３）が直接又は保護接着層（４１２，４２２）を介して塗工され、光触媒酸化チタンコーティングによる低温硬化型１層タイプ又は低温硬化型２層タイプ（コーティング剤の商品名は「光触媒酸化チタンコーティング剤ビストレーターＬシリーズ」である）の光触媒として構成される。この光触媒は、透明、高硬度でかつ、極めて活性の高い光触媒を低温で形成することができる。勿論、コーティング剤はこれに制限されるものではない。

【００１２】この出願の考案で使用の光触媒担持体は、光触媒（酸化チタン）をコーティングしたものであり、第２図に模式的示した光触媒担持体によって作製されたセルサイズの小さなハニカムやコルゲートの構造体は、単位体積当たり大きな面積を有する有効面積の大きな多孔質体をなすものである。これによって、用途に合せて選択組み合わせ、様々な悪臭物質に使用することが可能であり、

【表１】に示される様々な悪臭物質を広範囲に対応して脱臭することができる。

【００１３】ここで、使用する光触媒層用のコ・ティング剤は、水とアルコール及びバインダーＳｉＯ_２の溶媒に固形分（単位ｗｔ％）８を包含し、粘度（単位ｃｐ／２５ ℃）２０〜４０値を有するものとして作製され、上記したディップ法、スプレー法、刷毛塗り法により塗工し、低温硬化する。これによれば、光触媒活性が極めて高く、透明で高硬度な膜が形成される。また、ポリエステルフィルムなどにも追従できる可撓性光触媒膜を形成することもできる。このように、基材や施工場所に応じた塗工方法が選択できる。なお、保護接着層用のコーティング剤を使用する場合は、塗工方法の種類により、ディップ法では、アクリルシリコーンエステル、アルコールの溶媒に固形分１０（単位ｗｔ％）を含み、粘度２〜１０（単位ｃｐ／２５℃）であるものを、スプレー法では、キシレン、アルコールの溶媒に固形分１０（単位ｗｔ％）を含み、粘度２〜１０（単位ｃｐ／２５℃）であるものを、刷毛塗り法では、エステル、アルコールの溶媒に固形分１０（単位ｗｔ％）を含み、粘度２〜１０（単位ｃｐ／２５℃）であるものを使用する。

【００１４】この出願考案による新規な１層コート方式又は２層コート方式により、光触媒作用による基材の劣化を防ぎ、対候性に優れたものを得ることができる。また、透明膜から擦りガラス状膜まで必要に応じて選択でき、適用範囲を広げることができる。

【００１５】なお、この出願の考案において、アルミコアの場合における光触媒膜の作製条件は、具体的にマイクロハニカム構造の場合、ハニカム構造体のセルサイズを、５ｍｍ以下の微細孔を有するマイクロハニカムとした場合に効果があり、セルサイズを１．０ｍｍ以下で、セル数を１１６個／ｃｍ^２（７５０個／ｉｎ^２）以上となる微細孔とし、また、セル単体の有効表面積を３９．２ｃｍ^２／ｃｍ^３以上としたときに有利であった。また、コルゲートコア構造の場合、コルゲートコア構造体のセルサイズを５ｍｍ以下の微細孔を有するマイクロコルゲートとした場合に効果があり、セルサイズを０．８ｍｍ以下とし、また、セル数を１２４個／ｃｍ^２（８００個／ｉｎ^２）以上とする微細孔とし、セル単体の有効表面積を約３７ｃｍ^２／ｃｍ^３以上としたとき、より優れた脱臭効果を得ることができた。このように、アルミコアの有効表面積は、マイクロハニカム構造とコルゲートコアの場合でも微細に設計したとき、従来よりも大幅に光触媒による脱臭効果の有効性が確かめられた。なおコルゲートコアの構造は、図２（ｂ）のものに限定されない。

