專利名稱：El纖維和光催化反應(yīng)容器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對有機(jī)物、細(xì)菌等具有分解或殺菌作用的EL纖維，以及包含該EL纖維的光催化反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
鑒于近來的環(huán)境問題，使得對有害物質(zhì)、細(xì)菌·病毒等進(jìn)行分解或殺菌的光催化材料受到關(guān)注。代表性的光催化劑是TiO2。其通常是通過波長不超過400nm的紫外光發(fā)揮光催化功能的材料。因此，光催化劑幾乎不能通過帶有少量紫外光的太陽光產(chǎn)生催化效果。
也已經(jīng)開發(fā)出甚至通過波長超過400nm的可見光起作用的光催化材料。這樣的材料通常是以N、S、Mn、Fe、Co、Zn、Cu等摻雜的銳鈦礦型晶系的TiO2，因而使可見光的吸收增加。大部分此類材料即便通過可見光也可發(fā)揮光催化功能。但其性能則降至紫外光與銳鈦礦型TiO2組合的性能的約1/100。例外地，有報(bào)道以硫元素?fù)诫s的TiO2性能并未顯著降低(參見2003年日本電化學(xué)學(xué)會(huì)秋季大會(huì)，演講摘要集，日本電化學(xué)學(xué)會(huì)，322頁)。
但是，在任一情況下都必須另外使用諸如汞燈的外部光源，用以使上述光催化劑起作用。因此，反應(yīng)器的小型化就受到阻礙，另外必須使用有害物質(zhì)汞。近來，有時(shí)采用發(fā)射紫外光的發(fā)光二極管(LED)代替汞燈。
另一方面，通過電致發(fā)光進(jìn)行發(fā)光的稱作EL纖維的發(fā)光纖維已經(jīng)是公知的。

圖1示出了其概念性結(jié)構(gòu)。標(biāo)號1指內(nèi)電極，標(biāo)號2指內(nèi)絕緣層，標(biāo)號3指發(fā)光層，標(biāo)號4指外絕緣層，標(biāo)號5指外電極，標(biāo)號6指保護(hù)層?？刹辉O(shè)置外絕緣層4。通過在兩電極之間施加交流電壓，使被稱作熱電子的高能級電子通過絕緣層在發(fā)光層內(nèi)移動(dòng)，熱電子激發(fā)發(fā)光層內(nèi)的半導(dǎo)體粒子或者包含于半導(dǎo)體粒子內(nèi)的特定離子，從而產(chǎn)生發(fā)光。由于纖維通過電致發(fā)光而發(fā)光，因此將該纖維稱作EL纖維。通常，市售EL纖維是僅發(fā)射綠色或藍(lán)色可見光的纖維，其被用于各種照明等等。(參見Plastics，Rubber and Composites Progressing andApplications 1998.Vol.27，No.3，160-165頁)。
發(fā)明的公開光催化反應(yīng)是僅發(fā)生于粒子表面的反應(yīng)，因此必須以紫外光均勻照射粒子表面。然而，存在諸如下述的一些問題。
(1)在對象物是氣體的情況下，用作光催化劑的TiO2粒子必須浮游于反應(yīng)器內(nèi)，因此需要有特定的裝置。在對象物是液體的情況下，光催化劑粒子必須分散于液體中。在該情況下，在交換光催化劑粒子時(shí)就需耗費(fèi)回收的成本。
(2)由于紫外光在大氣中傾向于被吸收，因此光源必須設(shè)置于附近，并且難以應(yīng)用于大型反應(yīng)器。特別地，對于對象物是渾濁液體的情況，紫外光衰減明顯，因此不能適用外部光源系統(tǒng)。
本發(fā)明是在上述EL纖維最初構(gòu)想的基礎(chǔ)上進(jìn)行改良，從而使其具有對有機(jī)物質(zhì)、細(xì)菌等的分解或殺菌功能，從而解決了上述問題。由此完成了本發(fā)明。
