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Dokumentenidentifikation DE19905546A1 19.08.1999
Titel Photokatalysator und diesen umfassender funktioneller Gegenstand
Anmelder Toshiba Lighting & Technology Corp., Tokio/Tokyo, JP
Erfinder Saitou, Akiko, Yokohama, Kanagawa, JP
Vertreter Blumbach, Kramer & Partner GbR, 81245 München
DE-Anmeldedatum 10.02.1999
DE-Aktenzeichen 19905546
Offenlegungstag 19.08.1999
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.08.1999
IPC-Hauptklasse B01J 35/10
IPC-Nebenklasse B01J 21/06   B01J 23/00   B01J 27/14   B01J 27/04   B01J 27/057   A61L 9/20   H01K 1/32   H01J 61/35   
Zusammenfassung Ein Photokatalysator weist einen Photokatalysator-Film (2) und Transparent-Teilchen (3) auf, die wenigstens eine Oberfläche des Photokatalysator-Films (2) bedecken. Die Transparent-Teilchen (3) erlauben, daß Strahlung und Gase den Photokatalysator-Film (2) erreichen. Der Photokatalysator-Film (2) kann aus Teilchen hergestellt werden. Die Oberflächen der Photokatalysator-Teilchen können von den Transparent-Teilchen (3) bedeckt werden. Die Transparent-Teilchen (3) verhindern, daß Verunreinigungen mit dem Photokatalysator-Film (2) in Kontakt treten und an dem Photokatalysator-Film (2) haften. Die Strahlung, die den Photokatalysator-Film (2) erreicht, aktiviert diesen, so daß der Photokatalysator-Film (2) die Gase zersetzt, wie beispielsweise Gase, die Gerüche hervorrufen, was eine Desodorierung zur Folge hat.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der japanischen Patentanmeldung 10-310,27, eingereicht am 13. Februar 1998, deren Inhalt durch die Inbezugnahme in die vorliegende Anmeldung übernommen wird.

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Photokatalysator und einen funktionellen Gegenstand, der den Photokatalysator verwendet.

Es ist bekannt, einen Photokatalysator-Film zur Geruchsverbesserung (Desodorierung), zur Verhinderung von Verunreinigungen und zur Verhinderung des Bakterienwachstums zu verwenden. Die meisten Photokatalysator-Filme sind Halbleiter. Wenn der Photokatalysator-Film optische Energie aus ultravioletter Strahlung absorbiert, dissoziiert er elektrolytisch unter Bildung von Elektronen und Löchern. Die Elektronen und Löcher reagieren mit Sauerstoff und Wasser in der Photokatalysator-Film-Oberfläche und bilden Sauerstoff-Radikale, die eine Oxidations-Reduktions-Reaktion der organischen Substanzen in den Verunreinigungen oder Geruchsstoffen durchführen.

In jüngster Zeit wurden Photokatalysator-Filme in funktionellen Gegenständen wie beispielsweise Baustoffen, Beleuchtungskörpern und Lampen getestet, und die Nützlichkeit solcher Filme wurde beobachtet. Der Begriff "funktionelle Gegenstände" bedeutet beliebige hergestellte Waren oder alles was im täglichen Leben nützlich ist.

In jüngster Zeit wurden Wohnungen stark luftdicht gebaut, um Energie zu sparen. In derartigen Wohnungen sammeln sich flüchtige organische Verbindungen (VOCs) und Formaldehyd im Haus an und haben einen schlechten Einfluß auf den menschlichen Körper. VOCs und Formaldehyd werden hauptsächlich aus neu gebautem Wandmaterial, neu hergestellten Einrichtungsgegenständen, etc. emittiert. Formaldehyd ist ein farbloses Gas mit einem starken Geruch und wird zur Sterilisation, zur Verhinderung von Zersetzung, etc. verwendet.

Photokatalysator-Filme wurden ebenso in funktionellen Gegenständen für den Innenbereich wie beispielsweise Reflektoren oder Beleuchtungskörpern, etc. verwendet. Wenn ultraviolette Strahlung aus den Lampen auf den Photokatalysator-Film trifft, wird der Photokatalysator-Film aktiviert. VOCs und Formaldehyd im Haus werden zersetzt und es wurde erwartet, daß dies das Problem löst, das durch solche Materialien hervorgerufen wird.

Um das Desodorierungs-Vermögen des Photokatalysator-Films zu verbessern, ist es nötig, die Oberfläche des Photokatalysator-Films zu vergrößern. Jedoch absorbiert der Photokatalysator-Film nicht nur Gerüche, sondern auch Verunreinigungen. Deshalb werden Verunreinigungen in dem Teil des Films zersetzt, der am stärksten mit ultravioletter Strahlung bestrahlt wird. In dem Teil, in dem die ultraviolette Strahlung schwach ist, werden jedoch Verunreinigungen nicht zersetzt. Aus diesem Grund wird ein Streifenmuster von Verunreinigungen auf dem Photokatalysator-Film gebildet. Deshalb werden Verunreinigungen auf dem Film erkennbar.

