[发明专利]光催化剂除臭装置

说明书

技术领域

本发明涉及通过利用光催化剂将空气中的臭气成分或有机气体分子分解来进行除臭的光催化剂除臭装置。

背景技术

近年来，对居住空间或车内等所谓的准封闭空间内的空气洁净化改善的要求有所提高，特别期待将由食物产生的或者作为香烟侧流烟产生的氨、由建筑材料等产生的VOC（挥发性有机物质。例如乙醛）等除去的除臭装置。

目前，这种除臭装置采用下述的光催化剂除臭装置：将在多孔质陶瓷表面层或无机基板中混炼或担载有吸附臭气成分的吸附材料和将该臭气成分分解的光催化剂材料的物品形成为蜂窝状，一边向该蜂窝孔中通风一边由光源照射激发光，从而进行空气的净化（日本专利第2574840号公报-专利文献1）。而且作为光源，很多情况下使用荧光管灯。

但是，在现有的光催化剂除臭装置中，由于将在作为吸附剂的活性炭上担载有光催化剂粒子的光催化单元制成蜂窝结构，因而具有光催化剂的催化性能（除臭性能）无法充分地发挥的技术课题。即，由于成为蜂窝结构，因而由配置于光催化单元正面的光催化剂激发源的灯照射的光被蜂窝结构的壁遮挡，对蜂窝孔内部的光照射强度低，因此不可避免地产生光催化剂活性低的区域，具有无法充分地提高除臭性能的问题。另外，由于活性炭其本身不传播光，因而在照射了激发光时，与活性炭接触的光催化剂粒子的部分变成光催化剂粒子本身的影子，对于想要增加光催化剂粒子的表面积以提高光催化性能，其效果也减半，实际上具有除臭能力受到制约的问题。而且，作为第2课题，还具有压力损失逐年增加的另一技术课题。

为了解决以上的技术课题，通过配置多个激发光源，可以减少被蜂窝结构的壁遮挡而产生的影子的区域。但是，在这种情况下，多个光源成为阻碍空气流动的流路阻力，导致压力损失增大的结果。

为了避免这种压力损失的增加，而且为了减少在蜂窝结构的壁上形成的影子的区域，可以考虑减小蜂窝壁的厚度。但是，由于这种情况下会导致形状稳定性降低、同时光催化剂担载量降低、除臭性能降低的其他问题，因而减小蜂窝壁的厚度并非有效的解决方法。

现有技术的第3课题是激发光源的寿命短、环境负荷大。作为光源多使用荧光管灯，但灯寿命短。例如被用于耐久消耗品等中时，通常需要5年~10年的寿命，但这样长寿命的荧光管灯的成本非常高，并不实用。另外，在制造阶段荧光管内不得已要使用汞，在目前严峻的环境事实的背景下，难以应对针对制品废弃阶段下的环境负荷的课题。

为了解决这种现有技术的课题，提出了下述除臭装置：其不使用荧光管，而是例如利用通过高电压放电产生臭氧或紫外线、在被该紫外线活化的光催化剂组件中进行空气中含有的臭气成分或有害物质等的分解，并且利用臭氧分解手段将由高电压放电手段产生的臭氧分解（日本专利公开2003-339839号公报-专利文献2）。

但是，为了将乙醛等臭气气体分解，需要氧化电位更深（因此，价电子带的上限电位更大）的催化反应，通过利用臭氧进行的分解，分解至水和二氧化碳的最终的完全分解是困难的，容易生成醋酸等中间氧化物。该生成的醋酸具有成为覆盖光催化剂材料而显著降低分解速度的原因的问题。另外，由于臭氧其本身的有害性，在残留臭气气体分解后，为了除去臭氧也要设置二氧化锰层等臭氧分解催化剂层，成为成本高的原因之一。

现有技术的第4课题是由作为除臭装置对象的基质气体的性质所导致的课题。成为分解对象的基质气体有如氨那样容易溶入空气中的水分中而显示弱碱性的气体、如乙烯气体那样难溶于水中且即便溶解也显示中性的气体。

为了提高利用光催化剂的基质气体的分解反应，氧化电位深的光催化剂材料、例如氧化钨（WO₃）是有前途的，但当在碱性环境中长年使用氧化钨时，有引起化学反应、催化活性降低的担忧。

另外，在玻璃纤维织物上担载有氧化钛（TiO₂）时，氨在氧化钛上的吸附增大，氨的分解反应速度降低。

本来，应有的光催化剂除臭装置的形态是期望不受基质气体的环境pH的左右而具有一定的分解能力，上述这种状况暗示了光催化剂除臭装置的使用上的限制，对于广泛利用成为阻碍要因。

现有技术的第5课题是与LED的长期稳定性有关的课题。在光催化剂中使用的LED的波长λ从氧化钛（TiO₂）或氧化钨（WO₃）的带隙考虑，λ为370nm～380nm以下，即便是掺杂有氮或硫的氧化钛或氧化钨，从避免量子收率降低的意义上来说，也优选在λ为450nm以下情况下的使用。