本發(fā)明的第一方面涉及主要具有紫外光發(fā)射功能的EL纖維。EL纖維具有波長不超過400nm的紫外光或可見光發(fā)射功能，其中纖維的斷面結(jié)構(gòu)包括位于半徑方向中心處的內(nèi)電極、設(shè)置于內(nèi)電極周圍的內(nèi)絕緣層、發(fā)光層、外電極、設(shè)置于最外表面的保護(hù)層，且通過在電極之間施加交流電場而發(fā)光。在EL纖維中，構(gòu)成發(fā)光層的熒光體粒子由發(fā)射紫外光的材料構(gòu)成。細(xì)菌和病毒可被紫外光直接分解或殺菌。特別地，254nm的紫外光因直接破壞細(xì)菌和病毒的DNA因此被廣泛用于殺菌燈。因此，發(fā)射254nm紫外光的EL纖維成為殺菌燈的替換性選擇。
本發(fā)明的第二方面涉及具有紫外光或可見光發(fā)射功能的EL纖維。EL纖維具有波長不超過550nm的紫外光或可見光發(fā)射功能，其中纖維的斷面結(jié)構(gòu)包括位于半徑方向中心處的內(nèi)電極、設(shè)置于內(nèi)電極周圍的內(nèi)絕緣層、發(fā)光層、外電極、保護(hù)層以及設(shè)置于最外表面且具有光催化功能的粒子層或薄膜，且通過在電極之間施加交流電場而發(fā)光。即，EL纖維和光催化劑是一體化的。
在第二方面，所發(fā)出的可見光或紫外光照射光催化劑，通過光催化作用使有機(jī)物質(zhì)、細(xì)菌、病毒等被分解·殺菌。因此，其應(yīng)用范圍比僅發(fā)射紫外光的第一方面要廣。
本發(fā)明的其他方面涉及含上述EL纖維的光催化反應(yīng)器，此外涉及具有一結(jié)構(gòu)的光催化反應(yīng)器，在該結(jié)構(gòu)中EL纖維和光催化纖維以交替位置相組合。
圖1示出了適用于本發(fā)明一方面的EL纖維。內(nèi)電極1可以是普通金屬，采用了銅線。內(nèi)絕緣層2用于對發(fā)光層3均勻施加交流電場。通常單獨(dú)使用介電樹脂例如氰基樹脂，或者使用介電樹脂與高介電常數(shù)陶瓷粉末例如BaTiO3的混合物。其厚度為數(shù)十微米。對于外電極5，由于從發(fā)光層3發(fā)出的紫外光或可見光必須透過，因此使用由銦-錫基氧化物(ITO)等形成的透明電導(dǎo)膜，或者將厚度減至0.1μm或更低的NiCr合金等作為候選。
保護(hù)層6用于保護(hù)發(fā)光層3和外電極5免受外部環(huán)境因素例如濕氣的影響，并且從內(nèi)部發(fā)出的光也必須透過。對于可見光的情況，可使用普通透明樹脂。但對于紫外光，則必須使用適于紫外光透過的樹脂。該樹脂的實(shí)例包括由MITSUBISHI RAYON CO.，LTD.制造的ACRYLITE。保護(hù)層6自身可由具有光催化功能的材料形成。例如，考慮通過濺射而涂覆致密TiO2涂層。
在常見EL纖維的發(fā)光層3中，熒光體粒子是分散于介電樹脂中的，發(fā)光層3的厚度為數(shù)十微米。同樣，在本發(fā)明中，發(fā)射波長超過400nm的可見光的發(fā)光層3可與常見EL纖維中的發(fā)光層3相同。但是，對于比其更短的波長而言，當(dāng)使用介電樹脂時(shí)可由于長期使用而使樹脂劣化。因此，優(yōu)選使用介電陶瓷代替樹脂。具有高介電常數(shù)的各種材料，例如BaTiO3、SrTiO3和PbTiO3均可考慮用作介電陶瓷。也就是得到具有芯-殼型結(jié)構(gòu)的層，其中熒光體粒子分散于介電陶瓷中。
最重要的是熒光體。ZnS基材料已是廣泛公知的熒光體材料，在本發(fā)明中其通過與介電樹脂相結(jié)合，經(jīng)電致發(fā)光而產(chǎn)生高效率的發(fā)光，其也用作普通EL纖維的熒光體(參見Plastics，Rubber and CompositesProgressing and Applications 1998.Vol.27，No.3，pages 160-165)。
