光触媒構造体
【課題】被処理気体の湿度が変化しても放電光の発生量および光触媒の反応効率が安定して高い放電型光触媒ユニット用の光触媒構造体を提供すること。
【解決手段】本発明に係る光触媒構造体１３は、第１の電極１１と、第１の電極１１との間に放電光を発生する第２の電極１２と、第１の電極１１と第２の電極１２との間に配置され、放電光により光触媒反応を起こす光触媒構造体１３と、を備えた放電型光触媒ユニット１に用いられる光触媒構造体１３であって、基材と、この基材に担持され、酸化チタンと水を吸着する吸着剤との混合物を含む光触媒膜と、を有する。
【解決手段】本発明に係る光触媒構造体１３は、第１の電極１１と、第１の電極１１との間に放電光を発生する第２の電極１２と、第１の電極１１と第２の電極１２との間に配置され、放電光により光触媒反応を起こす光触媒構造体１３と、を備えた放電型光触媒ユニット１に用いられる光触媒構造体１３であって、基材と、この基材に担持され、酸化チタンと水を吸着する吸着剤との混合物を含む光触媒膜と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電光の作用と光触媒反応とを組み合わせて用いる放電型光触媒ユニット用の光触媒構造体に関するものであり、特に、湿度変化の影響を受け難い放電型光触媒ユニット用の光触媒構造体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光触媒は光を照射されて触媒作用を有するものであり、近年、空気浄化・脱臭、水浄化・排水処理、防汚、抗菌・殺菌、防曇等の広い分野で注目されている。光触媒は、光を照射されることにより、強い酸化作用や超撥水作用を示し、たとえば、有機物を分解して空気を浄化したり、防曇作用を発現したりする。
【０００３】
光触媒の酸化作用は、以下の機構により発現すると考えられている。すなわち、光半導体粒子にバンドギャップ以上のエネルギーを持つ波長の光が与えられると、価電子帯に存在している電子は光励起されて伝導帯に移動し、価電子帯に正孔（ホール）が生成される。
【０００４】
伝導帯の電子（ｅ−）は酸素（Ｏ２）と反応してスーパーオキサイドアニオン（・Ｏ２−）を生成し、価電子帯の正孔（ｈ＋）は水と反応してヒドロキシラジカル（・ＯＨ）を生成する。スーパーオキサイドアニオン（・Ｏ２−）およびヒドロキシラジカル（・ＯＨ）は強い酸化力を示すため、光触媒に酸化作用が生じる。
【０００５】
光触媒は、応用範囲が極めて広く、また、太陽光または蛍光灯の光などをエネルギー源として直接利用できるため、環境に優しいという点で注目されている。しかし、光触媒の触媒反応はあまり強力でなくまた迅速でもないため、触媒反応の効率を向上させることが望まれている。
【０００６】
光触媒の触媒反応の効率の向上を目的とする従来技術としては、以下のものが挙げられる。
【０００７】
例えば、特開平９−２６２４８２号公報（特許文献１）には、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐｔ等から選択される１種以上の金属イオンを特定の割合で酸化チタンの表面から内部に含有する光触媒装置が開示されている。この光触媒装置によれば、紫外光に加え可視光を利用して触媒反応を行えるため、光触媒の効率の向上を図れる。
【０００８】
また、特開平２−１０７３３９号公報（特許文献２）には、３次元網目構造の基材上に、光触媒活性成分を担持させた光触媒装置が開示されている。この光触媒装置によれば、光触媒の効率が向上するとともに、充填して使用するときに圧力損失が少なくなる。
【０００９】
さらに、特開平８−１０３６３１号公報（特許文献３）には、球状の耐熱ガラスが融着されてなる基材の表面が酸化チタン膜で被覆された光触媒装置が開示されている。この光触媒装置によれば、表面積が大きく、入射光が酸化チタン全体に当たるため、効率良く汚染物質を吸着または分解除去できる。
【００１０】
しかし、特許文献１〜３に開示された光触媒装置では光触媒を励起させる光源としてランプを用いるため、装置が大きくなるという問題があった。
【００１１】
これに対して、たとえば、特開２００７−２９８２７号公報（特許文献４）には、
基材に紫外光を発光する発光物質および光触媒材料が担持されてなる光触媒構造体と、放電して光触媒構造体に電子および紫外光を照射する電極とを備えた放電型光触媒反応装置が開示されている。
【００１２】
この放電型光触媒反応装置によれば、光触媒を励起させる光源として電極からの放電光を用いるため、光触媒を励起させるエネルギーが小さくて済むことから装置構成の小型化が可能になるとともに、光触媒への光の照射面積が増加して光触媒の反応効率が向上する。
【特許文献１】特開平９−２６２４８２号公報
【特許文献２】特開平２−１０７３３９号公報
【特許文献３】特開平８−１０３６３１号公報
【特許文献４】特開２００７−２９８２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、放電光の発生は湿度により変化するため、被処理空気等の被処理気体の湿度によっては、放電光が十分に発生せず光触媒の反応効率が低下するという問題があった。
【００１４】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、被処理気体の湿度が変化しても放電光の発生量および光触媒の反応効率が安定して高い放電型光触媒ユニット用の光触媒構造体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係る光触媒構造体は、上記問題点を解決するものであり、第１の電極と、この第１の電極との間に放電光を発生する第２の電極と、前記第１の電極と第２の電極との間に配置され、前記放電光により光触媒反応を起こす光触媒構造体と、を備えた放電型光触媒ユニット用の光触媒構造体であって、基材と、この基材に担持され、酸化チタンと水を吸着する吸着剤との混合物を含む光触媒膜と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る光触媒構造体によれは、被処理気体の湿度が変化しても放電光の発生量および光触媒の反応効率が安定して高い放電型光触媒ユニットを作製することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明に係る光触媒構造体の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
【００１８】
本発明に係る光触媒構造体は、第１の電極と、この第１の電極との間に放電光を発生する第２の電極と、第１の電極と第２の電極との間に配置され、放電光により光触媒反応を起こす光触媒構造体と、を備えた放電型光触媒ユニットに用いられる光触媒構造体である。
【００１９】
図面を参照して、本発明に係る光触媒構造体が用いられる放電型光触媒ユニットを説明する。
【００２０】
［放電型光触媒ユニット］
図１は、放電型光触媒ユニットの縦断面図である。
【００２１】
放電型光触媒ユニット１は、ハウジング２０内の流路２１に、第１の電極１１と、第２の電極１２と、光触媒構造体１３と、オゾン分解フィルター１５と、ファン１７とを備える。
【００２２】
ハウジング２０内の流路２１には、流路（通風路）２１内に導入される被処理空気の流れ方向に沿って、第１の電極１１と、光触媒構造体１３と、第２の電極１２と、オゾン分解フィルター１５と、ファン１７とが配置される。
【００２３】
（第１の電極および第２の電極）
第１の電極１１および第２の電極１２は、被処理空気が通気可能で、第１の電極１１−第２の電極１２間での放電光の発生が可能な電極である。第１の電極１１および第２の電極１２としては、たとえば、メッシュ状、格子状、棒状等の電極が用いられる。
【００２４】
