專利名稱：承載光催化劑的玻璃材料,使用該材料的過濾裝置以及光照射方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種承載光催化劑的玻璃材料，使用該材料的過濾裝置以及光照射方法，特別是涉及改善光照射至光催化劑上的效率并促進(jìn)光催化反應(yīng)的玻璃材料。技術(shù)背景光催化反應(yīng)的特征在于使用在光照射下所產(chǎn)生的強(qiáng)氧化力的氧化反應(yīng)。因而，人們一直試圖在過濾器中利用這種技術(shù)，并將此技術(shù)應(yīng)用于水處理和環(huán)境凈化。
作為利用常規(guī)光催化劑的過濾器，通常使用帶有承載在熱阻纖維或多孔物質(zhì)上的TiO2或另外的光催化劑的過濾器，帶有承載在金屬網(wǎng)等上的TiO2或另外的光催化劑的過濾器。利用來自光源的光線，獲得了光催化作用。
作為可行的具體例子有在反應(yīng)容器內(nèi)的具有承載光催化劑的蜂窩狀管的過濾器，所述容器包含有反應(yīng)溶液和反應(yīng)溶劑以及用于向管內(nèi)引導(dǎo)光線的光學(xué)纖維(文獻(xiàn)1.日本專利申請公開，和5-154387)；帶有承載在玻璃、陶瓷或另外形式的平坦物質(zhì)上或承載在玻璃珠或陶瓷球上的二氧化鈦半透明薄膜的過濾器，通過將光照射在該薄膜上，將包含在城市廢水等中的有毒物質(zhì)除去(文獻(xiàn)2.Hashimoto andFujishima，“水和排水”第36卷，第10號(1994)，第5-11頁)；帶有將二氧化鈦載在設(shè)置在光源兩側(cè)的蜂窩狀載體上的光催化劑的過濾器，用于凈化汽車內(nèi)或其它環(huán)境中的空氣(文獻(xiàn)3.Suzuki，“ToyotaChuo Kenkyusho R&D Review”第28卷，第3號(1993.9)，第47-56頁)；帶有設(shè)置在環(huán)狀容器內(nèi)的二氧化鈦粒料的過濾器，所述容器中間有光源，該過濾器用于處理三氯乙烷或其它揮發(fā)性有機(jī)氯化合物(文獻(xiàn)4.Yamazaki，“化學(xué)和工業(yè)”，第47卷，第2號(1994)第152-155頁)；等等。
然而，在所述的現(xiàn)有技術(shù)中，光催化作用是由稍稍遠(yuǎn)離光催化劑的光源的光所產(chǎn)生的。因此，通常將出現(xiàn)下面的一些問題。
(1)如果過濾器被污垢，灰塵，淤泥等覆蓋，那么光線將很難照射到光催化劑上，由此將減弱催化劑的作用。因此，需要很強(qiáng)的紫外光。尤其在包含大量物質(zhì)的幾乎是黑色的污水的場合，光線不能照射到光催化劑上，因此將使光催化反應(yīng)鈍化，或只是輕度的活化，這將使之不能在實際上使用。
(2)光線只能照射到某些部分上而不能照射到另一些部分上，并且只是光照射的那部分起作用。為了消除這個缺點，通過混合吸收劑和氧化鈦制備了混合式光催化劑。沒被光線照射的那些部分利用吸收劑收集并移至光照射部分進(jìn)行分解。但這需要設(shè)計一個復(fù)雜的系統(tǒng)。
(3)甚至在從光源至光催化劑用光線照射光催化劑時，也只有少量的照射光能照射到光催化劑。絕大多數(shù)的光能被浪費。因此，為了進(jìn)行有效的光照射，裝置的設(shè)計是很重要的。為此，需要設(shè)計具有環(huán)狀容器的結(jié)構(gòu)或其它復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，所述環(huán)狀容器內(nèi)有光催化劑并且在其中間有光源。
本發(fā)明的目的是，通過將光線從承載光催化劑的載體直接照射到光催化劑上的簡單的結(jié)構(gòu)而提供一種能解決上述現(xiàn)有技術(shù)問題并能有效地產(chǎn)生光催化作用的光催化劑過濾器，光催化過濾裝置以及使用該裝置的液體處理方法。
另外，為了增加所述光催化劑的處理能力，迄今為止的做法是將大量的光線照射到光催化劑上。
具體地說，通常光催化劑的使用受到下面的各種限制。
(1)為了增加處理能力，要設(shè)計大量的光的照射。
(2)為了增加處理能力，要設(shè)計光照射方法。
(3)為了增加處理能力，要產(chǎn)生增加的光催化活性。
(4)所述的低處理能力限制了某些常規(guī)的應(yīng)用例如，除臭(少量處理，擴(kuò)散是速率控制步驟)；防污處理(在很長時間內(nèi)進(jìn)行少量的處理)；抗菌處理(少量處理不能進(jìn)行殺菌處理)等。
用這種方法，甚至使用光催化作用，所產(chǎn)生的光量也將限制光催化反應(yīng)能力的增加。當(dāng)有大量光解物質(zhì)時，這些物質(zhì)不能通過光催化劑的作用進(jìn)行處理。
在上述背景下開發(fā)出了本發(fā)明，本發(fā)明提供一種能明顯增加過濾能力的光催化過濾裝置和過濾方法。
在本發(fā)明中，作為用于過濾氣體、液體或其它已知的流體的過濾器，包括具有垂直于被處理流體通道的過濾面的過濾器(例如，日本專利申請公開，和7-224632)；具有平行于被處理流體通道的過濾面的過濾器(例如，日本專利申請公開第56-129020號)等。
在前一種過濾器中，為了增加過濾能力，需要增大垂直于通道的過濾面積。然而，如果在過濾器的附近增大所述通道的話，那么將難于均勻地保持施加至過濾器各部分上的壓力。因此，收集密度將不利地變得不均勻，并且不能進(jìn)行有效的過濾。
對于后一種過濾器，由于過濾面平行于通道，因此，在該通道不必增大的情況下仍將是有效的，這是因為這種過濾器與前一種相比具有更大的過濾面積。然而，當(dāng)被過濾的流體在過濾部分向前推進(jìn)時，被過濾的流體通常將通過同時也用作通道的過濾面向外排出。因此，在各過濾部分將出現(xiàn)壓差，這將使收集密度產(chǎn)生偏差。因此，不能獲得充分有效的過濾。
另外，人們一直試圖將光催化反應(yīng)應(yīng)用于各種水處理、空氣處理、以及環(huán)境凈化。然而，即使在上述過濾器中使用了所述的光催化反應(yīng)，也很難將光線照射到整個過濾器上。
在上述背景下開發(fā)出了本發(fā)明，因此，本發(fā)明的目的是提供一種過濾裝置，該裝置能獲得有效的過濾作用并且利用光催化反應(yīng)能有效地得到過濾凈化作用。
當(dāng)打算用過濾器過濾液體時，通常使用下面三種不同類型的過濾器。
第一種過濾器是利用短纖維狀纖維的過濾器(下面稱之為短纖維過濾器)。
第二種過濾器是利用長纖維狀纖維的過濾器(下面稱之為長纖維過濾器)。過濾器的基本材料呈長纖維狀纖維織造的布的形態(tài)。
第三種過濾器是利用顆粒(包括多孔體)，或通過燒結(jié)顆粒而形成的多孔體的過濾器。另一可供選擇的方案是，通過用顆粒填充過濾器的成形空間而形成的過濾器。
然而，上述常規(guī)過濾器的每一種都存在下列問題。它們很難廉價地提供完善的過濾器。
首先，在第一種短纖維過濾器中，主要是通過調(diào)節(jié)過濾孔(網(wǎng)目)來改變纖維的填充密度。因此很容易由于放置而造成密度差，而且很難精確地控制網(wǎng)目。當(dāng)流體通過時，網(wǎng)目的構(gòu)型將發(fā)生變化，或?qū)⒊霈F(xiàn)其它的問題。因此，這種過濾器的問題是難于獲得精細(xì)的過濾器。
在第二種長纖維過濾器中，需要一個將長纖維狀纖維織造成布的復(fù)雜的過程，這將增加成本。另外，可織造纖維的直徑有一定的局限性?？傻玫降木W(wǎng)目受到一定的局限。因此，同樣存在著難于獲得精細(xì)的過濾器的問題。
此外，在使用顆粒(包括多孔體)的第三種過濾器中，該過濾器是通過用顆粒填充過濾器的成形空間而形成的。為了獲得過濾作用，需要使用大量顆粒。這將出現(xiàn)需要大空間的問題，成本也將增加。
另外，在第三種過濾器中，顆粒是通過燒結(jié)或另外的形成用于多孔過濾器的方法而形成的。需要大量的顆粒。這也將產(chǎn)生上述的問題，即需要大的空間并增加成本。另外，還存在將進(jìn)一步增加成形所需的成本。
通過考慮上述的問題，開發(fā)出了本發(fā)明，因此，本發(fā)明的目的是提供一種過濾材料，其制備方法以及利用該材料的過濾裝置等，結(jié)果是，廉價地提供了完善的過濾器。
作為上述光催化劑過濾器或另外的光催化劑的載體，使用各種玻璃。
然而，據(jù)說，鈉鈣玻璃基料是不優(yōu)選的，這是因為其對光催化劑活性有害。這大概是由于在光催化劑進(jìn)行受熱氧化時，鈉離子擴(kuò)散入光催化劑中形成化合物的緣故。