如圖2所示，以作為第二添加元素的Cl或Al摻雜ZnS。這些添加元素在ZnS導(dǎo)帶下形成施主能級。另一方面，Cu、Ag等用作摻雜的第一添加元素。這些元素形成ZnS導(dǎo)帶上的受主能級。當(dāng)以諸如電子束或紫外光的能量輻照ZnS時(shí)，價(jià)帶內(nèi)的電子被一次性激發(fā)入導(dǎo)帶內(nèi)，隨后被施主能級捕獲。另一方面，價(jià)帶內(nèi)新生成的電洞被受主能級捕獲。通過位于施主能級的電子與位于受主能級的電洞的組合而出現(xiàn)發(fā)光。這是被稱作施主-受主(DA)發(fā)光的發(fā)光類型，是能夠顯示極高發(fā)光效率的發(fā)光機(jī)制。如式(1)所示，發(fā)光波長基本上由施主能級與受主能級之間的能量差來決定，能量差增加則致發(fā)光波長變短。即發(fā)光能量hv由如下表示hv＝Eg-(ED+EA)-e2/(4πε0εrr) (1)其中Eg表示ZnS的帶隙能，ED表示施主的結(jié)合能，EA表示受主的結(jié)合能，e表示元電荷，ε0表示真空介電常數(shù)，εr表示相對靜電介電常數(shù)，r表示施主與受主之間的距離。
對于具有上述發(fā)光機(jī)制的ZnS基熒光體，ZnS:Ag，Cl和ZnS:Cu，Al分別作為藍(lán)色熒光體和綠色熒光體已經(jīng)實(shí)用化。因此，可采用這些熒光體，用以發(fā)射出波長約450-550nm的可見光。
從式(1)可看出，發(fā)光波長主要在半導(dǎo)體材料的帶隙以及施主與受主能級的基礎(chǔ)上確定。即，為了使發(fā)光波長變短，有必要(1)增加Eg，(2)減少ED和(3)減少EA。其中，ED約0.1eV，其不會(huì)因摻雜用的元素而明顯改變。此外，當(dāng)將Ag用于摻雜時(shí)，EA為0.7eV。因此，為了使發(fā)光波長變短，實(shí)質(zhì)上最重要的是增加Eg。用于形成受主能級的添加元素的實(shí)例包括Cu、Ag、Au、Li、Na、N、As、P和Sb。用于形成施主能級的添加元素的實(shí)例包括Cl、Al、I、F和Br。
相信主要有兩種方法用作增加帶隙能(Eg)的方法。一種方法是使基質(zhì)半導(dǎo)體為帶隙大于ZnS帶隙(Eg＝3.7eV)的第二成分半導(dǎo)體與ZnS的混合晶體。第二成分半導(dǎo)體的實(shí)例包括II-IV族化合物半導(dǎo)體，ZnS同屬于該族。硒化物例如MgSe(Eg＝4.0eV)和BeSe(Eg＝4.7eV)也可使用，但從制造簡易的角度看，合適地應(yīng)選擇類似于ZnS的硫化物。例如，MgS的Eg為5.1eV，CaS為4.4eV，SrS則為4.3eV，這些化合物是優(yōu)選的。另外，BaS和BeS也是侯選的化合物。但最優(yōu)選為MgS。
用于增加帶隙的其他方法是減少ZnS粒度，使其粒度達(dá)到納米級。減少粒徑會(huì)產(chǎn)生量子尺寸效應(yīng)，由此使帶隙增加。上述混合晶體的粒徑當(dāng)然是可以減少的。在此情況下，其粒徑可變得比單獨(dú)使用ZnS時(shí)的要大。適于產(chǎn)生量子尺寸效應(yīng)的粒徑依Eg和EA而改變。
帶有20摩爾％MgS的ZnS的發(fā)光波長為不超過400nm，與粒徑無關(guān)。如上所述，當(dāng)MgS用量增加時(shí)，粒徑的限度趨向于被消除。相反，當(dāng)MgS用量增加時(shí)，發(fā)光效率可降低。對于其他第二成分半導(dǎo)體而言同樣如此。這意味著對粒徑的標(biāo)準(zhǔn)是不超過10nm。
用作紫外發(fā)光物質(zhì)的侯選物實(shí)例除上述ZnS基熒光體外，還包括以Gd離子摻雜的物質(zhì)，例如Y2O3:Gd，Si-Y-O-N:Gd以及ZnF2:Gd；GaN；以及ZnO。
對于采用波長不超過400nm的紫外光或可見光的情況，光催化材料可以是經(jīng)常使用的銳鈦礦、金紅石或板鈦礦型TiO2。對于波長超過400nm的可見光，可將摻雜N、S、Mn、Fe、Co、Zn和Cu中至少一種元素的TiO2用作可見光感應(yīng)性光催化劑。最優(yōu)選為以S摻雜的材料，其顯示出最高的光催化活性。
根據(jù)本發(fā)明的上述產(chǎn)品用作能直接發(fā)射紫外光或發(fā)揮光催化作用的小型(compact)光源。因此，將其置于待處理對象物中即可得到有效的分解·殺菌裝置，所述待處理對象物例如未被外部光源觸及的處于狹窄部分中的流體或者是高濁度液體。
附圖簡述圖1是可適用于本發(fā)明的EL纖維的概念圖。
圖2是ZnS基熒光體的發(fā)光機(jī)制的說明圖。