第１の電極１１と第２の電極１２とは対向して配置され、図示しない電源から第１の電極１１−第２の電極１２間に電圧が印加されることにより、第１の電極１１−第２の電極１２間で放電光を発生させることができるようになっている。放電光としては、光触媒構造体１３の光触媒膜が光触媒反応を起こす波長のものが用いられ、たとえば、波長１０ｎｍ〜４００ｎｍの紫外線等が挙げられる。
【００２５】
（光触媒構造体）
光触媒構造体１３は、通気が可能であり、第１の電極１１−第２の電極１２間で発生した放電光により光触媒反応を起こす部材である。
【００２６】
光触媒構造体１３は、たとえば３次元網目構造等の通気可能な空隙を有する部材である。光触媒構造体１３は、第１の電極１１−第２の電極１２間に配置され、第１の電極１１−第２の電極１２間で発生した放電光により光触媒反応を起こすようになっている。
【００２７】
光触媒構造体は、基材と、この基材に担持される光触媒膜とからなる。
【００２８】
＜基材＞
本発明で用いられる基材としては、たとえば、３次元網目構造等の多孔質部材が挙げられる。基材が３次元網目構造であると、この基材から作製される光触媒構造体も３次元網目構造を保持して通気可能な空隙が形成されやすいため好ましい。
【００２９】
３次元網目構造を有する基材としては、たとえば、コーディエライト（Ｍｇ２Ａｌ４Ｓｉ５Ｏ１８）を主成分とするケイ酸塩、アルミナ珪酸ガラス等が挙げられる。ここで、コーディエライトを主成分とするとは、ケイ酸塩の５０重量％以上がコーディエライトであることを意味する。３次元網目構造を有する基材は、コーディエライトであると、光触媒膜が基材から剥離しにくいため好ましい。３次元網目構造を有する基材は、開気孔率が７５％以上であると、圧力損失が小さいため好ましい。
【００３０】
＜光触媒膜＞
光触媒膜は、光触媒反応を生じさせる物質であり、基材の表面に担持される。光触媒膜は、酸化チタンと水を吸着する吸着剤との混合物を含むものである。光触媒膜は、具体的には、酸化チタン結晶粒と吸着剤粒とが、混合物となって基材の表面に固着したものになっている。
【００３１】
水を吸着する吸着剤としては、たとえば、ゼオライト、活性炭、シリカゲルおよび活性アルミナから選択される少なくとも１種が用いられる。
【００３２】
吸着剤は、細孔径が、通常２０Å以下、好ましくは１０Å以下、より好ましくは３Å〜１０Åであると、被処理空気中の水分が吸着剤の細孔径に吸着されて被処理空気の湿度が調整され、放電型光触媒ユニット１の第１の電極１１−第２の電極１２間の放電光の発生量が大きくなるため好ましい。一方、吸着剤の細孔径が２０Åを超えると、吸着剤の水の吸着保持力が低下し、光触媒性能が、被処理空気の湿度変化の影響を受けやすくなる。
【００３３】
光触媒膜は、吸着剤を酸化チタンに対して、通常１０質量％以下、好ましくは１質量％〜１０質量％、より好ましくは２質量％〜５質量％の量で含むと、光触媒性能、たとえば、有機化合物の分解性能が高くなるため好ましい。光触媒膜の吸着剤含有量がこの範囲内にあると有機化合物の分解性能が高くなる理由は、被処理空気中の湿度が低下することにより、放電型光触媒ユニット１の第１の電極１１−第２の電極１２間の放電光の発生量が大きくなるためであると考えられる。
【００３４】
一方、光触媒膜が、吸着剤を酸化チタンに対して１０質量％を超える量で含むと、光触媒膜中の相対的な酸化チタン量が低下し、光触媒性能が低下しやすくなる。
【００３５】
光触媒膜は、吸着剤と酸化チタンの混合物の理論密度に対する相対密度が、通常８５％〜９５％、好ましくは８６％〜９１％である。ここで、吸着剤と酸化チタンの混合物の理論密度とは、吸着剤と酸化チタンの混合物が最も密な構造をとる場合の密度を意味する。また、理論密度に対する相対密度とは、理論密度を１００％とした場合の相対密度である。相対密度が、１００％未満であるとは、吸着剤と酸化チタンの混合物中に空隙が生じていることを示す。
【００３６】
光触媒膜の相対密度が８５％〜９５％であると、光触媒膜の構造が適度に疎になり光触媒膜内の隙間に被処理空気中の有機物や水が浸入しやすくなることにより、光触媒膜の強度が高くかつ光触媒性能が高くなるため好ましい。
【００３７】
一方、光触媒膜の相対密度が８５％未満であると、光触媒膜の強度が低下して基材から剥離しやすくなりやすい。また、光触媒膜の相対密度が９５％を超えると、光触媒膜の構造が密になり光触媒膜内の隙間に被処理空気中の有機物や水が浸入しにくくなることにより、光触媒性能が低くなりやすい。
【００３８】
光触媒構造体は、たとえば、３次元網目構造等の通気可能な空隙を有する基材の表面に光触媒膜を担持させることにより、通気が可能になっている。
【００３９】
オゾン分解フィルター１５は、ハニカム構造体等の、通気可能な空隙を有し、オゾンを分解するフィルターである。オゾン分解フィルター１５は、通常、オゾンを活性酸素に分解するものである。オゾン分解フィルター１５としては、たとえば、オゾン分解触媒である酸化マンガンをベースとしたセラミック製ハニカム構造体が挙げられる。
【００４０】
ファン１７は、ハウジング２０内の流路２１に被処理空気の送風を行う。
【００４１】
（作用）
次に、図１を参照して放電型光触媒ユニット１の作用について説明する。
【００４２】
はじめに、ファン１７を稼働させて、ハウジング２０内の流路２１内に、図示しない集塵フィルター等を介して、アンモニア等の有機化合物を含む空気（被処理空気）を導入する。導入された被処理空気は、第１の電極１１、光触媒構造体１３、第２の電極１２、オゾン分解フィルター１５およびファン１７をこの順番で通過する。
【００４３】
この状態で、図示しない電源から第１の電極１１−第２の電極１２間に電圧を印加すると、第１の電極１１−第２の電極１２間で紫外線等の放電光が発生する。この放電光は、第１の電極１１−第２の電極１２間に配置された光触媒構造体１３の基材の空隙中に発生し、光触媒膜を活性化して光触媒構造体１３での光触媒反応を生じさせるとともに、被処理空気中の酸素と反応してオゾンを生成する。
【００４４】
被処理空気中の有機化合物は、光触媒構造体１３での光触媒反応とオゾンとにより分解される。また、被処理空気中のオゾンは、オゾン分解フィルター１５で分解される。
【００４５】
これにより、放電型光触媒ユニット１から排出される空気は、有機化合物の含有量がないかまたは被処理空気より減少した清浄な空気となる。
【００４６】
なお、従来の放電型光触媒ユニットは、被処理空気の湿度が変化すると第１の電極−第２の電極間の放電光の量も変化するため、被処理空気中の有機物分解処理能力が不安定であるという問題があった。たとえば、通常、被処理空気の湿度が５０％程度では放電光の量およびオゾン発生量が多く有機物分解処理能力が良好であるが、被処理空気の湿度が５０％より低くなったり高くなったりすると放電光の量およびオゾン発生量が少なくなり有機物分解処理能力が低下するという問題があった。
【００４７】
本発明で用いられる放電型光触媒ユニット１では、光触媒構造体１３の光触媒膜中に、被処理空気中の水分を吸着する吸着剤が含まれているため、被処理空気の湿度が変化しても放電光の量および有機物分解処理能力が高く保たれる。
【００４８】
本発明に係る光触媒構造体によれば、被処理空気の湿度が変化しても有機物分解処理能力が高く保たれる放電型光触媒ユニットを作製する光触媒構造体が得られる。
【００４９】
なお、放電型光触媒ユニット１には、第１の電極１１と光触媒構造体１３と第２の電極１２とからなる放電光触媒ユニットを１個有する構成を示したが、この放電光触媒ユニットを２個以上有する構成にしてもよい。放電光触媒ユニットを２個以上有する構成にすると、放電光による作用と光触媒作用とが増大する。
【００５０】
また、放電光触媒ユニットを２個以上直列に配置する場合は、隣接する放電光触媒ユニットが第１の電極１１または第２の電極１２を共有する形態とすると、スペース性に優れ、低コスト化が可能であるため好ましい。