Dementsprechend stellt die vorliegende Erfindung einen Photokatalysator mit einer Desodorierungs-Wirkung bereit, an dem Verunreinigungen selten anhaften.

Der Photokatalysator gemäß der vorliegenden Erfindung schließt ein Substrat, einen Photokatalysator-Film auf dem Substrat und Transparent-Teilchen ein. Die Transparent- Teilchen erlauben, daß Gase und Strahlung den Photokatalysator-Film erreichen. Die Transparent-Teilchen haften wenigstens an den Photokatalysator-Teilchen auf der Oberfläche des Photokatalysator-Films, die vom Substrat entfernt ist.

Da die Photokatalysator-Teilchen auf der Oberfläche des Photokatalysator-Films von den Transparent-Teilchen bedeckt werden, werden die Verunreinigungen durch die Transparent-Teilchen blockiert und können nicht mit den Photokatalysator-Teilchen in Kontakt treten oder an diesen haften. Jedoch können Gase, die Gerüche bilden, und Strahlung durch die Schicht der Transparent-Teilchen hindurchtreten. Da der Photokatalysator-Film aktiviert ist und Gase, die Gerüche verursachen, zersetzt werden, wird deshalb eine Desodorierung gut durchgeführt.

Mit anderen Worten: die Transparent-Teilchen fungieren als Filter, um das Eindringen von Verunreinigungen zu verhindern, während gleichzeitig erlaubt wird, daß Strahlung und das Gas, das Gerüche hervorruft, hindurchtreten. Aus diesem Grund sinkt sogar dann, wenn Bestrahlung ungleichmäßig den Photokatalysator-Film bestrahlt, der Grad, bei dem Verunreinigungen an dem Photokatalysator-Film anhaften und ein Verschinutzen des Photokatalysator-Films hervorrufen, beträchtlich.

Verschiedene Ausführungsformen der Erfindung werden im Detail unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine vergrößerte Teil-Schnittansicht einer ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine Graphik, die die Desodorierungs-Wirkung des Photokatalysator-Films gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 3 eine Ansicht, zum Teil im Schnitt, einer zweiten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 eine Ansicht, zum Teil im Schnitt, einer ersten Ausführungsform eines funktionellen Gegenstandes gemäß der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 5 eine Ansicht, zum Teil im Schnitt, einer zweiten Ausführungsform eines funktionellen Gegenstandes gemäß der vorliegenden Erfindung.

In den verschiedenen Figuren geben gleiche Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile oder Elemente an. Eine doppelte Beschreibung wird soweit als möglich vermieden.

Solange nichts anderes angegeben ist, sind Definitionen von Begriffen und technische Bedeutungen diejenigen, die nachfolgend angegeben sind.

Substrat

Das Substrat kann jedes Material zum Halten und Ausbilden des Photokatalysator-Films sein. Das Substrat kann ein funktioneller Gegenstand sein, wie beispielsweise Fliesen, Fensterglas, Deckenpaneele, Tapeten und Vorhänge, Material für die Innenausstattung, Haushaltsgegenstände, Sanitärausstattung, elektrische Haushaltsgeräte, Lampen, Beleuchtungskörper oder Staubfilter. Außerdem kann der funktionelle Gegenstand ein Filter zum Desodorieren sein.

Zusätzlich kann der ganze funktionelle Gegenstand oder ein Teil des funktionellen Gegenstandes das Substrat bilden. Beispielsweise ist es bei Baustoffen oder Materialien für die Innenausstattung erwünscht, diese in ihrer Gesamtheit als Substrat zu verwenden. Jedoch kann es erwünscht sein, nur einen Teil von elektrischen Haushaltsgeräten, Beleuchtungskörpern, etc. als Substrat zu verwenden.

Das Substrat kann Metall, Glas, Keramik, Porzellan, Stein, synthetisches Harz, Holz,etc. sein. Außerdem kann eine geeignete Basisschicht auf dem Substrat gebildet werden, um den Photokatalysator-Film zu bilden. Die Basisschicht kann beispielsweise auf Siliciumdioxid (SiO2) als Hauptbestandteil basieren. Mit einer derartigen Basisschicht verbessert sich die Wirkung des Photokatalysators.

In der vorliegenden Erfindung kann jedes direkte oder indirekte Verfahren verwendet werden, um das Substrat zu bilden.

Photokatalysator-Film

Der Hauptbestandteil des Photokatalysator-Films ist typischerweise die Photokatalysator- Substanz. Die Photokatalysator-Substanz kann TiO2, WO3, LaRhP3, FeTiO3, Fe2O3, CdFe2O4, und SrTiO3, CdSe, GaAs, GaP, RuO2, ZnO, CdS, MoS3, LaRhO3, CdFeO3, Bi2O3, MoS2, In2O3, CdO, SnO2, etc. sein. Diese Substanzen können getrennt voneinander verwendet werden. Außerdem können zwei oder mehrere von ihnen gemischt und verwendet werden.