另一方面，石英玻璃沒有雜質(zhì)擴(kuò)散入光催化劑中，因此作為光催化劑承載基料是完全優(yōu)選的。然而，對實際應(yīng)用來說其制造成本很高。另外，如此高軟化溫度的玻璃很難熱加工成各種構(gòu)型。另外還將進(jìn)一步增加成本。
另外，還作出了各種嘗試，如用石英玻璃涂布鈉鈣玻璃的表面，以抑制鈉的流出。然而，薄膜不能提供有效的作用，而形成薄膜卻需要一定的成本，這不是所希望的。
通過考慮上述這些情況，開發(fā)出了本發(fā)明，因此，本發(fā)明的目的是提供一種沒有雜質(zhì)擴(kuò)散入光催化劑中，并且不會損害其光催化活性的廉價的光催化劑承載玻璃材料。
除上述光催化劑過濾器以外，在利用光的光反應(yīng)和熱反應(yīng)的場合，或其它場合，光需要有效地照射到被照射的物質(zhì)上。然而，根據(jù)本發(fā)明，特別是當(dāng)光照射到光化學(xué)反應(yīng)體系，或熱能傳送至化學(xué)反應(yīng)體系上時，可使用光照射方法及其裝置。
當(dāng)光照射該光化學(xué)體系時，在絕大多數(shù)場合，光從單一方向進(jìn)行照射。另外，光反應(yīng)從反應(yīng)劑表面上的光吸收開始。
在熱反應(yīng)的場合，加熱是直接用加熱器來完成的，或通過大氣加熱來完成的。在這兩種加熱方法中，熱反應(yīng)從接近熱源的表面開始。
在燃燒反應(yīng)的場合，使用火源，或通過大氣加熱來完成。另外，在這種場合，燃燒反應(yīng)從接近火源的反應(yīng)劑部分開始。在大氣加熱時，反應(yīng)從反應(yīng)劑的表面開始。
在常規(guī)的光反應(yīng)場合，由于反應(yīng)劑的暴露表面受到限制，因此，在接近表面部分和遠(yuǎn)離表面部分之間所開始的反應(yīng)將產(chǎn)生延時。另外，由于反應(yīng)劑的暴露表面有限，因此反應(yīng)只在表面部分進(jìn)行。此外，當(dāng)反應(yīng)劑的濃度很高時，光線很難照射到反應(yīng)劑上，因而需要用強(qiáng)光進(jìn)行照射。另外，當(dāng)反應(yīng)劑的每一側(cè)均有固相時，為了將更多的光照射到固相上，需要將光源進(jìn)行多向排列，或者需要另外復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。
另一方面，在與光反應(yīng)相同方式的常規(guī)熱反應(yīng)(燃燒反應(yīng))的場合，由于反應(yīng)劑的暴露表面有限，因此，在接近表面部分和遠(yuǎn)離表面部分之間所開始的反應(yīng)將產(chǎn)生延時。另外，由于反應(yīng)劑的暴露表面有限，因此反應(yīng)只在表面部分進(jìn)行。另外，為增加傳熱效率，總是需要充分的攪拌。當(dāng)在反應(yīng)中出現(xiàn)溫度梯度時，反應(yīng)將出現(xiàn)偏差。此外，在常規(guī)的熱反應(yīng)場合，由于是利用熱傳導(dǎo)和熱對流完成加熱，因此，很難控制恒定的溫度。另外也難于形成許多表面。
為解決上述問題，業(yè)已開發(fā)出了本發(fā)明，因此，本發(fā)明的目的是提供一種光照射方法及其裝置，借助其本身帶有光導(dǎo)體(作為照射源)的結(jié)構(gòu)，所述的方法和裝置通過光導(dǎo)體基本上能提供光和熱，并且能促進(jìn)光化學(xué)反應(yīng)并有效地傳遞熱能。本發(fā)明的公開通過在權(quán)利要求中引證的本發(fā)明的組成實現(xiàn)本發(fā)明。在每個權(quán)利要求中引證的本發(fā)明相互之間有著緊密的聯(lián)系。
可將權(quán)利要求2-12的光催化劑過濾器應(yīng)用至權(quán)利要求1，13-16的過濾裝置中。當(dāng)制備光催化劑過濾器時，可使用權(quán)利要求17-21中的承載光催化劑的玻璃材料。
另外，通過所述過濾裝置，可實現(xiàn)權(quán)利要求22和23的光照射方法。
根據(jù)本發(fā)明的光催化劑過濾器以如下方式構(gòu)成將光催化劑承載于光導(dǎo)體的表面上，所述光導(dǎo)體用于引導(dǎo)活化光催化劑所需的光，并將通過光導(dǎo)體引導(dǎo)的光從光導(dǎo)體的表面直接照射至光催化劑上。
當(dāng)用活化所需的光照射光催化劑時，光催化劑將產(chǎn)生光催化反應(yīng)，在其表面產(chǎn)生強(qiáng)的氧化力和還原力，并且使接觸光催化劑的大量物質(zhì)分解并除去。
作為所述的光導(dǎo)體，可使用選自下面的至少一種材料所述材料包括其本身不與光催化劑反應(yīng)的玻璃，陶瓷，塑料和晶體。
所述的光導(dǎo)體可以纖維、蜂窩、網(wǎng)目、布、層和棉狀中的一種、兩種或多種構(gòu)型來形成。
相對于激活光催化劑所需的光而言，光催化劑優(yōu)選是透明的，或者可以是不透明的。在不透明光催化劑的場合，將大量光催化劑呈島狀載于光導(dǎo)體的表面上，以使從光導(dǎo)體沒有承載光催化劑的表面部分射出的光包圍不透明光催化劑的四周。
作為所述的光催化劑，可使用選自下面的一種或多種物質(zhì)，所述物質(zhì)包括氧化鈦或其化合物，氧化鐵或其化合物，氧化鋅或其化合物，氧化釕或其化合物，氧化鈰或其化合物，氧化鎢或其化合物，氧化鉬或其化合物，氧化鎘或其化合物，以及氧化鍶或其化合物。
作為所使用的光催化劑的承載方法，可使用溶膠-凝膠法、全氣溶膠法、洗滌/涂布法、蒸發(fā)法、噴鍍法、熱分解法、金屬氧化法等。通過使用一種或兩種或多種所述的方法，光導(dǎo)體的表面被覆蓋1納米至1毫米厚的薄膜。
另外，可向光催化劑中添加增強(qiáng)光催化劑活性層、增強(qiáng)粘結(jié)強(qiáng)度、增加穩(wěn)定性、增強(qiáng)光反應(yīng)或提供另外的作用的添加劑；或者將所述添加劑用作底涂層。作為所添加的材料，可使用Cr，Ag，Cu，Au，Pt，Ru，Pd，Rh，Sn，Si，In，Pb，As，Sb，P或另外的金屬、其氧化物或其化合物。為了增加粘結(jié)強(qiáng)度，可以不添加所述的添加劑，而是作為催化劑層的基層提供Cr，In，Sn，Si，P等。
通過考慮折射率而選擇光催化劑材料和光導(dǎo)體材料。與將光封閉在芯中的光學(xué)纖維不同，光線需在作為覆蓋材料的光催化劑側(cè)射出。當(dāng)與光導(dǎo)體材料相比時，可選擇具有更大折射率的光催化劑。
另外，根據(jù)本發(fā)明的光催化劑過濾器能以下述方式構(gòu)成，即在構(gòu)成所述光導(dǎo)體芯的外周具有包層的光學(xué)纖維上部分或全部地形成沒有所述包層的芯暴露部分，并且在該芯暴露部分上承載其折射率高于芯折射率的光催化劑。
所述組成的光催化劑過濾器和用于將光射至所述光導(dǎo)體上的光源結(jié)合，形成了光催化過濾裝置。
當(dāng)光催化劑是二氧化鈦時，光源的波長優(yōu)選在能激活光催化劑的200-500納米的紫外光范圍內(nèi)?？墒褂幂敵鲞B續(xù)光的汞燈或紫外光燈?？梢砸粋€方向或兩個方向?qū)碜怨庠吹墓饩€照射到光導(dǎo)體上。
根據(jù)本發(fā)明的光催化過濾裝置是如下的光催化過濾裝置，該光催化過濾裝置通過利用所述光催化劑的光解反應(yīng)，除去由承載光催化劑的過濾材料組成的過濾器捕獲的物質(zhì)，并且具有加熱所述捕獲物質(zhì)和/或所述光催化劑的加熱裝置。
通過將該過濾裝置與將光供至載在所述過濾材料上的光催化劑上的光源相結(jié)合，利用所述光催化過濾裝置的過濾器過濾待過濾的液體，并且將光從所述光源照射至所述的光催化劑，所述光催化劑用于光解被所述過濾器捕獲的物質(zhì)，與此同時，通過利用所述加熱裝置加熱所述捕獲的物質(zhì)和/或所述光催化劑，使包括在捕獲的物質(zhì)中的碳氧化并汽化，結(jié)果是，除去了所捕獲的物質(zhì)。
所述的過濾材料可由選自玻璃、陶瓷、晶體、金屬和塑料的一種、兩種或多種材料組成。所述加熱裝置的加熱溫度通常從50-650℃。當(dāng)將玻璃用作過濾材料時，所選擇的溫度是玻璃化轉(zhuǎn)變溫度或更低；當(dāng)使用陶瓷時，所選擇的溫度為分解點或更低；當(dāng)使用塑料時，所選擇的溫度為低于其結(jié)晶的熔融點和分解點或更低；當(dāng)使用金屬時，所選擇的溫度為熔點或更低的溫度。
所述過濾材料可用一種或兩種或多種構(gòu)型的結(jié)構(gòu)體構(gòu)成，所述結(jié)構(gòu)體選自纖維，蜂窩狀物，網(wǎng)目，布，層，棉和顆粒。