【００５１】
たとえば、放電光触媒ユニットを２個直列に配置する構成の場合は、第１の電極１１と光触媒構造体１３と第２の電極１２とを、第１の電極１１／光触媒構造体１３／第２の電極１２／光触媒構造体１３／第１の電極１１の順番で配置して第２の電極１２を共有したり、第２の電極１２／光触媒構造体１３／第１の電極１１／光触媒構造体１３／第２の電極１２の順番で配置して第１の電極１１を共有したりした上、第１の電極１１−第２の電極１２間に電圧を印加可能にした構成が挙げられる。
【実施例】
【００５２】
以下に実施例を示すが、本発明はこれらに限定されて解釈されるものではない。
【００５３】
（実施例１）
（基材）
基材として、コーディエライト（Ｍｇ２Ａｌ４Ｓｉ５Ｏ１８）を主成分とし、開気孔率８５％の３次元網目構造を有するケイ酸塩を用いた。
【００５４】
（光触媒膜形成用混合物の調製）
濃度３０質量％、結晶粒径６ｎｍの酸化チタンゾルに、６Åの細孔径を有するゼオライトを酸化チタンゾル中の酸化チタン量１００質量部に対して５質量部、およびポリエチレングリコール（和光純薬工業株式会社製、ポリエチレングリコール２００）を添加して、光触媒膜形成用混合物を調製した。
【００５５】
（光触媒構造体の作製）
光触媒膜形成用混合物を基材に塗布して含浸させ、乾燥させた後、大気中、６００℃で４時間熱処理したところ、光触媒構造体が得られた。光触媒構造体は、３次元網目構造の基材上に、酸化チタン結晶粒１００質量部とゼオライト５質量部とが固着してなる光触媒膜が形成されたものであり、通気が可能になっていた。光触媒構造体は、縦１９５ｍｍ×横７０ｍｍ×通気方向の厚さ６ｍｍであった。
【００５６】
（電極）
ハニカム構造の電極を２枚用意した。電極は、縦１９５ｍｍ×横７０ｍｍ×通気方向の厚さ３ｍｍであった。
【００５７】
（オゾン分解フィルター）
二酸化マンガンを焼き固めてなるハニカム構造のオゾン分解フィルターを用意した。
【００５８】
（放電型光触媒ユニットの作製）
断面矩形の筒状ハウジング内に、電極２枚と光触媒構造体１個とオゾン分解フィルターとを用いて、第１の電極／光触媒構造体／第２の電極／オゾン分解フィルターの順番になるように配置した。第１の電極、光触媒構造体、第２の電極およびオゾン分解フィルターは、筒状ハウジング内に、通風路を横断するように長手方向に沿って順次整列配置した。
【００５９】
次に、直流電源を、第１の電極と第２の電極との間に電圧を印加可能に接続して、放電型光触媒ユニットを作製した。
【００６０】
得られた放電型光触媒ユニットについて、オゾン発生量を測定した。
【００６１】
（オゾン発生量の測定）
放電型光触媒ユニットの筒状ハウジング中に湿度３０％の空気を１．６ｍ３／分で流した。この状態で、直流電源を用い、第１の電極が正極、第２の電極が負極になるように電圧を印加して、第２の電極とオゾン分解フィルターとの間の空気中のオゾン発生量を測定した。
【００６２】
直流電源での電圧の印加は、８ＫＶ、パルス周期１００Ｈｚの直流高電圧パルスで行った。
【００６３】
オゾン発生量の測定は、放電型光触媒ユニットに通じる空気の湿度を４０％、５０％、６０％、７０％、９０％に変えて同様に行った。
【００６４】
図２に、オゾン発生量の測定結果を示す。
【００６５】
図２には、湿度５０％におけるオゾン発生量を１とした場合のオゾン発生量の相対比率を示す。
【００６６】
（比較例１）
ゼオライトを用いない以外は実施例１と同様にして、光触媒構造体を作製した。この光触媒構造体は、３次元網目構造の基材上に、酸化チタンのみからなる光触媒膜が形成されたものであり、通気が可能になっていた。
【００６７】
次に、この光触媒構造体を用い、実施例１と同様にして放電型光触媒ユニットを作製しオゾン発生量を測定した。
【００６８】
放電型光触媒ユニットに通じる空気の湿度は、実施例１と同様に３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、９０％とした。
【００６９】
図２に、オゾン発生量の測定結果を示す。
【００７０】
図２には、湿度５０％におけるオゾン発生量を１とした場合のオゾン発生量の相対比率を示す。
【００７１】
実施例１および比較例１の結果より、以下のことが分かった。
【００７２】
ゼオライトを添加した光触媒構造体を用いた放電型光触媒ユニット（実施例１）およびゼオライトを添加しない光触媒構造体を用いた放電型光触媒ユニット（比較例１）のいずれも、通じる空気の湿度が５０％のときにオゾン発生量が最大値を示すことが分かった。
【００７３】
また、ゼオライトを添加した光触媒構造体を用いた放電型光触媒ユニット（実施例１）およびゼオライトを添加しない光触媒構造体を用いた放電型光触媒ユニット（比較例１）のいずれも、通じる空気の湿度が５０％から離れた値になるに従ってオゾン発生量が低下し、このオゾン発生量の低下の度合は、ゼオライトを添加した光触媒構造体を用いた放電型光触媒ユニット（実施例１）の方が、ゼオライトを添加しない光触媒構造体を用いた放電型光触媒ユニット（比較例１）に比べて小さいことが分かった。
【００７４】
具体的には、通じる空気の湿度が９０％である場合のオゾン発生量は、ゼオライトを添加した光触媒構造体を用いた放電型光触媒ユニット（実施例１）が約０．６であるのに対し、ゼオライトを添加しない光触媒構造体を用いた放電型光触媒ユニット（比較例１）は約０．４であり、前者の方が低下の度合が小さかった。
【００７５】
また、通じる空気の湿度が３０％である場合のオゾン発生量は、ゼオライトを添加した光触媒構造体を用いた放電型光触媒ユニット（実施例１）が約０．９であるのに対し、ゼオライトを添加しない光触媒構造体を用いた放電型光触媒ユニット（比較例１）は約０．８であり、前者の方が低下の度合が小さかった。
【００７６】
すなわち、実施例１および比較例１の結果より、ゼオライトを添加した光触媒構造体を用いた放電型光触媒ユニット（実施例１）の方が、ゼオライトを添加しない光触媒構造体を用いた放電型光触媒ユニット（比較例１）に比べて、通じる空気の湿度が同じ場合にオゾン発生量が多く、かつ湿度による性能変化が小さいことが分かった。
【００７７】
（実施例２−１〜２−３、参考例１−１および１−２）
光触媒膜中の酸化チタン量１００質量部に対するゼオライト量の比率を１質量部（実施例２−１）、２質量部（実施例２−２）、１０質量部（実施例２−３）、１５質量部（参考例１−１）、２０質量部（参考例１−２）とした以外は、実施例１（ゼオライト量の比率：５質量部）と同様にして光触媒構造体を作製した。
【００７８】
光触媒膜中のゼオライト量の変更は、光触媒膜形成用混合物中のゼオライト量を変えることにより行った。光触媒膜中の酸化チタン量とゼオライト量との比率は、光触媒膜形成用混合物中の酸化チタン量とゼオライト量との比率と同じであった。
【００７９】
次に、これらの光触媒構造体を用い、実施例１と同様にして放電型光触媒ユニットを作製した。
【００８０】
得られた放電型光触媒ユニットについて、アンモニア分解性能を測定した。
【００８１】
（アンモニア分解性能の測定）
放電型光触媒ユニットの筒状ハウジング中に、湿度３０％、入口アンモニア濃度１００ｐｐｍの空気を１．６ｍ３／分で流した。この状態で、直流電源を用い、第１の電極が正極、第２の電極が負極になるように電圧を印加して、放電型光触媒ユニットから排出される空気中の出口アンモニア濃度（ｐｐｍ）を測定した。
【００８２】
直流電源での電圧の印加は、８ＫＶ、パルス周期１００Ｈｚの直流高電圧パルスで行った。
【００８３】
出口アンモニア分解性能の測定は、実施例１および比較例１の放電型光触媒ユニットについても行った。
【００８４】