TiO2, WO3, SrTiO3, Fe2O3, CdS, MoS3, Bi2O3, MoS2, In2O3, CdO, etc. haben ein Redox-Potential, dessen absoluter Wert im Valenz-Elektronenband größer ist als im Leitungs- Elektronenband. Das Oxidationsvermögen dieser Substanzen ist größer als ihr Reduktionsvermögen. Deshalb zeichnen sich diese Materialien beim Desodorieren durch Zersetzung, bei der Zersetzung von Verunreinigungen und bei der Verhinderung von Bakterienwachstum aus. Außerdem sind TiO2, Fe2O3 und ZnO zu wirtschaftlichen Bedingungen erhältlich.

Darüber hinaus wird zur Zeit als das am meisten wirksame Material unter diesen Substanzen mit Photokatalysator-Wirkung Titanoxid angesehen. Während Titanoxid eine bemerkenswerte Photokatalysator-Wirkung aufweist, ist es darüber hinaus wirtschaftlich. Außerdem ist es leicht zu erhalten. Kristallines Titanoxid existiert in einer Rutil-Form und einer Anatas-Form. Die Anatas-Form hat eine ausgezeichnete Photokatalysator-Wirkung.

Wenn die Dicke des Photokatalysators zwischen etwa 0,5 mm und etwa 0,3 µm liegt, ist die Photokatalysator-Wirkung besonders gut. Wenn der Photokatalysator-Film zu dick ist, nimmt die Transmission für sichtbares Licht ab, was ein Problem für solche Anwendungen ist, die erfordern, daß sichtbares Licht durch den Film hindurchtritt. Deshalb sollte die Dicke des Films beschränkt werden, um die erwünschte Durchlässigkeit von sichtbarem Licht zu erhalten. Wenn die Dicke des Photokatalysator-Films groß ist, wird ebenso die Haftung des Films auf dem Substrat im allgemeinen sinken.

Zusätzlich kann ein transparentes Haftmaterial, das allgemein bekannt ist, verwendet werden, um die Photokatalysator-Teilchen zu binden. Das Alkoxid des Metalls, das die Photokatalysator-Substanz bildet, kann als Haftmaterial verwendet werden. In diesem Fall kann Wasser dem Metallalkoxid zugesetzt werden, um eine Hydrolyse hervorzurufen.

Danach wird das Endprodukt hitzebehandelt, um einen Teil des Photokatalysator-Films zu bilden. Diese Hitzebehandlung und die resultierende Kristallisation geschehen bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen.

Der Photokatalysator-Film wird gewöhnlicherweise unter Verwendung des Sol-Gel-Verfahrens gebildet. Dieses Verfahren schließt eine Hitzebehandlung ein, so daß das Substrat in der Lage sein muß, Hitzebehandlungs-Temperaturen standzuhalten. Im Gegensatz dazu, kann der Photokatalysator-Film auf einem Niedertemperatur-Substrat ohne hohes Erhitzen gebildet werden, beispielsweise einem synthetischen Harz, etc. Dies kann erreicht werden durch Verwendung eines Haftmaterials, das beispielsweise Siliciumdioxid einschließt, das bei niedrigen Temperaturen verwendet werden kann. Darüber hinaus kann, wenn Siliciumdioxid in dem Haftmaterial verwendet wird, die Zusammensetzung vereinfacht werden durch Verwendung von Siliciumdioxid in den Transparent-Teilchen, wie dies nachfolgend angegeben wird.

Transparent-Teilchen

In der vorliegenden Erfindung werden Transparent-Teilchen gebildet, so daß ultraviolette Strahlung durch die Transparent-Teilchen hindurchtritt, bevor der Photokatalysator aktiviert wird. Die Transparent-Teilchen haften auf der und bedecken die Oberfläche der Photokatalysator-Teilchen zumindest auf der Oberfläche des Photokatalysator-Films. Die Transparent-Teilchen sollten auf der Seite des Photokatalysator-Films in Richtung auf die Strahlungsquelle angeordnet sein.

Außerdem ist es möglich, die Oberfläche einzelner Photokatalysator-Teilchen oder Gruppen von Photokatalysator-Teilchen mit den Transparent-Teilchen zu beschichten, bevor der Photokatalysator-Film gebildet wird.

Außerdem können die Transparent-Teilchen ein Harz, das nicht leicht chemisch reagiert, Metalloxide wie beispielsweise Siliciumoxid und Aluminiumoxid, Bor, Silicium, etc., sein. Darüber hinaus lassen, in Abhängigkeit von der Aufbringung, die Transparent-Teilchen nicht nur ultraviolette Strahlung, sondern ebenso sichtbares Licht durch.

