VOCとは、揮発性有機化合物のことです。
塗装工場では、工場内の空気や排気のVOC含有量を気にされていることでしょう。
VOCによっては自然に分解されるものもありますが、排気には濃度の上限が設けられているものもありますし、排気直後では臭いがするので近隣への配慮が必要な場合もあります。
VOC処理では、いろいろな方法があります。主なものとしては、活性炭やセラミックの吸着です。熱処理や触媒、液剤散布などによるVOC分解もあります。
この記事では、光触媒によるVOC分解について解説しつつ、光触媒のVOC処理の利用方法を検討したいと思います。
VOCの分解なら銅担持酸化チタンがおすすめ
最初にVOCを光触媒で分解できるかどうかをご説明します。結論から申しますと、VOC処理を強力に行いたい場合は、使用する光触媒の種類として「銅担持酸化チタン（銅ドープ酸化チタン）」をご利用ください。
酸化チタンでVOCを分解できるのか？
一般的に多く利用されている光触媒の種類は、酸化チタンです。酸化チタンは、紫外線が当たることで強い酸化力を持ちます。
原理は、酸化チタンに紫外線が当たると、OHラジカルという活性酸素を発生させ、OHラジカルの酸化力によってVOCを分解しようとするものです。
ところが、酸化チタンに紫外線を照射してOHラジカルを発生させても、ベンゼン環を持つVOCは分解が難しいとされています。ホルムアルデヒドやアセトアルデヒドは、すぐに分解されますが、トルエンやキシレン、スチレンといったVOCはほとんど分解ができません。
銅担持酸化チタンとは？
先ほどご紹介した銅担持酸化チタンとは、特別な製法で酸化チタンに銅を結合させた光触媒です。「担持」とは、基材となる酸化チタンに補触媒となる銅を結合させたという意味です。
酸化チタン液剤に銅イオンを混ぜただけの、銅ハイブリッド酸化チタンとは異なることにご留意ください。銅担持酸化チタンは、酸化チタンに銅を結合させたところが異なります。
さて、酸化チタンに銅を結合させると、紫外線にしか反応しなかった酸化チタンが可視光にも反応するようになります。また、酸化チタンに結合されたナノサイズの酸化銅が触媒効果を発揮し、VOCを分解する性質を持つようなのです。
光触媒は、通常であれば光を照射しないと効果がありません。酸化チタン光触媒では、紫外線を当てないと効果がありません。ところが、銅担持酸化チタンは、酸化チタンに担持されたナノサイズの酸化銅が、光が無くても常温にて触媒効果を発揮します。
光が当たれば触媒効果は高まりますが、光が無くても触媒効果を発揮するのです。
VOC処理に銅担持酸化チタンを用いるメリット
銅担持酸化チタンは触媒効果を発揮するので、VOCを連続的に分解してくれます。銅担持酸化チタン自体はほとんど変質しませんから、VOC処理装置の中に銅担持酸化チタンが存在し続けるなら、半永久的にVOC処理が可能となります。
活性炭やセラミックによる吸着であれば、いずれそれらを交換し再処理することが必要です。熱処理や一般的な触媒によるVOC処理では、加熱するための燃料や電気が必要となります。液剤散布も同様にランニングコストがかかりますし、湿式スクラバー等の複雑な構造が必要となります。
銅担持酸化チタン光触媒を用いることで、簡単な構造でほとんどランニングコストがかからずに、VOC処理ができる可能性があるのです。
銅担持酸化チタン光触媒のVOC分解性能
銅担持酸化チタンが本当にVOCを分解するのかを試験しました。試験は、トルエン、キシレン、ならびにスチレンの3種類で試しました。比較として、ブランク、酸化チタン、銅担持酸化チタンで試しました。
使用した光触媒コーティング剤は、屋内用光触媒コーティング剤（BX01-AB1）です。
その結果は、次の図になります。
どのVOCも、酸化チタンに紫外線を照射したものでは分解ができていません。VOC処理を専門とされる方々に「光触媒でVOCは分解できない」と言われる理由がこれです。
ところが、銅担持酸化チタンであれば素早く分解ができていることが判ります。この試験を行っていただいた検査機関のご担当者様も、この試験結果に驚かれていました。
他にもいろいろなVOCで試しましたが、分解ができることを確認しております。
もし、「このVOCの種類で分解できるか試したい」と思われた方がいらっしゃいましたら、銅担持酸化チタン液剤の無料サンプル（250cc）をご提供していますので、お気軽にご相談ください。なお、販売は250mL単位です。
銅担持酸化チタン光触媒のVOC分解装置への応用
最後に、銅担持酸化チタン光触媒のVOC分解装置への応用を検討したいと思います。
VOC吸着用活性炭への応用
VOC吸着として活性炭が利用されている場面は多いと思います。活性炭の表面に銅担持酸化チタンをコーティング塗装することができたら、VOCを吸着分解してくれる活性炭になります。
