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研究が進められる6つ

2021年5月24日公開
(2021年8月23日日更新)

光触媒とは?光触媒の効果や開発経緯について完全解説!

光触媒とは

光触媒コーティング層に太陽光(紫外線)や蛍光灯などの光があたることにより、表面で協力な酸化力が生まれます。
コーティング層に付着した細菌やウイルス、有機化合物などの有害物質を分解除去できるのが光触媒コーティングです。
※触媒とは、そのもの自身は変化せずに化学反応を速く進めることができるものをいいます。
「光」があたった時に触媒としてはたらくものが光触媒です。

※光触媒とは、光を吸収して触媒作用を示す(化学反応を促進する)物質の総称です。

光が当たることにより、通常の触媒プロセスでは困難な化学反応を常温で行わせることができます。

※酸化チタンによる光触媒
 光触媒の効果として最も優れているものが酸化チタンです。
  ※二酸化チタン(TiO2)=酸化チタン
酸化チタンは白色の細かい粉末で、微視的に見るといくつかの結晶構造をもっており、その中でもアナターゼ型とよばれる結晶の光触媒機能が高いと言われています。

※酸化チタン
白色塗料や絵具、陶磁器などを製作する際の釉薬として使われています。人体への影響が小さいと考えられているため、食品や医薬品、食品添加物として化粧品の着色料としても使われています。

日焼け止め向けの透明UVBカット材に使用されていることからもわかるとおり安全と考えることができます。

光触媒の開発経緯

1967年、東京大学の本多健一氏と藤島昭氏により発見された後に『ホンダ・フジシマ効果』と呼ばれる現象が元となり、研究がいまも続けられています。

酸化チタンは、太陽光が当たると表面に強い酸化作用が発生し、汚れや有害化合物、細菌などを分解する働きがあり、さらに、表面に落とした水が一面に薄く広がる性質(超親水性)を持つことが知られています。

効果を期待され研究が勧めらているのは大きく6つ

空気浄化

光触媒がもつ強い酸化能力を利用して、大気や屋内空気中の汚染物質等を分解するものです。

屋内空気に関しては、いわゆるシックハウス症候群の健康障害を防ぐため、建築材料から発生するVOCの除去に関連して、光触媒が注目されるようになりました。

壁やタイルなどの内装材に酸化チタン系光触媒を導入した商品が開発されているほか、光触媒と紫外線ランプを内蔵し、室内空気を吸引・浄化処理する空気清浄化装置も、多くの家電メーカー、空調機メーカーにより商品化されています。

水質浄化

排水中の微量有機成分の光酸化分解を行い、COD負荷の低減、染色工場排水の脱色などを行うことができると確認されています。

また、汚染地下水中の塩素系有機溶剤類、飲料水中の内分泌かく乱物質の除去等でも光触媒の有効性が確認されています。
※COD → 化学的酸素要求量(水の有機物濃度の指標) CODが高まると水道用水、水産用水、農業用水、工業用水としての適正が損なわれるようになります。

土壌汚染の修復

焼却施設からの灰、土壌中の揮発性有機化合物(VOC)の分解にも光触媒を用いることができます。光触媒を含むシートで土壌を覆うことで、土壌から揮発したVOCを無害化することが試みられています。シートを土壌にかぶせるだけで浄化が可能になるため、時間はかかりますが低コストでの処理方法となります。
※VOC → 浮遊粒子状物質及び光化学オキシダントの原因のひとつ 揮発性を有し、大気中で気体状となる有機化合物の総称であり、トルエン、キシレン、酢酸エチルなど多種多様な物質が含まれます。

省エネに繋がるヒートアイランド現象の緩和

光触媒の超親水性という性質は、建築物の省エネルギーやヒートアイランド現象緩和にも応用されています。例えば、建築物の外側に光触媒をコーティングすることで、建築物外側に薄い水の膜を形成させ、水が蒸発する際の気化熱を利用して建物を冷却するシステムが検討されています。

防汚・セルフクリーニング作用

酸化チタンの機能のうち、光照射により発生する強い分解力を利用した、防汚・セルフクリーニング製品が実用化されています。各種建築材料に酸化チタンをコーティングすると、表面に吸着した有機物などの汚染物質が光触媒作用により分解・除去されます。

トンネル照明器具のカバーガラスや蛍光灯、光遮蔽の窓ブラインドなどに広く使われています。

また、酸化チタンの超親水性も、防汚・セルフクリーニングに利用されています。

建築物の外壁など、屋外で使用される材料に酸化チタンがコーティングされていると、材料の表面は太陽光の紫外線を吸収し、常に高度に親水性化されています。この状態では表面に各種汚れが付着しても、雨水がかかると容易に洗い流され、表面は常に清浄に保たれます。この機能は、光分解反応と組み合わさって、効果的なセルフクリーニング機能となるため、各種の建造物外壁・ガラスのほか、標識・表示板など、幅広く応用することができます。

さらに、酸化チタンコーティング膜は、ガラスや鏡の防曇のためにも利用できます。これは材料では表面が高度に親水化され、水滴が形成されないために光の乱反射が抑制されるからで、乗用車のサイドミラーやカーブミラーなどに利用されています。

抗菌作用

光触媒抗菌タイルは、MRSA(メチシリン耐性黄色ブドウ球菌)や各種感染症などによる院内感染の危険性が懸念される病院、老人ホームなどで採用されています。

公共施設、待合室、トイレを始め、高度の衛生レベルが求められる食品工場や飲食店などの食品関連施設では、雑菌類の増殖抑制に光触媒機能を用いる方法が有効に利用されています。

光触媒による酸化分解には、分解対象の選択性がないため、ウイルスの種類にかかわらず効果を発揮することが期待できます。

ウイルスの突然変異の影響もほとんど受けないと考えられています。

エンベロープを持たないウイルスは、一般的に消毒薬等に対する耐性が高いとされていますが、光触媒はエンベロープの有無に関わらず抗ウイルス効果を発現することが確認されています。
光触媒による抗ウイルス作用は、光触媒の表面のみで起こります。気中から光触媒表面に接触したウイルスについて不活化作用を期待できます。

※ウイルスには『エンベロープウイルス』『ノンエンベロープウイルス』の2種類が存在します。
エンベロープとは、脂肪・タンパク質・糖タンパク質からできている膜で、ウイルスが増殖して細胞から飛び出してくるときに細胞の成分をまとって出てきたものです。

【エンベロープウイルス】←アルコール除菌が有効 膜がある
コロナウイルス(SARS-CoV)・インフルエンザ・B型肝炎・単純ヘルペス(口唇ヘルペスなど)・エボラ・AIDS他
【ノンエンベロープウイルス】←アルコール除菌ではダメージをほぼ与えられない 膜がない
ノロウイルス・アデノウイルス・A型肝炎・ポリオウイルス・コクサッキーウイルス(手足口病など)他

光触媒コーティングは、エンベロープ、ノンエンベロープ関係なくどちらも分解することができます。

※新型コロナウイルスは、エンベローブという膜を持っています。この膜を壊してウイルスにダメージを与えると、ウイルスを不活性化できます。弊社使用の光触媒コーティングはエンベロープ膜を破壊します。

弊社の光触媒コーティングは長持ちが特徴です。

各種エビデンスご用意しています、お気軽にお問い合わせください。

【▼光触媒コーティングが選ばれる3つのポイント▼】

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