Фотокаталитический материал, фотокаталитическая композиция с использованием такового и фотокаталитический продукт - RU2409419C2

Чертежи

Показать все 31 чертежа(ей)

Описание

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к фотокаталитическому материалу, фотокаталитической композиции и фотокаталитическому продукту.

Уровень техники

Как хорошо известно, когда фотокаталитический материал подвергается облучению светом, имеющим энергию, превышающую ширину запрещенной зоны такового, в результате фотовозбуждения в зоне проводимости появляются электроны, и в валентной зоне появляются дырки. Вследствие этого данные электроны и дырки диффундируют к поверхности порошка и приходят в контакт с кислородом и влагой воздуха, приводя к тому, что эти электроны поглощаются и действуют как восстановители с образованием супероксидных анионов. С другой стороны, дырки окисляют влагу воздуха с образованием гидроксильных радикалов. В результате эти продукты проявляют стерилизующее действие, способность разлагать органические соединения и гидрофильность в своих окислительно-восстановительных реакциях.

Здесь примеры «света, имеющего энергию, превышающую запрещенную зону» включают ультрафиолетовое излучение и видимый свет. В качестве «источника света» применяются солнечный свет, разнообразные лампы и светоизлучающие диоды.

В качестве фотокаталитического материала до сих пор главным образом применялся порошок оксид титана (TiO₂). Однако, когда предполагалось получить ширину запрещенной зоны (длина волны 380 нм или менее) порошка оксида титана при воздействии солнечного света, удавалось утилизировать только около 2% света. Ввиду этого недавно повышенное внимание обратили на оксид вольфрама (WO₃) вместо порошка оксида титана в качестве фотокаталитического материала, способного утилизировать излучение в области видимого света (от 400 до 800 нм), который составляет главный диапазон длин волн солнечного света.

Например, Патентный Документ 1 описывает применение в качестве фотокатализатора пленки из оксида вольфрама, сформированной методом напыления. Здесь фотокаталитический эффект достигается, даже если фотокатализатор представляет собой пленку. Однако фотокатализатор, имеющий форму пленки, является неудовлетворительным для достижения достаточной площади поверхности, и поэтому его каталитический эффект на единицу объема снижается. Кроме того, поскольку метод напыления представляет собой технологию формирования пленки с использованием вакуума, оборудование является крупномасштабным, что ведет к большим затратам. Более того, метод напыления связан с такой проблемой, что пленка может быть сформирована только на материале с высокой термостойкостью (базовый материал), так как базовый материал (покрываемый материал) подвергается воздействию высокотемпературных условий.

С другой стороны, когда фотокатализатор изготавливается из порошка оксида вольфрама, это дает следующие преимущества. Более конкретно, поскольку вся площадь порошка может быть целиком использована в качестве каталитической поверхности, каталитический эффект на единицу объема может быть улучшен. Кроме того, может быть привлечен способ, в котором порошок смешивается с полимером и наносится, и поэтому нет необходимости подвергать материал подложки воздействию высокотемпературных условий, и порошок может быть нанесен на любое место. Чтобы увеличить площадь поверхности катализатора на единицу объема, порошок предпочтительно перерабатывается в микрочастицы, имеющие средний диаметр частиц 1 мкм или менее.

В качестве способа, применяемого для получения микрочастиц порошка оксида вольфрама, например, известен Патентный Документ 2. В этом Патентном Документе, в абзацах 0008 и 0009, приведены примеры способа термической обработки паравольфрамата аммония (далее называемого как АРТ) на воздухе. Этот способ имеет результатом микрочастицы, имеющие удельную площадь поверхности, измеренную по методу ВЕТ (Брунауэра-Эммета-Теллера), от 3 до 5 м²/г, и средний диаметр частиц от 0,2 до 0,3 мкм, тогда как удельный вес оксида вольфрама составляет 7,3.

Примеры источника света, применяемого для возбуждения фотокатализатора, включают, как упомянуто выше, солнечный свет, разнообразные светоизлучающие диоды и разнообразные лампы. Здесь фотокатализатор возбуждается светом заданной длины волны для проявления его каталитического эффекта. Поэтому, если длина волны источника света не согласуется с длиной волны возбуждения фотокатализатора, адекватные характеристики не могут быть получены. Например, для преодоления этого недостатка известен Патентный Документ 3. В Патентном Документе 3 раскрыт способ, в котором изготавливается светоизлучающий материал для испускания света, имеющего длину волны, отличающуюся от таковой источника света, путем смешения фотокатализатора со светоизлучающим материалом (флуоресцентное вещество), для возбуждения фотокатализатора светом, имеющим эту длину волны.

Согласно Патентному Документу 3, обнаружен факт, что даже если используется порошок TiO₂, который с трудом возбуждается видимым светом, этот порошок проявляет способность разлагать формальдегид при воздействии спектрального состава дневного света (под солнечным светом). Однако разлагающая способность такового очень низка. Более конкретно, способ согласно Патентному Документу 3 занимает 24 часа для разложения 50 млн^-1 формальдегида.

С другой стороны, недавно повышенное внимание было сосредоточено на оксиде вольфрама (WO₃) в качестве фотокаталитического материала, который используется в диапазоне видимого света (от 400 до 800 нм), как упомянуто выше. Для этого фотокатализатора действительно получен определенный уровень каталитических характеристик в области видимого света.

Патентный Документ 1: Японская Патентная Заявка KOKAI Publication № 2001-152130

Патентный Документ 2: Японская Патентная Заявка KOKAI Publication № 2002-293544

Патентный Документ 3: Японская Патентная Заявка KOKAI Publication № 2002-346394

Патентный Документ 4: Японская Патентная Заявка KOKOKU Publication № 4-42057

Описание изобретения

Однако до сих пор не было получено удовлетворительных характеристик. В Примере 1, описанном в Патентном Документе 4, показано, что порошок WO₃ облучается светом от флуоресцентной лампы для фотокопировального устройства (выходная мощность ультрафиолетового излучения: 2,1 Вт, длина волны: от 300 до 490 нм, основная длина волны: 370 нм) для получения результата, что 90% из 10 млн^-1 ацетальдегида разлагаются в течение 24 минут. Однако для этого требуется порошок WO₃ в количестве более чем 100 г. Такие характеристики создают необходимость применять порошок WO₃ в огромном количестве, например, в месте, где выполняется операция дезодорирования.

Цель настоящего изобретения состоит в представлении фотокаталитического материала, проявляющего значительно улучшенный каталитический эффект по сравнению с общеупотребительными фотокаталитическими материалами, фотокаталитической композиции, содержащей этот фотокаталитический материал, и фотокаталитического продукта, использующего этот фотокаталитический материал и обеспечивающего экономию места и снижение веса.

Вышеназванная цель может быть достигнута со следующим фотокаталитическим материалом и следующей фотокаталитической композицией и фотокаталитическим продуктом, использующим фотокаталитический материал согласно настоящему изобретению.

(1) Согласно пункту 1, предоставляется фотокаталитический материал, включающий в качестве своего главного компонента порошок оксида вольфрама, возбуждаемый источником света, который испускает свет, имеющий длину волны от 430 до 500 нм, причем фотокаталитический материал имеет разлагающую способность 50% или более, причем разлагающая способность определяется следующим уравнением, основанном на следующем испытании:

[Испытание разлагающей способности]

1 г порошка оксида вольфрама и 20 млн^-1 ацетальдегида (количество А) помещают в стеклянный контейнер емкостью 3 литра и измеряют ацетальдегид (количество В) после облучения смеси светом, имеющим пиковую длину волны 460 нм ± 10 нм, в течение 2 часов, для измерения разлагающей способности (%):

Разлагающая способность (%)=[(количество ацетальдегида А - количество ацетальдегида В)/количество ацетальдегида А]×100.

(2) Согласно пункту 2, предоставляется фотокаталитический материал согласно пункту (1), в котором источник света представляет собой светоизлучающий диод, использующий голубой светоизлучающий полупроводниковый элемент.

(3) Согласно пункту 3, предоставляется фотокаталитический материал согласно пункту (1), в котором источник света представляет собой солнечный свет.

(4) Согласно пункту 4, предоставляется фотокаталитический материал согласно пункту (1), в котором источник света представляет собой флуоресцентную лампу.

(5) Согласно пункту 5, предоставляется фотокаталитический материал согласно любому одному из пунктов (1)-(4), в котором доза светового излучения, имеющего длину волны от 430 до 500 нм, составляет 1 мВт/см² или более.

(6) Согласно пункту 6, представляется фотокаталитический материал согласно любому одному из пунктов (1)-(5), в котором разлагающая способность составляет 90% или более и 100% или менее.

(7) Согласно пункту 7, предоставляется фотокаталитический материал, включающий в качестве своего главного компонента микрочастицу оксида вольфрама, возбуждаемую облучением видимым светом, причем фотокаталитический материал имеет такую разлагающую способность, что остаточный уровень ацетальдегида составляет 50% или менее через 30 минут после того, как 10 млн^-1 газообразного ацетальдегида вводятся в воздухонепроницаемый контейнер, имеющий емкость 3 литра, и 0,1 г микрочастиц оксида вольфрама в контейнере подвергаются облучению голубым светом.

(8) Согласно пункту 8, предоставляется фотокаталитический материал согласно пункту (7), в котором источник света, который излучает голубой свет, представляет собой светоизлучающий диод GaN-системы, имеющий максимум испускания света около 470 нм.

(9) Согласно пункту 9, предоставляется фотокаталитический материал согласно любому одному из пунктов (1)-(8), содержащий моноклинную систему в качестве своей главной фазы.

(10) Согласно пункту 10, предоставляется фотокаталитический материал согласно любому одному из пунктов (1)-(9), имеющий средний диаметр частиц 10 мкм или менее.

(11) Согласно пункту 11, предоставляется фотокаталитическая композиция, содержащая фотокаталитический материал согласно любому одному из пунктов (1)-(10) в количестве 50% по массе или более.

(12) Согласно пункту 12, предоставляется фотокаталитическая композиция согласно пункту (11), содержащая порошок оксида титана в количестве менее чем 50% по массе.

(13) Согласно пункту 13, предоставляется фотокаталитический продукт, использующий фотокаталитическую композицию согласно пунктам (11) или (12).

(14) Согласно пункту 14, предоставляется фотокаталитический продукт согласно пункту (13), имеющий каталитический эффект по меньшей мере в отношении одного органического материала, NO_x и SO_x.

(15) Согласно пункту 15, предоставляется фотокаталитический продукт согласно пункту (13) или (14), в котором фотокаталитическая композиция связана с поверхностью базового субстрата с помощью связующего средства.

Настоящее изобретение может представлять фотокаталитический материал, имеющий более значительный каталитический эффект, чем общеупотребительные фотокаталитические материалы, фотокаталитическую композицию, содержащую этот фотокаталитический материал, и фотокаталитический продукт, использующий этот фотокаталитический материал и обеспечивающий экономию места и снижение веса.

Краткое описание чертежей

ФИГ. 1А представляет собой боковую проекцию, включающую разрез части флуоресцентной лампы согласно настоящему изобретению.

ФИГ. 1В представляет собой типичный вид в разрезе фотокаталитической пленки, которая представляет собой одну конструкцию флуоресцентной лампы согласно настоящему изобретению.

ФИГ. 2А представляет собой схематический перспективный вид дезодорирующего устройства согласно настоящему изобретению.

ФИГ. 2В представляет собой схематический вид сбоку устройства из ФИГ. 2А.

ФИГ. 3 показывает один пример спектрального профиля голубого светоизлучающего диода 45 согласно настоящему изобретению.

ФИГ. 4 показывает один пример картин рентгеновской дифракции триклинной системы и моноклинной системы триоксида вольфрама (WO₃).

ФИГ. 5 показывает характеристическую диаграмму для сравнения эффектов разложения газообразного ацетальдегида различными кристаллическими структурами триоксида вольфрама.

ФИГ. 6 показывает схематический вид измерительного устройства, применяемого для получения характеристической диаграммы ФИГ. 5.

ФИГ. 7 показывает схематический вид производственной установки для формирования фотокаталитического материала согласно настоящему изобретению.