図３に、出口アンモニア濃度の測定結果を示す。図３には、実施例１および比較例１の放電型光触媒ユニットを用いた測定結果も示す。
【００８５】
実施例１、２−１〜２−３、参考例１−１、１−２、および比較例１の結果より、以下のことが分かった。
【００８６】
すなわち、ゼオライトを酸化チタン量１００質量部に対し１〜１０質量部添加した光触媒構造体を用いた放電型光触媒ユニット（実施例２−１〜２−３、実施例１）は、ゼオライトを１５質量部以上添加した光触媒構造体を用いた放電型光触媒ユニット（参考例１−１および１−２）やゼオライトを添加しない光触媒構造体を用いた放電型光触媒ユニット（比較例１）よりも、アンモニア分解性能が高いことが分かった。
【００８７】
特に、ゼオライトを酸化チタン量１００質量部に対し２質量部または５質量部添加した光触媒構造体を用いた放電型光触媒ユニット（実施例２−２、実施例１）は、アンモニア分解性能が高いことが分かった。
【００８８】
（実施例３−１および３−２、参考例２）
用いるゼオライトの細孔径を、３Å（実施例３−１）、１０Å（実施例３−２）、２０Å（参考例２）のものとした以外は、実施例１（細孔径６Å）と同様にして光触媒構造体を作製し、放電型光触媒ユニットを作製した。
【００８９】
（放電量の測定）
放電型光触媒ユニットの筒状ハウジング中に湿度３０％の空気を１．６ｍ３／分で流した。この状態で、直流電源を用い、第１の電極が正極、第２の電極が負極になるように電圧を印加して、第１の電極と第２の電極との間の放電量を測定した。
【００９０】
直流電源での電圧の印加は、８ＫＶ、パルス周期１００Ｈｚの直流高電圧パルスで行った。
【００９１】
放電量の測定は、実施例１の放電型光触媒ユニットについても行った。
【００９２】
図４に、放電量の測定結果を示す。図４には、実施例１の放電型光触媒ユニットを用いた測定結果も示す。
【００９３】
実施例１、３−１、３−２、参考例２の結果より、ゼオライトのミクロ細孔径が３Å（実施例３−１）のときに放電量が２９Ｗと最も大きくなることがわかった。また、ゼオライトのミクロ細孔径が大きくなるほど、放電量が減少することがわかった。
【００９４】
（実施例４−１〜４−４）
上記ポリエチレングリコールの含有量を増やした光触媒膜形成用混合物を用いた以外は実施例１と同様にして、光触媒構造体を作製し、この光触媒構造体を用いて放電型光触媒ユニットを作製した。
【００９５】
光触媒構造体は、光触媒膜形成用混合物中に含まれるポリエチレングリコールの量を変えて４種類作製した（実施例４−１〜４−４）。得られた光触媒構造体の光触媒膜は、熱処理によりポリエチレングリコールが焼失したため、酸化チタンおよびゼオライトのみからなるものになっていた。
【００９６】
得られた光触媒構造体の光触媒膜につき、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察して光触媒膜の膜厚を測定した。また、測定した膜厚と、基材に担持された酸化チタンおよびゼオライトの質量とから、光触媒膜の密度を算出した。
【００９７】
光触媒膜の密度は、実施例１の光触媒膜の密度を１００％とした相対密度で、８３％（実施例４−１）、８６％（実施例４−２）、９１％（実施例４−３）、９７％（実施例４−４）であった。
【００９８】
得られた放電型光触媒ユニットについて、実施例２−１と同様にしてアンモニア分解性能を測定した。
【００９９】
図５に、出口アンモニア濃度の測定結果を示す。
【０１００】
図５に示す実施例４−１〜４−４の結果より、特に光触媒膜の密度が８６％（実施例４−２）および９１％（実施例４−３）の場合には出口のアンモニア濃度が非常に低くなることがわかった。
【０１０１】
（参考例３）
基材として、３次元網目構造を有するケイ酸塩に代えて、ハニカムセルの断面形状が略正三角形の無機繊維製ハニカム基材を用いた以外は実施例１と同様にして、光触媒構造体を作製し、この光触媒構造体を用いて放電型光触媒ユニットを作製した。無機繊維製ハニカム基材は、３ｍｍ間隔で平行配置された複数枚の薄い平板と、平板間の空間に配置、固定された縦断面三角波状の薄いコルゲート板とからなるものであり、ハニカムセルの断面形状の略正三角形の一辺の長さは３．５ｍｍであった。
【０１０２】
得られた放電型光触媒ユニットについて、実施例２−１と同様にしてアンモニア分解性能を測定した。また、実施例１についても、同様にしてアンモニア分解性能を測定した。
【０１０３】
図６に、出口アンモニア濃度の測定結果を示す。図６には、実施例１の放電型光触媒ユニットを用いた測定結果も示す。
【０１０４】
図６に示す参考例３、実施例１の結果より、３次元網目構造を有する基材を用いた放電型光触媒ユニット（実施例１）は出口のアンモニア濃度が８ｐｐｍで光触媒効率が良好であったが、ハニカム基材を用いた放電型光触媒ユニット（参考例３）は、出口のアンモニア濃度が１５ｐｐｍと光触媒性能が低下した。
【０１０５】
（実施例５−１および５−２）
吸着剤として、ゼオライトに代えて、細孔径６Åの活性炭（実施例５−１）または細孔径６Åのシリカゲル（実施例５−２）を用いた以外は実施例１と同様にして、光触媒構造体を作製し、この光触媒構造体を用いて放電型光触媒ユニットを作製した。
【０１０６】
得られた放電型光触媒ユニットについて、実施例３−１と同様にして放電量を測定した。
【０１０７】
図７に、放電量の測定結果を示す。図７には、実施例１の放電型光触媒ユニットを用いた測定結果も示す。
【０１０８】
図７に示す実施例５−１および５−２、実施例１の結果より、吸着剤を添加した光触媒構造体を用いた放電型光触媒ユニットは、どれも高い放電量を示したが、とくにゼオライトを添加したとき（実施例１）に最も効果が高いことがわかった。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】本発明に係る光触媒構造体が用いられる放電型光触媒ユニットの縦断面図。
【図２】被処理空気の湿度とオゾン発生量との関係を示すグラフ。
【図３】光触媒膜のゼオライト量と出口アンモニア濃度との関係を示すグラフ。
【図４】光触媒膜のゼオライトの細孔径と放電量との関係を示すグラフ。
【図５】光触媒膜の相対密度と出口アンモニア濃度との関係を示すグラフ。
【図６】基材の種類と出口アンモニア濃度との関係を示すグラフ。
【図７】光触媒膜の吸着剤の種類と放電量との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
【０１１０】
１ 放電型光触媒ユニット
１１ 第１の電極
１２ 第２の電極
１３ 光触媒構造体
１５ オゾン分解フィルター
１７ ファン
２０ ハウジング
２１ 流路（通風路）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電光の作用と光触媒反応とを組み合わせて用いる放電型光触媒ユニット用の光触媒構造体に関するものであり、特に、湿度変化の影響を受け難い放電型光触媒ユニット用の光触媒構造体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光触媒は光を照射されて触媒作用を有するものであり、近年、空気浄化・脱臭、水浄化・排水処理、防汚、抗菌・殺菌、防曇等の広い分野で注目されている。光触媒は、光を照射されることにより、強い酸化作用や超撥水作用を示し、たとえば、有機物を分解して空気を浄化したり、防曇作用を発現したりする。
【０００３】
光触媒の酸化作用は、以下の機構により発現すると考えられている。すなわち、光半導体粒子にバンドギャップ以上のエネルギーを持つ波長の光が与えられると、価電子帯に存在している電子は光励起されて伝導帯に移動し、価電子帯に正孔（ホール）が生成される。
【０００４】