Der Durchmesser der Transparent-Teilchen kann vorteilhafterweise kleiner sein als der Ionenradius der Verunreinigungen, die diese blockieren sollen, und größer sein als die zu oxidierende Substanz, d. h. der Ionenradius des Gases, das zerlegt werden soll. Mit anderen Worten: Der Teilchendurchmesser sollte im allgemeinen zwischen 0,1 µm und etwa 0,001 µm liegen.

In einer Ausführungsform haften die Transparent-Teilchen auf der Oberfläche des Photokatalysator-Films in Form einer Schicht. Die Schicht der Transparent-Teilchen kann vorteilhafterweise eine Dicke zwischen etwa 0,5 µm und etwa 0,005 µm und noch mehr erwünscht, zwischen etwa 0,1 µm und etwa 0,01 µm liegen. Wenn die Dicke der Schicht zu gering ist, werden die Risse zwischen den Transparent-Teilchen groß. Deshalb werden Verunreinigungen leicht durch die Transparent-Teilchen zu dem Photokatalysator hindurchtreten und bewirken, daß dieser schmutzig wird. Wenn die Dicke der Schicht zu groß ist, wird weniger ultraviolette Strahlung und weniger des zu oxidierenden Gases durch die Transparent-Schicht hindurchtreten.

Die Schicht der Transparent-Teilchen kann durch Hitzebehandlung gebildet werden, nachdem man eine Lösung, die beispielsweise ein Lösungsmittel einschließt, und eine Mischung der Teilchen und eines Haftmaterial hergestellt hat. Die Lösung wird auf den Photokatalysator-Film aufgebracht und getrocknet.

Bei der Bildung des Photokatalysator-Films und der Herstellung der Transparent-Teilchen, die auf diesem in Form einer Schicht haften, können die Zusammensetzung und das Verfahren zur Herstellung des Photokatalysator-Films frei gewählt werden.

Die Transparent-Teilchen können ebenso als Haftmaterial für die Photokatalysator-Teilchen fungieren. Die Transparent-Teilchen können an der Oberfläche von Primärteilchen des Photokatalysator-Films haften. Die Transparent-Teilchen können ebenso auf der Oberfläche von Sekundärteilchen haften, die gebildet werden, wenn sich zwei oder mehrere Primärteilchen verbinden.

In der vorliegenden Anmeldung bezieht sich der Hauptbestandteil eines funktionellen Gegenstandes auf einen Teil des funktionellen Gegenstandes oder den gesamten funktionellen Gegenstand, mit Ausnahme des Photokatalysator-Films. Wenn ein Teil einer gewöhnlichen Fliese der Hauptbestandteil des funktionellen Gegenstandes ist, und der Photokatalysator-Film auf der Vorderseite der Fliese ausgebildet wird, wird der Photokatalysator-Film auf einem Teil des Hauptbestandteils des funktionellen Gegenstandes gebildet. Dann verhindern die Transparent-Teilchen die Adhäsion von Verunreinigungen, so daß der Photokatalysator-Film nicht schmutzig wird.

Weil die Transparent-Teilchen den gesamten Photokatalysator-Film bedecken, und selbst wo der Photokatalysator-Film nicht stark durch Strahlung aktiviert wird, schützen deshalb die Transparent-Teilchen den Photokatalysator-Film davor, schmutzig zu werden. Der Photokatalysator-Film kann Gerüche im Haus zersetzen, während der funktionelle Gegenstand in Gebrauch ist.

Wenn der funktionelle Gegenstand eine Lampe ist, kann der Photokatalysator-Film auf der Außenfläche einer Glühbirne der Lampe ausgebildet werden. Wenn die Lampe Strahlung mit einer Wellenlänge von 400 nm oder weniger emittiert, wird der Photokatalysator gut aktiviert. Beispielsweise können elektrische Glühbirnen, elektrische Entladungslampen, etc. verwendet werden.

Unter den elektrischen Glühbirnen haben elektrische Halogen-Glühbirnen eine hohe Farb- Temperatur und emittieren mehr Strahlung bei Wellenlängen von 400 nm oder weniger, verglichen mit herkömmlichen Glühbirnen. Unter den elektrischen Entladungslampen kann jede elektrische Niederdruck-Entladungslampe oder jede elektrische Entladungslampe mit hoher Intensität verwendet werden.