ФИГ. 8 представляет собой график, показывающий гранулометрический состав (соотношение по диаметру частиц, частотности и совокупному числу частиц меньше стандартного размера) после диспергирования частиц.

ФИГ. 9 представляет собой график, показывающий гранулометрическое распределение (соотношение диаметров частиц, частотность и совокупное число частиц меньше стандартного размера) диспергированной краски WO₃.

ФИГ. 10 показывает микрофотографию метавольфрамата аммония как гранулированного сырьевого материала, полученного в третьем варианте осуществления.

ФИГ. 11 показывает микрофотографию микрочастиц кристаллического фотокатализатора WO₃ типа моноклинной системы, образованных термической обработкой гранулированного сырьевого материала, полученного в третьем варианте осуществления с помощью быстрого нагревания, проведенного при температуре 800°С в течение столь короткого времени, как от 1 до 10 минут.

ФИГ. 12 представляет собой характеристическую диаграмму, показывающую способность каждой фотокаталитической микрочастицы триоксида вольфрама разлагать ацетальдегид, когда температура обжига варьирует до 600°С, 700°С, 800°С и 900°С в четвертом варианте осуществления.

ФИГ. 13 представляет собой характеристическую диаграмму, показывающую способность каждой фотокаталитической микрочастицы триоксида вольфрама разлагать ацетальдегид, когда температура обжига варьирует до 800°С, 900°С и 1000°С в четвертом варианте осуществления.

ФИГ. 14 представляет собой характеристическую диаграмму, показывающую способность каждой фотокаталитической микрочастицы триоксида вольфрама разлагать ацетальдегид, когда время обжига варьирует до 30 секунд, 1 минуты, 5 минут, 10 минут и 15 минут.

ФИГ. 15 показывает соотношение между длиной волны и коэффициентом отражения, когда используется фотокатализатор WO₃ в шестом варианте осуществления или когда применяется фотокатализатор TiO₂.

ФИГ. 16 показывает перспективный вид в разобранном состоянии осветительного устройства согласно шестому варианту осуществления.

ФИГ. 17 показывает увеличенный вид существенной части из ФИГ. 16.

ФИГ. 18 показывает зависимость между временем и остаточным уровнем ацетальдегида осветительного устройства в седьмом варианте осуществления и флуоресцентной лампой с TiO₂-фотокатализатором, флуоресцентной лампой с TiO₂-фотокатализатором и осветительным устройством с TiO₂-фотокатализатором и флуоресцентной лампой с TiO₂-фотокатализатором.

ФИГ. 19 показывает один пример голубой пиковой длины волны голубого светоизлучающего диода, использованного в испытании согласно настоящему изобретению.

ФИГ. 20 показывает один пример зеленовато-голубой пиковой длины волны зеленовато-голубого светоизлучающего диода, использованного в испытании согласно настоящему изобретению.

ФИГ. 21 показывает первое испытание разлагающей способности, когда образцы 1-6 согласно этому варианту осуществления возбуждаются голубым светоизлучающим диодом.

ФИГ. 22 показывает первое испытание разлагающей способности, когда образцы 1-6 согласно этому варианту осуществления возбуждаются солнечным светом.

ФИГ. 23 показывает первое испытание разлагающей способности, когда образцы 1-6 согласно этому варианту осуществления возбуждаются флуоресцентной лампой.

ФИГ. 24 показывает первое испытание разлагающей способности, когда образцы 1-6 согласно этому варианту осуществления возбуждаются зеленым светоизлучающим диодом.

ФИГ. 25 показывает один пример первого испытания разлагающей способности образца 2 согласно этому варианту осуществления, когда варьируется доза светового излучения, испускаемого голубым светоизлучающим диодом.

ФИГ. 26 показывает вариант осуществления дезодорирующего устройства согласно этому варианту осуществления.

ФИГ. 27 показывает способность дезодорирующего устройства разлагать ацетальдегид согласно этому варианту осуществления.

ФИГ. 28 показывает вариант исполнения еще одного фотокаталитического продукта согласно этому варианту осуществления.

ФИГ. 29 показывает один пример гидрофильных характеристик фотокаталитического продукта согласно этому варианту осуществления.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Вариант осуществления согласно изобретению будет объяснен с привлечением чертежей.

[Устройство флуоресцентной лампы]

Фиг.1А и 1В представляют собой боковые проекции, показывающие типичное устройство флуоресцентной лампы согласно настоящему изобретению. Более конкретно, ФИГ. 1А представляет собой боковую проекцию, включающую секцию в разрезе, и ФИГ. 1В представляет собой типичный поперечный разрез пленки фотокатализатора, которая представляет собой одну структуру вышеназванной флуоресцентной лампы.

Ссылочная позиция 10 в фигуре представляет флуоресцентную лампу как фотокаталитический продукт. Флуоресцентная лампа 10 состоит из корпуса 20 флуоресцентной лампы и пленки 30 фотокатализатора, сформированной на поверхности этого корпуса 20 флуоресцентной лампы. Вышеназванный корпус 20 флуоресцентной лампы состоит из светопроводящего баллона 11 разрядника, слоя 12 флуоресцентного вещества, пары электродов 13, 13, разрядной среды (не показана) и цоколя 14.

Светопроводящий баллон 11 разрядника состоит из удлиненного стеклянного резервуара 11а и пары конических ножек 11b лампы. Стеклянный резервуар 11а изготовлен из натриево-кальциево-силикатного стекла. Коническая ножка 11b снабжена отводной трубкой, коническим расширением, внутренним токовым вводом и внешним токовым вводом. Отводная трубка используется таким образом, что она соединяет внутреннее пространство светопроводящего баллона 11 разрядника с наружной частью для выкачивания воздуха из светопроводящего баллона 11 разрядника и для герметизации разрядной среды. Затем, после введения разрядной среды отводная трубка запаивается. Оба конца стеклянного резервуара 11а закрыты вышеупомянутыми коническими расширениями, формируя светопроводящий баллон 11 разрядника. Цокольный конец внутренного токового ввода герметично закреплен внутри конической ножки 11b и соединен с внешним токовым вводом. Верхняя часть внешнего токового ввода заделана в коническую ножку 11b, и цокольный конец его выведен из светопроводящего баллона 11 разрядника.

Слой 12 флуоресцентного вещества состоит из светоизлучающего с тремя длинами волн флуоресцентного вещества и сформирован на внутренней поверхности светопроводящего баллона 11 разрядника. В светоизлучающем с тремя длинами волн флуоресцентном веществе применяются BaMgAl₁₆O₂₇:Eu для излучения голубого света, LaPO₄:Ce,Tb для излучения зеленого света и Y₂O₃:Eu для излучения красного света. Пара электродов 13, 13 соединена с концами пары внутренних токовых вводов, расположенных напротив друг друга и разнесенных между собой внутри каждого из обоих концов светопроводящего баллона 11 разрядника. Кроме того, электрод 13 состоит из спиральной вольфрамовой нити и испускающего электроны материала, связанного со спиральной нитью.

Вышеупомянутая разрядная среда состоит из ртути и аргона, которая герметично размещена внутри светопроводящего баллона 11 разрядника. Надлежащее количество ртути вводится через отводную трубку, которая затем запаивается. Количество аргона, введенного внутрь, соответствует давлению 300 Па. Цоколь 14 состоит из корпуса 14а цоколя и пары цокольных штырьков 14b, 14b. Корпус 14а цоколя имеет форму крышки, который присоединен к обоим концам светопроводящего баллона 11 разрядника. Пара цокольных штырьков 14b, 14b поддерживается корпусом 14а цоколя таким образом, чтобы быть изолированными от корпуса 14а цоколя и соединенными с каждым внешним токовым вводом.

Пленка 30 фотокатализатора представляет собой пленку, изготовленную из фотокаталитической краски, содержащей микрочастицы триоксида вольфрама (средний диаметр частиц: 0,1 мкм) в качестве своего главного компонента. Толщина пленки 30 фотокатализатора составляет от около 0,5 до 3 мкм. Микрочастицы триоксида вольфрама имеют кристаллическую структуру моноклинной системы даже после завершения нанесения покрытия. Пленка 30 фотокатализатора сформирована из микрочастиц 21 фотокатализатора и связующего средства 22, такого как микрочастицы оксида алюминия, микрочастицы оксида кремния или микрочастицы оксида циркония, которые могут быть в высокой степени прозрачными для ультрафиолетовых лучей или видимого света. Микрочастица 21 фотокатализатора состоит из микрочастиц 21а триоксида вольфрама и микрочастиц 21b карбоната кальция, добавленных и связанных с поверхностью микрочастиц 21а триоксида вольфрама. Связующее средство 22 добавляется в количестве, варьирующем от 10 до 50% по массе, в расчете на микрочастицы 21а триоксида вольфрама. Кроме того, если в качестве связующего средства 22 применяется модифицированный акрилатом силиконовый полимер или полимер на силиконовой основе, может быть сформирована пленка фотокатализатора, которая отверждается при температуре от 20 до 200°С. Кроме того, микрочастицы 21b карбоната кальция действуют как материал, поглощающий NO_x (оксиды азота) и SO_x (оксиды серы). Поэтому, если нет необходимости ограничивать повреждение 21а микрочастиц триоксида вольфрама, обусловленное оксидами NO_x и SO_x, добавление и фиксирование микрочастиц 21b карбоната кальция не является важным.

[Конструкция дезодорирующего устройства]

Фиг.2А и 2В представляют собой пояснительные изображения, показывающие типичную конструкцию дезодорирующего устройства согласно настоящему изобретению. Более конкретно, ФИГ. 2А представляет собой схематический перспективный вид дезодорирующего устройства, и ФИГ. 2В представляет собой схематический вид сбоку устройства из ФИГ. 2А. Здесь микрочастицы триоксида вольфрама ради удобства не показаны.

Ссылочная позиция 41 в фигуре представляет дезодорирующее устройство как фотокаталитический продукт. Дезодорирующее устройство 41 представлено первым и вторым фильтрами 42а и 42b, которые представляют собой верхний и нижний фильтры типа плоской сетки соответственно, и третьим фильтром 43, имеющим форму секционированной гофрированной пластины и расположенным между этими фильтрами 42а и 42b. Микрочастицы 44 триоксида вольфрама (средний диаметр частиц: 0,1 мкм) согласно настоящему изобретению нанесены на фильтры 42а, 42b и 43. Множество голубых светоизлучающих GaN-диодов 45 размещено на нижней стороне второго фильтра 42b. Белый светоизлучающий диод, использующий флуоресцентное вещество, возбуждаемое голубым светом, может быть размещен вместо этого диода 45. В дезодорирующем устройстве, имеющем такую конструкцию, воздух контактирует с микрочастицами триоксида вольфрама, нанесенного на каждый фильтр, когда воздух приводится в движение, например, с левой стороны в правую сторону через третий фильтр 43, расположенный между первым и вторым фильтрами 42а и 42b, тем самым производя дезодорирование.

В настоящем изобретении средний диаметр микрочастиц триоксида вольфрама (WO₃) составляет 0,5 мкм или менее, и предпочтительно 0,1 мкм или менее. Здесь, когда средний диаметр частиц превышает 0,5 мкм, это снижает вероятность протекания реакции на поверхности микрочастиц, и поэтому достигается лишь недостаточный каталитический эффект. Кроме того, хотя кристаллическая структура микрочастиц триоксида вольфрама представляет собой моноклинную систему, эта система легко преобразуется в триклинную систему просто путем измельчения этих частиц в керамической ступке, и поэтому важно использовать моноклинную систему. ФИГ. 3 показывает спектральный профиль голубого светоизлучающего диода 45, используемого в дезодорирующем устройстве, показанном на ФИГ. 2. Из ФИГ. 3 видно, что удельная энергия света, испускаемого голубым светоизлучающим диодом 45, имеет максимум при значении длины волны, близком примерно к 470 нм.

ФИГ. 4 представляет собой график, показывающий каждую картину рентгеновской дифракции триклинной системы и моноклинной системы триоксида вольфрама (WO₃). Картина рентгеновской дифракции записывается следующим образом. Более конкретно, интенсивность рентгеновского излучения (CPS) при каждом угле дифракции (2θ) измеряется с помощью гониометра, в котором, с использованием лучей CuKα (λ = 0,15418 нм) в качестве рентгеновских лучей, образец поворачивается на угол θ относительно падающих рентгеновских лучей, и в то же время детекторный блок, включающий трубку пропорционального счетчика, поворачивается на угол 2θ относительно падающих рентгеновских лучей. На ФИГ. 4 верхняя кривая представляет триклинную систему WO₃ и нижняя кривая представляет моноклинную систему WO₃.

