光触媒について

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光触媒ってなに?

光触媒とは光が当たると触媒作用により表面に強力な活性酸素が生まれ、そこに接触・吸着した有機化合物やウイルスなどを、分解・除去する材料のことです。菌やウイルスなどを、水や炭酸ガスに分解して除去するコーティング剤として利用されています。
 その特徴は、光のエネルギーのみを用いるので環境負荷がないこと。そしてランニングコストをかけずに、常に安定した効果を発揮し続けます。しかし、従来の光触媒では紫外線(不可視光)で触媒作用を行うため屋外での使用が主流であり、紫外線の届かない屋内での光などでは反応しにくいという課題がありました。

可視光応答型光触媒

素晴らしい環境技術である光触媒の弱点を克服したのが、目に見える光にも反応する『可視光応答型光触媒』です。太陽や様々な照明器具などから発せられるため、屋外は勿論のこと屋内でも幅広く使うことが出来きるようになり、私たちの生活の中でより身近なものになっています。

光触媒のしくみ①

有害化学物質の分解

酸化チタンに光(紫外線)があたると表面に活性酸素が発生して、接触する有害物質を分解します。

①酸化チタンに光(紫外線)があたる
②電子が励起し、励起電子(ー)と正孔(+)が生じる
③空気中の酸素(O2)と励起電子(ー)が反応して活性酸素
 (O2-)が発生する【還元】
 空気中の水分(OH-)と正孔(+)が反応して水酸ラジカル
 (-OH)が発生する【酸化】
④発生した活性酸素や水酸ラジカルが有害化学物質を分解する
 【酸化分解】
⑤分解したあとは水と二酸化炭素となり無害化して
 空気中に放出する

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励起 [ れいき ]
量子力学で、原子や分子が外からエネルギーを与えられ、もとのエネルギーの低い安定した状態からエネルギーの高い状態へと移ること。

光触媒のしくみ②

超親水作用

光触媒のもうひとつの特徴である超親水作用。
外壁やガラスに付着した汚れの下に水が入り込み、その汚れを浮かして流します。

①酸化チタンに光(紫外線)があたる
②酸化チタンの酸素(O)と水(H2O)が反応
③水と非常になじみの良い親水基(-OH)で表面が覆われる
④水がベターと広がり膜になる(接触角の減少)

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光触媒の歴史

 光触媒は太陽や蛍光灯などの光があたると働き始める触媒です。光があたると表面に強い酸化作用が発生し、有害物質や細菌などを分解するという強い作用をもっています。
 テレビや新聞で取り上げられ、社会的にも注目をされるようになりました。そのため、光触媒は最近発見された技術だと思われている方も多いかも知れません。しかし、光触媒反応は塗料に含まれている顔料による塗料の劣化などとして以前から知られており、すでに1950年代から研究されていたのです。この研究は、顔料による塗料の劣化などの光触媒反応を抑えるためのもので、光触媒反応は長い間マイナスイメージで捉えられてきました。
しかし1967年に酸化チタンと白金を電極を用いた光電極反応により、太陽光で水を分解して水素と酸素を発生出来ることが発見されました。これは光によって水が酸素と水素に分解されることの発見です。この効果を発見者の名前にちなんで「本多・藤島効果」とも呼ばれています。
この現象を1969年に「工業化学雑誌」に発表しましたが、特に大きな反響には成らなかったのです。3年後の1972年に米紙「ネイチャー」に掲載されると世界中の科学者の注目を浴びました。丁度、この頃は第一次オイルショック時期と重なり、世界中がパニック状態だった時期で、石油に変わるエネルギーを探し始めた頃でした。 この技術を利用して石油の代替エネルギーになると考えられ、水を光分解しできる水素は、貯蔵もでき、燃やしても水になるだけで、大変クリーンなエネルギーであると本多・藤島効果を注目したのです。
 この水素をエネルギー源として使ってはどうか。太陽の光は無尽蔵でコストはタダ。水素は貯蔵する事ができ、燃やしても水になるだけだから、クリーンなエネルギーである。
 この発見は、1974年に「太陽で“夢の燃料”」として新聞にも大きく取り上げられました。
 夢の燃料として注目を浴びた光触媒でしたが、酸化チタンによる水の光分解は、ごく波長の短い紫外線でしかできないため、効率が悪く、作られる水素の量もごくわずかだったため、そのブームは過ぎ去りました。
 3年後(1977年) 頃から、光触媒はこれまでのような電解質とか電極などを用意しなくても、その素材に光を当てるだけで、光電気反応が起こることが分かりました。
しばらくして、有機物(たとえば化学物質などの有害物質) の分解に使えるのではないかと考えられ、様々な実験が各地で重ねられました。そうしている間に、「光触媒が水や空気の不純物を分解する」という非常に面白い現象が発見されたのです。
その後の研究で、有害物質を分解が出来るということが発見され、酸化チタン光触媒の実用化研究が1990年頃から始めました。
 1994年に光触媒製品実用化第一号として、酸化チタンの強い光酸化力を応用し、トイレの脱臭や殺菌を目的で、設備機器メーカーのTOTOは光触媒タイルを販売されました。 翌年1995年、酸化チタンには光酸化力とは違う要素が働き光(紫外線)によって汚れが水に流れやすくなる効果を発見したのです。これは酸化チタン表面が光(紫外線)により超親水性の現象となる事の発見でした。 この親水性機能がなければ、今日のように光触媒は普及しなかっただろうとも言われております。
 その後、次々と光触媒光触媒関連製品が製造されるようになりました。しかし、製品化が進むにつれ紫外線でしか反応しない光触媒を紫外線光の届かない場所で使用したり、まがいものも出回り、“光触媒は効果がないなど・いんちきだ”などと言う声もあがってくるようになりました。

 そこで光触媒触媒製品のまがいものの排除と光触媒製品の信頼の向上、それによる光触媒産業の健全化を計るため、2000年1月光触媒製品技術協議会同年10月光触媒製品フォーラムが設立されました。その後、JIS試験法の制定が進んでおり、業界として製品規格を定め、消費者の皆様に製品性能や安全性等を明示することが喫緊の課題と考え、業界が一団となり2006年4月に当工業会を設立することになりました。
 現在、光触媒はより生活に身近な製品の実用化に向け、紫外線の少ない太陽光下や屋内環境で効率よく効果を発揮出来る可視光応答型の光触媒の研究が進み、すでに市販が始まったものもあります。

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