另外，根據(jù)本發(fā)明的過濾裝置是這樣的過濾裝置，該過濾裝置使用通過將大量縱向排列的長纖維體扎成捆而形成的聚集體作為過濾材料，結(jié)構(gòu)體是由所述的過濾材料組成，所述過濾材料在其縱向的一端有一開口而另一端封閉，并且開口的尺寸朝著另一端的方向漸漸縮小，被過濾的物流流經(jīng)所述的開口。
所述長纖維體在縱向部分或全部地形成波紋狀。
另外，在所述長纖維體的表面，可形成突起物。
所述長纖維體部分或全部地由光導(dǎo)材料構(gòu)成，并可以具有部分或全部地形成于其表面上的光催化劑。
此外，通過將來自所述長纖維體一端的光引入到所述長纖維體中并將光線供至在所述長纖維體的表面上形成的光催化劑上，產(chǎn)生了光催化作用，結(jié)果是，能分解/除去粘結(jié)至所述長纖維體表面上的物質(zhì)。
該過濾裝置可由一種或兩種或多種超細(xì)玻璃纖維組成，所述超細(xì)纖維的直徑為1-70微米。
所述超細(xì)玻璃纖維可構(gòu)成一種或兩種或多種選自集束、網(wǎng)目、布、層和棒構(gòu)型的結(jié)構(gòu)體。
此外，在所述過濾裝置中，所述超細(xì)玻璃纖維的軟化點優(yōu)選為700℃或更高。
此外，在所述的過濾裝置中，部分或全部地在所述超細(xì)玻璃纖維的表面上形成光催化劑。
此外，在所述過濾裝置中，通過將來自所述超細(xì)玻璃纖維的一端引入到所述超細(xì)玻璃纖維中并將光線供至在所述超細(xì)玻璃纖維的表面上形成的光催化劑上，產(chǎn)生了光催化作用，結(jié)果是，分解/除去了粘結(jié)至所述超細(xì)玻璃纖維上的物質(zhì)。
在所述的過濾裝置中，提供第一加熱裝置，用于加熱所述捕獲的物質(zhì)。
根據(jù)本發(fā)明過濾器的過濾材料具有帶有突起物的結(jié)構(gòu)，所述突起物是在過濾基礎(chǔ)材料的表面上形成的。
根據(jù)本發(fā)明過濾材料的制備方法以使突起物形成在過濾基礎(chǔ)材料表面上的方式構(gòu)成。
對于本發(fā)明過濾材料的制備方法而言，本發(fā)明過濾材料的所述的制備方法包括通過將顆粒固著在過濾基礎(chǔ)材料的表面上而形成突起物的結(jié)構(gòu)；通過在過濾基礎(chǔ)材料的表面上使用金屬鑄造而形成突起物的結(jié)構(gòu)；或通過混合過濾原料并進(jìn)行定型而在過濾材料的表面上形成突起物的結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的過濾裝置通過使用過濾材料而構(gòu)成，所述過濾材料帶有在其表面上形成的突起物。
相對于長纖維體的直徑d，所述突起物的間距為2d-20d，優(yōu)選為3d-10d，該突起物的直徑從0.3至100微米。
此外，本發(fā)明的過濾裝置通過使用在其表面上帶有突起物的過濾材料而構(gòu)成，并且所述的過濾材料部分或全部地承載用于促進(jìn)催化劑或表面反應(yīng)的物質(zhì)；或者該過濾裝置通過使用具有光導(dǎo)體性能并在其表面帶有突起物的過濾材料而構(gòu)成，所述的過濾材料部分或全部地承載光催化劑，結(jié)果是，照射至該過濾材料上并通過該過濾材料的內(nèi)部引導(dǎo)的光線照射所述的光催化劑。
根據(jù)本發(fā)明，通過改變突起物的大小或突起物的分布密度，可容易地高精度地控制空隙(網(wǎng)目)。另外，只需通過集束或?qū)雍显谄渖闲纬捎型黄鹞锏倪^濾材料，就能得到過濾器。因此，可廉價地獲得非常規(guī)的、完善的過濾器。
另外，由于通過在過濾材料的表面上形成的突起物而得到孔，因此，甚至在通過液體時這些孔也保持不變，并且空隙能維持很長的一段時間。因此，作為過濾器其性能能維持很長的一段時間。
此外，在本發(fā)明中，基本不需要織造過程。甚至于迄今為止由于其纖維直徑而很難用作長纖維過濾器的長纖維狀纖維也能用作過濾材料。
另外，與沒有突起物的過濾材料相比，由于在過濾材料的表面上形成突起物，因此，在具有凈化液體作用的過濾器中通過使用表面反應(yīng)，可提高過濾效率。
用作本發(fā)明過濾裝置的過濾器或光導(dǎo)體的承載光催化劑的玻璃材料，以重量％計包含30-80％的二氧化硅和0-10％的堿性成份，并且由低堿性的硅酸鹽玻璃，硅鋁酸鹽玻璃，硼硅酸鹽玻璃或非堿性玻璃組成。
另外，以重量％計，本發(fā)明的承載光催化劑的玻璃材料包含30-80％的SiO2，1-35％的Al2O3，0-30％B2O3，0-20％MgO，0-20％CaO，0-20％SrO，0-40％BaO，0-20％ZnO，0-10％Li2O，0-10％Na2O，0-10％K2O，0-10％Cs2O，0-10％Li2O+Na2O+K2O+Cs2O和0.1-65％MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO+Li2O+Na2O+K2O+Cs2O。
此外，以重量％計，本發(fā)明的承載光催化劑的玻璃材料包含30-60％的SiO2，1-20％的Al2O3，0-20％B2O3，0-20％MgO，0-20％CaO，0-20％SrO，0-40％BaO，0-20％ZnO，1-60％MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO，0-10％Li2O，0-5％Na2O，0-5％K2O，0-5％Cs2O，0-5％Li2O+Na2O+K2O+Cs2O和1-60％MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO+Li2O+Na2O+K2O+Cs2O。
對于本發(fā)明的承載光催化劑的玻璃材料而言，所述的承載光催化劑的玻璃材料包含作為其它組分的至少一種選自PbO，ZrO，TiO2，As2O3，Sb2O3，SnO2，La2O3，P2O5，WO3，Bi2O3，Ta2O5，Nb2O5，Gd2O3和F材料。
另外，在10毫米厚度時，用于激活光催化劑的波長的透射比為75％或更大。
本發(fā)明使用如下玻璃組分，所述玻璃組分沒有擴(kuò)散入光催化劑中的雜質(zhì)，不會損害光催化劑的活性，可容易地在其上形成光催化劑薄膜，化學(xué)耐久性好，透明等，并能廉價地進(jìn)行制備，因而它適于用作承載光催化劑的玻璃材料。
此外，通過調(diào)節(jié)該組份，可容易地獲得細(xì)纖維，并能廉價地獲得耐熱性能和其它性能優(yōu)異的承載光催化劑的玻璃材料。
首先，當(dāng)光需要有效地照射到被照射的物體上時，可使用如上述的光催化劑過濾器，和光照射方法，本發(fā)明提供了一種光照射方法，其中，將折射率大于光導(dǎo)體的折射率的高折射率物質(zhì)載在所述光導(dǎo)體的表面上，并且將由光導(dǎo)體引導(dǎo)并從所述大折射率物質(zhì)中射出的光線照射到待照射的物體上。
所述光導(dǎo)體由至少一種選自玻璃、陶瓷、塑料和晶體的材料組成。
所述光導(dǎo)體以一種或兩種或多種如纖維、蜂窩、網(wǎng)目、布、層和棉的構(gòu)型來構(gòu)成。
另外，在本發(fā)明的光照射方法中，在芯外周具有包層的光學(xué)纖維上部分或全部地形成沒有所述包層的芯暴露部分，并且將所述的大折射率物質(zhì)載在該芯暴露部分上，以使在芯中被引導(dǎo)并從所述大折射率物質(zhì)中射出的光線照射至待照射的物體上。
所述大折射率物質(zhì)由至少一種或多種選自玻璃、陶瓷、塑料和晶體的材料組成。
另外，在本發(fā)明的光照射裝置中，將折射率大于所述光導(dǎo)體的折射率的高折射率物質(zhì)載在光導(dǎo)體的表面上，并且，使由光導(dǎo)體引導(dǎo)并從所述高折射率物質(zhì)中射出的光線照射至被照射的物體。
此外，在本發(fā)明的過濾裝置中，將折射率大于所述光導(dǎo)體的折射率的高折射率物質(zhì)載在光導(dǎo)體的表面上。
由光導(dǎo)體引導(dǎo)的光線從所述高折射率物質(zhì)中射出，并且該射出的光線使被收集的物體燃燒。
此外，在本發(fā)明的紫外殺菌裝置中，將折射率大于所述光導(dǎo)體的折射率的高折射率物質(zhì)載在光導(dǎo)體的表面上。
由光導(dǎo)體引導(dǎo)的紫外光從所述高折射率物質(zhì)中射出，并且，該射出的紫外光對待殺菌的物體進(jìn)行殺菌。