圖3是光催化反應(yīng)試驗(yàn)的說明圖。
圖4是將市售的紫外發(fā)光LED以60°間隔布置的實(shí)例的說明圖。
圖5是將汞燈以60°間隔布置的實(shí)例的說明圖。
圖6A和圖6B分別是根據(jù)實(shí)施例1由EL纖維制造的織布的平面圖和斷面圖。
圖7是實(shí)施例3的說明圖。
圖8是相對于實(shí)施例3的比較例的說明圖。
圖9是相對于上述實(shí)施例3的另一比較例的說明圖。
本發(fā)明最佳實(shí)施方式下面將參照實(shí)施例詳細(xì)描述本發(fā)明。
實(shí)施例1將直徑0.1mm、長1m的Cu線用作芯電極。
制備如下粉末。
(絕緣層形成)BaTiO3平均粒徑0.5μm樹脂由Shin-Etsu Chemical Co.，Ltd.制造(商品名Cyanoresin)(熒光體)ZnS:Cu，Cl粉末平均粒徑0.5μm(市售)ZnS:Ag，Cl粉末平均粒徑0.5μm(市售)ZnS:Ag，Cl粉末平均粒徑3-15nm使用行星式球磨裝置(球直徑50μm)，在Ar氣氛中以150G加速度對市售ZnS:Ag，Cl粉末(平均粒徑0.5μm)粉碎各種時(shí)間，從而制得粉末。
(光催化劑)銳鈦礦型TiO2平均粒徑0.05μm(市售)TiO2:S 平均粒徑0.05μm將硫脲(CH4N2S)粉末和Ti(OC3H7)4混合于乙醇中，并進(jìn)行真空濃縮直至達(dá)到白色漿料態(tài)。此后在600℃于空氣中灼燒2小時(shí)，從而制得粉末。S的摻雜量規(guī)定為氧的2原子％。
(a)絕緣層的形成將樹脂分散并溶解入環(huán)己酮中，使其達(dá)到30體積％。將BaTiO3粉末分散(30體積％)入該溶液中。以旋轉(zhuǎn)輥將所得溶液涂布Cu線，厚度控制在30μm，并在120℃實(shí)施1小時(shí)的干燥，從而形成絕緣層。
(b)發(fā)光層的形成將樹脂分散并溶解入環(huán)己酮中，使其達(dá)到30體積％，由此制得溶液。在Ar氣氛中，將熒光體粉末于該溶液中進(jìn)行分散處理(30體積％)。以旋轉(zhuǎn)輥將所得溶液涂布至(a)項(xiàng)的絕緣層表面，將厚度控制在40μm，并在120℃實(shí)施10小時(shí)的干燥，從而形成發(fā)光層。
(c)外電極的形成將所得產(chǎn)品置于濺射裝置中，在130℃以厚度0.2μm的ITO電極涂覆發(fā)光層表面。
(d)保護(hù)層的形成以旋轉(zhuǎn)輥將作為紫外線透過樹脂的ACRYLITE熔融體進(jìn)行涂布，涂層厚度設(shè)定在100μm。
(e)光催化層的形成將光催化粒子分散于醇中，從而制得液體。將EL纖維浸漬于液體內(nèi)并取出，從而使EL纖維表面涂覆有TiO2粒子。
(f)評價(jià)(1)發(fā)光效率在以光催化層涂覆之前，于EL纖維的芯電極與ITO電極之間施加150V、400Hz的交流電場。以亮度計(jì)或紫外線照度計(jì)測量發(fā)光的亮度，由投入的電力計(jì)算發(fā)光效率。
(2)光催化反應(yīng)實(shí)驗(yàn)將長度1m以TiO2涂覆的EL纖維以500根系成束后，將其置于直徑50cm、長度1m的反應(yīng)器內(nèi)。如圖3所示，將含有濃度100ppm三氯乙烯的水從反應(yīng)器入口引入，并在循環(huán)的同時(shí)從單獨(dú)的出口排出。預(yù)先加入相對于水為5％的墨汁液，從而有意地使水著色，由此使液體具有高濁度。此時(shí)，在所有的芯電極和ITO電極之間施加150V、400Hz交流電場。測定至三氯乙烯完全分解所需的時(shí)間。
作為比較的目的，制造其中將市售的紫外發(fā)光LED(發(fā)光波長360nm，輸出50mW)以60°間隔布置(圖4)以及其中將汞燈(發(fā)光波長254nm，輸出100mW)以60°間隔、90mm間距(pitch)布置的設(shè)備(圖5)，并將100g上述銳鈦礦型TiO2粒子分散于反應(yīng)器內(nèi)所含的液體中。從反應(yīng)器外側(cè)施加紫外光，測定至完全分解所需的時(shí)間。
結(jié)果示于表1中。

