光触媒について

太陽の光が当たると、汚れが落ちる、雑菌が死ぬなど、光触媒にはすばらしい力があります。

光触媒について知りたい方

光触媒ミュージアム

※ 団体見学をご希望される方は下記へ
お問い合わせください。
研究支援課 044-819-2034

光触媒製品のPIAJ認証マーク

光触媒工業会のご紹介

光触媒製品の性能評価試験

受託試験
 川崎技術支援部光触媒性能評価 光触媒JIS試験

抗菌・抗ウィルス試験
抗菌試験室

光触媒性能評価に関するKAST総合サポートのご案内

  • 光触媒の製品開発にあたり、共同研究を含め総合的なサポートがほしい。
  • 光触媒の製品性能を証明するためにJISまたはISO試験を実施したい。
  • 規格試験には無いが、製品の使用環境を模擬した性能評価試験を実施したい。もしくは、新たな性能評価試験方法のデザインを相談したい。
  • 製品の初期性能、耐久性能がうまくでないので原因の解析と対策の相談をしたい。

などなど・・・

1、光触媒製品の新規参入・新規開発サポートの 総合パートナーとして

(1)光触媒の機能メカニズム

光合成と光触媒

光触媒の歴史・定義

光触媒の発見

1967年 本多・藤嶋効果
・水中で酸化チタン(光触媒)に光を当てると、水が酸素と水素に分解することを発見

光触媒の定義

・光が当たった時にそれ自体は変化しないが、反応を促進する働きをする物質
・具体的には、酸化チタン(光触媒)に太陽光などの光が当たると、強い酸化力と超親水性が発現し、汚れなどの有機物を酸化分解したり、鏡を曇らなくしたり、外壁などをきれいに保つ

市場および動向

・2011年光触媒世界市場は約1000億円と言われている
・室内用途で使用できる可視光応答型光触媒の実用化が進められ、抗菌・抗ウィルス性能分野での応用が期待されている

① 空気浄化機能・セルフクリーニング機能

 光触媒は、光(紫外線、可視光)にあたると触媒効果を発揮し、活性酸素を生成します。
その活性酸素により空気中の汚染物資を分解する機能があります。

 更に材料表面の汚染物質を分解し、光触媒の持つ、超親水性により材料表面をセルフクリーニングする機能があります。

光触媒により、空気中の窒素酸化物や硫黄酸化物などが分解されるイメージ図
光触媒の酸化分解力と超親水性によるセルフクリーニング機能のイメージ図

セルフクリーニングのイメージ

②抗菌・抗ウイルス機能

■光触媒による抗菌効果のメカニズム

光触媒作用により発生した活性酸素種が、細菌を酸化分解することで、抗菌効果を発揮する。

光触媒反応により産生する活性酸素種によるインフルエンザウイルスの脂質2重膜であるエンベロープ(外膜)、ヘマグルチニン(HA)、ノイラミニダーゼ(NA)やネコカリシウイルスのカプシドの分解による抗ウイルス効果作用

紫外光応答型光触媒による抗菌効果

可視光応答型光触媒による光触媒反応で、細菌が壊れていく様子と抗菌効果

可視光応答型光触媒による抗菌効果

■光触媒による抗ウイルス効果のメカニズム

光触媒作用により発生した活性酸素種が、ウイルスの外膜(エンベロープあるいはカプシド)を酸化分解することで、抗ウイルス効果を発揮する。。

光触媒反応により産生する活性酸素種によるインフルエンザウイルスの脂質2重膜であるエンベロープ(外膜)、ヘマグルチニン(HA)、ノイラミニダーゼ(NA)やネコカリシウイルスのカプシドの分解による抗ウイルス効果作用
関連情報

光触媒の概要を詳しく知りたい方はこちら(光触媒ミュージアム
抗菌・抗ウイルス研究について知りたい方はこちら
光触媒グループ 抗菌・抗ウイルスグループ
光触媒工業会・抗ウイルス説明資料(pdf)はこちら