伝導帯の電子（ｅ−）は酸素（Ｏ２）と反応してスーパーオキサイドアニオン（・Ｏ２−）を生成し、価電子帯の正孔（ｈ＋）は水と反応してヒドロキシラジカル（・ＯＨ）を生成する。スーパーオキサイドアニオン（・Ｏ２−）およびヒドロキシラジカル（・ＯＨ）は強い酸化力を示すため、光触媒に酸化作用が生じる。
【０００５】
光触媒は、応用範囲が極めて広く、また、太陽光または蛍光灯の光などをエネルギー源として直接利用できるため、環境に優しいという点で注目されている。しかし、光触媒の触媒反応はあまり強力でなくまた迅速でもないため、触媒反応の効率を向上させることが望まれている。
【０００６】
光触媒の触媒反応の効率の向上を目的とする従来技術としては、以下のものが挙げられる。
【０００７】
例えば、特開平９−２６２４８２号公報（特許文献１）には、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐｔ等から選択される１種以上の金属イオンを特定の割合で酸化チタンの表面から内部に含有する光触媒装置が開示されている。この光触媒装置によれば、紫外光に加え可視光を利用して触媒反応を行えるため、光触媒の効率の向上を図れる。
【０００８】
また、特開平２−１０７３３９号公報（特許文献２）には、３次元網目構造の基材上に、光触媒活性成分を担持させた光触媒装置が開示されている。この光触媒装置によれば、光触媒の効率が向上するとともに、充填して使用するときに圧力損失が少なくなる。
【０００９】
さらに、特開平８−１０３６３１号公報（特許文献３）には、球状の耐熱ガラスが融着されてなる基材の表面が酸化チタン膜で被覆された光触媒装置が開示されている。この光触媒装置によれば、表面積が大きく、入射光が酸化チタン全体に当たるため、効率良く汚染物質を吸着または分解除去できる。
【００１０】
しかし、特許文献１〜３に開示された光触媒装置では光触媒を励起させる光源としてランプを用いるため、装置が大きくなるという問題があった。
【００１１】
これに対して、たとえば、特開２００７−２９８２７号公報（特許文献４）には、
基材に紫外光を発光する発光物質および光触媒材料が担持されてなる光触媒構造体と、放電して光触媒構造体に電子および紫外光を照射する電極とを備えた放電型光触媒反応装置が開示されている。
【００１２】
この放電型光触媒反応装置によれば、光触媒を励起させる光源として電極からの放電光を用いるため、光触媒を励起させるエネルギーが小さくて済むことから装置構成の小型化が可能になるとともに、光触媒への光の照射面積が増加して光触媒の反応効率が向上する。
【特許文献１】特開平９−２６２４８２号公報
【特許文献２】特開平２−１０７３３９号公報
【特許文献３】特開平８−１０３６３１号公報
【特許文献４】特開２００７−２９８２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、放電光の発生は湿度により変化するため、被処理空気等の被処理気体の湿度によっては、放電光が十分に発生せず光触媒の反応効率が低下するという問題があった。
【００１４】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、被処理気体の湿度が変化しても放電光の発生量および光触媒の反応効率が安定して高い放電型光触媒ユニット用の光触媒構造体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係る光触媒構造体は、上記問題点を解決するものであり、第１の電極と、この第１の電極との間に放電光を発生する第２の電極と、前記第１の電極と第２の電極との間に配置され、前記放電光により光触媒反応を起こす光触媒構造体と、を備えた放電型光触媒ユニット用の光触媒構造体であって、基材と、この基材に担持され、酸化チタンと水を吸着する吸着剤との混合物を含む光触媒膜と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る光触媒構造体によれは、被処理気体の湿度が変化しても放電光の発生量および光触媒の反応効率が安定して高い放電型光触媒ユニットを作製することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明に係る光触媒構造体の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
【００１８】
本発明に係る光触媒構造体は、第１の電極と、この第１の電極との間に放電光を発生する第２の電極と、第１の電極と第２の電極との間に配置され、放電光により光触媒反応を起こす光触媒構造体と、を備えた放電型光触媒ユニットに用いられる光触媒構造体である。
【００１９】
図面を参照して、本発明に係る光触媒構造体が用いられる放電型光触媒ユニットを説明する。
【００２０】
［放電型光触媒ユニット］
図１は、放電型光触媒ユニットの縦断面図である。
【００２１】
放電型光触媒ユニット１は、ハウジング２０内の流路２１に、第１の電極１１と、第２の電極１２と、光触媒構造体１３と、オゾン分解フィルター１５と、ファン１７とを備える。
【００２２】
ハウジング２０内の流路２１には、流路（通風路）２１内に導入される被処理空気の流れ方向に沿って、第１の電極１１と、光触媒構造体１３と、第２の電極１２と、オゾン分解フィルター１５と、ファン１７とが配置される。
【００２３】
（第１の電極および第２の電極）
第１の電極１１および第２の電極１２は、被処理空気が通気可能で、第１の電極１１−第２の電極１２間での放電光の発生が可能な電極である。第１の電極１１および第２の電極１２としては、たとえば、メッシュ状、格子状、棒状等の電極が用いられる。
【００２４】
第１の電極１１と第２の電極１２とは対向して配置され、図示しない電源から第１の電極１１−第２の電極１２間に電圧が印加されることにより、第１の電極１１−第２の電極１２間で放電光を発生させることができるようになっている。放電光としては、光触媒構造体１３の光触媒膜が光触媒反応を起こす波長のものが用いられ、たとえば、波長１０ｎｍ〜４００ｎｍの紫外線等が挙げられる。
【００２５】
（光触媒構造体）
光触媒構造体１３は、通気が可能であり、第１の電極１１−第２の電極１２間で発生した放電光により光触媒反応を起こす部材である。
【００２６】
光触媒構造体１３は、たとえば３次元網目構造等の通気可能な空隙を有する部材である。光触媒構造体１３は、第１の電極１１−第２の電極１２間に配置され、第１の電極１１−第２の電極１２間で発生した放電光により光触媒反応を起こすようになっている。
【００２７】
光触媒構造体は、基材と、この基材に担持される光触媒膜とからなる。
【００２８】
＜基材＞
本発明で用いられる基材としては、たとえば、３次元網目構造等の多孔質部材が挙げられる。基材が３次元網目構造であると、この基材から作製される光触媒構造体も３次元網目構造を保持して通気可能な空隙が形成されやすいため好ましい。
【００２９】
３次元網目構造を有する基材としては、たとえば、コーディエライト（Ｍｇ２Ａｌ４Ｓｉ５Ｏ１８）を主成分とするケイ酸塩、アルミナ珪酸ガラス等が挙げられる。ここで、コーディエライトを主成分とするとは、ケイ酸塩の５０重量％以上がコーディエライトであることを意味する。３次元網目構造を有する基材は、コーディエライトであると、光触媒膜が基材から剥離しにくいため好ましい。３次元網目構造を有する基材は、開気孔率が７５％以上であると、圧力損失が小さいため好ましい。
【００３０】
＜光触媒膜＞
光触媒膜は、光触媒反応を生じさせる物質であり、基材の表面に担持される。光触媒膜は、酸化チタンと水を吸着する吸着剤との混合物を含むものである。光触媒膜は、具体的には、酸化チタン結晶粒と吸着剤粒とが、混合物となって基材の表面に固着したものになっている。
【００３１】
水を吸着する吸着剤としては、たとえば、ゼオライト、活性炭、シリカゲルおよび活性アルミナから選択される少なくとも１種が用いられる。