在上述各項發(fā)明中，當(dāng)用各反應(yīng)所需的光進(jìn)行照射時，相應(yīng)于該光線的反應(yīng)體系產(chǎn)生光反應(yīng)、熱反應(yīng)、燃燒反應(yīng)等。作為光源的波長，將可見紫外光用于光反應(yīng)中，在熱反應(yīng)中主要使用紅外光并且在燃燒反應(yīng)中主要使用強(qiáng)可見紅外光?？梢詮囊粋€方向或兩個或多個方向?qū)碜怨庠吹墓饩€照射至光導(dǎo)體中。
作為所使用的高折射率物質(zhì)的承載方法有溶膠-凝膠法、全氣溶膠法、洗滌/涂布法、蒸發(fā)法、噴鍍法、熱分解法、金屬氧化法、雙坩堝法、棒管法(rod in tube)等。通過使用一種或兩種或多種上述的方法，使光導(dǎo)體的表面覆蓋1納米至1毫米厚的薄膜。
另外，可向高折射率物質(zhì)中添加增強(qiáng)光選擇性、增強(qiáng)粘結(jié)強(qiáng)度、增加穩(wěn)定性，增強(qiáng)光反應(yīng)或提供另外的作用的添加劑；或者將所述添加劑用作底涂層。作為添加劑，可使用Cr，Ag，Cu，Au，Pt，Ru，Pd，Rh，Sn，Si，In，Pb，As，Sb，P或另外的金屬，其氧化物或其化合物。為了增加粘結(jié)強(qiáng)度，可以不添加所述的添加劑，而是作為催化劑層的基層提供Cr，In，Sn，Si，P或其它金屬、其氧化物或其化合物。附圖的簡要說明

圖1是顯示各種光催化劑過濾器結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖2是顯示用于柴油顆粒過濾器的本發(fā)明的廢氣凈化裝置的示意圖。
圖3是顯示本發(fā)明舉例性實施方案的光催化劑過濾器的示意圖(a)是基本單元的結(jié)構(gòu)圖；(b)是基本過濾器的結(jié)構(gòu)圖。
圖4是顯示本發(fā)明舉例性實施方案的光催化劑過濾器的示意圖。
圖5是說明在光催化劑纖維體表面上形成的突起物的視圖。
圖6是說明呈波紋狀的光催化劑纖維體的視圖。
圖7是說明呈曲線狀的并且曲線朝著端部漸漸增大的光催化劑纖維體的視圖。
圖8是顯示本發(fā)明光催化過濾裝置方式的視圖。
圖9是顯示本發(fā)明光催化過濾裝置方式的視圖。
圖10是顯示本發(fā)明光催化過濾裝置方式的視圖。
圖11是顯示本發(fā)明光催化過濾裝置方式的視圖。
圖12是顯示本發(fā)明實施方案的光催化裝置結(jié)構(gòu)的視圖。
圖13是顯示承載表中所示的光催化劑的纖維體的組成等的視圖。
圖14是顯示本發(fā)明實施方案的過濾裝置的透視簡圖。
圖15是本發(fā)明實施方案DPF的透視簡圖。
圖16是根據(jù)一實施方案、組成DPF的一種過濾器的示意圖，該過濾器是織成束的玻璃纖維的結(jié)構(gòu)體。
圖17是根據(jù)一實施方案、組成DPF的一種過濾器的示意圖，該過濾器是在其中有一定間距的織成束的玻璃纖維的結(jié)構(gòu)體。
圖18是根據(jù)一實施方案、組成DPF的一種過濾器的示意圖，該過濾器是這樣一種結(jié)構(gòu)體具有在中央是空的并由玻璃、金屬、陶瓷或晶體形成的支撐部分并且四周是織成束的玻璃纖維。
圖19是根據(jù)一實施方案、組成DPF的一種過濾器的示意圖，該過濾器是織成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的玻璃纖維的結(jié)構(gòu)體。
圖20是根據(jù)一實施方案、組成DPF的一種過濾器的示意圖，該過濾器是相對于通道形成層狀的玻璃纖維的結(jié)構(gòu)體。
圖21是根據(jù)一實施方案、組成DPF的一種過濾器的示意圖，該過濾器是織成棒狀的玻璃纖維的結(jié)構(gòu)體。
圖22是根據(jù)一實施方案、組成DPF的一種過濾器的示意圖，該過濾器是這樣一種結(jié)構(gòu)體具有在中央是燭狀空腔的并由玻璃、金屬、陶瓷或晶體形成的支撐部分并且四周是織成束的玻璃纖維。
圖23是顯示本發(fā)明實施方案的過濾裝置的視圖圖(a)是正視圖，圖(b)是圖(a)的縱截面圖。
圖24是顯示本發(fā)明實施方案的過濾裝置的視圖圖(a)是透視圖，圖(b)是圖(a)的縱截面圖。
圖25是顯示本發(fā)明實施方案的過濾裝置的視圖圖(a)是正視圖，圖(b)是圖(a)的橫截面圖，圖(c)是基體的平面圖。
圖26是顯示承載表中所示的光催化劑的纖維體的組成等的視圖。
圖27是根據(jù)本發(fā)明實施方案的、紫外光殺菌裝置的示意圖圖(a)是平面圖，圖(b)是沿圖(a)的x-x線的截面圖。本發(fā)明的最佳實施方案現(xiàn)在將描述本發(fā)明的實施方案。圖1是顯示各種光催化劑過濾器結(jié)構(gòu)的示意圖。
(a)是帶有光催化劑2的纖維過濾器，所述光催化劑相應(yīng)于載在光導(dǎo)體1的表面上的包層，所述光導(dǎo)體相應(yīng)于光學(xué)纖維(下文稱之為光催化劑纖維或纖維體)的芯；(b)是帶有載在成蜂窩狀的光導(dǎo)體3的表面上的光催化劑2的過濾器；(c)是具有織成網(wǎng)狀的光催化劑過濾層4的過濾器；(d)是成棉花狀的光催化劑纖維5的過濾器；(e)是帶有載在層狀光導(dǎo)體6的片材表面上的光催化劑2的過濾器；(f)是用光催化劑纖維7織成布狀的過濾器；(g)是并排成束的光催化劑纖維7的過濾器；和(h)是捆成在其中央部分帶有環(huán)狀間隙部分的光催化劑纖維7的過濾器，以便通過該間隙部分將待過濾的液體引入。
為了形成光催化劑纖維，可使用已知的光學(xué)纖維的制備工藝。對于成片狀的光導(dǎo)體，可使用已知的玻璃板制造技術(shù)。另外，為了形成蜂窩狀的光導(dǎo)體，將玻璃等原材料造粒并在蜂窩中壓實，或在蜂窩中加工中空的光導(dǎo)體并成形。
對于光催化劑，通常可使用二氧化鈦或另外的半導(dǎo)體材料。作為光導(dǎo)體材料，可使用玻璃、陶瓷、塑料或晶體，特別優(yōu)選的是玻璃。優(yōu)選的是該玻璃材料具有良好的紫外光透射性，很少量的堿性和良好的耐反玻璃化性。
上述光導(dǎo)體1，3，6和光催化劑纖維4，5，7的兩端組成了讓光進(jìn)入的入射部分。將激活光催化劑所需的、來自光源(未示出)的光線，例如可見紫外光照射到該入射部分上。
相對于激活光催化劑2所需的光是透明的光導(dǎo)體1，3，6引導(dǎo)激活光催化劑2所需的光線，同時從光導(dǎo)體的表面發(fā)射出部分來自光源的光線。因此，光導(dǎo)體1，3，6是光催化劑2的支撐體，與此同時也是用來傳送產(chǎn)生光催化反應(yīng)的光的導(dǎo)波通道。
光催化過濾裝置是由上述光催化劑過濾器和光源組成，并設(shè)置在需要進(jìn)行凈化的環(huán)境中。然后，在不通過任何空間或碎片下，將從光源引導(dǎo)至光導(dǎo)體并從光導(dǎo)體的表面發(fā)射出的光線直接照射至光催化劑2。被光照射到的光催化劑2將產(chǎn)生光催化反應(yīng)，在其表面產(chǎn)生強(qiáng)氧化和還原力，并且分解和除去由光催化劑從環(huán)境中收集到的物質(zhì)。
作為能被收集進(jìn)行分解和除去的氣體中的物質(zhì)有煙霧、塵埃、大氣塵埃、香煙煙霧、病毒、細(xì)菌等。另外也能除去臭氣和毒氣。作為包括在溶液中可被除去的物質(zhì)有淤泥，有機(jī)物質(zhì)，三鹵甲烷等。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的實施方案，光催化劑直接從作為其支撐體的光導(dǎo)體中接收光線，而不是從遠(yuǎn)離光催化劑的外面接收光線，以便產(chǎn)生光催化反應(yīng)。因此，甚至過濾器被灰塵，污垢，淤泥等覆蓋時，光線也能照射光催化劑。因此，在不損害催化劑功能條件下甚至在處理黑色廢液時，也能進(jìn)行凈化處理。另外，與光線從外面進(jìn)行照射相比，由于光線通過光導(dǎo)體照射到光催化劑上，因此，絕大多數(shù)來自光源的光能可有效地照射到光催化劑上。此外，不需要強(qiáng)紫外光，或者不需要大規(guī)模的光源。
另外，當(dāng)將薄層光催化劑載在光導(dǎo)體表面上時，光線可照射所有光催化劑，以致使能簡單和容易地設(shè)計該系統(tǒng)。此外，只需延光導(dǎo)體進(jìn)行延伸，可使光源固定，并能可靠地進(jìn)行照射，由此可簡化過濾裝置的結(jié)構(gòu)。
下一個例子將描述其中光催化劑過濾器用于柴油顆粒的過濾器(DPF)。
