JP2004066218A

JP2004066218A - 光触媒体

Info

Publication number: JP2004066218A
Application number: JP2003081507A
Authority: JP
Inventors: Ryotaro Matsuda; 松田　良太郎; Akiko Saito; 齋藤　明子; Kazunari Otsuka; 大塚　一成; Ariyoshi Ishizaki; 石崎　有義; Satoshi Uchiyama; 内山　諭
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2002-06-12
Filing date: 2003-03-24
Publication date: 2004-03-04
Also published as: US20030232186A1; DE10326570A1

Abstract

【課題】紫外光を含む可視光を照射するのに適した分解活性の強い光触媒膜を備えた光触媒体を提供する。
【解決手段】光触媒体は、光触媒体１が紫外光型光触媒微粒子１ｂおよび可視光型光触媒微粒子１ａを質量比で３：７〜７：３の割合で混合してなる光触媒膜ＬＣを具備している。好適には４：６〜６：４、最適には約５：５である。
【選択図】
図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、紫外光を含む可視光を照射して活性化するのに適した光触媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光触媒膜を備えた蛍光ランプは、従来から知られている（例えば、特許文献１参照。）。従来のこの種蛍光ランプに用いられている光触媒膜は、紫外領域の光で分解活性を示す光触媒体（以下、「紫外光型光触媒体」という。）を用いている。紫外光型光触媒体としては、主としてアナタ−ゼ形酸化チタンからなる構成が実用に供されている。
【０００３】
しかし、従来の紫外光型光触媒体を用いて形成した光触媒膜を備えた蛍光ランプでは、得られる分解活性が期待されるほどには充分でなかった。これは蛍光ランプから外部へ放射される活性化に有効な波長の紫外光が微量であるとともに、紫外光を光触媒の活性化のために有効に利用できなかったからである。
【０００４】
一方、近時紫外領域および可視領域の光で分解活性を示す光触媒体（以下、「可視光型光触媒体」という。）が開発されている（例えば、特許文献２参照。）。可視光型光触媒体は、ルチル形酸化チタンを好適とする光触媒微粒子の表面にＰｔ、Ａｕ、Ｐｄ、ＲｈおよびＡｇの少なくとも一種からなる金属超微粒子を担持させた構成である。また、酸化チタンに格子欠陥を形成した構成などの可視光で分解活性を示す光触媒体も知られている。また、上記と同様の領域光で分解活性を示すさらに他の構成として、高周波スパッタ法を用いることで、ルチル型およびアナタ−ゼ型の酸化チタン結晶を有する連続薄膜を形成した光触媒材料も知られている（例えば、特許文献３参照。）。
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−０７２２４１号公報
【特許文献２】特開平１１−０４７６１１号公報
【特許文献３】特開２００１−０６２３１０号公報
【発明が解決しようとする課題】
可視光型光触媒微粒子を用いて光触媒膜を形成することは、特に蛍光ランプや照明器具などの照明製品用として分解活性の強い光触媒膜が得られると期待される。
【０００６】
そこで、本発明者は、可視光型光触媒微粒子を用いて蛍光ランプに光触媒膜を形成してみた。ところが、期待した程度までの効果が得られなかった。その原因は、光触媒膜の形成時に以下の現象が発生したことにあると考えられる。すなわち、可視光型光触媒微粒子は、加熱処理を行って可視領域での分解活性化作用を付与する際に、一次粒子が成長して粒子サイズが大きくなるため、光触媒膜の比表面積が低減してしまう。一般的に、光触媒膜は、被分解物質がより多く光触媒膜に接触した方が分解活性が高いと考えられているが、上記のように光触媒膜の比表面積が低下してしまうと、その分分解活性が低下することになる。
【０００７】
本発明は、蛍光ランプ、太陽光などの紫外光を含む可視光を照射するのに適した分解活性の強い光触媒膜を備えた光触媒体を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を達成するための手段】