活性炭はVOCを吸着したら、吸着性能が落ちてきます。設置された活性炭は、一定期間が経過したら交換となります。活性炭の表面に銅担持酸化チタンをコーティング塗装することで、活性炭がVOCを分解してくれるようになるので、活性炭の寿命が大幅に伸びます。
活性炭は多孔質ですが、孔の中に銅担持酸化チタンが入り込んでしまったら、活性炭の性質が落ちてしまいます。そのため、活性炭の表面だけに銅担持酸化チタンをコーティング塗装することが大切です。
ちなみに、弊社は活性炭の表面だけに光触媒コーティング塗装をする特許技術を持っているので、VOCを吸着分解できる活性炭を開発したい企業様は、弊社までお気軽にご相談ください。
VOC処理スクラバーへの応用
VOC処理スクラバーですと、銅担持酸化チタンでコーティング加工された活性炭フィルターかステンレスメッシュフィルターを用いると良いと思います。
ステンレスメッシュフィルターは、ステンレスメッシュを光触媒コーティング加工したものを用います。
ステンレスメッシュフィルターの場合には、VOCを吸着する性質がありませんから、紫外線ランプなどの光源を設置するなどして、銅担持酸化チタンのVOCの分解能力を高めてあげると良いでしょう。
また、ステンレスメッシュフィルターが1つだけでは、VOCの濃度を下げることが難しい場合には、何重にもフィルターを設置します。図のように、光触媒フィルターと紫外線ランプをカートリッジ式にしておき、それを交互に設置すると効果的だと考えます。
スクラバーの入り口のところに不織布フィルターを設置しておくと、光触媒フィルターの汚れを防いでくれます。もちろん、不織布フィルターにも光触媒コーティング加工が可能です。
光触媒フィルターは、水洗いをしても光触媒が落ちることはほとんどありませんから、定期点検で清掃をすると良いと思います。
ステンレスの光触媒コーティングの強度をさらに高めるためには、ステンレスに光触媒コーティング塗装をした後に、熱処理をします。加熱温度は300℃程度が理想的です。なお、ステンレスを300℃まで加熱すると色が変わってしまうので、色の変化を望まない場合には雰囲気炉を用いて加熱してください。
加熱処理されたステンレスフィルターの光触媒は、使用環境にもよりますが、耐久性が10年以上あると思います。
工場内の送風機や空調機への応用
工場内の空気中のVOC濃度を下げたい場合には、工場内に設置する送風機や空調機を光触媒コーティング加工すると良いと思います。
送風機の羽根やチャンバー内、空調機のフィルターに光触媒コーティング加工をすることが可能です。送風機や空調機をONにすると、風が送られて光触媒にVOCが当たって分解される仕組みです。
工場内の壁面の光触媒加工
もっと強力にVOCを除去する方法として、工場内全体を光触媒コーティング加工する方法もあります。壁や天井、床といった箇所に光触媒コーティング塗装をすることで、部屋の中の空気が変わると思います。
部屋全体を光触媒コーティングした方が、光触媒脱臭装置を設置するよりも、脱臭効果が高いと思います。
光触媒コーティング塗装をすると、床のような人が歩いたり、物がこすれたりする部分はともかく、壁や天井などの人や物が触れない箇所では、光触媒の効果が10年以上持続します。もちろん、酸性ガスが出ている工場では、その限りではありませんが、銅担持酸化チタンは、硫化水素も分解できるので、工場内の臭いが改善されると思います。
屋内用光触媒コーティング剤BX01-AB1の塗装可能な材質
銅担持酸化チタンのコーティング加工を行いたい場合は、屋内用光触媒コーティング剤BX01-AB1を用います。
屋内用光触媒コーティング剤BX01-AB1が塗装できる材質は、次の通りです。
- 活性炭
- ステンレス
- プラスチック類（ビニールなど）
- ペンキや防塵塗料が塗装された箇所
- 石膏ボード
他にも塗装できる材質はたくさんございます。光触媒コーティングしたい材質がありましたら、お気軽にご相談ください。
以上、銅担持酸化チタンの性能、光触媒を使ってVOC処理をする方法などをご説明いたしました。
銅担持酸化チタンをお試しになられたい企業様は、ぜひ弊社までご相談ください。また、塗装業者様で、工場の塗装に銅担持酸化チタンコーティングを提案されたい方も、弊社までお気軽にご連絡ください。
この記事の著者／責任者
株式会社イリス 代表取締役
島田 幸一 (Shimada Koichi)
私はもともと、地元農業のソリューション提供を事業としていたが、野菜や果物の劣化を促進させるエチレンガスの分解を研究したことで、光触媒の可能性を感じ起業いたしました。運よく可視光でも効果のある酸化チタン光触媒を世界で初めて開発して脚光を浴び、さまざまな業種のお客様から注文をいただける企業にまで成長できました。現在弊社は、可視光応答型光触媒を使ったコーティング剤を始め、外壁やガラス、石材、自動車の車内にクリア塗装ができる光触媒コーティング剤や、酸化チタンから下地を守るプライマーの開発。その後も、さまざまな材質に光触媒を定着するための研究を続け、多くの企業で採用されています。