【００３２】
吸着剤は、細孔径が、通常２０Å以下、好ましくは１０Å以下、より好ましくは３Å〜１０Åであると、被処理空気中の水分が吸着剤の細孔径に吸着されて被処理空気の湿度が調整され、放電型光触媒ユニット１の第１の電極１１−第２の電極１２間の放電光の発生量が大きくなるため好ましい。一方、吸着剤の細孔径が２０Åを超えると、吸着剤の水の吸着保持力が低下し、光触媒性能が、被処理空気の湿度変化の影響を受けやすくなる。
【００３３】
光触媒膜は、吸着剤を酸化チタンに対して、通常１０質量％以下、好ましくは１質量％〜１０質量％、より好ましくは２質量％〜５質量％の量で含むと、光触媒性能、たとえば、有機化合物の分解性能が高くなるため好ましい。光触媒膜の吸着剤含有量がこの範囲内にあると有機化合物の分解性能が高くなる理由は、被処理空気中の湿度が低下することにより、放電型光触媒ユニット１の第１の電極１１−第２の電極１２間の放電光の発生量が大きくなるためであると考えられる。
【００３４】
一方、光触媒膜が、吸着剤を酸化チタンに対して１０質量％を超える量で含むと、光触媒膜中の相対的な酸化チタン量が低下し、光触媒性能が低下しやすくなる。
【００３５】
光触媒膜は、吸着剤と酸化チタンの混合物の理論密度に対する相対密度が、通常８５％〜９５％、好ましくは８６％〜９１％である。ここで、吸着剤と酸化チタンの混合物の理論密度とは、吸着剤と酸化チタンの混合物が最も密な構造をとる場合の密度を意味する。また、理論密度に対する相対密度とは、理論密度を１００％とした場合の相対密度である。相対密度が、１００％未満であるとは、吸着剤と酸化チタンの混合物中に空隙が生じていることを示す。
【００３６】
光触媒膜の相対密度が８５％〜９５％であると、光触媒膜の構造が適度に疎になり光触媒膜内の隙間に被処理空気中の有機物や水が浸入しやすくなることにより、光触媒膜の強度が高くかつ光触媒性能が高くなるため好ましい。
【００３７】
一方、光触媒膜の相対密度が８５％未満であると、光触媒膜の強度が低下して基材から剥離しやすくなりやすい。また、光触媒膜の相対密度が９５％を超えると、光触媒膜の構造が密になり光触媒膜内の隙間に被処理空気中の有機物や水が浸入しにくくなることにより、光触媒性能が低くなりやすい。
【００３８】
光触媒構造体は、たとえば、３次元網目構造等の通気可能な空隙を有する基材の表面に光触媒膜を担持させることにより、通気が可能になっている。
【００３９】
オゾン分解フィルター１５は、ハニカム構造体等の、通気可能な空隙を有し、オゾンを分解するフィルターである。オゾン分解フィルター１５は、通常、オゾンを活性酸素に分解するものである。オゾン分解フィルター１５としては、たとえば、オゾン分解触媒である酸化マンガンをベースとしたセラミック製ハニカム構造体が挙げられる。
【００４０】
ファン１７は、ハウジング２０内の流路２１に被処理空気の送風を行う。
【００４１】
（作用）
次に、図１を参照して放電型光触媒ユニット１の作用について説明する。
【００４２】
はじめに、ファン１７を稼働させて、ハウジング２０内の流路２１内に、図示しない集塵フィルター等を介して、アンモニア等の有機化合物を含む空気（被処理空気）を導入する。導入された被処理空気は、第１の電極１１、光触媒構造体１３、第２の電極１２、オゾン分解フィルター１５およびファン１７をこの順番で通過する。
【００４３】
この状態で、図示しない電源から第１の電極１１−第２の電極１２間に電圧を印加すると、第１の電極１１−第２の電極１２間で紫外線等の放電光が発生する。この放電光は、第１の電極１１−第２の電極１２間に配置された光触媒構造体１３の基材の空隙中に発生し、光触媒膜を活性化して光触媒構造体１３での光触媒反応を生じさせるとともに、被処理空気中の酸素と反応してオゾンを生成する。
【００４４】
被処理空気中の有機化合物は、光触媒構造体１３での光触媒反応とオゾンとにより分解される。また、被処理空気中のオゾンは、オゾン分解フィルター１５で分解される。
【００４５】
これにより、放電型光触媒ユニット１から排出される空気は、有機化合物の含有量がないかまたは被処理空気より減少した清浄な空気となる。
【００４６】
なお、従来の放電型光触媒ユニットは、被処理空気の湿度が変化すると第１の電極−第２の電極間の放電光の量も変化するため、被処理空気中の有機物分解処理能力が不安定であるという問題があった。たとえば、通常、被処理空気の湿度が５０％程度では放電光の量およびオゾン発生量が多く有機物分解処理能力が良好であるが、被処理空気の湿度が５０％より低くなったり高くなったりすると放電光の量およびオゾン発生量が少なくなり有機物分解処理能力が低下するという問題があった。
【００４７】
本発明で用いられる放電型光触媒ユニット１では、光触媒構造体１３の光触媒膜中に、被処理空気中の水分を吸着する吸着剤が含まれているため、被処理空気の湿度が変化しても放電光の量および有機物分解処理能力が高く保たれる。
【００４８】
本発明に係る光触媒構造体によれば、被処理空気の湿度が変化しても有機物分解処理能力が高く保たれる放電型光触媒ユニットを作製する光触媒構造体が得られる。
【００４９】
なお、放電型光触媒ユニット１には、第１の電極１１と光触媒構造体１３と第２の電極１２とからなる放電光触媒ユニットを１個有する構成を示したが、この放電光触媒ユニットを２個以上有する構成にしてもよい。放電光触媒ユニットを２個以上有する構成にすると、放電光による作用と光触媒作用とが増大する。
【００５０】
また、放電光触媒ユニットを２個以上直列に配置する場合は、隣接する放電光触媒ユニットが第１の電極１１または第２の電極１２を共有する形態とすると、スペース性に優れ、低コスト化が可能であるため好ましい。
【００５１】
たとえば、放電光触媒ユニットを２個直列に配置する構成の場合は、第１の電極１１と光触媒構造体１３と第２の電極１２とを、第１の電極１１／光触媒構造体１３／第２の電極１２／光触媒構造体１３／第１の電極１１の順番で配置して第２の電極１２を共有したり、第２の電極１２／光触媒構造体１３／第１の電極１１／光触媒構造体１３／第２の電極１２の順番で配置して第１の電極１１を共有したりした上、第１の電極１１−第２の電極１２間に電圧を印加可能にした構成が挙げられる。
【実施例】
【００５２】
以下に実施例を示すが、本発明はこれらに限定されて解釈されるものではない。
【００５３】
（実施例１）
（基材）
基材として、コーディエライト（Ｍｇ２Ａｌ４Ｓｉ５Ｏ１８）を主成分とし、開気孔率８５％の３次元網目構造を有するケイ酸塩を用いた。
【００５４】
（光触媒膜形成用混合物の調製）
濃度３０質量％、結晶粒径６ｎｍの酸化チタンゾルに、６Åの細孔径を有するゼオライトを酸化チタンゾル中の酸化チタン量１００質量部に対して５質量部、およびポリエチレングリコール（和光純薬工業株式会社製、ポリエチレングリコール２００）を添加して、光触媒膜形成用混合物を調製した。
【００５５】
（光触媒構造体の作製）
光触媒膜形成用混合物を基材に塗布して含浸させ、乾燥させた後、大気中、６００℃で４時間熱処理したところ、光触媒構造体が得られた。光触媒構造体は、３次元網目構造の基材上に、酸化チタン結晶粒１００質量部とゼオライト５質量部とが固着してなる光触媒膜が形成されたものであり、通気が可能になっていた。光触媒構造体は、縦１９５ｍｍ×横７０ｍｍ×通気方向の厚さ６ｍｍであった。
【００５６】
（電極）
ハニカム構造の電極を２枚用意した。電極は、縦１９５ｍｍ×横７０ｍｍ×通気方向の厚さ３ｍｍであった。
【００５７】
（オゾン分解フィルター）
二酸化マンガンを焼き固めてなるハニカム構造のオゾン分解フィルターを用意した。
【００５８】
（放電型光触媒ユニットの作製）