柴油機(jī)的廢氣包含由黑煙組成的固體顆粒物質(zhì)(顆粒)、未燃燒的烴和潤滑油。這些顆粒是由燃料中烴的不完全燃燒所產(chǎn)生的。如果這些顆粒存在于廢氣中，那么將變成黑煙并且將大量地排放至大氣中，這對環(huán)境將是不利的。因此，為了除去廢氣中的顆?；蚴怪兊米钌伲眠m當(dāng)?shù)倪^濾器來收集這些顆粒。在本例的實施方案中，將上述的光催化劑過濾器用于此目的。
如圖2所示，將光催化劑過濾器10放置于柴油機(jī)8排氣部分后面的排氣管9的中部。
放置于排氣管9中的光催化劑過濾器10由各基本單元復(fù)合而成。如圖3(a)所示，將纖維切成預(yù)定的長度，并象擋板似的排列形成光催化劑纖維。許多光催化劑纖維11，用于支撐許多光催化劑纖維11一端的支撐體12，和用于將激活光催化劑所需的光照射至光催化劑纖維11支撐端的光源13組成了過濾器。
如圖3(b)所示，其中兩個基本單元成90度角或適當(dāng)?shù)慕嵌?，并且以光催化劑纖維11形成防護(hù)柵的方式進(jìn)行排列，所述防護(hù)柵是基本過濾器。為增加表面積和收集比率，可用一個或兩個或多個基本過濾器來組成DPF。
對于構(gòu)成光催化劑纖維11的光導(dǎo)體而言，可使用耐高溫(100-700℃)廢氣的硅鋁酸鹽玻璃(玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為500-800℃)，或使用石英玻璃(玻璃化轉(zhuǎn)變溫度約1100℃)。所述光催化劑纖維的直徑約在1微米和10微米之間。對于光催化劑，通常使用二氧化鈦。對于光源13，使用能激活二氧化鈦的可見紫外光，以及發(fā)射對人體無毒害的、300-400納米連續(xù)光線的紫外燈。
光源13安裝在排氣管9的外面。在這種場合，該光源13需要安置在光催化劑纖維11的附近。在這種場合，光導(dǎo)體需要從光源的位置延伸至排氣管9中光催化劑纖維11。在延伸期間，如果光線泄漏，那么將產(chǎn)生缺點。因此，為了進(jìn)行延伸，用折射率低于光導(dǎo)體的折射率的包層覆蓋光導(dǎo)體的外表面，結(jié)果是，象通常的由芯和包層構(gòu)成的光學(xué)纖維結(jié)構(gòu)一樣構(gòu)成了光催化劑過濾器。在這種結(jié)構(gòu)中，光源的位置不受限制，因此，對系統(tǒng)的設(shè)計有利。
然而，對于激活光催化劑所需的光線，可以使用其中具有光線易于射出的結(jié)構(gòu)的光學(xué)纖維(由芯和包層組成)。另外，只需將待載的光催化劑置于光學(xué)纖維的特定部位上，便能構(gòu)成光催化劑過濾器。因此，可進(jìn)一步簡化系統(tǒng)的設(shè)計。
上述光催化劑纖維11例如可按如下進(jìn)行制備。將利用高純度原料的硅鋁酸鹽玻璃熔在鉑坩堝中。用推擠法將熔融的玻璃成形成纖維。隨后，用溶膠-凝膠法對該玻璃纖維覆蓋二氧化鈦薄膜。在這種場合，通過添加粘結(jié)增強(qiáng)劑，可增強(qiáng)二氧化鈦薄膜對光導(dǎo)體表面的粘結(jié)強(qiáng)度，并增強(qiáng)對二氧化鈦薄膜的保護(hù)作用。將薄膜的厚度調(diào)節(jié)至0.5微米。如圖4所示，制備光催化劑纖維的結(jié)構(gòu)。
在可見紫外光范圍內(nèi)，二氧化鈦的折射率在2.1和2.6之間，而硅鋁酸鹽玻璃的折射率約為1.5。因而，相應(yīng)于包層的二氧化鈦薄膜的折射率更高。因此，從光源射至光催化劑纖維11上并從光導(dǎo)體1的表面射出的光線直接照射光催化劑2。為了增加從光導(dǎo)體表面射出的光線，該光導(dǎo)體被有效地進(jìn)行彎曲。
如上所述，當(dāng)在DPF中使用光催化劑過濾器時，將增加催化劑的作用，將能十分有效地收集廢氣中的黑煙、未燃燒的燃料和潤滑油，并且還將減少黑煙量。另外，可通過二氧化鈦的氧化作用分解由光照射而收集到的黑煙，由此將消除堵塞。因此，無需進(jìn)行常規(guī)DPF必不可少的回用燃燒，由此提供了簡單和廉價的機(jī)械結(jié)構(gòu)?？蓪崿F(xiàn)不需養(yǎng)護(hù)的耐久的DPF。此外，由于過濾器由玻璃組成，因此，它可耐柴油機(jī)廢氣的高溫。
如果要增加凈化作用，可升高溫度；要增加催化反應(yīng)，可同時存在鉑或另外的催化劑，或者如果要增加收集效率，可同時存在沸石，活性炭等；如果使待結(jié)合的單元中的光催化劑纖維的直徑不同，那么可形成粗糙的或精細(xì)的過濾器；如果增加光密度、此外如果以多個步驟排列光催化劑過濾器，那么，便可獲得進(jìn)一步的作用。
另外，在上例的實施方案中，將光催化過濾裝置應(yīng)用于廢氣凈化裝置，以便從柴油機(jī)的廢氣中除去顆粒。本發(fā)明可應(yīng)用于另外的處理氣體的過濾器(例如清潔房間用的空氣過濾器，空氣凈化器)、處理液體的過濾器(凈化淡水或海水的過濾器)或用來處理另外的環(huán)境問題。
光導(dǎo)體除了只由玻璃構(gòu)成以外，該光導(dǎo)體可是玻璃、陶瓷、塑料或晶體的復(fù)合物。
與光線從稍稍遠(yuǎn)離光催化劑的外面照射至光催化劑上的常規(guī)結(jié)構(gòu)相比，根據(jù)該實施方案具有一簡單的結(jié)構(gòu)，即其中光線從承載光催化劑的光導(dǎo)體內(nèi)部直接照射至光催化劑上。因此增強(qiáng)了光催化反應(yīng)。另外，由于在光催化劑和發(fā)射光部分的光導(dǎo)體表面之間沒有間隙或碎片，因此甚至在與黑色液體接觸時也能將光線照射至光催化劑上。
尤其是，當(dāng)光催化劑過濾器以如下方式構(gòu)成時，即光催化劑承載于光學(xué)纖維的芯暴露部分上，該光催化劑過濾器可進(jìn)行延伸并且光源可方便地進(jìn)行固定。
另外，當(dāng)光催化劑的折射率高于光導(dǎo)體的折射率時，光線可從光導(dǎo)體中大量地射出。因此，可進(jìn)一步增加光催化反應(yīng)。
此外，當(dāng)在流體處理方法中使用光催化過濾裝置時，被處理的物質(zhì)能夠被分解，借此可實現(xiàn)無需養(yǎng)護(hù)及長壽命。
現(xiàn)在將描述本發(fā)明的第二個實施方案。
在本發(fā)明第二實施方案的光催化過濾裝置中，當(dāng)將激活所需的光線照射光催化劑時，產(chǎn)生了光催化反應(yīng)，在其表面上產(chǎn)生了強(qiáng)氧化力和還原力，并且分解并除去了接觸光催化劑的物質(zhì)。光催化過濾裝置備有加熱機(jī)械，以加熱捕獲到的物質(zhì)和光催化劑。
該實施方案的第一個特征在于，在利用借助光催化劑的光解反應(yīng)的光催化過濾裝置中，通過升高光催化反應(yīng)的溫度，可促進(jìn)光解反應(yīng)。具體地說，根據(jù)S.A.Arrhenius示出的方程式可知道，即反應(yīng)溫度越高，反應(yīng)速率就越快。
k＝A·e-E/RT(1)(前提條件是，在該方程式中，k表示反應(yīng)常數(shù)，A表示頻率因子，E表示活化能，R是氣體常數(shù)，T是反應(yīng)溫度。)因此，在所述實施方案中，通過對過濾器和/或捕獲的物質(zhì)進(jìn)行加熱，升高了反應(yīng)溫度，并提供了對光解反應(yīng)的促進(jìn)作用(下文稱之為光解促進(jìn)作用)。
在所述實施方案中，對光催化劑沒有特別的限制。例如，可從二氧化鈦或其化合物，氧化鐵或其化合物，氧化鋅或其化合物，氧化釕或其化合物，氧化鈰或其化合物，氧化鎢或其化合物，氧化鉬或其化合物，氧化鎘或其化合物，以及氧化鍶或其化合物中選用一或二或多種化合物。
另外，可向光催化劑中添加增強(qiáng)光催化劑活性層、增強(qiáng)粘結(jié)強(qiáng)度、增強(qiáng)光反應(yīng)或提供另外的作用的添加劑；或者將所述添加劑用作底涂層。作為添加劑，可使用Cr，Ag，Cu，Au，Pt，Ru，Pd，Rh，Sn，Si，In，Pb，As，Sb，P或另外的金屬，其氧化物或其化合物。為了增加粘結(jié)強(qiáng)度，可以不添加所述的添加劑，而是作為催化劑層的基層提供Cr，In，Sn，Si，P等。
可以將光催化劑均勻地包括在過濾材料中，優(yōu)選載在由光導(dǎo)體構(gòu)成的過濾材料的表面上。在后一種場合，由光導(dǎo)體引導(dǎo)的光線可從光導(dǎo)體表面射出，并直接照射光催化劑，借此增強(qiáng)了光解作用。
作為所使用的光催化劑的承載方法有溶膠-凝膠法，全氣溶膠法，洗滌/涂布法，蒸發(fā)法，噴鍍法，熱分解法，金屬氧化法等?？墒褂靡环N或兩種或多種上述的方法。當(dāng)將光催化劑載在光導(dǎo)體表面上時，優(yōu)選在光導(dǎo)體的表面上覆蓋1納米至1毫米厚的薄膜。