請求項１の発明の光触媒体は、紫外光型光触媒微粒子および可視光型光触媒微粒子を質量比で３：７〜７：３の割合で混合してなる光触媒膜を具備していることを特徴としている。
【０００９】
本発明および以下の各発明において、特に指定しない限り用語の定義および技術的意味は次による。
【００１０】
＜光触媒体について＞　　光触媒体は、基体表面上に光触媒膜が形成された構造体を意味する。基体は、板状、球状、線状、繊維状など表面を有しているものであればよい。また、基体は、光触媒膜が形成可能な固体であればよく、ガラス、セラミックス、金属などが好適例として挙げられる。光触媒膜を構成する紫外光型光触媒微粒子および可視光型光触媒微粒子は、主として微粒子状をなしているものであるが、一部がアルコキシドなどにより形成され、全体として緻密な膜状をなしているものであってもよい。ここで、「主として」とは、光触媒体を構成する物質の全質量のうち微粒子が５０％以上、好ましくは８０％以上、最適には９５％以上を占めていることを意味する。なお、全て（１００％）が微粒子であってもよいことはいうまでもない。紫外光型光触媒微粒子は、主として波長３８０ｎｍ以下の紫外光により分解活性化される。可視光型光触媒微粒子は、主として波長４００ｎｍ超の可視光および波長３８０ｎｍ以下の紫外光により分解活性化される。また、光触媒体は、光触媒作用を有する金属酸化物からなる。このような金属酸化物としては、ＴｉＯ_２、ＷＯ_３、ＣｄＯ_３、Ｉｎ_２Ｏ_３、Ａｇ_２Ｏ、ＭｎＯ_２、Ｃｕ_２Ｏ_３、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ｖ_２Ｏ_５、ＺｒＯ_２、ＲｕＯ_２、Ｃｒ_２Ｏ_３、ＣｏＯ_３、ＮｉＯ、ＳｎＯ_２、ＣｅＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_３、ＫＴａＯ_３、ＳｒＴｉＯ_３、Ｋ_４ＮｂＯ_１７などの一種または複数種を混合して用いることができる。これらの中でも、生成される電子−正孔密度やスーパーオキサイドアニオン、水酸ラジカル密度および材質としての耐腐食性、安全性などの観点から、ＴｉＯ_２、ＳｒＴｉＯ_３およびＫ_４ＮｂＯ_１７が好適である。しかし、最も光触媒作用が優れているとともに、工業的規模で入手可能であって、しかも、化学的に安定していて、安価に得ることができることから、酸化チタンが最適である。
【００１１】
酸化チタンには、結晶構造の違いからアナターゼ形とルチル形がある。アナターゼ形は、光触媒作用に優れているため、従来、光触媒体においては主材料として利用されてきた。アナタ−ゼ形の酸化チタンは、バンドギャップエネルギーが３．２０ｅＶであり、これを波長に換算すると３８８ｎｍなので、たとえば後述するように構成することにより、波長３８０ｎｍ以下の紫外光で活性化される光触媒体として適しているといえる。
【００１２】
本発明において用いられる紫外光型光触媒微粒子は、前記のように主として波長３８０ｎｍ以下の紫外光により分解活性化されるが、比較的粒径の小さな微粒子として得ることができる。例えば、平均粒径２０ｎｍ以下、好ましくは１０ｎｍ以下、下限値が５ｎｍである。なお、下限値は、紫外光型光触媒微粒子の実際的な工業的製造の容易性から設定している。紫外光型光触媒微粒子のみを用いてシリカ系の結着剤を光触媒微粒子に対して０．１〜５．０質量％混入して作成した光触媒膜の比表面積で表現すると、ＢＥＴ値で概略４０ｍ^２／ｇ以上、好ましくは概略１００ｍ^２／ｇ以上、最適には１２０ｍ^２／ｇ以上となり、上限値は概略３００ｍ^２／ｇ以下、好ましくは２５０ｍ^２／ｇ以下、最適には２００ｍ^２／ｇ以下である。
【００１３】
また、紫外光型光触媒微粒子として、好適にはアナターゼ型または／およびブルッカイト型酸化チタンを主成分とし、かつ、当該酸化チタン単体であるか、または当該酸化チタンに超微粒子状などの金属または／および酸化物が添着され、かつ、添着金属が白金、金、クロム、マンガン、バナジウム、ニッケルおよびパラジウムのグループから選択された一種または複数種であり、また添着酸化物が酸化バナジウム、酸化モリブデン、酸化鉄、酸化ニオブ、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化クロム、酸化タングステンおよびＩＴＯのグループのグループから選択された一種または複数種であるものを使用することができる。