對于外部光源系統(tǒng)，實(shí)施最高達(dá)100小時(shí)的實(shí)驗(yàn)。但三氯乙烯并未能完全分解。相信其原因在于，液體的透明度偏低，紫外光沒有充分進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)部，因此光催化劑沒有發(fā)揮其作用。
另一方面，當(dāng)使用本發(fā)明的產(chǎn)品時(shí)，則發(fā)生了分解。當(dāng)將TiO2:S用作光催化劑時(shí)，甚至波長超過400nm的可見光也能實(shí)現(xiàn)分解。當(dāng)使用紫外光時(shí)具有高分解能力，此外，隨紫外光的波長變短分解能力相應(yīng)增加。相信其原因在于，當(dāng)波長變短時(shí)光催化劑可被充分激發(fā)。
實(shí)施例2將直徑0.1mm、長度1m的Cu線用作芯電極。
制備如下粉末。
(絕緣層形成)Ba(OCH3)2Ti(OC2H5)4(熒光體)ZnS-MgS:Ag，Cl粉末平均粒徑3-15nm將市售ZnS:Ag，Cl粉末(平均粒徑0.5μm)與預(yù)定量的MgS粉末(平均粒徑0.5μm)混合，并使用行星式球磨裝置(球直徑40μm)，在Ar氣氛中以144G加速度對其粉碎不同時(shí)間，從而制得粉末。
(a)絕緣層的形成將Ba(OCH3)2和Ti(OC2H5)4的醇溶液各自蒸發(fā)并引入CVD反應(yīng)器內(nèi)。另一方面，通過另一途徑引入氧。在900℃溫度和0.04MPa壓力下實(shí)施2小時(shí)的反應(yīng)，從而使Cu芯電極表面涂覆有20μm厚度的BaTiO3。
(b)發(fā)光層的形成在Ar氣氛中，將熒光體粉末分散于混合有等摩爾量Ba(OCH3)2和Ti(OC2H5)4的醇溶液(濃度0.2mol/l)中而制得溶液，將絕緣層形成之后的試料浸漬入該所得溶液中，并取出。在900℃于空氣中實(shí)施30min的灼燒。重復(fù)30min的灼燒，從而形成厚度20μm、其中熒光體粒子分散于BaTiO3中的發(fā)光層。
(c)外電極的形成將所得產(chǎn)品置于濺射裝置中，于530℃對發(fā)光層表面涂覆厚度0.2μm的ITO電極。
(d)兼具光催化劑作用的保護(hù)層的形成通過濺射法各自于600℃形成厚度5μm的銳鈦礦型TiO2以及厚度5μm的TiO2:S，后者中的TiO2相對于氧摻雜有2原子％的S。
(f)評價(jià)(1)發(fā)光效率在以光催化層涂覆之前，于EL纖維的芯電極與ITO電極之間施加200V、300Hz的交流電場。以亮度計(jì)或紫外線照度計(jì)測量發(fā)光的亮度，由投入的電力計(jì)算發(fā)光效率。
(2)光催化反應(yīng)實(shí)驗(yàn)將長度1m的EL纖維以500根系成束后，將其置于50cm直徑、1m長度的反應(yīng)器內(nèi)。如圖3所示，將含有濃度180ppm乙醛的水從反應(yīng)器入口引入，并在循環(huán)的同時(shí)從單獨(dú)的出口排出。預(yù)先加入相對于水為10％的墨汁液，從而有意地使水著色，由此使液體具有高濁度。此時(shí)，在所有的芯電極和ITO電極之間施加200V、300Hz交流電場。測定至乙醛完全分解所需的時(shí)間。
結(jié)果如表2所示。

由于熒光體為ZnS-MgS混合晶系，發(fā)光波長進(jìn)一步變短，因此增加了分解速率。由于絕緣層和發(fā)光層內(nèi)的電介質(zhì)為具有高介電常數(shù)的BaTiO3，因此得到了高發(fā)光效率。
即使將TiO2用作保護(hù)層也能發(fā)揮光催化功能。
實(shí)施例3將實(shí)施例1中的EL纖維以3mm間距進(jìn)行二維緞織，從而制得尺寸為500mm×500mm的織布。圖6A是其平面圖，圖6B是其斷面圖。
制備由光催化纖維形成并被切成500mm×500mm的織布(UBEINDUSTRIES，LTD.制造)。
將EL纖維織布和光催化織布交替堆積，以各50層進(jìn)行層壓，從而制得光催化設(shè)備。