Как очевидно из ФИГ. 4, если дифракционную картину триклинной системы триоксида вольфрама сравнивать с таковой для моноклинной системы триоксида вольфрама, то они обе весьма похожи. Однако подтверждается то, что их картины существенно различаются в диапазоне дифракционного угла (2θ) от 30 до 35°. В частности, присутствует сильный пик, характерный для моноклинной системы, и несколько слабых пиков, характерных для триклинной системы, в дифракционном угле 2θ=34,155°, и, поэтому, обе кривые четко различаются между собой. Это также подтверждает, что в случае моноклинной системы триоксида вольфрама в диапазоне дифракционных углов (2θ) от 30 до 35° присутствуют два пика, тогда как в случае триклинной системы триоксида вольфрама в том же диапазоне присутствуют три или более пиков. Более того, что касается отношения амплитудных пиковых значений, которые проявляются в диапазоне дифракционных углов (2θ) от 30 до 35°, то это отношение является низким от 50 до 60% в случае триклинной системы триоксида вольфрама, тогда как это отношение составляет от 70 до 95% в случае моноклинной системы триоксида вольфрама, и тем самым различие между этими амплитудными пиковыми значениями мало.

ФИГ. 5 представляет собой характеристическую диаграмму, в которой сравниваются эффекты разложения газообразного ацетальдегида, когда кристаллические структуры триоксида вольфрама различаются между собой. На ФИГ. 5 линия а показывает микрочастицы WO₃ моноклинной системы (нижная сторона графика ФИГ. 4) согласно настоящему изобретению, линия b показывает микрочастицы WO₃ триклинной системы (верхняя сторона графика ФИГ. 4) сравнительного примера, и линия с показывает случай, когда фотокатализатор не используется, и облучение светом не проводится. ФИГ. 6 показывает схематический вид измерительного устройства, применяемого для получения характеристической диаграммы в ФИГ. 5. Ссылочная позиция 1 в фигуре представляет эксикатор. Чашка 2 Петри, включающая фотокатализатор, помещена в эксикатор 1. Под чашкой 2 Петри в эксикаторе 1 располагается вентилятор 3. Многогазовый монитор 5 соединен при помощи трубки 4 с верхней частью и боковой частью эксикатора 1. Кроме того, светодиодный источник (LED) голубого света 6, который испускает свет на фотокатализатор, размещается в наклонном положении на верхней части эксикатора 1.

Вышеописанное измерительное устройство имеет следующие характеристики.

Емкость измерительного резервуара: 3000 см³

Рабочий источник света: голубой светодиод (LED)

Измерительный прибор: Многогазовый монитор

Вводимый газ: Ацетальдегид, эквивалентно 10 млн^-1

Голубой светодиод (LED): 0,88 мВт/см² (UV-42)

0,001 мВт/см² (UV-35)

Количество микрочастиц триоксида вольфрама: 0,1 г

Из ФИГ. 5 понятно, что линия а соответствует более выраженному эффекту разложения газа, чем линия b. Поэтому ясно, что микрочастицы триоксида вольфрама моноклинной системы проявляют более высокий фотокаталитический эффект, когда облучение производится видимым светом.

Примеры фотокаталитической краски согласно настоящему изобретению включают таковые, имеющие структуру, в которой применяются вышеупомянутые микрочастицы триоксида вольфрама, и после завершения нанесения покрытия сохраняется моноклинная система кристаллической структуры микрочастиц триоксида вольфрама. Фотокаталитическая краска проявляет превосходное действие, включающее удаление летучих органических соединений (VOC) фотокатализатора, и поэтому пригодна, например, в качестве дезодорирующего фильтра, применяемого в очистителях воздуха.

Примеры фотокаталитического блока согласно настоящему изобретению включают таковые, имеющие конструкцию, в которой вышеупомянутая фотокаталитическая краска наносится на поверхность базового материала для формирования пленки фотокатализатора. Здесь конкретные примеры фотокаталитического блока согласно настоящему изобретению включают трубчатые или сферические изделия, такие как флуоресцентная лампа, строительные материалы, такие как оконное стекло, зеркала и керамические плитки, гигиенические материалы, фильтровые детали оборудования для кондиционирования воздуха и дезодорирующих устройств и оптические приспособления. Применимые варианты употребления и категории этими материалами не ограничиваются.

Примеры фотокаталитических продуктов согласно настоящему изобретению включают таковые, имеющие конструкцию, в которой вышеупомянутая фотокаталитическая краска сочетается с голубым светоизлучающим GaN-диодом или белым светоизлучающим диодом, использующим флуоресцентное вещество, возбуждаемое голубым светом, и таковые, имеющие конструкцию, в которой вышеупомянутый фотокаталитический фильтр сочетается с голубым светоизлучающим GaN-диодом или белым светоизлучающим диодом, использующим флуоресцентное вещество, возбуждаемое голубым светом. Здесь фотокаталитический продукт по существу означает, например, флуоресцентную лампу, осветительное оборудование и дезодорирующие устройства.

[Установка для получения микрочастиц фотокатализатора]

В настоящем изобретении микрочастицы фотокатализатора получаются, например, с использованием производственной установки, показанной в ФИГ. 7. Эта производственная установка состоит из корпуса А распылительной сушилки, секции В газо-жидкостного смешения, секции С введения сжатого воздуха, секции D введения раствора и секции Е выделения порошка. Ссылочная позиция 51 в фигуре представляет сушильную камеру с распределительным устройством 52, расположенным на ее верхней части. Здесь распределительное устройство 52 действует как канал введения воздуха, используемого для нагревания сушильной камеры 51 до температуры 200°С. В сушильной камере 51 распылительная форсунка 53 и трубопровод 55а, оснащенный электромагнитным вентилем 54, смонтированы таким образом, чтобы проходить через распределительное устройство 52. Трубопровод 55а работает как канал для введения воздуха, который создает давление на водный раствор для достаточного распыления водного раствора. Он также скомпонован так, что воздух подается в верхнюю часть сушильной камеры 51 по трубопроводу 55b. Трубопровод 55b действует как канал подачи горячего воздуха, который подводит горячий воздух для нагревания водного раствора и воздуха. Трубопровод 55с оснащен игольчатым клапаном 56 в его средней части, ответвляющейся от трубопровода 55а.

Трубопровод 55с соединяется с верхней частью распылительной форсунки 53. Трубопровод 59, который подает образец 57 внутрь распылительной форсунки 53 с помощью насоса 58, соединяется с верхней частью распылительной форсунки 53. Он сконструирован так, что количество образца 57, подаваемого внутрь распылительной форсунки 53, может быть надлежащим образом отрегулировано с помощью насоса 58. Циклон 60, который отделяет продукты, распыленные в форме тумана из распылительной форсунки 53, соединяется с боковой частью сушильной камеры 51. Более того, с циклоном 60 соединены контейнер 61 для продукта, который собирает микрочастицы фотокатализатора, и вытяжной вентилятор 62 для выпуска воздуха.

Температурный датчик, хотя и не показанный, располагается на каждой входной стороне и выходной стороне сушильной камеры 51. Температура воздуха, подаваемого в сушильную камеру 51, и температура атмосферы, окружающей микрочастицы фотокатализатора, подаваемого в циклон 60, измеряются с помощью температурного датчика. Кроме того, воздух, подаваемый внутрь трубопровода 55с, смешивается с образцом 57, подаваемым внутрь трубопровода 59 на верхней стороне распылительной форсунки 53, и смешанные воздух и раствор распыляются в виде тумана из донной части распылительной форсунки 53.

Когда микрочастицы фотокатализатора формируются с использованием производственной установки, имеющей такую конструкцию, процесс проводится следующим образом. Во-первых, от 1 до 20% по весу водного раствора паравольфрамата аммония (образец) подаются вместе со сжатым воздухом внутрь распылительной форсунки 53 и распыляются из головки распылительной форсунки 53 в виде тумана из частиц размером от 1 до 10 мкм в горячей воздушной атмосфере с температурой 200°С с образованием гранулированного сырьевого материала. В это время сжатый воздух подается из трубопровода 55а в зону рядом с головкой распылительной форсунки 53 для подведения кислорода к гранулированному сырьевому материалу, распыляемому из распылительной форсунки 53. Затем сырьевой материал подвергается термической обработке при температуре от 700 до 800°С в течение от 1 до 10 минут в сушильной камере 51 с образованием микрочастиц фотокатализатора, которые содержат микрочастицы триоксида вольфрама в качестве своего главного компонента, имеют средний диаметр частиц 0,1 мкм и имеют кристаллическую структуру моноклинной системы. Затем микрочастицы фотокатализатора в сушильной камере 51 собираются из циклона 60 в контейнере 61 для продукта, будучи вынесенными из сушильной камеры 51 с помощью вытяжного вентилятора 62.

Исследования, проведенные авторами настоящего изобретения, показали, что существует различие в каталитических характеристиках между порошками оксида вольфрама (WO₃). Более конкретно, авторы изобретения обнаружили, что есть различие в каталитическом эффекте (разлагающей способности) между порошками оксида вольфрама, когда эти порошки облучаются светом, имеющим длину волны от 430 до 500 нм. В настоящем изобретении, когда порошок оксида вольфрама облучается вышеупомянутым светом, порошок оксида вольфрама возбуждается.

Более конкретно, надлежащий порошок оксида вольфрама выбирается на основе каталитического эффекта (разлагающей способности), полученного, когда излучается свет, имеющий длину волны от 430 до 500 нм, чтобы сделать возможным получение фотокаталитического материала, имеющего прекрасные характеристики в настоящем изобретении. Кроме того, поскольку используется порошок оксида вольфрама, имеющий прекрасную разлагающую способность, настоящее изобретение может предоставить фотокаталитический продукт, обеспечивающий экономию места и снижение веса.

[Фотокаталитический материал (первый фотокаталитический материал)]

Первый фотокаталитический материал согласно настоящему изобретению является таковым, как описанный выше в пункте (1).

Авторы настоящего изобретения нашли, что, если излучается свет, имеющий пиковую длину волны 460 нм ± 10 нм в диапазоне длин волн от 430 до 500 нм, различие в разлагающей способности наблюдается более значительно.

Солнечный свет представляет собой излучение, в котором смешаны световые компоненты, варьирующие от ультрафиолетовых лучей до области видимого света (от 300 до 800 нм). По этой причине не может быть излученным только свет, имеющий диапазон длин волн от 430 до 500 нм. Кроме того, нормальная флуоресцентная лампа использует ртуть в качестве источника возбуждения и также использует галофосфат кальция (Ba, Ca, Mg)₁₀(PO₄)₆^.C₁₂:Eu. Такая флуоресцентная лампа имеет пиковые длины волн в двух диапазонах, от 420 до 470 нм и от 550 до 580 нм (за исключением пика самой ртути). Белый свет получается из этих двух цветов. Во флуоресцентной лампе два световых компонента смешиваются. Поэтому не может быть излученным только свет, имеющий диапазон длин волн от 430 до 500 нм.

По этой причине не проводилось никаких исследований относительно получаемого каталитического эффекта, когда излучается только свет, имеющий диапазон длин волн от 430 до 500 нм. В случае, где смешиваются две или более длины волны (в этом случае, длины волн в голубой, зеленой, желтой и красной областях), каталитический эффект, полученный только возбуждением волнами с длиной, варьирующей от 430 до 500 нм, не может быть подтвержден.

Авторы настоящего изобретения впервые обнаружили, что существует различие между порошками оксида вольфрама в каталитическом эффекте, достигнутом только возбуждением светом, имеющим диапазон длин волн от 430 до 500 нм.

В качестве источника света пригоден светоизлучающий диод. Поскольку светоизлучающий диод представляет собой полупроводниковый элемент, в нем, в отличие от флуоресцентной лампы, не применяется ртуть. Поэтому он оказывает незначительное влияние на окружающую среду, и тем самым он разработан как заменитель для флуоресцентной лампы. Было подтверждено, что из этих диодов голубой светоизлучающий диод (B-LED) может стабильно давать голубой свет (длина волны: от 430 до 500 нм).