【００１４】
これに対して、本発明において用いられる可視光型光触媒微粒子は、光触媒微粒子の表面に金属超微粒子や酸化物微粒子を添着させるなどの処理を行うことにより、得ることができる。また、ルチル形の酸化チタンから可視光型光触媒微粒子を得ることもできる。すなわち、ルチル形の酸化チタンは、アナタ−ゼ形に比較して安価に得られるが、光触媒作用が弱いため、従来光触媒材料としては注目されなかった。しかし、ルチル形酸化チタン微粒子の表面に超微粒子状の金属や酸化物を添着させるなどの処理を行うことにより、光触媒作用が顕著になる。また、ルチル形酸化チタンは、そのバンドギャップエネルギーが３．０５ｅＶであり、これを波長に換算すると４０７ｎｍなので、波長４００ｎｍ超の可視光および紫外光で分解活性化される可視光型光触媒微粒子として適している。本発明において用いられる可視光型光触媒微粒子は、前記のように波長４００ｎｍ超の可視光および波長３８０ｎｍ以下の紫外光により分解活性化されるが、可視光は好ましくは４１０ｎｍ以上である。また、紫外光は、好ましくは波長が３００〜３８０ｎｍの範囲である。
【００１５】
また、本発明において用いられる可視光型光触媒微粒子は、比較的粒径の大きな微粒子である。例えば、一般的には平均粒径１０ｎｍ〜１０００ｎｍ、好ましくは平均粒径３０〜５００ｎｍである。これを光触媒体として可視光型光触媒微粒子のみを用いてシリカ系の結着剤を光触媒微粒子に対して０．１〜５．０質量％混入して作成した光触媒膜の比表面積で表現すると、ＢＥＴ値で概略１５ｍ^２／ｇ以上で、好ましくは３０ｍ^２／ｇ以上、上限値は１００ｍ^２／ｇ以下、好ましくは７５ｍ^２／ｇ以下、最適には５０ｍ^２／ｇ以下である。なお、本発明において、より効果的に光触媒反応を生起させるためには、可視光型光触媒微粒子と、紫外光型光触媒微粒子との混合において、可視光型光触媒微粒子の平均粒径を紫外光型光触媒微粒子の平均粒径より大きいもの（ＢＥＴ値で表現すれば、紫外光型光触媒微粒子のＢＥＴ値より小さいもの）を用いることが必要となる。
【００１６】
さらに、可視光型光触媒微粒子として、好適には平均粒径１０〜１００ｎｍのルチル型または／および窒素置換アナタ−ゼ型酸化チタンが主成分で、これらの酸化チタンに金属または／および酸化物が添着され、かつ、添着金属が白金、金、クロム、マンガン、バナジウム、ニッケルおよびパラジウムのグループから選択された一種または複数種であり、酸化物が酸化バナジウム、酸化モリブデン、酸化鉄、酸化ニオブ、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化クロム、酸化タングステンおよびＩＴＯのグループから選択された一種または複数種であるものを用いることができる。
【００１７】
次に、紫外光型可視光触媒微粒子および可視光型光触媒微粒子の混合割合が質量比で３：７〜７：３である点について説明する。上記の割合は、例えば照明製品など可視光および紫外光が含まれる光で照射される担持体に配設される光触媒膜として高い分解活性が得られる範囲を規定している。上記混合割合が３：７および７：３のいずれに対しても、さらに差が大きくなるような混合割合では、得られる光触媒膜に期待するような高い分解活性が得られなくなるので、不可である。すなわち、混合割合の差が３：７を超えて可視光型光触媒微粒子の混合割合が多くなると、可視光型光触媒微粒子の表面存在比率が大きくなることによって、光触媒膜全体の比表面積が小さくなるためか、あるいは両微粒子の光触媒活性が何らかの作用によって相乗的に補完し合っているためであると考えられる。また、混合割合の差が７：３を超えて紫外光型光触媒微粒子の混合割合が多くなり過ぎると、可視光を効果的に吸収する割合が減ることにより、紫外光による光触媒活性が支配的になるためであると考えられる。なお、さらに高い分解活性が得られる紫外光型可視光触媒微粒子および可視光型光触媒微粒子の好ましい混合割合は、４：６〜６：４である。また、より一層高い分解活性が得られる紫外光型可視光触媒微粒子および可視光型光触媒微粒子の最適な混合割合は、約５：５である。本発明の光触媒巻くの好ましい比表面積は、２０〜６５ｍ^２／ｇ、最適には２５〜６０ｍ^２／ｇである。
【００１８】