Ein Beispiel einer elektrischen Niederdruck-Entladungslampe ist eine Fluoreszenzlampe. Leuchtstoffe (Phosphore), die eine beachtliche Strahlung mit Wellenlängen von 400 nm oder weniger emittieren, können gewählt werden. Verglichen mit einer herkömmlichen Fluoreszenzlampe, kann eine Fluoreszenzlampe mit Leuchtstoffen (Phosphoren), die ausgewählt werden, um den Ausstoß ultravioletter Strahlung zu erhöhen, die Wirkung des Photokatalysators erhöhen. Jedoch ist es möglich, eine Fluoreszenzlampe mit Kalciumhalogensäure-Leuchtstoffen zu verwenden, die die drei Wellenlängen von Licht erzeugen, das gewöhnlich zur Beleuchtung verwendet wird. Es ist auch möglich, eine Sterilisationslampe, die beachtliche Strahlung bei Wellenlängen von 400 nm oder weniger emittiert, ein schwarzes Licht, eine chemische Lampe, etc. zu verwenden.

Beispiele geeigneter Entladungslampen hoher Intensität schließen Quecksilber-Lampen, Metallhalogenid-Lampen, Hochdrucknatrium-Lampen, etc. ein.

Wenn der Photokatalysator auf einer Lampe ausgebildet wird, aktiviert ultraviolette Strahlung aus der Lampe den Photokatalysator-Film, so daß Gase, die Gerüche hervorrufen, zersetzt werden. Da der Photokatalysator-Film stark mit ultraviolettem Licht bestrahlt wird, wenn der Film auf der Oberfläche der Birne der Lampe gebildet wird, kann eine gute Desodorierung durchgeführt werden.

Wenn der funktionelle Gegenstand ein Beleuchtungskörper ist, ist der Beleuchtungskörper nahe der Lampe, die die Quelle der ultravioletten Strahlung ist. Deshalb wird der Photokatalysator-Film stark durch die intensive ultraviolette Strahlung aktiviert.

Der Photokatalysator-Film kann auf dem Teil des Beleuchtungskörpers gebildet werden, der Licht aus dem Körper lenkt. Somit kann die Photokatalysator-Schicht auf einem Raster oder dergleichen, an einem Reflektor, einer Lampenkugel, die die Glühbirne umgibt, einem Lampenschirm für die Glühbirne, einem transparenten Überzug für die Glühbirne und Zubehörteilen des Beleuchtungskörpers ausgebildet werden. Da dieser Teil des Körpers mit ultraviolettem Licht aus der Lampe bestrahlt wird, wird der Photokatalysator-Film, der auf diesem Teil gebildet ist, aktiviert. Deshalb können Gase, die Gerüche hervorrufen, zersetzt werden.

Wenn Verunreinigungen wie beispielsweise Rauch und der Geruch von Tabak an dem Photokatalysator haften, wird der Photokatalysator nicht ausreichend aktiviert. Ebenso sinkt das optische Leistungsvermögen des Beleuchtungskörpers. Wenn Verunreinigungen Unterschiede in den Strukturen, die das Licht lenken, zwischen Teilen mit und ohne Photokatalysator verursachen, läßt die Qualität des Beleuchtungskörpers nach. Da jedoch die Transparent-Teilchen dieser Ausführungsform die Haftung von Verunreinigungen verhindern, wird die Qualität des Beleuchtungskörpers nicht verschlechtert. Da Gas, das Gerüche hervorruft, durch den Photokatalysator-Film zersetzt wird, wird ebenso die Desodorierung im Haus wirksam durchgeführt.

Darüber hinaus kann der Beleuchtungskörper in einer Größe und Struktur hergestellt werden, so daß er beispielsweise in einem Kühlschrank, einer Klimaanlage, einem Luftreiniger, etc. verwendet werden kann. Mit einer solchen Anordnung wird die Desodorierung in solchen Geräten möglich.

Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden beschrieben unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen.

Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 erklärt. In Fig. 1 wird der Photokatalysator-Film 2 auf dem Substrat 1 gebildet. Eine Schicht von Transparent-Teilchen 3 wird auf dem Photokatalysator-Film 2 gebildet. Das Substrat 1 schließt Alkaliglas ein. Der Photokatalysator-Film 2 schließt Titanoxid in einer kristallinen Form, Anatas-Form, ein. Der Durchmesser eines typischen Teilchens 2a in dem Photokatalysator-Film 2 ist etwa 0,3 µm. Der Photokatalysator-Film 2 wird durch das folgende Verfahren hergestellt. Eine Lösung wird hergestellt mit Katalysator-Teilchen 2a aus Titanoxid, einem Haftmaterial und einem Lösungsmittel.

Diese Lösung wird auf das Substrat 1 aufgebracht. Nach dem Trocknen wird die Anordnung bei einer Temperatur von etwa 400°C hitzebehandelt.

Die Transparent-Teilchen 3 werden auf der Oberseite des Photokatalysator-Films 2 als Schicht mit einer Dicke von etwa 0,1 µm gebildet. Die Transparent-Teilchen 3 schließen Siliciumoxid mit Teilchen, die einen typischen Durchmesser von etwa 0,01 µm aufweisen, ein. Die Schicht der Transparent-Teilchen 3 wird erhalten durch das folgende Verfahren. Eine Lösung wird hergestellt mit den Siliciumoxid-Teilchen, dem Haftmaterial und einem Lösungsmittel. Die Lösung wird auf den Photokatalysator-Film 2 aufgebracht. Nach dem Trocknen wird die Anordnung bei einer Temperatur von etwa 400°C hitzebehandelt.