Никаких попыток применить голубой светоизлучающий диод (B-LED) в качестве источника света для фотокатализатора не предпринималось, и тем самым каталитический эффект порошка оксида вольфрама, облучаемого светом, имеющим диапазон длин волн от 430 до 500 нм, не был проверен. В настоящем изобретении голубой светоизлучающий диод (B-LED) был применен в качестве источника света для исследования каталитического эффекта порошка оксида вольфрама. В результате авторы настоящего изобретения обнаружили, что даже если нельзя выявить очевидного различия между порошками оксида вольфрама, эти порошки оксида вольфрама различаются по каталитическому эффекту.

[Фотокаталитический материал (второй фотокаталитический материал)]

Второй фотокаталитический материал согласно настоящему изобретению является таковым, как описанный выше в пункте (7).

Во втором фотокаталитическом материале светоизлучающий диод GaN-системы, имеющий максимум излучения при длине волны около 470 нм, является предпочтительным как источник света, испускающий голубой свет. Средний диаметр частиц второго фотокаталитического материала предпочтительно составляет 10 мкм или менее. Кроме того, фотокаталитический материал предпочтительно содержит моноклинную систему в качестве своей главной фазы.

В настоящем изобретении испытание разлагающей способности выполняется следующим образом.

[Способ испытания разлагающей способности для выявления первого фотокаталитического материала (первое испытание разлагающей способности)]

1) Сначала, в качестве стеклянного контейнера готовят контейнер емкостью 3 литра. Кроме того, в качестве стеклянного контейнера является желательным контейнер из стекла «Пирекс» (Pyrex, зарегистрированная торговая марка, производство фирмы Coning Company), который устойчив к воздействию органических продуктов и тому подобных, хотя он, в частности, этим не ограничивается при условии, что он имеет высокую воздухонепроницаемость и прозрачен для света, имеющего пиковую длину волны 460 нм ± 10 нм.

2) Далее, 1 г порошка оксида вольфрама и 20 млн^-1 (количество А ацетальдегида) ацетальдегида помещают в стеклянный контейнер.

3) Затем количество В ацетальдегида измеряют после облучения смеси светом, имеющим пиковую длину волны 460 нм ± 10 нм, в течение 2 часов для измерения разлагающей способности (%), на основе следующего уравнения.

Разлагающая способность (%)=[(количество А ацетальдегида - количество В ацетальдегида)/количество А ацетальдегида]×100.

Для измерения количества ацетальдегида применяется многогазовый монитор.

В настоящем изобретении первоначальное количество А (20 млн^-1) ацетальдегида представляет собой стандарт, и измеряется количество остаточного ацетальдегида (количество В ацетальдегида), остающегося после облучения светом, имеющим пиковую длину волны 460 нм ± 10 нм, в течение 2 часов. Затем отбирается образец, в котором остаточное количество ацетальдегида понижено до 50% или менее (разлагающая способность: 50% или менее).

В способе испытания согласно настоящему изобретению важно, чтобы количество порошка оксида вольфрама составляло 1 г, и первоначальное количество ацетальдегида составляло 20 млн^-1. А именно, этим подтверждается, до какой степени порошок оксида вольфрама, содержащийся в таком малом количестве, как 1 г, может разлагать 20 млн^-1 ацетальдегида. В этот момент, если используется свет, имеющий пиковую длину волны 460 нм ± 10 нм, явственно наблюдается различие в характеристиках.

Также, когда испытание проводится с количеством порошка оксида вольфрама в количестве, превышающем 1 г, за один раз, количество ацетальдегида увеличивается соответственно этому количеству. В этом случае стеклянный контейнер может быть увеличен в размерах согласно необходимости. Однако, если количество, измеряемое за один раз, является слишком большим, есть возможность, что порошок оксида вольфрама, находящийся в нижней части контейнера, не будет контактировать с ацетальдегидом. Поэтому верхний предел количества, измеряемого за один раз, предпочтительно предусмотрен на уровне 500 г. Когда измеряется количество, превышающее 500 г, то является предпочтительным привлекать способ, в котором для измерения количество разделяется на порции по 500 г или менее, и предпочтительно 100 г или менее.

Кроме того, более просто, операция измерения образца в количестве 1 г, который берется произвольно, проводится десять раз (из 10 мест), чтобы решить эту проблему. Более того, что касается условий размещения порошка, необходимо, чтобы порошок был размещен слоем толщиной предпочтительно 1 мм или менее, и более предпочтительно 0,5 мм или менее. Здесь, когда количество порошка оксида вольфрама составляет менее чем 1 г, предпочтительно выполняется второе испытание разлагающей способности, как будет разъяснено ниже.

Что касается света, имеющего пиковую длину волны 460 нм ± 10 нм, свет предпочтительно имеет форму волны, как показано в ФИГ. 19, хотя какого-либо конкретного ограничения не накладывается в отношении света до тех пор, пока он имеет пиковую длину волны в этом диапазоне. Примеры источника света, который обеспечивает форму волны, как показано в ФИГ. 19, включают голубой светоизлучающий диод (B-LED). Кроме того, в отношении формы волны, предпочтительной является острая форма волны, в которой значение ширины на половине высоты составляет 50 нм или менее. Если используется свет, имеющий узкую форму волны, различие в разлагающей способности проявляется легче, когда проводится вышеупомянутое испытание разлагающей способности.

Интенсивность света предпочтительно составляет 1 мВт/см² или более. Когда интенсивность света является меньшей, чем 1 мВт/см², является затруднительным обеспечить эффект, получаемый при облучении светом, и затруднительно точное определение разлагающей способности. Интенсивность света предпочтительно составляет от 2 до 5 мВт/см². Даже если излучается свет, имеющий интенсивность, превышающую 5 мВт/см², это не вызывает проблемы в испытании. Однако это не дает лучшего эффекта, чем таковой, полученный со светом, имеющим интенсивность 5 мВт/см², приводя к излишней трате электроэнергии, и поэтому вышеупомянутый диапазон является предпочтительным.

Превосходный фотокаталитический материал может быть получен выбором фотокаталитического материала, имеющего разлагающую способность 50% или более, и предпочтительно 90% или более, и 100% или менее, согласно испытанию разлагающей способности, как упомянутой выше.

[Способ испытания разлагающей способности для выявления второго фотокаталитического материала (второе испытание разлагающей способности)]

1) Сначала, готовят воздухонепроницаемый контейнер, имеющий емкость 3 литра. Этот воздухонепроницаемый контейнер предпочтительно представляет собой стеклянный контейнер, и в частности, контейнер из стекла «Пирекс».

2) Далее, 0,1 г микрочастиц оксида вольфрама (имеющего, например, средний диаметр частиц 0,5 мкм или менее) помещают в этот контейнер.

3) Затем в контейнер вводят 10 млн^-1 ацетальдегида, и микрочастицы оксида вольфрама облучают голубым светом от источника света для измерения остаточного количества ацетальдегида через 30 минут для определения остаточного уровня. Остаточный уровень (%) рассчитывают по следующему уравнению:

Остаточный уровень (%)=[(10 млн^-1 - количество млн^-1 ацетальдегида, оставшегося через 30 минут)/10 млн^-1]×100.

Здесь источник света, испускающий голубой свет, предпочтительно представляет собой светоизлучающий диод GaN-системы, имеющий максимум испускания при длине волны около 470 нм.

Остаточный уровень составляет 50% или менее, и предпочтительно 40% или менее. Становится возможным получение превосходного фотокаталитического материала путем выбора материала, имеющего такие характеристики. Во втором испытании разлагающей способности время измерения устанавливается на 30 минут, поскольку количество порошка оксида вольфрама составляет всего 0,1 г. Когда, подобно первому испытанию разлагающей способности, количество порошка оксида вольфрама является относительно большим, таким как 1 г, 10 млн^-1 ацетальдегида разлагаются целиком, и поэтому затруднительно определить различие в разлагающей способности. Между прочим, остаточное количество ацетальдегида измеряется с использованием многогазового монитора.

[Третье испытание разлагающей способности]

Первое испытание разлагающей способности и второе испытание разлагающей способности представляют собой способы, в которых воздухонепроницаемый контейнер используется для измерения разлагающей способности в замкнутом пространстве. С другой стороны, в качестве третьего испытания разлагающей способности используется способ, в котором измерение выполняется в газовом потоке. Конкретные примеры такого способа включают таковой согласно Японскому промышленному стандарту JIS-R-1701-1 (2004). Хотя этот JIS-способ предназначен для измерения способности удаления (разлагающей способности) оксидов азота, он может быть использован для испытания разлагающей способности органических материалов, таких как ацетальдегид.

В случае реализации способа согласно JIS-R-1701-1, контейнер, определяемый как «контейнер для фотооблучения» в этом JIS стандарте, предпочтительно применяется как вышеупомянутый контейнер. Третье испытание разлагающей способности проводится следующим образом.

1) Сначала, в качестве измеряемого образца, 1 г фотокаталитического материала равномерно наносят на стеклянную пластинку размером 50×100 мм, которую затем помещают в контейнер.

2) Далее, поток воздуха, содержащего от 0,1 до 10 млн^-1 ацетальдегида, пропускают как разлагаемый газ из патрубка подачи газа в контейнере при заранее заданной скорости потока (л/мин). Кроме того, фотокаталитический материал облучают светом, имеющим пиковую длину волны 460 нм ± 10 нм. После облучения светом в течение 60 минут измеряют концентрацию [I₀] ацетальдегида в патрубке подачи газа в контейнер и концентрацию [I] ацетальдегида в патрубке вывода газа из контейнера. После этого значение разлагающей способности (мкг/м²) находится из следующего уравнения:

Разлагающая способность=(K/S)[([I₀]-[I])×скорость потока (л/мин)×время облучения (60 мин)×m]/22,4

В формуле К представляет собой коэффициент, который преобразует см² в м², и более конкретно К=10000, S представляет собой площадь фотокаталитического материала на стеклянной пластинке, и более конкретно S=50 см². Концентрация [I₀] ацетальдегида в патрубке подачи газа в контейнер и концентрация [I] ацетальдегида в патрубке вывода газа из контейнера соответственно определяются как (объемные млн^-1), и m представляет собой молекулярный вес ацетальдегида.

Вышеупомянутое уравнение представляет способ, применяемый для измерения абсолютного значения количества разлагаемого ацетальдегида. Кроме того, это уравнение приведено согласно стандарту JIS-R-1701-1 (2004) 7. Для расчета результатов испытания используется формула (1), описанная в разделе а) Степень адсорбции оксидов азота с использованием испытательного образца. Разлагающая способность может быть преобразована в процентную долю (%) из этого абсолютного значения. Кроме того, в качестве источника света, используемого для облучения светом, имеющим пиковую длину волны 460 нм ± 10 нм, предпочтителен голубой светоизлучающий диод (LED).

Третье испытание разлагающей способности проводят согласно способу JIS, и поэтому он имеет высокую надежность как метод измерения. Однако средства регулирования, включающие регулирование образца, регулирование скорости потока и первоначальной концентрации ацетальдегида (воздух, содержащий ацетальдегид), являются усложненными. По этой причине в этом изобретении приняты первое и второе испытания разлагающей способности. Расхождение в результатах измерений между первым и вторым испытаниями разлагающей способности и третьим испытанием разлагающей способности (преобразованные в проценты (%) из данных измерений) составляет около ±5%.

Средний диаметр частиц фотокаталитического материала предпочтительно составляет 10 мкм или менее, более предпочтительно 1 мкм или менее, и еще более предпочтительно 0,5 мкм или менее. Когда средний диаметр частиц снижается, площадь поверхности порошка увеличивается, и тем самым каталитический эффект нарастает.