また、光触媒膜には、紫外光型可視光触媒微粒子および可視光型光触媒微粒子の微粒子相互間を結着して光触媒膜の機械的強度を高めるために、適当な結着剤が適量混合されていることを許容する。結着剤としては、例えばシリコーン樹脂、ＳｉＯ_２、ＺｒＯ_２およびＡｌ_２Ｏ_３などの一種または複数種を使用することができる。これらの物質は、紫外光型可視光触媒微粒子および可視光型光触媒微粒子の微粒子相互間を良好に結着するが、紫外光および可視光に対する透過率が高いので、光触媒膜の分解活性を阻害しにくい。結着剤の量は、多すぎると光触媒微粒子が結着剤中に埋設されて光触媒作用を発揮しにくくなるし、また少なすぎると、所要の結着力が得られなくなるので、適量でなければならない。結着剤の混合割合は、紫外光型光触媒微粒子および可視光型光触媒微粒子に対して質量比で１〜３０％の範囲が適量であり、より一層好適には７〜１５％である。さらに、結着剤は、溶融し固化して光触媒微粒子および照明製品などの担持体の間を結着する態様であってもよいし、超微粒子状態でファンデルワールス力により結着する態様であってもよい。
【００１９】
そうして、上記のように結着剤が混合していることにより、膜厚１５０〜１０００ｎｍで、強い分解活性を維持しながら機械的強度の強い光触媒膜を形成することができる。また、光触媒膜は、既知の各種製膜方法、例えばスプレー法、ディップ法、刷毛塗り法または静電吸着法などによる被着法を用いて、常温、低温加熱または高温加熱焼成により被着させることができる。
【００２０】
本発明における「光触媒体」は、光触媒作用を発揮させるのに好適な機能体を基体として用いることができる。例えば、照明製品などの電気製品、窓ガラス、窓枠、タイルなどの建材、脱臭器、衛生製品、車両、家具などが挙げられるが、これらに限定されない。また、上記「照明製品」とは、少なくとも光源および照明器具ならびにこれら物品の構成部品のうち光触媒膜に対する基体（担持体）になり得るとともに、光源から発生する光が照射され得る位置関係において使用される部材を包含する意味である。光源としては、例えば蛍光ランプ、高圧放電ランプおよびハロゲン電球などであり、光触媒膜は、光源から発生する光が照射される関係にある部材、例えばバルブなどの主として外面に形成される。照明器具としては、例えば屋内用照明器具、屋外用照明器具、標識灯、表示灯および看板灯などであり、光触媒膜は、光源から発生する光が照射される関係にある構成部品、例えばセード、グローブ、投光窓、反射板などである。
【００２１】
そうして、光触媒膜は、紫外線により紫外光型光触媒微粒子および可視光型光触媒微粒子が分解活性化されるとともに、照明用の光源などから発生する可視光により可視光型光触媒微粒子が分解活性化されるので、それぞれの光触媒微粒子が相乗的に光触媒作用を補完し合うことなどにより、分解活性が一層強くなる。
【００２２】
次に、比較のために、紫外光により活性化される光触媒を備えた既知の紫外型光触媒微粒子使用の光触媒膜と、主として紫外光および可視光により活性化される既知の可視光型光触媒微粒子使用の光触媒膜と、本発明に用いる光触媒膜とを同一仕様の試験片に形成して、各試験片の分解活性化作用を測定した結果について説明する。測定は、３波長発光形蛍光体を備えた一般照明用の蛍光ランプを用いて上記の各試験片に対して光照射したときのエタノールガス分解試験を行った結果、分解活性化作用の大小関係は、（本発明に用いる光触媒膜）＞（可視光型光触媒微粒子使用の光触媒膜）＞（紫外型光触媒微粒子使用の光触媒膜）であった。また、本発明に用いる光触媒膜は、紫外型光触媒微粒子使用の光触媒膜の４〜５倍の分解効果が得られた。参考までに、主波長が３６０ｎｍのブラックライトを用いて光照射して同様な実験をした結果、分解活性化作用の大小関係は、（紫外型光触媒微粒子使用の光触媒膜）＞（本発明に用いる光触媒膜）＞（可視光型光触媒微粒子使用の光触媒膜）であった。このことは、本発明に用いる光触媒膜は、照明用光源の分光分布が変化しても高い分解活性化作用が得られることを示しているといえる。なお、屋外における太陽光照射下でも上記と同様に十分な分解活性化効果が認められた。
【００２３】
請求項２の発明の光触媒体は、請求項１記載の光触媒体において、光触媒膜は、紫外光型光触媒微粒子が比表面積５０〜４００ｍ^２／ｇであり、可視光型光触媒微粒子が比表面積３０〜２００ｍ^２／ｇであることを特徴としている。
【００２４】