將該設(shè)備置于圖7所示容器(厚度70mm、斷面面積500mm×500mm的反應(yīng)器)。將二英的一種，2，3’，4，4’，5-Pc-CB，溶解于水中，由此制得30L濃度為100pg/l的溶液。此時(shí)，預(yù)先加入相對于水為5％的墨汁液，從而有意地使水著色，由此制得具有高濁度的液體。
在電極之間施加200V和500Hz的交流電場，同時(shí)將上述所得液體以2.5l/min的流速進(jìn)行循環(huán)。測量最高達(dá)100hr的時(shí)間，直至二英完全分解。
作為比較，將50層的光催化織布單獨(dú)層壓，并將由此制得的設(shè)備置于相同的容器內(nèi)，分別制備將市售的紫外發(fā)光LED(發(fā)光波長360nm，輸出50mW)以35mm間距布置的光源(圖9)和將汞燈(發(fā)光波長254nm，輸出100mW)以35mm間距布置的光源(圖8)，并將光源置于容器外側(cè)。從容器外側(cè)實(shí)施照射，測定至完全分解所需的時(shí)間。
結(jié)果如表3中所示。

對本發(fā)明產(chǎn)品而言，其顯示分解時(shí)間比外部光源系統(tǒng)的要短。特別地，當(dāng)處理高濁度液體時(shí)這種差距增加。相信其原因在于發(fā)射出的光被污濁源吸收了。即便是低濁度的情況，本發(fā)明產(chǎn)品顯示的分解時(shí)間也是短的。相信其原因在于，當(dāng)將光催化織布進(jìn)行層壓時(shí)，光線并不均勻到達(dá)織布內(nèi)側(cè)。另一方面，對于本發(fā)明的產(chǎn)品而言，由于光源位于光催化織布附近處，因而相信所有的光催化織布都均勻地發(fā)揮了其功能，而與層壓的數(shù)目無關(guān)。
產(chǎn)業(yè)適用性本發(fā)明的產(chǎn)品是能通過例如施加交流電壓而發(fā)射紫外光的纖維。當(dāng)將本發(fā)明產(chǎn)品置于渾濁流體中并使其發(fā)揮功能時(shí)，無需使用外部紫外光源例如紫外燈或紫外LED即可有效實(shí)現(xiàn)光催化反應(yīng)。特別地，即使是渾濁流體顯著吸收紫外光且外部光源不能處理的情況，其也可有效實(shí)現(xiàn)光催化反應(yīng)。
包含本發(fā)明產(chǎn)品的光催化反應(yīng)器能分解有機(jī)物質(zhì)并對細(xì)菌進(jìn)行殺菌等等，因此可用于各種領(lǐng)域，例如分解并去除NOx、SOx、CO氣體、柴油機(jī)微粒、花粉、塵埃、螨蟲等空氣中的污染物，分解并去除污水中所含的有機(jī)化合物，用于對一般細(xì)菌、病毒等進(jìn)行殺菌的光源，分解化工廠內(nèi)產(chǎn)生的有毒氣體，分解發(fā)氣味的組分，以及超純水制造裝置中所用的殺菌光源。
可與陶瓷過濾器、光催化薄片、光催化織布等相結(jié)合。例如，當(dāng)將本發(fā)明產(chǎn)品置于預(yù)先攜帶有光催化劑的陶瓷蜂巢過濾器的小室內(nèi)，可同時(shí)提供陶瓷過濾器的分離功能以及光催化功能。例如，還有將本發(fā)明產(chǎn)品通過編織而置入光催化織布中的方法。以此方式還可應(yīng)用于汽車廢氣處理用的蜂巢部件、空氣清凈機(jī)用的過濾器、過濾污水的過濾器、各種凈水器、溫泉的殺菌、以及殺蟲劑。
權(quán)利要求
1.具有波長不超過400nm的紫外光或可見光發(fā)射功能的EL纖維，該EL纖維的特征在于，纖維的斷面結(jié)構(gòu)包括位于半徑方向中心處的內(nèi)電極、設(shè)置于內(nèi)電極周圍的內(nèi)絕緣層、發(fā)光層、外電極以及設(shè)置于最外表面的保護(hù)層，并且通過在電極之間施加交流電場而發(fā)光。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的EL纖維，其中在發(fā)光層和外電極之間設(shè)置有外絕緣層。