В настоящем изобретении порошок оксида вольфрама предпочтительно представляет собой таковой, имеющий моноклинную систему в качестве своей главной фазы. Фотокаталитический материал предпочтительно содержит порошок оксида вольфрама, имеющий моноклинную систему в качестве своей главной фазы, в количестве 50% по массе или более, и более предпочтительно 70% по массе или более. Порошок оксида вольфрама включает таковой, имеющий триклинную систему, кроме такового, имеющего моноклинную систему. К порошку оксида вольфрама (фотокаталитический материал), используемого в настоящем изобретении, может быть примешана триклинная система. Однако желательно, чтобы моноклинная система содержалась как главная фаза. Порошок оксида вольфрама, содержащий моноклинную систему в качестве своей главной фазы, облегчает процесс выбора в первом и втором (далее, третьем) испытаниях разлагающей способности.

[Способ получения порошка оксида вольфрама]

Далее будет разъяснен способ получения порошка оксида вольфрама. В качестве производственного способа, способ, в котором надлежащий порошок оксида вольфрама выбирается при проведении вышеупомянутого испытания разлагающей способности, является наиболее предпочтительным способом.

Примеры способа получения порошка оксида вольфрама до выбора включают (а) способ, в котором металлический вольфрам непосредственно окисляется, и (b) способ, в котором соединение вольфрама, такое как паравольфрамат аммония (АРТ), подвергается термическому разложению на воздухе с образованием оксида. Порошок оксида вольфрама (WO₃) может быть получен любым из этих способов.

В качестве примера способа получения с использованием паравольфрамата аммония (АРТ) может быть приведен следующий способ. Более конкретно, сначала паравольфрамат аммония (АРТ) размалывают в шаровой мельнице, планетарной мельнице или тому подобной и размолотый АРТ сортируют с помощью центрифугирования. Затем полученные микрочастицы подвергают термической обработке при температуре от 400 до 600°С на воздухе. Таким образом может быть получен порошок фотокатализатора, включающий микрочастицы оксида вольфрама, имеющие средний диаметр частиц от 0,01 до 0,5 мкм и кристаллическую структуру моноклинного типа.

Другие способы включают следующие способы (1) и (2).

(1) Способ, включающий этап распыления водного раствора АРТ с концентрацией от 1 до 20 массовых процентов в высокотемпературной атмосфере для получения гранулированного сырьевого материала и этап термической обработки этого гранулированного сырьевого материала при температуре от 700 до 800°С в течение 1-10 минут. По этому способу получается порошок оксида вольфрама, имеющий кристаллическую структуру моноклинной системы.

(2) Способ, включающий проведение этапа перекристаллизации после растворения АРТ в водном растворителе и этапа обжига полученных кристаллов при температуре 600°С или более в течение 15 секунд или более. Тем самым получается порошок оксида вольфрама.

В любом из этих способов оксид вольфрама моноклинного типа может быть получен путем контроля условий термической обработки и тому подобного. Здесь, в вышеупомянутом способе получения, получается порошок оксида вольфрама, имеющий средний диаметр частиц 0,1 мкм. Однако, когда диаметр частиц порошка оксида вольфрама, полученного способом получения и при условиях получения, является большим, порошок сортируется для получения порошка, имеющего средний диаметр частиц 10 мкм или менее, и предпочтительно 1 мкм или менее.

Фотокаталитический материал, как упомянутый выше, проявляет превосходный фотокаталитический эффект и поэтому может разлагать органические материалы, NO_x, SO_x и тому подобные.

[Фотокаталитическая композиция]

Фотокаталитическая композиция согласно настоящему изобретению содержит фотокаталитический материал в количестве 50% по массе или более, как упомянуто в вышеприведенном пункте (11). Когда количество фотокаталитического материала составляет менее чем 50% по массе, достигается только недостаточный фотокаталитический эффект. Кроме того, эта фотокаталитическая композиция может содержать порошок оксида титана в количество менее чем 50% по массе.

[Фотокаталитический продукт]

Фотокаталитический продукт согласно настоящему изобретению является таковым, как описанный в вышеприведенном пункте (14). Вышеупомянутая фотокаталитическая композиция пригодна для фотокаталитических продуктов и проявляет каталитический эффект в отношении по меньшей мере одного из органических соединений, NO_x и SO_x.

Когда фотокаталитический материал согласно настоящему изобретению применяется для фотокаталитических продуктов, отсутствуют какие-либо конкретные ограничения в отношении условий при условии, что имеется источник света, излучающий длины волн, включающие длины волн в диапазоне от 430 до 500 нм. В качестве источника возбуждения (источника света) может быть применен любой источник света в той мере, насколько он дает свет, имеющий длины волн, включающие диапазон длин волн от 430 до 500 нм. Примеры источника света включают голубые светоизлучающие полупроводниковые элементы (например, голубой светоизлучающий диод и голубой полупроводниковый лазер), солнечный свет и разнообразные флуоресцентные лампы. Доза светового излучения, имеющего диапазон длин волн от 430 до 500 нм, предпочтительно составляет 1 мВт/см² или более.

Кроме того, когда производится фотокаталитический продукт, может быть использована фотокаталитическая композиция, содержащая фотокаталитический материал согласно настоящему изобретению в количестве 50% по массе или более, если доза светового излучения, имеющего диапазон длин волн от 430 до 500 нм, в данных обстоятельствах составляет величину 1 мВт/см² или более, и в особенности 5 мВт/см² или более. В этом случае излишне говорить, что доля фотокаталитического материала согласно настоящему изобретению в порошке оксида вольфрама предпочтительно повышается до 90% или более, и более предпочтительно 100%, а именно, чем больше количество фотокаталитического материала, тем лучше.

Кроме того, когда в качестве источника света используется такой, как солнечный свет, включающий ультрафиолетовую область, может быть применена фотокаталитическая композиция, содержащая порошок оксида титана (TiO₂) в количестве менее чем 50% по массе. Фотокаталитический продукт согласно настоящему изобретению предпочтительно представляет собой пленку фотокатализатора, сформированную путем связывания порошка оксида вольфрама с поверхностью субстрата с использованием заранее выбранного связующего средства. Субстрат фотокаталитического изделия предназначен для удержания пленки фотокатализатора и первоначально формируется для иных функций, нежели назначение фотокаталитического материала. Другими словами, субстрат может быть функциональным материалом.

Примеры функционального материала включают разнообразные желательные или необязательные представители, например строительные материалы, такие как керамические плитки, оконное стекло и потолочные плиты, кухонные или гигиенические материалы, предметы домашнего обихода, осветительные материалы и дезодорирующие или пылеулавливающие фильтры.

Когда порошок оксида вольфрама, который представляет собой фотокаталитический материал, используется для формирования пленки фотокатализатора, фотокаталитический материал может быть непосредственно подвергнут обжигу, чтобы связать этот материал также с субстратом путем спекания. Однако, если субстрат связан с фотокаталитическим материалом с помощью надлежащего связующего средства с образованием пленки, это упрощает производственную технологию. Кроме того, поскольку операция связывания может быть выполнена без подвергания фотокаталитического материала воздействию высокотемпературной среды, в отличие от прямого обжига, пленка может быть сформирована на субстрате, которому не нужно быть термостойким.

Когда пленка фотокатализатора формируется из фотокаталитического материала с использованием связующего средства, в качестве связующего средства могут быть применены, например, оксид кремния (SiO₂), стеклянный припой, глазурь, низкоплавкий металл или термопластический синтетический полимер. Излишне говорить, что для связывания порошка фотокаталитического материала (микрочастиц) с субстратом путем обжига необходимо использовать в качестве субстрата материал, который может выдерживать высокую температуру обжига.

Первичные частицы порошка оксида вольфрама, который представляет собой фотокаталитический материал, формируются с диаметром частиц от 0,001 до 0,1 мкм, чтобы можно было образовать пленку с плотной поверхностью. Этим также улучшается проницаемость для видимого света. В качестве фотокаталитического материала предпочтительно привлекать порошок оксида вольфрама, который имеет настолько однородный гранулометрический состав, насколько возможно, и сформирован из микрочастиц, имеющих правильную сферическую форму. В результате этого все поры, образованные как очень маленькие просветы на поверхности пленки фотокатализатора, имеют одинаковые радиусы. Поэтому пахучий газ, имеющий частицы с меньшим молекулярным радиусом, такой как ацетальдегид, проходит через поры на поверхности пленки фотокатализатора и быстро разлагается. Эта структура также эффективна для дезодорирования и разложения ацетальдегида. Напротив, такие загрязнения, как углерод и табачная смола, имеющие частицы с радиусом 0,1 мкм или более, не могут пройти через вышеупомянутые поры. Однако эти загрязнения контактируют с поверхностью пленки фотокатализатора и разлагаются путем окислительно-восстановительного воздействия.

Термин «функциональный материал» имеет отношение к материалу, изначально предназначенному для исполнения функций, цели которых отличаются от таковых для пленки фотокатализатора. В эту категорию функциональных материалов попадают, например, строительные материалы, санитарно-гигиеническое оборудование и приспособления, кухонная техника и приспособления, фильтры для оборудования, техника и приспособления домашнего обихода, материалы осветительной арматуры. Примеры строительных материалов включают керамические плитки, материалы для покрытия полов, оконные материалы и стеновые материалы. Примеры санитарно-гигиенического оборудования и приспособлений включают станины раковин, ванны и писсуары и унитазы. Примеры кухонной техники и приспособлений включают кухонные мойки, кухонные столы и серванты.

Примеры фильтров для оборудования включают фильтры воздухоочистителей, фильтры устройств проветривания ванных, фильтры систем кондиционирования воздуха, фильтры нагревателей и фильтры дезодорирующего оборудования. Рассматривается конструкция, в которой фильтр, снабженный отверстиями, через которые проходит текучая среда, применяется в качестве субстрата, и пленка фотокатализатора, содержащая в качестве своего главного компонента порошок оксида вольфрама, формируется на поверхности субстрата. В этой конструкции воздух, проходящий через этот фильтр, в момент протекания контактирует с фотокаталитическим компонентом, который имеет максимально большую площадь поверхности. Тем самым может быть улучшен дезодорирующий эффект. Кроме того, может быть обеспечено бактерицидное действие. Кроме того, фильтр и фотокаталитический компонент могут быть сформированы раздельно, составляя дезодорирующее устройство. Более конкретно, фотокаталитический компонент и фильтр располагаются по отдельности в канале, чтобы обеспечить движение воздуха в контакте с фотокаталитическим компонентом.

Далее, настоящее изобретение предполагает возможность конструкции, в которой дезодорирующее устройство представлено в оборудовании вне конструкции, в которой дезодорирующее устройство используется отдельно. Например, функция дезодорирования, предусматриваемая в холодильниках, кондиционерах воздуха, кулерах, нагревателях, очистителях воздуха, увлажнителях или осушителях воздуха, может быть обеспечена дезодорирующими устройствами.

Примеры техники домашнего обихода включают холодильники, стиральные машины, микроволновые печи, посудомоечные машины, кофеварки и пылесосы.

Примеры осветительных устройств включают лампы, такие как флуоресцентные лампы, абажуры/колпаки осветительных приборов, полупрозрачные плафоны, люстровые плафоны, отражатели и электропатроны.

Хотя осветительное устройство пригодно для внутреннего употребления, поскольку оно играет столь значительную роль, что может быть способно разлагать летучие органические соединения (VOC), которые составляют проблему внутри помещений, оно также пригодно для осветительного оборудования вне помещений, поскольку оно имеет способность разлагать загрязняющие примеси.

Если фотокатализатор согласно настоящему изобретению наносится на технику и приспособления для домашнего употребления, а также светящиеся материалы или осветительные устройства, то могут быть изготовлены светящиеся материалы или осветительные устройства, техника и приспособления для домашнего применения, которые проявляют фотокаталитические эффекты, такие как дезодорирующие функции.

Термин «осветительная арматура» имеет отношение к деталям осветительных устройств, отличных от ламп. Хорошо известно, что осветительные устройства существуют в многообразных формах и исполнениях, которые приспособлены к различным условиям их употребления, например, использованию внутри помещений и использованию вне помещений, или для домашнего применения или промышленного применения, а также в соответствии с декорированием и дизайном. В этом плане надлежащее средство контроля света выбирается из отражателя, рассеивающего колпака, жалюзи, абажура/колпака и тому подобного. Поэтому нет необходимости обсуждать, оснащается или нет осветительная арматура конструкциями для управления светом, такими как отражатель или полупрозрачный колпак. Однако осветительная арматура чаще всего оснащается деталями, держащими лампу, элементами соединения источника света с подставкой для крепления осветительных устройств.