(2)光触媒産業の市場動向

国内の光触媒市場動向において環境リスクの増加により、浄化機器応用が急伸しているグラフ
光触媒の用途例

光触媒は次のような商品に使われており、光触媒ミュージアムにはその一例が飾られています。

光触媒の用途例

(3)光触媒の開発プロセス

光触媒材料をユニットに、ユニットを製品にする際、それぞれ適した設計と適した評価方法が必要

(4)開発プロセスにおけるサポート例

製品に組み込む際の設計や、使用対象によっては、期待した効果が得られないことも。

寄せられた相談と、その原因の例

●PIAJマークがある材料で浄化機器を試作したが、効果がない!
 →光の照射強度や、材料表面と分解対象との接触効率が低い。

●PIAJマークがある空気清浄機なのに、たばこの臭いが消えない!
 →臭気成分濃度がJIS試験よりはるかに高く、分解が追い付かない。

●「半永久的に効果が続く」と言われたのに、性能が落ちてきた!
 →分解生成物が浄化機器内部や光触媒材料表面に蓄積していた。

光触媒の「弱点」をふまえた適材適所の活用がポイント
→ 環境リスクなどが多様化した現在、浄化機器をはじめ
光触媒ビジネスは、ほとんどtailor made
「どれくらい効きますか?」「やってみないとわかりません」

①空気清浄機の例

光触媒フィルタを空気清浄機や水浄化ユニットに応用していった例
実験室における、光触媒フィルタとプラズマ処理ユニットを組み合わせた空気清浄機の性能評価の例
同じ空気清浄機のフィールド試験では、実験室と異なる傾向が得られたことから、製品の評価としては実環境に近い条件での試験が重要
関連情報

光触媒空気清浄機に関する共同研究はこちら
光触媒グループ 抗菌・抗ウイルスグループ
光触媒の環境浄化性能試験はこちら(川崎技術支援部

②製品試作:試験片試作、評価例

光触媒試作品作成の例として、光触媒担持多孔質シリカガラス管の作製方法の図
空気浄化性能評価試験において、光触媒担持多孔質シリカガラス管は、アセトアルデヒドをワンパスで分解できた
関連情報

光触媒空気清浄機に関する共同研究はこちら
光触媒グループ 抗菌・抗ウイルスグループ
光触媒の環境浄化性能試験はこちら(川崎技術支援部

③原料評価:原料選定

 原料粉、原料液等光触媒材料を提供いただければコーティング塗布、焼付け等必要な処理を行い原料の光触媒機能をJIS試験等を用いて評価いたします。

光触媒コーティング液にガラス基板をディップコートしている写真

④光源・光学特性

 規格試験条件の光照射に加え、LED照射など光源の光学特性を評価しながらの試験実施が可能です。

波長400nmから1100nmのLEDを自在に組み合わせて照射することが可能なLED装置の紹介

また、光触媒を施した、材料の各種光学特性を測定することが可能です。

紫外・可視・近赤外分光光度計→
  ・熱線反射特性
  ・フィルムの視認性評価
  ・フィルムのUV遮光特性
  等

熱線反射、フィルムの視認性、遮光特性および光触媒原料の拡散反射率測定からバンドギャップの算出も可能な紫外・可視・近赤外分光光度計の紹介

⑤材料の耐久試験やコーティング状態の観察

■各種光触媒材料の耐久試験を実施します。
波長400nmから1100nmのLEDを自在に組み合わせて照射することが可能なLED装置の紹介

蛍光灯式紫外線照射試験装置/小型キセノン耐光試験機

関連情報

光計測機器についてはこちら(川崎技術支援部光計測機器)

■性能解析のための各種材料解析を実施します。 (コーティング状態の観察、変質状態の解析等)
FE-TEMによりナノミクロンレベルの酸化チタンや助触媒である金属ナノ粒子の形態観察・構造解析が可能、元素の定性・定量分析を行うXPSにより、光触媒コーティングした材料表面の耐久試験前後の解析評価等が可能

FE-TEM:微細構造解析/XPS:表面分析/TiO2-Au複合ナノ粒子のTEM高分解能観察

関連情報

FE-TEMについてはこちら(川崎技術支援部)
TiO2のTEM測定事例についてはこちら(川崎技術支援部)
XPSについてはこちら(川崎技術支援部)