相對于激活光催化劑所需的光而言，光催化劑優(yōu)選是透明的，或者可以是不透明的。在不透明光催化劑的場合，將大量光催化劑呈島狀載于光導(dǎo)體的表面上，以使從光導(dǎo)體沒有承載光催化劑的表面部分射出的光包圍不透明光催化劑的四周。
當(dāng)光催化劑是二氧化鈦時，光源的波長優(yōu)選在能激活光催化劑的200-500納米的紫外光范圍內(nèi)。作為光源，可使用輸出連續(xù)光的汞燈或紫外光燈。
從光源來的光線可以從一個方向或兩個或多個方向照射至光導(dǎo)體上。當(dāng)過濾材料由長纖維構(gòu)成時，通過將光照射至長纖維的一端，光線就能通過長纖維照射到所有的光催化劑，光催化劑可從作為其支撐體的光導(dǎo)體的內(nèi)部直接接收光線，并產(chǎn)生光催化作用。
在本實施方案中所使用的過濾材料可根據(jù)其用途進(jìn)行適當(dāng)選擇。優(yōu)選，所述光導(dǎo)體在下面所述的加熱溫度下不會軟化分解、熔融或軟化，并且不會與光催化劑發(fā)生反應(yīng)。作為光導(dǎo)體材料，可使用玻璃、陶瓷、晶體和塑料。
此外，在本實施方案中光催化過濾裝置的材料優(yōu)選是不會降低光催化劑活性的材料。所述的不降低光催化劑活性的材料沒有擴(kuò)散入光催化劑中的雜質(zhì)，不會對光催化劑的活性損害，可容易地在其上形成光催化劑薄膜，化學(xué)耐久性好，透明等，并且易于加工。
以重量％計，該材料包含30-80％的二氧化硅和0-10％的堿性成份。其例子有低堿性的硅酸鹽玻璃、硅鋁酸鹽玻璃、硼硅酸鹽玻璃和非堿性玻璃組成。尤其是，優(yōu)選用作不降低光催化劑活性的材料的玻璃材料以重量％計包含30-80％的SiO2，1-35％的Al2O3，0-3 0％B2O3，0-20％MgO，0-20％CaO，0-20％SrO，0-40％BaO，0-20％ZnO，0-10％Li2O，0-10％Na2O，0-10％K2O，0-10％Cs2O，0-10％Li2O+Na2O+K2O+Cs2O和0.1-65％MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO+Li2O+Na2O+K2O+Cs2O。
限制每一種組成的理由如下所述。
此外，為改善耐反玻璃化性、熔融性能、化學(xué)耐久性等或作為澄清劑、除上述組成以外，還可向不降低光催化劑活性的上述玻璃材料中添加不損害上述性能的一定量的材料，如PbO，ZrO2，TiO2，As2O3，Sb3O3，SnO2，La2O3，P2O5，WO3，Bi2O3，Ta2O5，Nb2O5，Gd2O3，F(xiàn)等材料。
在本發(fā)明的制造方法中，對玻璃材料沒有限制。例如，將上述各組分的分批原料置于鉑坩堝內(nèi)或其它的耐熱容器中，并于1200-1650℃加熱熔融約2-4小時。通過攪拌、澄清使熔融的玻璃均勻化，然后倒入漸漸冷卻進(jìn)行制備的鑄塑模具中。
對于用于玻璃材料中的玻璃原料而言，其中每種組分可適當(dāng)?shù)厥褂猛ǔＳ米鞑ＡР牧系臍溲趸?、碳酸鹽、硝酸鹽、硫化物、氧化物、氮化物等。
在實施方案中構(gòu)成光催化劑過濾器裝置的過濾器結(jié)構(gòu)體與圖1所示的相同。
對于將光催化劑纖維體形成波紋狀或在表面上形成突起物而言，可使用在各領(lǐng)域中的各種已知的技術(shù)。
另外，當(dāng)形成光催化劑纖維時，可使用制造光催化劑纖維體的已知的技術(shù)。對于片狀的光導(dǎo)體，可使用制造玻璃板的已知方法。另外，為了形成蜂窩狀的光導(dǎo)體，使玻璃原料等成粒并壓實成蜂窩狀，或者使中空的光導(dǎo)體加工并成形成蜂窩狀。
接著，本發(fā)明實施方案的第二個特征在于，通過對捕獲的物質(zhì)進(jìn)行加熱，使捕獲的物質(zhì)熱分解或氣化，以從過濾器中除去。具體地說，作為通?？赏ㄟ^光催化作用而分解的物質(zhì)，可分解煙霧、灰塵、大氣灰塵、香煙煙塵、顆粒、病毒、細(xì)菌、有毒氣體、污泥、三鹵甲烷等。同時，當(dāng)這些物質(zhì)在高溫進(jìn)行加熱時，它們將被熱分解。另外，通過與氧氣氛等的反應(yīng)，可使這些物質(zhì)氣化。因而，在本發(fā)明中，通過將這些捕獲的物質(zhì)加熱至熱分解和氣化溫度(下面將熱分解或氣化稱之為“熱反應(yīng)”)，提供了使捕獲的物質(zhì)產(chǎn)生熱分解反應(yīng)的作用(下面稱之為“熱反應(yīng)產(chǎn)生作用”)。在本發(fā)明中，熱反應(yīng)還表示，有機(jī)物質(zhì)被加熱碳化后的熱分解或氣化。所述加熱通過設(shè)置在光催化過濾裝置中的加熱裝置來進(jìn)行。
對加熱裝置沒有特別的限制。例如可使用加熱器加熱、燃燒加熱、反應(yīng)熱加熱、微波加熱、線圈加熱、燈加熱、電阻加熱或另外常用的加熱裝置。對于直接加熱過濾器而言，將加熱裝置連接至過濾器上，或者設(shè)置成通過水或其它的液體、大氣、氧化物或其它的氣體或其它的介質(zhì)(下面只稱之為“介質(zhì)”)進(jìn)行加熱。
加熱溫度需保持在過濾器不喪失其作為光催化過濾裝置的作用的范圍內(nèi)。具體地說，加熱溫度如下在該溫度時過濾材料不喪失起過濾器的作用，并且通過與介質(zhì)的反應(yīng)，載在過濾器上的光催化劑既不熱分解，也不氣化，另外該光催化劑也不會損失，而且還不會受損害。
當(dāng)該溫度處于過濾材料不會喪失過濾作用時的溫度時，加熱溫度為過濾材料不與介質(zhì)發(fā)生反應(yīng)的溫度。當(dāng)過濾材料為玻璃時，該溫度為玻璃化轉(zhuǎn)移點或更低。在陶瓷的情況下，該溫度為分解溫度或更低。在晶體或塑料的場合，該溫度為其晶體的熔融點和分解點或更低的溫度。在金屬的場合，該溫度需是熔融點或更低。如果該加熱溫度超過所述的溫度，該過濾器將熔化、變形或損壞，而且該過濾器將喪失其過濾作用。具體地說，加熱溫度為50-650℃、尤其優(yōu)選的是350-500℃。如果加熱溫度低于50℃，上述光解反應(yīng)促進(jìn)作用的程度將大大地減小，并且在實際使用中這將與不進(jìn)行加熱的場合沒有區(qū)別。另一方面，如果加熱溫度超過650℃，那么所捕獲的物質(zhì)等將產(chǎn)生燃燒反應(yīng)，因此存在著溫度無法控制的可能性。在本發(fā)明中，該加熱溫度是當(dāng)進(jìn)行加熱時過濾器或捕獲的物質(zhì)所能達(dá)到的最大溫度?？蓮纳鲜鰷囟确秶鷥?nèi)適當(dāng)?shù)剡x擇加熱溫度。就熱反應(yīng)產(chǎn)生作用而言，加熱溫度需是捕獲物質(zhì)的熱反應(yīng)起始溫度或更低。為降低捕獲物質(zhì)的熱反應(yīng)起始溫度，優(yōu)選將氧等包括入氣化的介質(zhì)中。另外，在催化劑方面，光催化劑具有降低熱反應(yīng)起始溫度的作用。
在光線照射光催化劑的同時，通過加熱提供了光解反應(yīng)促進(jìn)作用，而當(dāng)捕獲的物質(zhì)通過過濾器進(jìn)行捕集時，提供了熱反應(yīng)產(chǎn)生作用。因而，在捕集捕獲到的物質(zhì)時，可適當(dāng)?shù)剡x擇加熱時間。
對于本發(fā)明實施方案的光催化過濾裝置而言，通過應(yīng)用各種加熱方法，可構(gòu)成無需養(yǎng)護(hù)的光催化過濾裝置。
圖8-11是顯示根據(jù)本發(fā)明的光催化過濾裝置各種實施方案的視圖。
在示于圖8的例子中，加熱器15排列在光催化劑片材6的層合體的各層之間。
在示于圖9的例子中，加熱器15和光催化過濾部分20依次排列在被過濾物質(zhì)的通道(18)中。
在示于圖10的例子中，將光催化過濾部分20、加熱器15和攪拌捧19安裝在包含混濁液16(作為被過濾的物質(zhì))的容器17中，其安裝方式如下，即攪拌混濁液16，以便通過光催化過濾部分20，同時通過加熱器加熱該混濁液16。
在示于圖11的例子中，將燃燒器用作加熱裝置，而不使用加熱器15。
如上所述，在本發(fā)明實施方案中的光催化過濾裝置促進(jìn)了光催化劑的光解反應(yīng)，并能進(jìn)一步使捕獲到的物質(zhì)熱分解或氣化。為此，本發(fā)明的光催化過濾裝置能處理大體積的捕獲物質(zhì)。因而，將本發(fā)明的光催化過濾裝置與照射光線的光源結(jié)合以提供光催化作用的光催化過濾裝置可用作具有大量捕獲物質(zhì)的過濾器，或可用作僅用光催化劑的光解作用不能進(jìn)行處理的過濾裝置，或甚至于在廢氣凈化裝置(DPF)中用來除去包括在柴油機(jī)廢氣中的，由黑煙、未燃燒的烴和潤滑油組成的固體顆粒物質(zhì)(顆粒)，由此，充分發(fā)揮了其作用。