Пленка фотокатализатора, использующая функциональный материал в качестве субстрата и содержащая порошок оксида вольфрама в качестве своего главного компонента, формируется вышеупомянутым способом. Поэтому при употреблении пленки фотокатализатора она активируется, когда облучается светом, включающим по меньшей мере видимые лучи. В результате пленка фотокатализатора оказывает такое действие, как дезодорирующее действие, обеззараживающее действие и антибактериальное действие в совокупности, и поэтому оказывает такие действия для улучшения гигиенических условий в жилых помещениях и для облегчения чистки.

Далее разъясняются конкретные варианты осуществления согласно настоящему изобретению.

(Первый вариант осуществления)

Порошок фотокатализатора согласно первому варианту осуществления был приготовлен следующим образом.

Сначала, паравольфрамат аммония (АРТ) размололи в шаровой мельнице или планетарной мельнице и рассортировали с помощью центрифугирования. Затем полученные микрочастицы были подвергнуты термической обработке при температуре от 400 до 600°С в атмосфере, тем самым сделав возможным получение и очистку порошка фотокатализатора, состоящего из микрочастиц триоксида вольфрама, имеющих средний диаметр частиц от 0,01 до 0,5 мкм и кристаллическую структуру моноклинной системы. В этом варианте осуществления микрочастицы триоксида вольфрама моноклинной системы, имеющие средний диаметр частиц около 0,1 мкм, были получены проведением термической обработки при температуре около 500°С в воздушной атмосфере. Данные гранулометрического состава на этой стадии представлены в ФИГ. 8 и 9. Здесь ФИГ. 8 представляет собой график, показывающий гранулометрический состав (соотношение по диаметру частиц, частотности и совокупному числу частиц меньше стандартного размера) после диспергирования частиц. ФИГ. 9 представляет собой график, показывающий гранулометрический состав (соотношение по диаметру частиц, частотности и совокупному числу частиц меньше стандартного размера) диспергированного пигмента WO₃. Из ФИГ. 8 и 9 было ясно, что рост кристаллов является небольшим с увеличением размера зерен при термической обработке.

Согласно первому варианту осуществления порошок фотокатализатора содержит в качестве своего главного компонента микрочастицы триоксида вольфрама, имеющие средний диаметр частиц 0,1 мкм, и имеет кристаллическую структуру моноклинной системы. Поэтому получен порошок фотокатализатора типа, чувствительного к видимому свету, который может значительно улучшить фотокаталитическую эффективность.

(Второй вариант осуществления)

Фотокаталитическая краска для использования внутри помещений согласно второму варианту осуществления была получена следующим образом.

Сначала, микрочастицы триоксида вольфрама и небольшое количество средства для обработки поверхности смешали в органическом растворителе (этиловом спирте), и смешанный раствор подвергли диспергирующей обработке с использованием шаровой мельницы в течение несколько часов. Затем неорганическое связующее средство (полисилоксан) в количестве 30% по массе, в расчете на микрочастицы триоксида вольфрама, органический растворитель (спирт) и несколько процентов (%) очищенной воды добавили к раствору для повторного диспергирования, тем самым, образовав фотокаталитическую краску. После этого к полученной фотокаталитической краске добавили карбонат кальция и гидроксид магния на нескольких количественных уровнях, варьирующих от 0,1 до 10 мольных процентов, в расчете на триоксид вольфрама, и затем каждый полученный раствор перемешивали для приготовления образцов. Затем каждый образец краски нанесли на стеклянную пластинку, акриловую пластинку и стеклянную трубку флуоресцентной лампы и высушили при температуре от 120 до 180°С с образованием красочных образцов.

Эти образцы красок в начальном состоянии были помещены в контейнер из нержавеющей стали емкостью 1 м³. Стеклянную пластинку и акриловую пластинку соответственно облучили ультрафиолетовым светом от BLB-лампы (УФ-лампы BLACKLIGHT BLUE) с дозой излучения 1 мВт/см² и включили флуоресцентную лампу, помещенную в контейнер для измерения эффекта разложения формальдегида. Что касается измеряемых образцов, стеклянную пластинку и акриловую пластинку оставили стоять в помещении, и для флуоресцентной лампы провели испытание освещения, чтобы каждую неделю измерять способность каждого образца разлагать газ.

Согласно второму варианту осуществления, оксид магния, который поглощает SO_x и NO_xлегче, чем триоксид вольфрама, был добавлен в надлежащем количестве к краске, содержащей микрочастицы триоксида вольфрама для создания структуры, в которой пленка фотокатализатора, состоящая из полученной фотокаталитической краски для применения внутри помещений, была сформирована в флуоресцентной лампе. Эта структура обеспечивает то, что получены не только такие эффекты, как стерилизация и обеззараживание, которые являются специфическими для фотокатализатора, но и повреждение пленки фотокатализатора может быть ограничено во время применения, тем самым получая флуоресцентную лампу, имеющую длительный срок службы.

(Третий вариант осуществления)

Сначала, например, 4%-ный (по массе) водный раствор паравольфрамата аммония (образец) подавали через распылительную форсунку 53, показанную в ФИГ. 7, вместе со сжатым воздухом, который затем распыляли из головки распылительной форсунки 53 в атмосфере горячего воздуха при температуре 200°С в форме тумана, имеющего диаметр частиц от 1 до 10 мкм, для образования гранулированного сырьевого материала. В это время сжатый воздух подавали из трубопровода 55а вблизи головки распылительной форсунки 53 для подведения кислорода к микрочастицам фотокатализатора, распыляемого из распылительной форсунки 53. Когда концентрация водного раствора составляет 4% по массе, получается гранулированный сырьевой материал из паравольфрамата аммония, имеющий диаметр частиц от 0,04 до 0,4 мкм. Затем гранулированный сырьевой материал подвергли быстрой кратковременной термической обработке, проведенной при температуре 800°С в течение от 1 до 10 минут в сушильной камере 51 для принудительного высушивания сырьевого материала с его перекристаллизацией. Формируются микрочастицы фотокаталитического триоксида вольфрама, которые содержат микрочастицы триоксида вольфрама в качестве своего главного компонента и имеют средний диаметр частиц 0,5 мкм или менее, и предпочтительно 0,1 мкм или менее, и кристаллическую структуру моноклинной системы. Затем микрочастицы фотокатализатора в сушильной камере 51 собрали в контейнер 61 для продукта через циклон 60 при вытягивании воздуха из сушильной камеры 51 вытяжным вентилятором 62.

Согласно третьему варианту осуществления, вблизи головки распылительной форсунки 53 из трубопровода 55а для подведения кислорода к микрочастицам фотокатализатора подают сжатый воздух, благодаря чему могут быть получены WO₃-кристаллические фотокаталитические микрочастицы, содержащие меньшее количество кислородных дефектов. Кроме того, гранулированный сырьевой материал подвергают быстрой кратковременной термической обработке, проводимой при температуре 800°С в течение от 1 до 10 минут в сушильной камере 51, благодаря чему могут быть получены WO₃-кристаллические фотокаталитические микрочастицы с пониженным уровнем роста кристаллов.

ФИГ. 10 показывает микрофотографию метавольфрамата аммония, полученного в качестве гранулированного сырьевого материала в третьем варианте осуществления. ФИГ. 11 показывает микрофотографию WO₃-кристаллических фотокаталитических микрочастиц типа моноклинной системы, полученных подверганием гранулированного сырьевого материала, полученного в третьем варианте осуществления, быстрой кратковременной термической обработке, проводимой при температуре 800°С в течение от 1 до 10 минут. Из ФИГ. 10 понятно, что получен гранулированный сырьевой материал из метавольфрамата аммония, приготовленный из частиц, имеющих почти такой же диаметр частиц, хотя наблюдается небольшое различие между этими диаметрами.

(Четвертый вариант осуществления)

Микрочастицы этого варианта осуществления представляют собой микрочастицы триоксида вольфрама, приготовленные нагреванием/обжигом сырьевого материала при высокой температуре в течение одной минуты в воздушной атмосфере, с сырьевым материалом, полученным путем растворения имеющегося в продаже паравольфрамата аммония в водном растворителе с последующей перекристаллизацией.

ФИГ. 12 представляет собой характеристическую диаграмму, показывающую разлагающую способность относительно газообразного ацетальдегида для каждой фотокаталитической микрочастицы триоксида вольфрама, когда температура обжига варьирует до 600°С, 700°С, 800°С и 900°С в четвертом варианте осуществления. ФИГ. 13 представляет собой характеристическую диаграмму, показывающую разлагающую способность относительно газообразного ацетальдегида для каждой фотокаталитической микрочастицы триоксида вольфрама, когда температура обжига варьирует до 800°С, 900°С и 1000°С.

Оценка разлагающей способности, как показано в ФИГ. 12 и 13, была сделана при следующих условиях. Сначала, 0,1 г микрочастиц триоксида вольфрама поместили в чашку Петри, которую затем поставили в закрытый контейнер, имеющий емкость 200 см³. Затем в контейнере установили голубой светоизлучающий диод (LED) так, чтобы фотокаталитические микрочастицы могли быть облучены светом, имеющим эмиссионный спектр, как показанный в ФИГ. 3. Затем газообразный ацетальдегид ввели так, чтобы концентрация ацетальдегида в контейнере составила 10 млн^-1, и в то же время включили голубой светоизлучающий диод (LED) для измерения изменений концентрации газа со временем. Концентрацию измеряли, основываясь на показаниях газового датчика, установленного в контейнере для оценки концентрации путем относительного сравнения этих показаний. В графиках ФИГ. 12 и 13 ордината представляет относительное значение (%), изображающее показания датчика соответственно концентрации ацетальдегида. Эти фигуры ясно показывают ситуацию, где газ наполняет контейнер через 20-30 секунд после того, как он был введен в контейнер, и затем концентрация газа постепенно снижается благодаря эффекту разложения фотокатализатором. В ФИГ. 12 и 13 ради удобства максимальное значение показания датчика определяется как 100%.

Согласно результатам, показанным в ФИГ. 12 и 13, найдено, что эффект разложения является самым высоким, когда кристаллы, полученные растворением коммерческого продукта, то есть паравольфрамата аммония, который представляет собой сырьевой материал, в воде и диспергированием паравольфрамата аммония путем перекристаллизации, подвергаются обжигу при температуре 800°С, и что температура обжига предпочтительно составляет от 700 до 900°С. Как упомянуто выше, фотокаталитический материал этого варианта осуществления является превосходным в отклике на видимый свет оксида вольфрама, полученного только обжигом имеющегося в продаже продукта, и может быть улучшен в плане фотокаталитической активности.

(Пятый вариант осуществления)

Микрочастицы этого варианта осуществления представляют собой микрочастицы триоксида вольфрама, полученные путем нагревания/обжига частиц при температуре 800°С в течение определенного времени в воздушной атмосфере, частиц, полученных растворением имеющегося в продаже паравольфрамата аммония в водном растворителе с последующей перекристаллизацией.

ФИГ. 14 представляет собой характеристический график, показывающий способность фотокаталитических микрочастиц триоксида вольфрама разлагать газообразный ацетальдегид, когда время обжига варьирует до 30 секунд (линия (а)), 1 минуты (линия (b)), 5 минут (линия (с)), 10 минут (линия (d)) и 15 минут (линия (е)). Условия оценки разлагающей способности и значение обозначений в графике такие же, как таковые в ФИГ. 12 и 13.

Согласно результатам ФИГ. 14, найдено, что высокая способность разлагать газ наблюдается, когда время обжига составляет от 1 до 5 минут.

(Шестой вариант осуществления)

Осветительное устройство согласно шестому варианту осуществления настоящего изобретения имеет конструкцию, как показано в ФИГ. 16 и 17. Здесь ФИГ. 16 представляет собой перспективный вид в разобранном состоянии вышеупомянутого осветительного устройства, и ФИГ. 17 представляет собой увеличенное изображение в разрезе существенной части устройства из ФИГ. 16. Этот вариант осуществления имеет отношение к осветительному устройству, использующему светопроницаемый экран (крышку), снабженный поглощающим ультрафиолетовые лучи слоем, прежде всего включающий экранирующее от ультрафиолетового излучения вещество на его внутренней поверхности.