Um das Ausmaß zu bestimmen, mit dem Verunreinigungen an dem Photokatalysator dieser Ausführungsform haften, wurde der Photokatalysator-Film in eine luftdichte Kiste mit einem Volumen von 6,5 m3 gegeben. Der Grad der Gelbfärbung des Photokatalysator-Films wurde gemessen, nachdem man zehn Zigaretten abbrannte. Der Photokatalysator- Film wurde mit einer 20 W-Fluoreszenzlampe bestrahlt. Zusätzlich wurde eine Messung des Reflexionsvermögens gemäß dem japanischen Industrie-Standard (JIS) K7105 durchgeführt, um den Grad der Gelbfärbung durch Berechnen des YI-Wertes von Gelb zu messen. Der Grad. der Gelbfärbung eines Photokatalysators, der keine Schicht von Transparent-Teilchen aufwies, war 35 mal höher als derjenige dieser Ausführungsform mit der Schicht von Transparent-Teilchen. Als nächstes wurde die Desodorierungs-Wirkung geprüft. Paraformaldehyd wurde mit einem elektrischen Heizgerät in einer luftdichten Kiste mit einem Volumen von 1,3 m3 erhitzt. Die Photokatalysator-Schicht wurde mit einer 20 W-Fluoreszenzlampe bestrahlt. Änderungen in der Gaskonzentration wurden durch einen "Multi-Gas-Monitor" (hergestellt von der Firma B&K) gemessen.

Fig. 2 ist eine Graphik, die die Desodorierungs-Wirkung des Photokatalysator-Films der ersten Ausführungsform zeigt. In Fig. 2 ist die horizontale Achse die Zeit (min) und die vertikale Achse ist die prozentuale Konzentration des Formaldehyds (%). Die Linie A zeigt die Desodorierungs-Wirkung des Photokatalysator-Films dieser Ausführungsform.

Die Linie B zeigt die Desodorierungs-Wirkung des Photokatalysator-Films ohne die Schicht von Transparent-Teilchen. Die Linie C zeigt die Konzentrationsänderung, wenn sowohl der Photokatalysator-Film als auch die Transparent-Teilchen fehlen. Fig. 2 zeigt, daß die Desodorierungs-Wirkung dieser Ausführungsform fast dieselbe war wie diejenige des Photokatalysators ohne Transparent-Teilchen.

Fig. 3 veranschaulicht eine zweite Ausführungsform des Photokatalysators der vorliegenden Erfindung. In Fig. 3 werden denselben Strukturen dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 1 gegeben, und eine Erklärung wird weggelassen. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der Ausführungsform von Fig. 1 dadurch, daß die Transparent- Teilchen 3 auf den Oberflächen aller Katalysator-Teilchen 2a haften. Um diese Ausführungsform herzustellen, werden die Katalysator-Teilchen 2a, die Transparent-Teilchen 3, das Haftmaterial und das Lösungsmittel gemischt und auf das Substrat 1 aufgebracht. Nach dem Trocknen wird die Anordnung hitzebehandelt.

Da die Transparent-Teilchen an den Photokatalysator-Teilchen haften, haften Verunreinigungen nicht an dem Photokatalysator-Film. Da Gase, die Gerüche hervorrufen, und ultraviolettes Licht zwischen den und/oder durch die Transparent-Teilchen hindurchtreten können, wird als Ergebnis der Photokatalysator-Wirkung eine Desodorierung erhalten.

Fig. 4 zeigt eine Fluoreszenzlampe, die die vorliegende Erfindung verwendet. Ein Photokatalysator-Film 12 wird an der äußeren Oberfläche der Glühbirne 11 ausgebildet. Filamentelektroden 14 werden an der Lampenbasis 15 angebracht. Die Glühbirne 11 funktioniert sowohl als Substrat für den Photokatalysator-Film 12 als auch dazu, die Fluoreszenzlampe zu verschließen. Mit anderen Worten: Die Glühbirne 11 hält Quecksilber und Argon als elektrisches Entladungs-Medium bei einem Druck von 1 bis 9 Torr (1,33 bis 11,97 mbar).

Jede Lampenbasis 15 schließt ein Paar Lampenbasis-Stifte 15b ein, die am Hauptteil 15a der Lampenbasis 15 befestigt sind. Der Hauptteil 15a hat die Form einer Kappe und ist aus Aluminium hergestellt. Die Lampenbasis 15 wird an jedes Ende der Glühbirne 11 mittels eines Klebers befestigt. Die Enden jeder Filament-Elektrode 14 werden mit den Lampenbasis-Stiften 15b verbunden. Der Photokatalysator-Film 12 hat dieselbe Zusammensetzung wie der Photokatalysator, der in Fig. 3 gezeigt ist.