另外，如上所述，本發(fā)明實施方案中的光催化過濾裝置具有大的除去捕獲物質(zhì)的能力，并且還具有使光照射至光催化劑上的光源以及產(chǎn)生熱反應(yīng)的加熱裝置，此外由于其大的除去捕獲物質(zhì)的能力，還形成了無需養(yǎng)護(hù)的過濾裝置。因此，為了過濾流體，甚至當(dāng)被過濾的物質(zhì)連續(xù)地流動時，在本發(fā)明光催化過濾裝置的使用方法中，也無需中斷過濾操作來除去捕獲的物質(zhì)。因此，當(dāng)將該過濾裝置用作清潔房間的空氣過濾器、空氣清潔器等的處理氣體的過濾器，或過濾流體的淡水或海水凈化過濾器或處理另外的溶液的過濾器，尤其是循環(huán)過濾器時，該裝置可在沒有養(yǎng)護(hù)下幾乎永久地過濾流體。
在下面，還將基于一實施方案詳細(xì)地描述本發(fā)明的第二實施方式。
在該實施方案中，將本發(fā)明第二實施方式的光催化過濾裝置用于DPF中。
如圖12所示，在該實施方案的光催化過濾裝置中，在柴油機(jī)22的排氣部分后面的排氣管18a中安裝過濾部分20a，該過濾部分20a具有加熱器51，而且還提供光照射裝置13a，以便將光線照射至激活光催化劑的過濾部分20a上。
過濾部分20a通過如下步驟而形成將含有圖13的表中示出的組分的玻璃加工成直徑5微米的長纖維，將該長纖維織成能捕獲柴油機(jī)廢氣中的顆粒的、在圖1(e)中示出的過濾片，再將二氧化鈦施加至該過濾片的表面上。另外，作為過濾部分20a，可使用一束帶有在其表面上形成的光催化劑的光催化劑纖維體。該束的一端通至外面，在此處可提供光線。在這種場合，對于布置在外面的部分，為了防止光線的泄漏，只是該外面部分能用光學(xué)纖維來制成。
另外，作為過濾部分20a，可使用圖1(h)中示出的結(jié)構(gòu)。當(dāng)使用圖1(h)中示出的結(jié)構(gòu)的過濾器時，通過開口引入廢氣。在聚集部分，沒有任何光催化劑載在光導(dǎo)纖維體的表面上，而是用光學(xué)纖維形成包層材料。接著使該聚集部分朝外，由此可提供激活的光線。
加熱器51纏繞在被整個充分地加熱的過濾部分20a的四周。如果需要，該加熱器51可在不妨礙被過濾流體流動和光照射下加熱過濾部分20a，并可具有耐久性等。
光照射裝置13a由帶有光學(xué)纖維束的紫外燈(未示出)來引導(dǎo)光線，并且以光線能完全照射至過濾部分20a的方式使該光發(fā)射端的面積增大。作為光照射裝置13a，只要能使光線充分照射整個過濾部分20a，當(dāng)然也可使用另外的系統(tǒng)。
在上述裝置中，通過驅(qū)動柴油機(jī)22，廢氣顆粒以0.01g/s的排放速率排出。當(dāng)開始驅(qū)動時，開始將光線照射至過濾器上并用繞在過濾器四周的加熱線圈進(jìn)行加熱，直到光催化過濾部分20a和廢氣顆粒達(dá)到圖13的表中示出的試驗加熱溫度為止。保持該溫度直到發(fā)動機(jī)關(guān)閉為止。在這種場合，可將加熱線圈的熱量和廢氣的熱量用作加熱裝置。作為光源，使用連續(xù)發(fā)射300-400納米光線的紫外燈。在發(fā)動機(jī)停止后，對過濾器進(jìn)行檢測。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，幾乎沒有廢氣顆粒粘附于過濾器上，并且，該光催化過濾裝置能以0.01g/s或更大的速率除去捕獲的廢氣顆粒。
此外，當(dāng)需要增加光源至實際提供過濾作用的部分的距離時，作為示于圖2的光催化劑纖維體11，只需對相應(yīng)于進(jìn)行過濾作用的部分，在光導(dǎo)纖維的表面部分上形成光催化劑。對于其它部分，當(dāng)將光導(dǎo)纖維用作芯時，將包層材料形成于光導(dǎo)纖維的表面上，以便構(gòu)成光學(xué)纖維。由此，能在沒有中間泄漏的情況下將發(fā)自光源的光線有效地照射到光催化劑上。
光催化劑纖維體11通過如下步驟制得將使用高純度原料的硅鋁酸鹽熔于鉑坩堝中；利用擠推法將該熔融的玻璃成形為纖維體；利用溶膠-凝膠法用二氧化鈦薄膜覆蓋該玻璃纖維體。將二氧化鈦薄膜的厚度調(diào)節(jié)至0.5微米。
在本發(fā)明中，在可見紫外光范圍內(nèi)，二氧化鈦的折射率在2.1-2.6之間，而硅鋁酸鹽的折射率約為1.5。因此，在該纖維體中，相應(yīng)于包層的部分具有比相應(yīng)于芯的部分更高的折射率。
通過使用所述的光催化過濾部分20a的結(jié)構(gòu)來代替示于圖11中的光催化過濾部分20a，制得了DPF裝置。通過使用該DPF裝置，當(dāng)開動柴油機(jī)時將光線照射光催化劑。與此同時，將加熱線圈固定在被加熱的過濾器上，直至光催化過濾部分20a和廢氣顆粒達(dá)到圖13的表中的試驗加熱溫度為止。保持該溫度直到發(fā)動機(jī)關(guān)閉為止。在發(fā)動機(jī)停止后，對過濾器進(jìn)行檢測。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，幾乎沒有廢氣顆粒粘附于過濾器上，并且，該DPF能以0.01g/s或更大的速率除去捕獲的廢氣顆粒。
在上述實施方案中，將本實施方式中的光催化過濾裝置應(yīng)用于DPF中。作為構(gòu)成光催化過濾裝置的過濾器，通過使用由網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體形成的過濾器(通過編織如圖1(c)中示出的光催化劑纖維體4)，或如示于圖1(d)的棉花狀光催化劑纖維體5形成的過濾器，例如可構(gòu)成“殺菌裝置”，“污泥、三鹵甲烷除去裝置”等。在這種場合，可得到這樣的裝置，其處理能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過常規(guī)的無加熱裝置的裝置。此外，該裝置在除去死細(xì)菌等方面，具有特別優(yōu)異的清潔能力。
上述實施方案的光催化過濾裝置通過升高反應(yīng)溫度的光催化劑促進(jìn)了光解反應(yīng)。因此，當(dāng)與其中只是增加光導(dǎo)入量的常規(guī)系統(tǒng)相比，該光催化過濾裝置提供了顯著增加的光催化作用，并增加捕獲物質(zhì)的除去量。另外，在本實施方式的光催化裝置中，過濾器捕獲的物質(zhì)能通過熱分解或氣化而除去。還有，在本實施方式的光催化過濾裝置中，就通過過濾器捕獲的物質(zhì)而言，不僅提供了上述的光解促進(jìn)作用，而且提供了熱反應(yīng)產(chǎn)生作用。因此，當(dāng)通過過濾器捕獲要被捕獲的物質(zhì)時，可除去大量要被捕獲的物質(zhì)，由此實現(xiàn)了無需養(yǎng)護(hù)的過濾器。因此，在該實施方式中，可實現(xiàn)無需養(yǎng)護(hù)的光催化過濾裝置。使用本實施方式的光催化過濾裝置的、被過濾流體物質(zhì)的處理方法，與常規(guī)的過濾器不同，本過濾方法無需中斷，以便除去捕獲的物質(zhì)。甚至當(dāng)被過濾的物質(zhì)是連續(xù)的流體時，幾乎可永久地進(jìn)行處理。
現(xiàn)在描述本發(fā)明的第三實施方式。
圖14是根據(jù)本發(fā)明第三實施方式的過濾裝置100的簡圖。在下面將參考圖13來描述該第三實施方式。
通過將大量長纖維體7進(jìn)行集束形成過濾材料聚集體，構(gòu)成了本實施方式的過濾裝置。構(gòu)成過濾材料的長纖維體7材料例如是玻璃、陶瓷、玻璃陶瓷、金屬、塑料、晶體等。尤其是，只要該材料是能用作過濾材料的光導(dǎo)體，那么對該材料就沒有限制。
可適當(dāng)?shù)剡x擇該長纖維體7的直徑，該直徑優(yōu)選從1-200微米。如果該直徑小于1微米，那么該纖維本身的強(qiáng)度將不足。當(dāng)從一面導(dǎo)入光線時，其效率將受損害。另一方面，如果直徑例如超過200微米，那么提供過濾作用的表面積與過濾器所占體積的比率將明顯減少，這將是不切合實際的。
對長纖維體7的長度和數(shù)量沒有特別的限制，可根據(jù)用途進(jìn)行適當(dāng)選擇。另外，所有長纖維體7的長度可以相同，或可根據(jù)需要而改變。
在本實施方式的過濾裝置中，大量長纖維體7在一端形成開口30作為被過濾物質(zhì)的進(jìn)口部分，而在另一集束端形成聚集部分31。因此，在根據(jù)本實施方式的過濾裝置中，從開口30至聚集部分31形成的圍繞的空隙部分32(下面被稱之為“空隙部分”)構(gòu)成了提供過濾作用的過濾部分。