本発明は、紫外光型光触媒微粒子および可視光型光触媒微粒子の好適な比表面積を、それぞれを単体で用いて光触媒膜を形成したときの比表面積値を用いて規定している。なお、この比表面積は、ＢＥＴ法により測定して得た値である。紫外光型光触媒微粒子の比表面積の好ましい範囲は１００〜２００^２／ｇ、可視光型光触媒微粒子の好ましい範囲は５０〜８０^２／ｇである。なお、本発明において、より効果的に光触媒反応を生起させるためには、可視光型光触媒微粒子と、紫外光型光触媒微粒子との混合において、可視光型光触媒微粒子の平均粒径を紫外光型光触媒微粒子の平均粒径より大きいもの（ＢＥＴ値で表現すれば、紫外光型光触媒微粒子のＢＥＴ値より小さいもの）を用いることが必要となる。
【００２５】
本発明においては、以上説明した構成を備えていることにより、光触媒膜は、紫外光型光触媒微粒子および可視光型光触媒微粒子の混合により比表面積が紫外光型光触媒微粒子単体のときより大きくなっている。そのため、紫外光型光触媒微粒子および可視光型光触媒微粒子がそれぞれ単体からなる光触媒膜より分解活性が強くなる。
【００２６】
また、本発明の光触媒体は、有機ガスの分解だけでなく、防汚に対しても効果がある。特に光触媒膜の表面の凹凸が細かいので、汚れ粒子が付着しにくいという作用があり、これが防汚効果に寄与する。
【００２７】
請求項３の発明の光触媒体は、請求項１または２記載の光触媒体において、可視光型光触媒微粒子は、平均粒径１０〜１００ｎｍのルチル型または／および窒素置換アナタ−ゼ型酸化チタンが主成分で、これらの酸化チタンには金属または／および酸化物が添着され、かつ、添着金属が白金、金、クロム、マンガン、バナジウム、ニッケルおよびパラジウムのグループから選択された一種または複数種であり、添着酸化物が酸化バナジウム、酸化モリブデン、酸化鉄、酸化ニオブ、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化クロム、酸化タングステンおよびＩＴＯのグループから選択された一種または複数種であることを特徴としている。
【００２８】
本発明は、可視光型光触媒体の微粒子の好適な構成を規定している。
【００２９】
請求項４の発明の光触媒体は、請求項１記載の光触媒体において、紫外光型光触媒微粒子は、平均粒径５〜２０ｎｍのアナタ−ゼ型酸化チタンおよびブルッカイト型酸化チタンが主成分であることを特徴としている。
【００３０】
本発明は、紫外光型光触媒微粒子の好適な構成を規定している。すなわち、
請求項５の発明の光触媒体は、請求項４記載の光触媒体において、紫外光型光触媒微粒子は、前記酸化チタンに金属または／および酸化物が添着され、かつ、添着金属が白金、金、クロム、マンガン、バナジウム、ニッケルおよびパラジウムのグループから選択された一種または複数種であり、添着酸化物が酸化バナジウム、酸化モリブデン、酸化鉄、酸化ニオブ、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化クロム、酸化タングステンおよびＩＴＯのグループから選択された一種または複数種であることを特徴としている。
【００３１】
本発明は、紫外光型光触媒微粒子のさらに好適な構成を規定している。なお、「前記酸化チタン」とは、アナタ−ゼ型酸化チタンおよびブルッカイト型酸化チタンを意味する。
【００３２】
請求項６の発明の光触媒体は、請求項１ないし５のいずれか一記載の光触媒体において、結着剤としてシリコーン樹脂、ＳｉＯ_２、ＺｒＯ_２およびＡｌ_２Ｏ_３など可視光および紫外光の透過率の高い物質が混合しているとともに、膜厚が１５０〜１０００ｎｍであることを特徴としている。
【００３３】
本発明は、光触媒膜に混合する結着剤として用いる物質および光触膜の膜厚の好適な構成を規定している。
【００３４】
請求項７の発明の光触媒体は、請求項１ないし６のいずれか一記載の光触媒体において、光触媒膜は、結着剤が紫外光型光触媒微粒子および可視光型光触媒微粒子に対して１〜３０質量％含有していることを特徴としている。
【００３５】
本発明は、光触媒膜に混合する結着剤の好適な添加範囲を規定している。特に本発明によれば、光触媒体が蛍光ランプに形成されることにより、頗る良好な機械的強度、分解活性化作用および大きな全光束を有する蛍光ランプを提供することができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００３７】