Wenn die Fluoreszenzlampe dieser Ausführungsform eingeschaltet wird, wird die Leuchtstoff-(Phosphor-)Schicht in der Lampe 15 durch ultraviolette Strahlung angeregt. Die Strahlung wird durch eine elektrische Quecksilber-Niederdruckentladung erzeugt und hat wenigstens einen Bestandteil mit einer Wellenlänge von etwa 254 nm, bei der die Phosphore angeregt werden. Die Phosphore erzeugen sowohl sichtbares Licht als auch ultraviolettes Licht mit einer Wellenlänge von 400 nm oder weniger. Dieses Licht aus den Phosphoren tritt durch die Glühbirne 11 hindurch. Einiges von dem ultravioletten Licht, das auf den Photokatalysator-Film 12 trifft, wird durch die Photokatalysator-Teilchen absorbiert, was die Teilchen veranlaßt, aktiviert zu werden. Das meiste Licht von den Phosphoren tritt durch den Photokatalysator-Film 12 hindurch und wird von der Lampe emittiert.

Organische Verunreinigungen haften selten wegen der Transparent-Teilchen, die den Photokatalysator-Film 12 überziehen, an der Oberfläche der Fluoreszenzlampe. Jedoch treten Gase, die Gerüche hervorrufen, zwischen den Transparent-Teilchen hindurch, und die Photokatalysator-Teilchen treten mit dem Gas in Kontakt und zersetzen es, was eine Desodorierung zur Folge hat.

Fig. 5 zeigt einen Beleuchtungskörper, der die vorliegende Erfindung verwendet. Ein Hauptteil des Beleuchtungskörpers 21 ist an einem hängenden Seil 22 aufgehängt. Das Seil 22 ist mit einer Deckenkappe 23 verbunden. Fluoreszenzlampen 24a und 24b sind am Hauptteil 21 befestigt und werden von einem Schirm 25 umgeben. Der Photokatalysator- Film 26 ist auf dem Schirm 25 ausgebildet.

Eine Lichtschaltung, die einen Wechselrichter einschließt, wird auf dem Hauptteil 21 des Beleuchtungskörpers angeordnet. Das Seil 22 wird an der Oberfläche des Hauptteils 21 mit dem Teil 21a verbunden.

Die Fluoreszenzlampen 24a und 24b haben einen Durchmesser von 16,5 mm und werden durch Hochfrequenz-Strom eingeschaltet. Die Fluoreszenzlampe 24a ist vom FHC34-Typ und die Fluoreszenzlampe 24b ist vom FHC27-Typ. Die Fluoreszenzlampen 24a und 24b werden zwischen der Lampenhalte-Vorrichtung und der Lampen-Fassung 21b gehalten.

Ein Schirm 25 ist hergestellt aus einem transparenten synthetischen Harz und wird durch den Hauptteil 21 des Beleuchtungskörpers gehalten.

Der Photokatalysator-Film 26 wird auf der Innenseite des Schirms 25 gebildet und ist zusammengesetzt in Übereinstimmung mit Fig. 1. Mit anderen Worten: Die Transparent-Teilchen werden als Schicht auf der Oberfläche des Photokatalysator-Films 26 vorgesehen. Jedoch wird der Photokatalysator-Film 26 ohne Hitzebehandlung unter Verwendung eines Haftmaterials bei niedriger Temperatur ausgebildet, da der Schirm 25 aus synthetischem Harz hergestellt ist.

Luft, die durch den Beleuchtungskörper erhitzt wird, wird durch Konvektion durch Entlüftungsöffnungen 25a abgezogen. Da die erhitzte Luft entlang der Innenseite des Schirms 25 vorbeiströmt, strömen Gase, die Gerüche hervorrufen, ebenso an der Innenseite des Schirms 25 entlang. Die Gase treten mit dem Photokatalysator-Film 26 in Kontakt und werden durch den Photokatalysator-Film 26 in dem Verfahren zersetzt. Deshalb wird sogar dann, wenn der Beleuchtungskörper keine Luftzirkulations-Mittel einschließt, die Desodorierung durch natürliche Konvektion bewirkt.

Während die Erfindung im Zusammenhang damit beschrieben wurde, was derzeit als die am meisten praktischen und bevorzugten Ausführungsformen erachtet werden, ist es verständlich, daß die vorliegende Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist. Im Gegenteil: Es ist beabsichtigt, verschiedene Modifikationen und gleichwertige Anordnungen, die vom Geist und Schutzumfang der beigefügten Ansprüche eingeschlossen werden, abzudecken.