⑥水質浄化性能評価

■新JIS提案:溶存酸素測定法による環境浄化用光触媒材料性能試験 酸素を飽和させた精製水にフェノールを加えて反応器に入れ、紫外線光を照射して光触媒によるフェノールの分解を酸素消費量の形で測定する。評価値は酸素消費量で単位はmg/L。
これを「触媒的酸素要求量」(Photocatalytic Oxygen Demand:POD)と規定する。

新たな光触媒水質浄化性能評価方法として、紫外線によるフェノールの分解試験を提案
関連情報

27年度標準化研究開発進捗総覧(産総研、pdf)はこちら
25年度ものづくり交流会KAST発表資料(pdf)はこちら

⑦実環境型 抗菌性能評価試験

■新ISO提案:実環境を考慮した可視光応答型光触媒抗菌試験方法 これまでの検討からJIS/ISO試験を用いた結果と実際の環境で使用した場合の結果に大きな違いを認めている。(NEDO事業、2007-2012年)

光触媒コーティング液にガラス基板をディップコートしている写真

このように実環境を模擬するような試験方法が要望されていることから、新しい評価方法を開発する必要がある。

そこで、アジア基準認証推進事業(経済産業省、2014-2015年)の一環として、新しい評価方法を開発

新たな光触媒水質浄化性能評価方法として、紫外線によるフェノールの分解試験を提案
関連情報

ファインセラミクス協会H28標準化事業はこちら
抗菌・抗ウイルスに関する研究はこちら
光触媒グループ 抗菌・抗ウイルスグループ
抗菌・抗ウイルス受託試験はこちら(抗菌試験室

⑧動物感染ウイルスを用いた抗ウイルス性能評価試験(開発中の試験法紹介)

 JIS/ISO規格による抗ウイルス性能評価は、代替モデルウイルスであるバクテリオファージを用いた方法で行っていますが、製品開発の最終段階では、動物に感染するウイルスで実際の効果を確認したいとの要望を多くいただいています。
 そこでKASTでは、ネコカリシウイルス(ノロウイルス代替)やインフルエンザウイルスを用いた抗ウイルス性能評価試験を提供すべく、今後順次ご案内する予定です。

紫外光応答型光触媒を用いた光触媒反応による抗インフルエンザウイルス及び抗ネコカリシウイルス効果(動物ウイルスに対する効果)とバクテリオファージに対する抗ウイルス効果を確認しています。

紫外光応答型光触媒加工品による抗ウイルス効果

0.1 mW/cm2の紫外光を4時間照射することで、高い抗ウイルス効果を確認。
バクテリオファージを用いた試験では、光触媒加工品でバクテリオファージが減少するため、プラークが検出されない。
動物ウイルスを用いた試験では、光触媒加工品で動物ウイルスが減少するため、細胞変性がみられない。

⑨脱臭能力試験法

■ボックス試験
家庭用空気清浄機に関する日本電気工業会規格JEM1467にもとづく1m3ボックスを用いた脱臭性能試験の様子と結果

⑩静的試験法

■バッグ法
バッグ法では、JIS式流通試験とは異なり、テドラーバッグ内に試験ガスを封入させた静的な試験法で評価可能。JIS流通試験で効果が確認できなかった場合でも、バッグ法で効果を確認できる可能性あり。

標準ガス封入/UV or 可視光照射/濃度変化測定

関連情報

空気清浄機の性能試験・静的試験はこちら(川崎技術支援部

⑪吸着臭の分析および分解性能評価

【実験】

吸着臭の分析および分解性能評価の実験方法

【結果・考察】

吸着臭の分析および分解性能評価の結果・考察

2、推奨試験機関として

(1)各種JIS対応  ― 光触媒工業会推奨試験機関として ―
(2)各種ISO対応

3、広報ツールとして

光触媒ミュージアムをご活用ください

問い合わせ先

●材料系は
川崎技術支援部
TEL 044-819-2105  FAX 044-819-2108

●抗菌・抗ウイルス系は
抗菌抗ウイルス研究グループ
E-mail pg-shiken☆newkast.or.jp(☆を@にご変更ください)