図１および図２は、本発明の光触媒体における一実施の形態としての光触媒膜付蛍光ランプを示し、図１は一部切欠一部断面正面図、図２は光触媒膜の概念的要部拡大断面図である。図１において、光触媒膜付蛍光ランプＦＬは、蛍光ランプ本体Ｌおよび光触媒膜ＬＣを具備して構成されている。
【００３８】
蛍光ランプ本体Ｌは、透光性放電容器１１、蛍光体層１２、一対の電極１３、１３、図示されない放電媒体および口金１４からなる。
【００３９】
透光性放電容器１１は、細長いガラスバルブ１１ａおよび一対のフレアステム１１ｂによって構成されている。ガラスバルブ１１ａは、ソーダライムガラスからなる。フレアステム１１ｂは、排気管、フレア、内部導入線および外部導入線を備えている。排気管は、透光性放電容器１１の内外を連通して、透光性放電容器１１の内部を排気し、かつ、放電媒体を封入するのに用いられる。そして、排気管は、放電媒体を封入した後に封止切られる。フレアは、ガラスバルブ１１ａの両端に封着されて透光性放電容器１を形成している。内部導入線は、基端がフレアステム１１ｂの内部に気密に埋設され、かつ、外部導入線に接続している。外部導入線は、先端がフレアステム１１ｂに埋設され、基端が透光性放電容器１１の外部へ導出されている。
【００４０】
蛍光体層１２は、３波長発光形蛍光体からなり、透光性放電容器１１の内面に形成されている。３波長発光形蛍光体は、青色発光用がＢａＭｇＡｌ_１６Ｏ_２７：Ｅｕ、緑色発光用がＬａＰＯ_４：Ｃｅ、Ｔｂ、赤色発光用がＹ_２Ｏ_３：Ｅｕである。
【００４１】
一対の電極１３、１３は、透光性放電容器１１の両端内部において、離間対向する一対の内部導入線の先端部間に継線されている。また、の電極１３は、タングステンのコイルフィラメントおよびコイルフィラメントに被着させた電子放射性物質からなる。
【００４２】
放電媒体は、水銀およびアルゴンからなり、透光性放電容器１１の内部に封入されている。水銀は、その適量が排気管１ｂ１を経由して滴下される。アルゴンは、約３００Ｐａ封入されている。
【００４３】
口金１４は、口金本体１４ａおよび一対の口金ピン１４ｂ、１４ｂからなる。
口金本体１４ａは、キャップ状をなしていて、透光性放電容器１１の両端部に接着されている。一対の口金ピン１４ｂ、１４ｂは、口金本体１４ａに互いに絶縁関係に支持されているとともに、それぞれ外部導入線に接続している。
【００４４】
光触媒膜ＬＣは、図２に示すように、光触媒体１および結着剤２からなる。光触媒体１は、可視光型光触媒微粒子１ａおよび紫外光型光触媒微粒子１ｂが所定割合で混合して形成されている。可視光型光触媒微粒子１ａは、主として波長３８０ｎｍ以下の紫外線および主として波長４００ｎｍ超の可視光により分解活性化される特性を有していて、平均粒径７０ｎｍのルチル形酸化チタン微粒子１ａ１の表面に平均粒径１．５ｎｍのＰｔ超微粒子１ａ２が約６００個添着されて構成されている。これに対して、紫外光型光触媒微粒子１ｂは、主として波長３８０ｎｍ以下の紫外光により分解活性化される特性を有していて、平均粒径２０ｎｍのアナタ−ゼ形酸化チタン微粒子からなる。紫外光型光触媒微粒子１ｂと可視光型光触媒微粒子１ａとの混合割合は、質量比で５０：５０である。
【００４５】
結着剤２は、溶融し、固化したＳｉＯ_２からなる。結着剤２の光触媒１に対する混合比率は、質量比で１０％であって、可視光型光触媒微粒子１ａおよび紫外光型光触媒微粒子１ｂの各微粒子間ならびに光触媒体１と透光性放電容器１１の間を相互に結着している。
【００４６】
本発明の上述した実施の形態によれば、光触媒膜ＬＣを具備していることにより、光拡散性が良好になり、光干渉縞が見えなくなる。
【００４７】
図３および図４は、本発明の光触媒体における一実施の形態としての光触媒膜付蛍光ランプの分光分布曲線を比較例のそれとともに示し、図３は波長３００〜８００ｎｍの間の分光分布を示すグラフ、図４は波長３００〜４００ｎｍの間の分光分布を示すラフである。各図において、横軸は波長（ｎｍ）を、縦軸は比エネルギーを、それぞれ示す。なお、比較例は、光触媒膜を備えていない以外は、本発明と同一仕様の蛍光ランプである。
【００４８】
図３において、点線は比較例の分光分布のうち実線と異なる部分を示し、同一部分は実線により示している。すなわち、本発明によれば、蛍光ランプは、その光触媒膜ＬＣが波長４００〜５００ｎｍ範囲の可視光の一部と、波長３８０ｎｍ以下の紫外光を吸収することを示している。なお、紫外光および可視光は可視光型光触媒微粒子体１ａにより吸収され、紫外光は紫外光型光触媒微粒子１ｂにより吸収される。また、可視光の吸収量は全体に少なく、全光束に対する影響がわずかな範囲に止まることを示している。