断面矩形の筒状ハウジング内に、電極２枚と光触媒構造体１個とオゾン分解フィルターとを用いて、第１の電極／光触媒構造体／第２の電極／オゾン分解フィルターの順番になるように配置した。第１の電極、光触媒構造体、第２の電極およびオゾン分解フィルターは、筒状ハウジング内に、通風路を横断するように長手方向に沿って順次整列配置した。
【００５９】
次に、直流電源を、第１の電極と第２の電極との間に電圧を印加可能に接続して、放電型光触媒ユニットを作製した。
【００６０】
得られた放電型光触媒ユニットについて、オゾン発生量を測定した。
【００６１】
（オゾン発生量の測定）
放電型光触媒ユニットの筒状ハウジング中に湿度３０％の空気を１．６ｍ３／分で流した。この状態で、直流電源を用い、第１の電極が正極、第２の電極が負極になるように電圧を印加して、第２の電極とオゾン分解フィルターとの間の空気中のオゾン発生量を測定した。
【００６２】
直流電源での電圧の印加は、８ＫＶ、パルス周期１００Ｈｚの直流高電圧パルスで行った。
【００６３】
オゾン発生量の測定は、放電型光触媒ユニットに通じる空気の湿度を４０％、５０％、６０％、７０％、９０％に変えて同様に行った。
【００６４】
図２に、オゾン発生量の測定結果を示す。
【００６５】
図２には、湿度５０％におけるオゾン発生量を１とした場合のオゾン発生量の相対比率を示す。
【００６６】
（比較例１）
ゼオライトを用いない以外は実施例１と同様にして、光触媒構造体を作製した。この光触媒構造体は、３次元網目構造の基材上に、酸化チタンのみからなる光触媒膜が形成されたものであり、通気が可能になっていた。
【００６７】
次に、この光触媒構造体を用い、実施例１と同様にして放電型光触媒ユニットを作製しオゾン発生量を測定した。
【００６８】
放電型光触媒ユニットに通じる空気の湿度は、実施例１と同様に３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、９０％とした。
【００６９】
図２に、オゾン発生量の測定結果を示す。
【００７０】
図２には、湿度５０％におけるオゾン発生量を１とした場合のオゾン発生量の相対比率を示す。
【００７１】
実施例１および比較例１の結果より、以下のことが分かった。
【００７２】
ゼオライトを添加した光触媒構造体を用いた放電型光触媒ユニット（実施例１）およびゼオライトを添加しない光触媒構造体を用いた放電型光触媒ユニット（比較例１）のいずれも、通じる空気の湿度が５０％のときにオゾン発生量が最大値を示すことが分かった。
【００７３】
また、ゼオライトを添加した光触媒構造体を用いた放電型光触媒ユニット（実施例１）およびゼオライトを添加しない光触媒構造体を用いた放電型光触媒ユニット（比較例１）のいずれも、通じる空気の湿度が５０％から離れた値になるに従ってオゾン発生量が低下し、このオゾン発生量の低下の度合は、ゼオライトを添加した光触媒構造体を用いた放電型光触媒ユニット（実施例１）の方が、ゼオライトを添加しない光触媒構造体を用いた放電型光触媒ユニット（比較例１）に比べて小さいことが分かった。
【００７４】
具体的には、通じる空気の湿度が９０％である場合のオゾン発生量は、ゼオライトを添加した光触媒構造体を用いた放電型光触媒ユニット（実施例１）が約０．６であるのに対し、ゼオライトを添加しない光触媒構造体を用いた放電型光触媒ユニット（比較例１）は約０．４であり、前者の方が低下の度合が小さかった。
【００７５】
また、通じる空気の湿度が３０％である場合のオゾン発生量は、ゼオライトを添加した光触媒構造体を用いた放電型光触媒ユニット（実施例１）が約０．９であるのに対し、ゼオライトを添加しない光触媒構造体を用いた放電型光触媒ユニット（比較例１）は約０．８であり、前者の方が低下の度合が小さかった。
【００７６】
すなわち、実施例１および比較例１の結果より、ゼオライトを添加した光触媒構造体を用いた放電型光触媒ユニット（実施例１）の方が、ゼオライトを添加しない光触媒構造体を用いた放電型光触媒ユニット（比較例１）に比べて、通じる空気の湿度が同じ場合にオゾン発生量が多く、かつ湿度による性能変化が小さいことが分かった。
【００７７】
（実施例２−１〜２−３、参考例１−１および１−２）
光触媒膜中の酸化チタン量１００質量部に対するゼオライト量の比率を１質量部（実施例２−１）、２質量部（実施例２−２）、１０質量部（実施例２−３）、１５質量部（参考例１−１）、２０質量部（参考例１−２）とした以外は、実施例１（ゼオライト量の比率：５質量部）と同様にして光触媒構造体を作製した。
【００７８】
光触媒膜中のゼオライト量の変更は、光触媒膜形成用混合物中のゼオライト量を変えることにより行った。光触媒膜中の酸化チタン量とゼオライト量との比率は、光触媒膜形成用混合物中の酸化チタン量とゼオライト量との比率と同じであった。
【００７９】
次に、これらの光触媒構造体を用い、実施例１と同様にして放電型光触媒ユニットを作製した。
【００８０】
得られた放電型光触媒ユニットについて、アンモニア分解性能を測定した。
【００８１】
（アンモニア分解性能の測定）
放電型光触媒ユニットの筒状ハウジング中に、湿度３０％、入口アンモニア濃度１００ｐｐｍの空気を１．６ｍ３／分で流した。この状態で、直流電源を用い、第１の電極が正極、第２の電極が負極になるように電圧を印加して、放電型光触媒ユニットから排出される空気中の出口アンモニア濃度（ｐｐｍ）を測定した。
【００８２】
直流電源での電圧の印加は、８ＫＶ、パルス周期１００Ｈｚの直流高電圧パルスで行った。
【００８３】
出口アンモニア分解性能の測定は、実施例１および比較例１の放電型光触媒ユニットについても行った。
【００８４】
図３に、出口アンモニア濃度の測定結果を示す。図３には、実施例１および比較例１の放電型光触媒ユニットを用いた測定結果も示す。
【００８５】
実施例１、２−１〜２−３、参考例１−１、１−２、および比較例１の結果より、以下のことが分かった。
【００８６】
すなわち、ゼオライトを酸化チタン量１００質量部に対し１〜１０質量部添加した光触媒構造体を用いた放電型光触媒ユニット（実施例２−１〜２−３、実施例１）は、ゼオライトを１５質量部以上添加した光触媒構造体を用いた放電型光触媒ユニット（参考例１−１および１−２）やゼオライトを添加しない光触媒構造体を用いた放電型光触媒ユニット（比較例１）よりも、アンモニア分解性能が高いことが分かった。
【００８７】
特に、ゼオライトを酸化チタン量１００質量部に対し２質量部または５質量部添加した光触媒構造体を用いた放電型光触媒ユニット（実施例２−２、実施例１）は、アンモニア分解性能が高いことが分かった。
【００８８】
（実施例３−１および３−２、参考例２）
用いるゼオライトの細孔径を、３Å（実施例３−１）、１０Å（実施例３−２）、２０Å（参考例２）のものとした以外は、実施例１（細孔径６Å）と同様にして光触媒構造体を作製し、放電型光触媒ユニットを作製した。
【００８９】
（放電量の測定）
放電型光触媒ユニットの筒状ハウジング中に湿度３０％の空気を１．６ｍ３／分で流した。この状態で、直流電源を用い、第１の電極が正極、第２の電極が負極になるように電圧を印加して、第１の電極と第２の電極との間の放電量を測定した。
【００９０】
直流電源での電圧の印加は、８ＫＶ、パルス周期１００Ｈｚの直流高電圧パルスで行った。
【００９１】
放電量の測定は、実施例１の放電型光触媒ユニットについても行った。
【００９２】
図４に、放電量の測定結果を示す。図４には、実施例１の放電型光触媒ユニットを用いた測定結果も示す。
【００９３】
実施例１、３−１、３−２、参考例２の結果より、ゼオライトのミクロ細孔径が３Å（実施例３−１）のときに放電量が２９Ｗと最も大きくなることがわかった。また、ゼオライトのミクロ細孔径が大きくなるほど、放電量が減少することがわかった。
【００９４】
（実施例４−１〜４−４）
上記ポリエチレングリコールの含有量を増やした光触媒膜形成用混合物を用いた以外は実施例１と同様にして、光触媒構造体を作製し、この光触媒構造体を用いて放電型光触媒ユニットを作製した。