Осветительное устройство 71 представлено с корпусом 72 устройства, смонтированным непосредственно на потолке с помощью потолочного крюка, присоединенного к потолку, и переходника, присоединенного к потолочному крюку. Этот корпус 72 устройства имеет дискообразную форму и оснащен выступающей в виде ступеньки частью 73, имеющей большой размер по толщине в его центральной части, и также снабжен круглым отверстием 74 в центре выступающей ступеньки 73, чтобы вставлять и механически присоединять переходник.

Кроме того, в периферической части корпуса 72 устройства предусмотрены два ламповых патрона 75 и два держателя 76 для ламп. Две кольцеобразных светоизлучающих трубки 77 флуоресцентной лампы, которые являются источником света, например, светоизлучающие газоразрядные трубки мощностью 32 Вт и 40 Вт, различающиеся между собой внешним диаметром, которые электрически и механически соединены с ламповыми патронами 75 и механически поддерживаются ламповыми держателями 76, расположены концентрически так, чтобы окружать выступающую ступенчатую часть 73. Кроме того, в части отверстия 74 сформирован патрон 78, и в этот патрон 78 вставлена лампа 79, такая как маленькая электрическая лампочка.

Колпак 80 как осветительная оптическая часть является съемным и присоединен к корпусу 72 устройства так, чтобы закрывать нижнюю часть и боковую часть корпуса 72 устройства и детали, присоединенные к корпусу 72 устройства. Колпак 80 снабжен акриловым покровным базовым материалом 81 для освещения, который сформирован из полупрозрачного материала, такого как стекло или полимер, в форме с изогнутой поверхностью, равномерно выпуклой вниз. Фотокаталитический слой 82, изготовленный из микрочастиц триоксида вольфрама, имеющих кристаллическую структуру моноклинной системы и средний диаметр частиц 0,1 мкм, сформирован на наружной поверхности базового материала 81. Здесь фотокаталитический слой 82 сформирован следующим образом. Во-первых, паравольфрамат аммония (АРТ) с диаметром частиц около 100 мкм, который представляет собой сырьевой материал и имеющийся в продаже продукт, размалывают до частиц, имеющих средний диаметр частиц от 0,05 до 0,1 мкм, с помощью шаровой мельницы или планетарной мельницы, и затем полученные микрочастицы нагревают при температуре 500°С в течение 8 часов в воздушной атмосфере с образованием микрочастиц триоксида вольфрама. Затем эти микрочастицы триоксида вольфрама и связующий компонент подвергают обработке в условиях диспергирующего смешения с использованием растворителя с образованием краски, которую затем наносят на базовый материал 81 с помощью распылительного пистолета, с последующим высушиванием и тем самым формированием фотокаталитического слоя.

Согласно шестому варианту осуществления, фотокаталитический слой 82 формируется на поверхности базового материала 81 с использованием краски, в которой диспергированы микрочастицы триоксида вольфрама и связующий компонент, и поэтому нет необходимости проводить термическую обработку при высокой температуре после формирования пленки. Поэтому фотокаталитическую функцию можно сообщить покрываемому предмету, даже если предмет представляет собой базовый материал, такой как органический базовый материал, и достаточная активность может быть получена даже в случае нанесения покрытия на наружную поверхность акрилового колпака.

Следует отметить, что в шестом варианте осуществления фотокаталитический слой 82 формируется на наружной поверхности базового материала 81. Однако фотокаталитический слой не ограничивается вышеупомянутой конструкцией и может быть сформирован в виде объединенного элемента, например, примешиванием фотокаталитического материала в полимер, составляющий базовый материал 81.

ФИГ. 15 представляет собой изображение, показывающее соотношение между длиной волны и коэффициентом отражения в случае применения WO₃-фотокатализатора (линия а) и в случае применения TiO₂-фотокатализатора (кривая линия b) в шестом варианте осуществления. Кривая линия с в ФИГ. 15 показывает коэффициент пропускания акрилового колпака, и кривая линия d показывает спектральное распределение света, излучаемого флуоресцентной лампой трех длин волн. Как ясно из графика ФИГ. 15, понятно, что триоксид вольфрама в этом варианте осуществления эффективно поглощает видимый свет в диапазоне от голубого света до голубовато-зеленого света, имеющего длину волны от 400 до 500 нм, и пропускаемый акриловым колпаком как источник энергии для активирования фотокатализатора.

(Седьмой вариант осуществления)

Этот вариант осуществления представляет собой конструкцию, в которой WO₃-фотокаталитический слой формируется на отражательной поверхности базового материала, изготовленного из пластины цветной стали для осветительных приборов. Фотокаталитический слой был сформирован следующим образом. Более конкретно, сначала паравольфрамат аммония (АРТ) с диаметром частиц около 100 мкм, который представляет собой сырьевой материал и имеющийся в продаже продукт, размалывают до частиц, имеющих средний диаметр частиц от 0,05 до 0,1 мкм с помощью шаровой мельницы или планетарной мельницы, и затем полученные микрочастицы нагревают при температуре 500°С в течение 8 часов в воздушной атмосфере с образованием микрочастиц триоксида вольфрама. Затем эти микрочастицы триоксида вольфрама и связующий компонент подвергают обработке в условиях диспергирующего смешения с использованием растворителя с образованием краски, которую затем наносят на отражательную поверхность базового материала, изготовленного из стальной пластины, с помощью распылительного пистолета, с последующим высушиванием и тем самым формированием фотокаталитического слоя.

Седьмой вариант осуществления проявляет такой же эффект, как шестой вариант осуществления.

ФИГ. 18 представляет собой характеристическую диаграмму, показывающую соотношение между временем и остаточным уровнем ацетальдегида осветительного устройства в седьмом варианте осуществления и флуоресцентной лампой с TiO₂-фотокатализатором (линия а), флуоресцентной лампой с TiO₂-фотокатализатором (линия b) и осветительным устройством с TiO₂-фотокатализатором и флуоресцентной лампой с TiO₂-фотокатализатором (линия с). Как ясно из графика ФИГ. 18, фотокаталитический слой, сформированный на поверхности отражательной пластины базового материала осветительного устройства, когда фотокаталитический слой формируется с использованием микрочастиц триоксида вольфрама моноклинной системы, превосходит по фотокаталитическому эффекту таковой, когда фотокаталитический слой формируется с использованием общеупотребительных TiO₂-микрочастиц.

(Восьмой вариант осуществления)

Сначала порошок паравольфрамата аммония был подвергнут разложению при нагревании на воздухе с образованием оксида, тем самым с получением порошка оксида вольфрама (WO₃). Затем этот порошок рассортировали для получения порошка оксида вольфрама, имеющего средний диаметр частиц 0,2 мкм. Затем операции обжига и сортировки повторили несколько раз для приготовления различных партий порошков оксида вольфрама, которые затем были смешаны и гомогенизированы таким образом, чтобы не повредить порошок, с приготовлением тем самым образцов 1-5.

Затем приготовили пять контейнеров из стекла «Пирекс» (емкостью 3 литра), и 1 г порошка отобрали из каждого образца и поместили в контейнер вместе с 20 млн^-1 ацетальдегида. Установили голубой светоизлучающий диод (голубой LED), имеющий пиковую длину волны 460 нм, и светом от такового облучали контейнер в течение 2 часов для измерения количества ацетальдегида с помощью многогазового монитора, тем самым определяя разлагающую способность (%) (было принято первое испытание разлагающей способности).

Далее, источник света заменили на солнечный свет, флуоресцентный свет (обычную флуоресцентную лампу, использующую галофосфат кальция в качестве флуоресцентного вещества; торговое наименование: FL20SS, производство фирмы Toshiba Lighting & Technology Corporation) или зеленый светоизлучающий диод, имеющий пиковую длину волны 530 нм (пиковая длина волны показана в ФИГ. 20) для измерения разлагающей способности. Результаты показаны ниже в Таблице 1. Доза светового излучения была стандартизирована до 3 мВт/см² в случае голубого светоизлучающего диода (голубой LED, длина волны: 460 нм), флуоресцентной лампы (длина волны: от 400 до 650 нм) и зеленого светоизлучающего диода (зеленый LED, длина волны: 530 нм). Доза излучения солнечного света (длина волны: от 300 до 800 нм) составляла 10 мВт/см².

Для сравнения измерили также образец, использующий порошок оксида титана, имеющий средний диаметр частиц 0,2 мкм. В Таблице 1 образцы 1-4 представляют собой образцы согласно настоящему изобретению, образец 5 представляет собой сравнительный образец, использующий оксид вольфрама, который не обладает разлагающей способностью согласно настоящему изобретению, и образец 6 представляет собой сравнительный образец, измеренный с использованием порошка оксида титана, имеющего средний диаметр частиц 0,2 мкм.

Описаны результаты испытания разлагающей способности, когда каждый образец был возбужден голубым светоизлучающим диодом (LED) (ФИГ. 21), солнечным светом (ФИГ. 22), флуоресцентной лампой (ФИГ. 23) и зеленым светоизлучающим диодом (LED) (ФИГ. 24) (абсцисса соответствует времени (мин), и ордината соответствует разлагающей способности (%)). В ФИГ. 21-24 линии а, b, с, d, e и f показывают образцы 1, 2, 3, 4, 5 и 6 соответственно.

Как ясно из Таблицы 1 и ФИГ. 21-24, было найдено, что фотокаталитические материалы, такие как образцы 1-4, каждый из которых дает лучшие характеристики благодаря разлагающей способности с голубым светоизлучающим диодом (LED), также проявляют лучшие характеристики, когда облучаются солнечным светом или светом от флуоресцентной лампы.

С другой стороны, когда значение разлагающей способности, полученное с голубым светоизлучающим диодом (LED), было более низким, чем 50%, как в случае с образцом 5, хорошие результаты также не были получены, когда образец был облучен солнечным светом или светом от флуоресцентной лампы. Кроме того, когда был использован свет, подобный зеленому светоизлучающему диоду (LED), не имеющий пиковой длины волны в диапазоне длин волн от 430 до 500 нм, разлагающая способность образца едва проявлялась. Более того, было также обнаружено, что существует различие в разлагающей способности между партиями, даже если способ получения был тем же самым. Поэтому является результативным проводить выбор с помощью испытания разлагающей способности согласно настоящему изобретению.

(Девятый вариант осуществления)

Показаны результаты измерений с помощью второго испытания разлагающей способности. Во-первых, были получены образцы 7 и 8, каждый как вольфрамовый порошок, имеющий средний диаметр частиц 0,1 мкм, тем же способом, как в восьмом варианте осуществления. Затем приготовили три контейнера из стекла «Пирекс» (емкостью 3 литра), и 0,1 г порошка оксида вольфрама отобрали из вышеупомянутого образца, взвесили и поместили в каждый контейнер. Затем ввели 10 млн^-1 ацетальдегида, и затем порошок оксида вольфрама облучили голубым светом с использованием голубого светоизлучающего диода (LED), имеющего пиковую длину волны 470 нм, для измерения остаточного количества ацетальдегида с использованием многогазового монитора через 0,5 часа (30 минут), тем самым определяя остаточный уровень.

Результаты, как показанные в фиг. 5, упомянуты выше. В ФИГ. 5 линия а показывает образец 7, линия b показывает образец 8 и линия с показывает сравнительный образец, в котором не был использован фотокатализатор и не проводилось облучение светом. Остаточный уровень, когда время облучения составляет 0,5 часа, составляет 38% в случае образца 7 (пример), 70% в случае образца 8 (сравнительный пример) и 99% в случае сравнительного примера.

Кроме того, когда наблюдали картины рентгеновской дифракции образцов 7 и 8, образец 7 имел моноклинную систему в качестве своей главной фазы, и образец 8 имел триклинную систему в качестве своей главной фазы. Из этих результатов можно сказать, что порошок оксида вольфрама предпочтительно имеет моноклинную систему в качестве своей главной фазы.

(Десятый вариант осуществления)

Первое испытание разлагающей способности было проведено таким же образом, как в восьмом варианте осуществления, с использованием такого же образца, как образец 2, за исключением того, что отличался средний диаметр частиц. Результаты показаны в Таблице 2, приведенной ниже.