【００４９】
図４において、曲線Ａは本発明の分光分布、曲線Ｂは比較例の分光分布を、それぞれ示している。これらの対比から明らかなように、本発明においては、光触媒膜ＬＣが効果的に紫外光を吸収して光触媒を活性化しているため、外部へ漏れ出る紫外光が波長３６０〜３７０ｎｍの間においてわずかに認められる程度まで低減する。
【００５０】
図５は、図１に示す本発明の光触媒体における一実施の形態としての光触媒膜付蛍光ランプの光触媒膜と同様な構成の光触媒膜において、光触媒体中に対する可視光型光触媒微粒子の混合率を本発明の範囲の内外にわたって変化させた場合におけるホルムアルデヒドの分解能力の変化を示したグラフである。図において、横軸は光触媒体に対する可視光型光触媒微粒子の混合率（質量％）を、縦軸はガス分解効果指数を、それぞれ示す。なお、ガス分解指数は、３波長発光形蛍光体層を備えた一般照明用のＦＬ２０形蛍光ランプ４本と、この蛍光ランプからの紫外光を含む可視光により活性化されるように配置された光触媒膜をアルカリガラス片に形成した試験片を内容積１ｍ^３の密閉槽中に装置し、さらに密閉槽内に所定量のホルムアルデヒドを導入して、導入時と３時間経過後とのガス濃度差により定まる減衰傾きを示す。したがって、ガス分解指数が大きいほどガス分解能力が大きいことを意味する。
【００５１】
図から理解できるように、光触媒膜中の光触媒体に対する可視光型光触媒微粒子の混合率が３０〜８０質量％、好ましくは３０〜７０質量％、換言すれば紫外光型光触媒微粒子と可視光型光触媒微粒子が８０：２０〜３０：７０、好ましくは７０：３０〜３０：７０の割合（質量比）で混合していれば、紫外光型光触媒微粒子および可視光型光触媒微粒子のそれぞれの単体より明らかに高い光分解作用を発揮する。
【００５２】
図６は、本発明の光触媒体における実施の形態としての２０Ｗ形光触媒膜付蛍光ランプのガス分解効果を測定するための設備を示す概念図、図７は、ガス分解効果を測定して得たデータに基づいて作成したグラフである。
【００５３】
ガス分解効果の測定を測定するための設備は、図６に示すように、内容積１ｍ^３のステンレス鋼製の密閉槽２１内に、ファン２２、ガス源２３およびヒータ２４が配設され、さらに密閉槽２１内の気体を監視するマルチガスモニタ２５が設備されている。ファン２２は、密閉槽２１内の気体を循環させる。ガス源２３は、ホルムアルデヒドガスを供給する。ヒータ２４は、ガス源２３を加熱してホルムアルデヒドガスを発生させる。マルチガスモニタ２５は、密閉槽２１内のホルムアルデヒドガス濃度を測定する。
【００５４】
そうして、被試験品である本発明の光触媒体における実施の形態としての２０Ｗ形光触媒膜付蛍光ランプ４本を密閉槽２１内の天井部分に設置し、密閉槽２１内にＫｒを混合したＮ_２ガスを充満させた状態で、ヒータ２４によりガス源からホルムアルデヒドガス２ｐｐｍを発生させ、ファン２２で槽内の気体を循環させながら３時間後の減衰傾きを測定した結果、図７に示すデータが得られた。
【００５５】
図７において、横軸は、光触媒混合比で、紫外光形光触媒微粒子と可視光型光触媒微粒子の質量％の混合割合を示している。なお、縦軸は、左側が膜比表面積であって、光触媒膜の比表面積（ｍ^２／ｇ）を示し、右側がガス分解活性指数であって、ホルムアルデヒドガス２ｐｐｍを導入して、３時間後の減衰傾きを相対値で示している。図中の棒グラフは、光触媒膜の比表面積（ｍ^２／ｇ）を示し、折れ線グラフはガス分解活性指数を示している。
【００５６】
図７から理解できるように、光触媒膜中の光触媒体に対する可視光型光触媒微粒子の混合率が３０〜８０質量％、好ましくは３０〜７０質量％、換言すれば紫外光型光触媒微粒子と可視光型光触媒微粒子が８０：２０〜３０：７０、好ましくは７０：３０〜３０：７０の割合（質量比）で混合していれば、紫外光形光触媒微粒子単体および可視光型光触媒微粒子単体のいずれの光触媒膜よりも分解活性の強い光触媒膜が得られる。
【００５７】