3.具有波長不超過550nm的紫外光或可見光發(fā)射功能的EL纖維，該EL纖維的特征在于，纖維的斷面結(jié)構(gòu)包括位于半徑方向中心處的內(nèi)電極、設(shè)置于內(nèi)電極周圍的內(nèi)絕緣層、發(fā)光層、外電極、保護(hù)層以及設(shè)置于最外表面且由具有光催化功能的材料形成的粒子層或薄膜，并且通過在電極之間施加交流電場而發(fā)光。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的EL纖維，其中在發(fā)光層和外電極之間設(shè)置有外絕緣層。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或權(quán)利要求4的EL纖維，其中保護(hù)層自身由具有光催化功能的材料形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求3-5中任一項(xiàng)的EL纖維，其中具有光催化功能的材料為TiO2和/或摻雜有N、S、Mn、Fe、Co、Zn和Cu中的至少一種元素的TiO2。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)的EL纖維，其中發(fā)光層具有一結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中具有可見光或紫外光發(fā)射功能的熒光體粒子分散于含有介電樹脂和介電陶瓷中至少一種的基質(zhì)中。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)的EL纖維，其中構(gòu)成發(fā)光層的熒光體含有ZnS作為第一主成分，并含有在部分包含或不包含II-IV族化合物半導(dǎo)體的半導(dǎo)體中構(gòu)成受主能級的第一添加元素和構(gòu)成施主能級的第二添加元素作為第二成分。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的EL纖維，其中第一添加元素為Cu、Ag、Au、Li、Na、N、As、P和Sb中的至少一種，第二添加元素為Cl、Al、I、F和Br中的至少一種。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的EL纖維，其中第一添加元素是Ag。
11.根據(jù)權(quán)利要求8的EL纖維，其中第二成分的半導(dǎo)體含有MgS、CaS、SrS、BeS和BaS中的至少一種。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)的EL纖維，其中構(gòu)成發(fā)光層的熒光體的平均粒徑為不超過10nm。
13.光催化反應(yīng)器，其包括權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)的EL纖維。
14.光催化反應(yīng)器，其具有一結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)的EL纖維與光催化纖維以交替位置組合。
全文摘要
光催化反應(yīng)是僅發(fā)生于粒子表面的反應(yīng)，因此必須以紫外光均勻照射粒子表面。但其需要有特定裝置，且在光催化劑粒子的交換中回收成本偏高。此外難以應(yīng)用至大型反應(yīng)器，特別是難以應(yīng)用外部光源系統(tǒng)。本發(fā)明克服了這些問題。具有波長不超過400nm的紫外光或可見光發(fā)射功能的EL纖維的特征在于，纖維的斷面結(jié)構(gòu)包括位于半徑方向中心處的內(nèi)電極、設(shè)置于內(nèi)電極周圍的內(nèi)絕緣層、發(fā)光層、外電極以及置于最外表面的保護(hù)層，并且通過在電極之間施加交流電場而發(fā)光。
文檔編號B01J35/00GK1887032SQ200480035279
公開日2006年12月27日 申請日期2004年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月27日
發(fā)明者河合千尋 申請人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社