【００１６】

【作用】この出願の考案によれば、基材の表面に直接光触媒層を塗工するか又は保護接着層を介して光触媒層を積層塗工されるので、ハニカム構造体又はコルゲート構造体にも簡単に適用して光触媒フィルターを作製することができ、ハニカム構造体又はコルゲート構造体の簡単な構造によって、容易に光触媒フィルターの通路を微細孔となすと共に有効面積の拡大化を図ることができるので、触媒の寿命がかなり長く、活性炭と比較しても５〜１０倍以上となる光触媒の酸化による効果的な脱臭ができ、光設置面積が小さく単位面積当りの吸着能力が大幅に改善された触媒フィルターを提供することができる。また、適用例として、内部に光触媒フィルターを配設した光触媒脱臭装置内に、処理対象ガスとして、粉塵を除去した悪臭ガスを送風することによって、多層化した光触媒カートリッジ形式の光触媒フィルターにクロス流方式で通過させ、光触媒カートリッジに臭気成分化合物を反応させて無臭化、無害化し、出口より排出することができる。光触媒層の１層又は保護接着層と光触媒層の２層を塗工したハニカム構造体の光触媒フィルターを備える光触媒カートリッジとして形成されているので、脱臭装置本体内への配備等メンテナンスを容易にすることができ、また、配備空気の汚染度に応じて最適な触媒カートリッジ段数及び面積を設定することが可能である。

【００１７】紫外線は光の中で目に見える可視光線より短波長域にある波長を有し、さらに波長３００ｎｍ以下の紫外線は生物（拡散分子）や蛋白質に化学変化を起こす作用を持つため太陽光が直接地表に到達すると生物はすぐ死滅するといわれるが、実際は大気中のオゾンによって吸収され地表には到達しないといわれているが、この実施例では紫外線ランプから４００ｎｍ以下の光子が照射され、光子が光触媒に当ると強力な酸化力が発生するものとした。

【００１８】粉塵を除去した悪臭ガスを送風し、光触媒カートリッジに接触した臭気成分化合物に紫外線を当てることによって、酸化チタンは、図６に示すように、紫外線の照射を受けると自由電子移動をし始め、その抜けた部分に最も強いラジカルが空気中の臭い成分を酸化分解すると同時に、オゾン発生を生成し酸化化合物にした後、無臭化、無害化して出口より排出する。

【００１９】コルゲート光触媒を使用した場合、光触媒脱臭装置入口の処理前濃度は、図４に示すように、悪臭物質の種類、例えば酢酸、酢酸エチル、ジエチルエーテル、アセトアルデヒドによっても、また悪臭の強さによっても、それらに関係なく、処理後の光触媒脱臭装置出口では略ゼロに近い値の濃度まで低下することができた。

【００２０】この実施例によれば、紫外線出力効率の良いことは勿論のこと、さらにオゾンも発生する低圧紫外線ランプを使用し、光化学反応の効率アップを図ることが出来る。光触媒と紫外線で発生する強力な活性酸素であるＯＨラジカルとオゾンにより、悪臭成分を酸化分解し、炭酸ガスと水蒸気に分散して、構造体の寿命を延命化することができる。

【００２１】

【考案の効果】

以上から、この出願の考案は、基材の表面に直接光触媒層を塗工又は保護接着層を介して光触媒層が積層塗工されるものであるから、ハニカム構造体又はコルゲート構造体にも簡単に適用して光触媒フィルター作製することができ、しかも、ハニカム構造体又はコルゲート構造体の光触媒フィルターの通路を微細孔となすと共に有効面積の拡大化を図ることが簡単な構造によって容易に得ることができるので、光触媒の酸化による脱臭ができるのであるが、触媒の寿命がかなり長く、活性炭塗布光触媒と比較して有効寿命が従来より長いものであって、従来に比較して単位面積当りの脱臭能力を大幅に改善することができ、光触媒フィルターの設置面積は小さくて済み、省スペースであるので、これによって、付随的に光触媒フィルターを使用する光触媒脱臭装置自体の設置面積、省スペース化が可能となり、屋内外のいずれにも設置することも可能となる。また、設置工事が簡単で、立上調整期間が短い装置を提供することもできる。