また、紫外光形光触媒微粒子の混合割合が多くなるに伴い膜表面積が大きくなり、反対に可視光型光触媒微粒子の混合割合が多くなるのに伴い膜表面積が小さくなる。このことから、光触媒膜の分解活性は、一方で膜表面積の大きさに依存するとともに、紫外光型光触媒微粒子は、光触媒膜の膜表面積の増加に寄与することが認められる。しかしながら、光触媒膜の高い分解活性の得られる混合割合が上記の範囲内にあるのは、照明製品や太陽光などにおいては、光触媒膜の分解活性に寄与する光が紫外光および可視光にわたって存在するものの、可視光の方が多いために、可視光型光触媒体の分解活性化に寄与する度合が高いからである。
【００５８】
【発明の効果】請求項１ないし６の各発明によれば、紫外光型光触媒微粒子および可視光型光触媒微粒子を質量比で３：７〜７：３の割合で混合してなる光触媒膜を具備していることにより、紫外光を含む可視光を照射するのに適した分解活性の強い光触媒膜を備えた光触媒体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光触媒体における一実施の形態としての光触媒膜付蛍光ランプを示す一部切欠一部断面正面図
【図２】同じく光触媒膜の概念的要部拡大断面図
【図３】本発明の光触媒膜体における一実施の形態としての光触媒膜付蛍光ランプの分光分布曲線を比較例のそれとともに示す波長３００〜８００ｎｍの間の分光分布を示すグラフ
【図４】同じくは波長３００〜４００ｎｍの間の分光分布を示すラフ
【図５】図１に示す本発明の光触媒体における一実施の形態としての光触媒膜付蛍光ランプの光触媒膜と同様な構成の光触媒膜において、光触媒体に対する可視光型光触媒微粒子の混合比を本発明の範囲の内外にわたって変化させた場合におけるホルムアルデヒドの分解能力の変化を示したグラフ
【図６】本発明の光触媒体における実施の形態としての２０Ｗ形光触媒膜付蛍光ランプのガス分解効果を測定するための設備を示す概念図
【図７】同じくガス分解効果を測定して得たデータに基づいて作成したグラフ
【符号の説明】
１…光触媒体、１ａ…可視光型光触媒微粒子、１ａ１…ルチル形酸化チタン微粒子、１ａ２…Ｐｔ超微粒子、１ｂ…紫外光型光触媒微粒子、２…結着剤、２１…透光性放電容器、ＬＣ…光触媒膜

Claims

紫外光型光触媒微粒子および可視光型光触媒微粒子を質量比で３：７〜７：３の割合で混合してなる光触媒膜を具備していることを特徴とする光触媒体。
光触媒膜は、紫外光型光触媒微粒子が比表面積５０〜４００ｍ^２／ｇであり、可視光型光触媒微粒子が比表面積３０〜２００ｍ^２／ｇであることを特徴とする請求項１記載の光触媒体。
可視光型光触媒微粒子は、平均粒径１０〜１００ｎｍのルチル型または／および窒素置換アナタ−ゼ型酸化チタンが主成分で、これらの酸化チタンには金属または／および酸化物が添着され、かつ、添着金属が白金、金、クロム、マンガン、バナジウム、ニッケルおよびパラジウムのグループから選択された一種または複数種であり、添着酸化物が酸化バナジウム、酸化モリブデン、酸化鉄、酸化ニオブ、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化クロム、酸化タングステンおよびＩＴＯのグループから選択された一種または複数種であることを特徴とする請求項１または２記載の光触媒体。
紫外光型光触媒微粒子は、平均粒径５〜２０ｎｍのアナタ−ゼ型酸化チタンおよびブルッカイト型酸化チタンが主成分であることを特徴とする請求項１記載の光触媒体。
紫外光型光触媒微粒子は、前記酸化チタンに金属または／および酸化物が添着され、かつ、添着金属が白金、金、クロム、マンガン、バナジウム、ニッケルおよびパラジウムのグループから選択された一種または複数種であり、添着酸化物が酸化バナジウム、酸化モリブデン、酸化鉄、酸化ニオブ、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化クロム、酸化タングステンおよびＩＴＯのグループから選択された一種または複数種であることを特徴とする請求項４記載の光触媒体。
光触媒膜は、結着剤としてシリコーン樹脂、ＳｉＯ_２、ＺｒＯ_２およびＡｌ_２Ｏ_３など可視光および紫外光の透過率の高い物質が混合しているとともに、膜厚が１５０〜１０００ｎｍであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一記載の光触媒体。
光触媒膜は、結着剤が紫外光型光触媒微粒子および可視光型光触媒微粒子に対して１〜３０質量％含有していることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一記載の光触媒体。