Anspruch[de]
  1. 1. Photokatalysator umfassend:
    1. - ein Substrat (1);
    2. - einen Photokatalysator-Film (2), der auf einer Oberfläche des Substrats (1) ausgebildet ist; und
    3. - Transparent-Teilchen (3), die wenigstens eine Oberfläche des Photokatalysator-Films (2) bedecken, wobei die Transparent-Teilchen (3) erlauben, daß Strahlung und Gase mit dem Photokatalysator-Film (2) in Kontakt treten.
  2. 2. Photokatalysator nach Anspruch 1, worin die Strahlung ultraviolette Strahlung ist.
  3. 3. Photokatalysator nach Anspruch 1 und 2, worin der Photokatalysator-Film (2) eine oder mehrere Substanzen einschließt, die aus der folgenden Gruppe gewählt sind: TiO2, WO3, LaRhP3, FeTiO3, Fe2O3, CdFe2O4, SrTiO3, CdSe, GaAs, GaP, RuO2, ZnO, CdS, MoS3, LaRhO3, CdFeO3, Bi2O3, MoS2, In2O3, CdO und SnO2.
  4. 4. Photokatalysator nach Anspruch 3, worin der Photokatalysator-Film (2) eine oder mehrere Substanzen einschließt, die aus der folgenden Gruppe gewählt sind: TiO2, WO3, SrTiO3, Fe2O3, CdS, MoS3, Bi2O3, MoS2, In2O3 und CdO.
  5. 5. Photokatalysator nach Anspruch 3, worin der Photokatalysator-Film (2) eine oder mehrere Substanzen einschließt, die aus der Gruppe, die aus TiO2, Fe2O3 und ZnO besteht, gewählt sind.
  6. 6. Photokatalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, worin der Photokatalysator- Film (2) Titanoxid mit kristalliner Form, bevorzugt mit Anatas-Form, einschließt.
  7. 7. Photokatalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, worin die Dicke des Photokatalysator-Films (2) zwischen etwa 0,5 mm und etwa 0,3 µm liegt.
  8. 8. Photokatalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, worin die Transparent-Teilchen (3) einen Durchmesser zwischen etwa 0,1 µm und etwa 0,001 µm aufweisen.
  9. 9. Photokatalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, worin die Transparent-Teilchen (3) in Form einer Schicht auf einer Oberfläche des Photokatalysator-Films (2) abgeschieden sind.
  10. 10. Photokatalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, worin die Dicke der Schicht der Transparent-Teilchen (3) zwischen etwa 0,5 µm und etwa 0,005 µm liegt.
  11. 11. Photokatalysator nach Anspruch 10, worin die Dicke der Schicht der Transparent-Teilchen (3) zwischen etwa 0,1 µm und etwa 0,01 µm liegt.
  12. 12. Photokatalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 11, worin die Photokatalysator-Schicht durch Photokatalysator-Teilchen gebildet wird, und Transparent-Teilchen (3) auf den Oberflächen der Photokatalysator-Teilchen abgeschieden sind.
  13. 13. Funktioneller Gegenstand, umfassend:
    1. - einen Hauptteil eines funktionellen Gegenstandes; und
    2. - einen Photokatalysator, der auf einem Teil des Hauptteils des funktionellen Gegenstandes ausgebildet ist,
    wobei der Photokatalysator einen Photokatalysator-Film (2), der auf einem Teil des Hauptteils des funktionellen Gegenstandes ausgebildet ist, und Transparent-Teilchen (3) umfaßt, die wenigstens eine Oberfläche des Photokatalysator-Films (2) bedecken, und die Transparent-Teilchen (3) erlauben, daß Strahlung und Gase mit dem Photokatalysator-Film (2) in Kontakt treten.
  14. 14. Fluoreszenzlampe, umfassend:
    1. - - eine Glühbirne (11); und
    2. - einen Photokatalysator, der auf der Glühbirne (11) ausgebildet ist,
    wobei der Photokatalysator einen Photokatalysator-Film (2), der auf der Oberfläche der Glühbirne ausgebildet ist, und Transparent-Teilchen (3) umfaßt, die wenigstens eine Oberfläche des Photokatalysator-Films (2) bedecken, und die Transparent-Teilchen (3) erlauben, daß Strahlung und Gase mit dem Photokatalysator-Film (2) in Kontakt treten.
  15. 15. Beleuchtungskörper, umfassend:
    1. - eine Lampe;
    2. - eine Struktur, auf die Licht aus der Lampe auftrifft; und
    3. - einen Photokatalysator, der auf der Struktur ausgebildet ist,
    wobei der Photokatalysator einen Photokatalysator-Film (2), der auf einer Oberfläche der Struktur ausgebildet ist, und Transparent-Teilchen (3) umfaßt, die wenigstens eine Oberfläche des Photokatalysator-Films (2) bedecken, und die Transparent-Teilchen (3) erlauben, daß Strahlung und Gase mit dem Photokatalysator-Film (2) in Kontakt treten.






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