【００９５】
光触媒構造体は、光触媒膜形成用混合物中に含まれるポリエチレングリコールの量を変えて４種類作製した（実施例４−１〜４−４）。得られた光触媒構造体の光触媒膜は、熱処理によりポリエチレングリコールが焼失したため、酸化チタンおよびゼオライトのみからなるものになっていた。
【００９６】
得られた光触媒構造体の光触媒膜につき、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察して光触媒膜の膜厚を測定した。また、測定した膜厚と、基材に担持された酸化チタンおよびゼオライトの質量とから、光触媒膜の密度を算出した。
【００９７】
光触媒膜の密度は、実施例１の光触媒膜の密度を１００％とした相対密度で、８３％（実施例４−１）、８６％（実施例４−２）、９１％（実施例４−３）、９７％（実施例４−４）であった。
【００９８】
得られた放電型光触媒ユニットについて、実施例２−１と同様にしてアンモニア分解性能を測定した。
【００９９】
図５に、出口アンモニア濃度の測定結果を示す。
【０１００】
図５に示す実施例４−１〜４−４の結果より、特に光触媒膜の密度が８６％（実施例４−２）および９１％（実施例４−３）の場合には出口のアンモニア濃度が非常に低くなることがわかった。
【０１０１】
（参考例３）
基材として、３次元網目構造を有するケイ酸塩に代えて、ハニカムセルの断面形状が略正三角形の無機繊維製ハニカム基材を用いた以外は実施例１と同様にして、光触媒構造体を作製し、この光触媒構造体を用いて放電型光触媒ユニットを作製した。無機繊維製ハニカム基材は、３ｍｍ間隔で平行配置された複数枚の薄い平板と、平板間の空間に配置、固定された縦断面三角波状の薄いコルゲート板とからなるものであり、ハニカムセルの断面形状の略正三角形の一辺の長さは３．５ｍｍであった。
【０１０２】
得られた放電型光触媒ユニットについて、実施例２−１と同様にしてアンモニア分解性能を測定した。また、実施例１についても、同様にしてアンモニア分解性能を測定した。
【０１０３】
図６に、出口アンモニア濃度の測定結果を示す。図６には、実施例１の放電型光触媒ユニットを用いた測定結果も示す。
【０１０４】
図６に示す参考例３、実施例１の結果より、３次元網目構造を有する基材を用いた放電型光触媒ユニット（実施例１）は出口のアンモニア濃度が８ｐｐｍで光触媒効率が良好であったが、ハニカム基材を用いた放電型光触媒ユニット（参考例３）は、出口のアンモニア濃度が１５ｐｐｍと光触媒性能が低下した。
【０１０５】
（実施例５−１および５−２）
吸着剤として、ゼオライトに代えて、細孔径６Åの活性炭（実施例５−１）または細孔径６Åのシリカゲル（実施例５−２）を用いた以外は実施例１と同様にして、光触媒構造体を作製し、この光触媒構造体を用いて放電型光触媒ユニットを作製した。
【０１０６】
得られた放電型光触媒ユニットについて、実施例３−１と同様にして放電量を測定した。
【０１０７】
図７に、放電量の測定結果を示す。図７には、実施例１の放電型光触媒ユニットを用いた測定結果も示す。
【０１０８】
図７に示す実施例５−１および５−２、実施例１の結果より、吸着剤を添加した光触媒構造体を用いた放電型光触媒ユニットは、どれも高い放電量を示したが、とくにゼオライトを添加したとき（実施例１）に最も効果が高いことがわかった。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】本発明に係る光触媒構造体が用いられる放電型光触媒ユニットの縦断面図。
【図２】被処理空気の湿度とオゾン発生量との関係を示すグラフ。
【図３】光触媒膜のゼオライト量と出口アンモニア濃度との関係を示すグラフ。
【図４】光触媒膜のゼオライトの細孔径と放電量との関係を示すグラフ。
【図５】光触媒膜の相対密度と出口アンモニア濃度との関係を示すグラフ。
【図６】基材の種類と出口アンモニア濃度との関係を示すグラフ。
【図７】光触媒膜の吸着剤の種類と放電量との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
【０１１０】
１ 放電型光触媒ユニット
１１ 第１の電極
１２ 第２の電極
１３ 光触媒構造体
１５ オゾン分解フィルター
１７ ファン
２０ ハウジング
２１ 流路（通風路）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極と、この第１の電極との間に放電光を発生する第２の電極と、前記第１の電極と第２の電極との間に配置され、前記放電光により光触媒反応を起こす光触媒構造体と、を備えた放電型光触媒ユニット用の光触媒構造体であって、
基材と、
この基材に担持され、酸化チタンと水を吸着する吸着剤との混合物を含む光触媒膜と、
を有することを特徴とする光触媒構造体。
【請求項２】
前記光触媒膜は、前記吸着剤を前記酸化チタンに対して１０質量％以下の量で含むことを特徴とする請求項１に記載の光触媒構造体。
【請求項３】
前記光触媒膜の吸着剤は、細孔径が２０Å以下であることを特徴とする請求項１に記載の光触媒構造体。
【請求項４】
前記光触媒膜は、前記吸着剤と酸化チタンの混合物の理論密度に対する相対密度が８５％〜９５％であることを特徴とする請求項１に記載の光触媒構造体。
【請求項５】
前記基材は、３次元網目構造を有することを特徴とする請求項１に記載の光触媒構造体。
【請求項６】
前記光触媒膜の吸着剤は、ゼオライト、活性炭、シリカゲルおよび活性アルミナから選択される少なくとも１種であることを特徴とする請求項１に記載の光触媒構造体。
【請求項１】
第１の電極と、この第１の電極との間に放電光を発生する第２の電極と、前記第１の電極と第２の電極との間に配置され、前記放電光により光触媒反応を起こす光触媒構造体と、を備えた放電型光触媒ユニット用の光触媒構造体であって、
基材と、
この基材に担持され、酸化チタンと水を吸着する吸着剤との混合物を含む光触媒膜と、
を有することを特徴とする光触媒構造体。
【請求項２】
前記光触媒膜は、前記吸着剤を前記酸化チタンに対して１０質量％以下の量で含むことを特徴とする請求項１に記載の光触媒構造体。
【請求項３】
前記光触媒膜の吸着剤は、細孔径が２０Å以下であることを特徴とする請求項１に記載の光触媒構造体。
【請求項４】
前記光触媒膜は、前記吸着剤と酸化チタンの混合物の理論密度に対する相対密度が８５％〜９５％であることを特徴とする請求項１に記載の光触媒構造体。
【請求項５】
前記基材は、３次元網目構造を有することを特徴とする請求項１に記載の光触媒構造体。
【請求項６】
前記光触媒膜の吸着剤は、ゼオライト、活性炭、シリカゲルおよび活性アルミナから選択される少なくとも１種であることを特徴とする請求項１に記載の光触媒構造体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−９４５９２（Ｐ２０１０−９４５９２Ａ）
【公開日】平成２２年４月３０日（２０１０．４．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２６６３４５（Ｐ２００８−２６６３４５）
【出願日】平成２０年１０月１５日（２００８．１０．１５）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月３０日（２０１０．４．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月１５日（２００８．１０．１５）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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