【００２２】この出願の考案の光触媒は、吸着ガスの分解後、表面に付着した成分を水洗浄することが可能で、水洗浄後、触媒の自己再生能力によりもとの状態に復帰することができ、また、触媒の目詰りは水洗によって回復することができ、さらに、薬品を使用しないので、低コストであり、メンテナンス費用を大幅に軽減することができる。

【００２３】また、この出願の考案の光触媒は、環境中の微量有害物質、難分解物質の除去に有効であり、酸性、アルカリ性、中性の臭気に対応させても、産業廃棄物を殆ど排出しないので、広範囲の臭気ガスに対応できる。

【００２４】さらに、この光再生型吸着分解方式の環境浄化装置は、近年の話題である生ごみ処理機等の脱臭機やその他の大気保全用等の分野にも広げることができる。燃焼式、酸アルカリ、生物式、活性炭等の臭気方式と組み合わせることも可能である。

【００２５】触媒カートリッジは長期的に使用でき、寒冷地での高湿度悪臭ガスに対しても水分の吸着・結露等が発生せず、処理効果の維持能力が極めて高い。使用電力は、空気導入用の低送風機と悪臭成分の酸化分解用紫外線ランプのみの場合でも、家電器と同程度で済ますことができる。

【００２６】上記したように、この出願の考案の光触媒カートリッジは、さまざまな悪臭物質に適した光触媒カートリッジを選択し用途に合わせ組み合わせて使用することで、広範囲に対応できる。これにより光触媒カートリッジのロングライフ化及び少量化、軽量化も可能となる。

【表１】

【図面の簡単な説明】

【図１】本願考案に係る光触媒脱臭装置を示す模式図で
ある。

【図２】本願考案の光触媒脱臭装置に係る光触媒フィル
ターの具体的構造を示すもので、（ａ）は光触媒フィル
ターがハニカム構造をなす場合のハニカム構造体模式図
であり、（ｂ）は光触媒フィルターがコルゲート構造を
なす場合のコルゲート構造体模式図である。

【図３】本願考案に係る光触媒フィルターの塗工された
表面の断面を模式的に示す図であり、（１）は１層塗工
を（２）は２層塗工を示す。

【図４】本願考案に係る光触媒脱臭装置でコルゲート構
造体の光触媒フィルターを備えた場合の使用前後におけ
る入口、出口の濃度の変化を経過日数毎に示す図であ
る。

【図５】本願考案に係る光触媒フィルターを用いた光触
媒脱臭装置を、土壌浄化層（９）と組み合わせた他の実
施例を示す概要図である。

【図６】紫外線ランプによる酸化分解作用を概略的に示
す図である。

【符号の簡単な説明】

１脱臭装置本体２入口３出口４カートリッジ式光触媒フィルター４１ハニカム構造体の光触媒フィルター４２コルゲート構造体の光触媒フィルター４１１，４２１基板４１２，４２２保護接着層４１３，４２３光触媒層５紫外線ランプ６送風機７悪臭ガス８処理ガス９土壌浄化層

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】ハニカム構造体又はコルゲート構造体を
なし、該ハニカム構造又はコルゲート構造の表面に直接
又は保護接着層を介して光触媒層が塗工されてなること
を特徴とする光触媒フィルター。
【請求項２】請求項１において、ハニカム構造体のセ
ルサイズを、５ｍｍ以下の微細孔を有するマイクロハニ
カムとしたことを特徴とする光触媒フィルタ。
【請求項３】請求項１において、コルゲートコア構造
体のセルサイズを５ｍｍ以下の微細孔を有するマイクロ
コルゲートとしたこと特徴とする光触媒フィルター。
【請求項４】請求項２又は３において、ハニカム構造
体又はコルゲート構造体の素材をアルミニウムとしたこ
とを特徴とする光触媒フィルター。
【請求項５】請求項１ないし４のいずれかにおいて、
悪臭空気を供給する送風機と、供給された悪臭空気を導
入する入口及び処理された空気を排出する出口を備えた
脱臭装置本体と、脱臭装置本体内に配備された紫外線ラ
ンプとを有する光触媒脱臭装置に使用される光触媒フィ
ルター。