Из таблицы 2 найдено, что по мере уменьшения диаметра частиц характеристики все более улучшаются.

(Одиннадцатый вариант осуществления)

В этом варианте осуществления первое испытание разлагающей способности, в котором варьировала доза светового излучения, было проведено с использованием образца 2 для изучения вариаций разлагающей способности. Результаты показаны в Таблицах 3 и 4.

Из Таблиц 3 и 4 понятно, что доза светового излучения составляет предпочтительно 1 мВт/см² или более. Кроме того, результаты испытания разлагающей способности, когда доза светового излучения от голубого светоизлучающего диода варьирует, как показано в Таблице 3, иллюстрированы в ФИГ. 25. Линии a, b, c, d, e и f показывают результаты, когда доза светового излучения (мВт/см²) составляет 0,1, 1, 3, 5 и 10. Из ФИГ. 25 понятно, что по мере увеличения дозы светового излучения повышается скорость разложения. Однако было обнаружено, что, когда доза светового излучения превышает 5 мВт/см², не наблюдается существенного различия в скорости разложения.

(Двенадцатый вариант осуществления)

Сначала порошок WO₃ образца 2 и порошок TiO₂ образца 6 были смешаны в заранее заданных количествах для приготовления фотокаталитических композиций. Затем каждый из образцов, имеющих разные соотношения компонентов смеси, был подвергнут первому испытанию разлагающей способности, в котором каждый образец был возбужден голубым светоизлучающим диодом (LED) или солнечным светом, для изучения различий в способности. Результаты показаны ниже в Таблице 5.

Из Таблицы 5 найдено, что, когда порошок WO₃ смешивают с порошком TiO₂, улучшается разлагающая способность, которая проявляется при возбуждении светом, включающим ультрафиолетовую область, таким как солнечный свет. Однако, когда содержание порошка TiO₂ превышает 50% по массе, полученные характеристики подобны таковым, найденным с использованием только порошка TiO₂, в каковом случае смешение с порошком WO₃ почти не проявляет эффекта согласно изобретению.

(Тринадцатый вариант осуществления)

В этом варианте осуществления был использован порошок WO₃ образца 2 и подвергнут первому испытанию разлагающей способности в условиях варьирования количества образца для измерения периодов времени, требуемого для разложения 50% и 90% из 20 млн^-1 ацетальдегида. Результаты показаны ниже в Таблице 6.

Из Таблицы 6 было найдено, что, если количество фотокаталитического материала увеличивается, разлагающая способность резко улучшается. Также было обнаружено, что, если количество фотокатализатора увеличивается, это приводило к раннему возрастанию развития разлагающей способности так, что время, требуемое для разложения 50% ацетальдегида, было более коротким.

(Четырнадцатый вариант осуществления)

ФИГ. 26 представляет собой концептуальный вид, показывающий вариант исполнения дезодорирующего устройства согласно настоящему изобретению. В ФИГ. 26 ссылочная позиция 91 представляет дезодорирующий фильтр. Лампа 92 располагается на боковой стенке дезодорирующего фильтра 91. Дезодорирующий фильтр 91 и лампа 92 помещены в корпус 93 дезодорирующего устройства, используемый как футляр.

Дезодорирующий фильтр 91 изготовлен путем формирования пленки фотокатализатора, главным образом содержащей микрочастицы WO₃, имеющие средний диаметр частиц от 0,05 до 0,1 мкм, на поверхности базового материала, причем поверхность сделана проницаемой так, чтобы проводить дезодорирование, когда обеспечивается протекание воздуха. Короче говоря, дезодорирующему фильтру 91 придана функция улавливания пыли. Альтернативно, пылеулавливающий фильтр может быть расположен на фронтальной секции воздушного канала дезодорирующего фильтра 91. В качестве фотокаталитического материала в этом варианте осуществления применялись таковые, проявляющие разлагающую способность 90% или более в первом испытании разлагающей способности, и остаточное количество 40% или менее во втором испытании разлагающей способности.

Лампа 92 применяется для облучения светом, включающим лучи видимого света, дезодорирующего фильтра 91 для активирования пленки фотокатализатора, и в качестве лампы 92 могут быть использованы флуоресцентная лампа, ртутная лампа высокого давления, светоизлучающий диод или тому подобные. Корпус 93 дезодорирующего устройства снабжается средством нагнетания воздуха, источником электроэнергии и средством контроля. Далее, пахучий газ подвергается разложению и дезодорированию с помощью пленки фотокатализатора дезодорирующего фильтра 91, когда он пропускается через дезодорирующий фильтр 91.

ФИГ. 27 представляет собой график, показывающий результаты фотокаталитического эффекта, измеренного в этом варианте осуществления. В ФИГ. 27 абсцисса представляет время (мин) и ордината представляет концентрацию (млн^-1) ацетальдегида (СН₃СНО). Это измерение было проведено с целью изучения разложения ацетальдегида, то есть дезодорирующего эффекта. Что касается условий измерения, то дезодорирующее устройство из ФИГ. 11 было помещено в контейнер емкостью 0,2 м³, наполненный 500 млн^-1 ацетальдегида, для приведения в действие дезодорирующего устройства, измеряя тем самым изменение концентрации ацетальдегида с помощью многогазового монитора (торговое наименование: 1302-type, изготовленный фирмой B & K company), в то же время перемешивая атмосферу в контейнере. Линия а получена, когда эти результаты нанесены на график. Кроме того, для сравнения, лампа была заменена на бактерицидную лампу, которая представляла собой источник ультрафиолетового света, и дезодорирующий фильтр (линия b), сформированный из пленки фотокатализатора, содержащей оксид титана в качестве своего главного компонента, и дезодорирующий фильтр (линия с), не содержащий пленки фотокатализатора, были использованы в качестве дезодорирующего фильтра для измерения изменения концентрации ацетальдегида при таких же условиях, как выше.

Как ясно из ФИГ. 27, в этом варианте осуществления концентрация ацетальдегида снижается до 20% в течение 30 минут после включения лампы. Напротив, в случае фотокатализатора из оксида титана (линия b) концентрация ацетальдегида понижалась только на 35%, и в случае, когда пленка фотокатализатора не была сформирована (линия с), концентрация ацетальдегида едва снизилась в течение 30 минут после включения лампы. Вышеупомянутым фактом было подтверждено, что пленка фотокатализатора, содержащая микрочастицы WO₃ в качестве своего главного компонента согласно этому варианту осуществления, оказывала превосходное действие на разложение ацетальдегида, когда ее облучали видимым светом.

(Пятнадцатый вариант осуществления)

ФИГ. 28 представляет концептуальный увеличенный вид сечения существенной части, показывающий еще один вариант осуществления фотокаталитического продукта согласно настоящему изобретению. В ФИГ. 28 ссылочная позиция 94 представляет базовый материал, изготовленный из натриево-кальциево-силикатного стекла, и ссылочная позиция 95 представляет пленку фотокатализатора. Пленка 95 фотокатализатора главным образом состоит из порошка оксида вольфрама, имеющего средний диаметр частиц от 0,05 до 0,1 мкм. Порошки связаны с базовым материалом 94 с помощью связующего средства, такого как микрочастицы оксида кремния, и размещены на базовом материале 94 с образованием пленки 95 фотокатализатора. В качестве порошка оксида вольфрама были использованы таковые, проявляющие разлагающую способность 90% или более в первом испытании разлагающей способности, и остаточное количество 40% или менее во втором испытании разлагающей способности.

Когда пленку 94 фотокатализатора облучают светом, включающим лучи видимого света, имеющего длину волны 400 нм или более, порошок оксида вольфрама испытывает фотовозбуждение. Затем электроны, возбужденные для движения в зону проводимости из валентной зоны, реагируют с кислородом воздуха с образованием супероксида, и дырки, остающиеся в валентной зоне, реагируют с водой или тому подобными с образованием ОН-группы. Вещества, образуемые таким путем, вызывают реакцию окисления органических материалов, связанных с поверхностью пленки фотокатализатора. Органические материалы окисляются и разлагаются, обеспечивая тем самым эффекты обеззараживания, дезодорирования и бактерицидное действие.

Кроме того, что касается бактерицидного действия, фотокатализатор проявляет такой эффект, что размножение бактерий, сорбированных поверхностью фотокатализатора, ограничивается окислительным воздействием порошка оксида вольфрама. Было подтверждено, что этот эффект почти пропорционален скорости разложения красителей. Между тем, уровень бактерицидного воздействия еще более улучшается в комбинации с облучением ультрафиолетовыми лучами, имеющими длину волны от 200 до 400 нм. Из этих длин волн ультрафиолетовые лучи, имеющие длину волны около 250 нм, оказывают самое сильное действие. Более того, для ультрафиолетовых лучей, имеющих длину волны около 350 нм, бактерицидное действие снижается до 1/1000 от таковой для ультрафиолетовых лучей, имеющих длину волны около 250 нм. Более того, бактерицидное действие ультрафиолетовых лучей, имеющих длину волны около 350 нм, повышается в комбинации с фотокаталитическим эффектом. В результате, поскольку уровень бактерицидного действия определяется скоростью адсорбции на поверхности фотокатализатора, более сильное бактерицидное действие не предполагается, и поэтому предпочтительно использовать ультрафиолетовые лучи, имеющие длину волны около 250 нм.

ФИГ. 29 представляет собой концептуальный вид для разъяснения гидрофильной способности фотокаталитического вещества в этом варианте осуществления. Ссылочная позиция 96 представляет водяную каплю, нанесенную на пленку 95 фотокатализатора. Понятно, что, когда контактный угол θ пленки 95 фотокатализатора с каплей 96 воды составляет 60° или менее, пленка 95 фотокатализатора является гидрофильной. В ФИГ. 29 параметр L представляет собой касательную линию.

Из вышеупомянутых результатов найдено, что фотокаталитический продукт в этом варианте осуществления может быть применен для бактерицидных целей и также для вариантов использования, которые требуют фотокаталитического эффекта в отношении не только газообразных компонентов, но и водных растворов, поскольку он обладает гидрофильными свойствами.

Следует отметить, что это изобретение не ограничивается вышеупомянутыми вариантами осуществления в их точном смысле, и может быть реализовано с модифицированием структурных элементов без выхода за пределы сущности в практическом плане. Кроме того, можно вообразить разнообразные варианты при надлежащих комбинациях множества структурных элементов, раскрытых в вышеописанных вариантах осуществления. Например, несколько структурных элементов могут быть изъяты из всех структурных элементов, показанных в вариантах осуществления. Более того, структурные элементы из различных вариантов осуществления могут быть скомбинированы.

Реферат

Изобретение относится к фотокагалитическим материалам и их использованию. Описан фотокаталитический материал, включающий в себя в качестве главного компонента порошок оксида вольфрама, имеющий средний диаметр частиц 0,5 мкм или менее и содержащий главным образом моноклинные кристаллы, возбуждаемый источником света, который испускает свет, имеющий длину волны от 430 до 500 нм, с пиковой длиной волны 460 нм ±10 нм, причем фотокаталитический материал имеет разлагающую способность 50% или более, причем эта разлагающая способность определяется следующим уравнением, основанным на следующем испытании разлагающей способности: 1 г порошка оксида вольфрама и 20 млн-1 ацетальдегида (количество А) помещают в 3-литровый воздухонепроницаемый стеклянный контейнер и измеряют ацетальдегид (количество В) после облучения смеси светом с пиковой длиной волны 460 нм ±10 нм в течение 2 часов для измерения разлагающей способности (%): Разлагающая способность (%) = [(количество А ацетальдегида - количество В ацетальдегида)/количество А ацетальдегида]×100. Также описан фотокаталитический материал, включающий в себя в качестве главного компонента микрочастицы оксида вольфрама, имеющие средний диаметр частиц 0,5 мкм или менее и содержащие главным образом моноклинные кристаллы, возбуждаемый облучением голубым светом с пиковой длиной волны 460 нм ±10 нм, причем фотокаталитический материал имеет остаточный уровень ацетальдегида 50% или менее согласно следующему уравнению, основанному на следующем испытании разлагающей способности: 0,1 г порошка оксида вольфрама и 10 млн-1 ацетальдегида помещают в 3-литровый воздухонепроницаемый стеклянный контейнер и и

Формула