當(dāng)構(gòu)成過濾裝置的過濾材料的結(jié)構(gòu)如上所述時，該過濾部分33的過濾面積能夠增加。當(dāng)作為被過濾流體通道的空隙部分32朝著其深度方向漸漸變窄時，流動流體的壓差將得到一定程度的補償，并且，還將降低過濾部分33內(nèi)表面上各部分之間的壓差。因此，能有利地減輕收集時的偏差。
作為長纖維體7的集束方法，首先可利用夾具12等將長纖維體捆緊，利用粘合劑等使它們彼此粘結(jié)、熱熔融等。然而，所述的方法并不局限于這些方法。
在過濾部分33中，長纖維體7可以是基本直的或彎曲的。就均勻收集效率而言，優(yōu)選基本直的構(gòu)型。另外，可適當(dāng)選擇在過濾部分33中長纖維體7相對于聚集部分長纖維體中心軸向的彎曲角度θ(下面將簡稱為“彎曲角θ”)。具體地說，獲得最大收集效率時的θ角將隨壓力損失的幅度而改變。然而，過大的彎曲角將導(dǎo)致過多的光線泄漏，而過小的θ角將增大裝置的尺寸。因此，優(yōu)選該彎曲角從5-15度。
另外，該開口30可以是圓形、橢圓形、多邊形或其它的構(gòu)型。當(dāng)該開口為圓形時，該過濾部分具有基本上圓錐形的側(cè)壁，這將增加收集效率。通過形成如星形、尤其是多邊星形這樣的開口，可增大過濾部分的表面積，并降低壓力損失。但這種開口并不是必需的。
作為具有開口30的空隙部分32的成形方法，將骨架材料例如具有圓錐形或角錐形側(cè)壁的網(wǎng)狀體、圓形或多邊圓環(huán)形材料或螺旋形骨架材料插入長纖維體7的集束體中。該方法并不是限制性的。具體地說，只要能在集束的長纖維體的聚集體中提供開口部分30，并且能在沒有任何阻礙下使被過濾的物質(zhì)通過該過濾材料，那么就可將任何方法應(yīng)用于本實施方式的過濾裝置。
在本發(fā)明中，作為具有低壓力損失和高過濾能力的過濾器，通過將相對大直徑(約100微米)的纖維用作長纖維體7，將大大地增大過濾部分中長纖維體的空隙。長纖維體層合層的厚度被增加。另外，通過使用直徑為70微米或更細(xì)的超細(xì)纖維，形成了類似多角星形橫截面的開口，由此增大了過濾部分的表面積。
長纖維體的直徑優(yōu)選從0.1-150微米，更優(yōu)選從0.1-100微米，尤其優(yōu)選從1.0-30微米。如果該直徑小于0.1微米，其制備將有困難，而且加工也將有困難。另一方面，如果直徑超過150微米，那么纖維的制備將發(fā)生困難，而且，對于過濾器，其收集效率將明顯下降。
長纖維體的長度和數(shù)量沒有特別的限制，并且可根據(jù)其用途進(jìn)行適當(dāng)選擇。另外，所有長纖維體的長度可以相同或可根據(jù)需要而改變。
當(dāng)將光直接從光導(dǎo)體照射至光催化劑上時，在如示于圖6的縱向、以波紋狀形成的長纖維體7是有利的。另外，作為過濾器，更為優(yōu)選的是示于圖5的纖維結(jié)構(gòu)體，所述結(jié)構(gòu)體帶有在光導(dǎo)體1表面上形成的載在突起物14上的光催化劑。此外，如圖7所示，該結(jié)構(gòu)體以曲率半徑朝其未端漸漸變小的曲線構(gòu)型構(gòu)成，光線泄漏量可在縱向得以均勻，由此提供了均勻的光催化作用。
通過使用光催化劑纖維體，通過簡單地將光催化劑纖維體進(jìn)行集束或?qū)雍隙玫骄哂凶銐蚩障兜倪^濾材料。另外，甚至當(dāng)通過流體時，該空隙也不會改變，并且可在很長一段時間內(nèi)保持足夠的空隙。此外還可在不進(jìn)行紡絲過程的情況下使用過濾材料。甚至可使用迄今為止很難構(gòu)成過濾材料的光催化劑纖維體。另外，由于增大了過濾部分的表面積，因此，當(dāng)通過利用表面反應(yīng)對流體進(jìn)行凈化時，可增加凈化效率。
所述空隙可根據(jù)波紋或突起物的大小或間距、長纖維體的層合間隙等任意地改變。
雖然對形成在長纖維體上的突起物的間距沒有特別的限制，但優(yōu)選該間隙為直徑的約2-20倍，更優(yōu)選為3-30倍。如果間隙為纖維直徑的兩倍或更小，那么，由于通道的減少，將增大阻力損失。另一方面，如果間隙超過纖維直徑20倍，那么將很難保持纖維之間的空隙，并且可能會降低過濾作用。突起物的直徑優(yōu)選為0.3-100微米。
例如，可以圓形、未定形、棒形、鱗片形、纖維、多孔或另外的構(gòu)型形成突起物。所有突起物的尺寸可以相同，但就收集效率而言，在入射面的尺寸增大，并延著發(fā)射面減小。因此，分散了收集密度，增加了收集效率和過濾壽命。對突起物的分布密度沒有特別的限制，并可根據(jù)需要，通過考慮間隙、壓力損失、流體的壓力或量、過濾材料的強(qiáng)度、直徑和厚度、所希望的收集效率等進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑O(shè)計。作為突起物的材料，例如可使用陶瓷、玻璃、陶瓷玻璃、金屬、樹脂、晶體等。用作過濾材料的材料可以與在其表面上形成的突起物的材料相同或不同。
此外，如圖7所示，當(dāng)將光導(dǎo)體用作長纖維體7時，該結(jié)構(gòu)體以曲率半徑漸漸變小(同時其曲線增大)的曲線構(gòu)型構(gòu)成。在長纖維體近端具有大量光線的部分和在遠(yuǎn)端具有少量光線的部分之間，光線泄漏量幾乎相同。光線能有效地供至光催化劑上。
當(dāng)通過長纖維體承載光催化劑時，本發(fā)明的過濾器可利用光催化反應(yīng)。
承載光催化劑的長纖維體材料和光催化劑材料與第二實施方式所述的材料相同。
在其中將光線射到過濾材料未端上的過濾裝置中，由光導(dǎo)體組成的長纖維體是光催化劑的支撐體，并且還用作傳送光線的導(dǎo)波通道，以便增加光催化反應(yīng)。為此，需要將長纖維體的彎曲角θ設(shè)置成不喪失導(dǎo)波通道作用的程度。具體地說，該角度優(yōu)選為15度或更小。
在其中將光線射到過濾材料未端上的過濾裝置中，即使過濾材料被污垢、灰塵、污泥等覆蓋，光線也能照射光催化劑。因此，不會損害催化劑的作用。另外，與通過外部進(jìn)行照射相比，由于光線通過光導(dǎo)體射到光催化劑上，因此，絕大多數(shù)來自光源的光能能有效地照射到光催化劑上。因此，無需強(qiáng)紫外光或大尺寸的光源。
在這種場合，當(dāng)光線沿聚集方向照射到過濾材料的未端上時，作為優(yōu)選的結(jié)構(gòu)，在過濾材料聚集部分處的入射光幾乎不會泄漏至長纖維體的外面。相反，在過濾部分處的入射光能容易地泄漏至長纖維體的外面。在這種結(jié)構(gòu)中，即使光源不能設(shè)置在過濾部分的附近，也能使用該實施方式的過濾器。另外，還能將所有的入射光照射光至催化劑。
為此，承載過濾材料聚集部分的長纖維體部分構(gòu)成了光學(xué)纖維，而相應(yīng)于過濾材料過濾部分的長纖維體的其它部分優(yōu)選構(gòu)成一材料，通過該材料，光線在供至光催化劑之前泄漏出，而不是使用承載光學(xué)纖維的包層的材料而泄漏出。
作為能用于本發(fā)明的包層材料，例如，可使用石英玻璃或其它低折射率的玻璃，有機(jī)樹脂等。另外，在過濾部分中，不提供任何包層，但芯優(yōu)選是暴露的。尤其優(yōu)選的是，將折射率高于芯的折射率的光催化劑載在芯暴露部分的表面上。
如上所述，本實施方式的過濾裝置可用于廢氣凈化裝置，用來除去包括在柴油機(jī)廢氣中的、由黑煙、未燃燒的烴和潤滑油組成的固體顆粒物質(zhì)(顆粒)；用于清潔房間的空氣過濾器；用于清潔空氣等的處理氣體的過濾器；淡水或海水的凈化過濾器或處理另外的溶液的過濾器或其它的各種應(yīng)用。
下面，將基于一實施方案更詳細(xì)地描述第三實施方式。
圖15是顯示將本實施方式中的過濾裝置應(yīng)用于柴油顆粒過濾器(DPF)的視圖。
在直徑為30微米長度為600毫米的長纖維體上，以約100微米的間距將直徑為30微米的突起物形成于形成過濾部分的部分上，將0.1微米厚的二氧化鈦薄膜固著在表面上，并將石英玻璃包層形成于形成聚集部分的該部分的表面上。通過將8000×338根長纖維體進(jìn)行集束，用夾具12將該束的一端固定，并從另一端，將具有圓錐形側(cè)壁(頂角約90度)的不銹鋼網(wǎng)插入該長纖維體束的中心部分，形成一開口，由此形成了過濾器。在本發(fā)明中，作為長纖維體的材料，使用能耐高溫(100-700℃)的硅鋁酸鹽玻璃(玻璃化轉(zhuǎn)移溫度為100-700℃)。另外，還能使用石英玻璃(玻璃化轉(zhuǎn)移溫度為1100℃)等。
通過用不銹鋼外殼材料40覆蓋過濾器，并排列在過濾材料的開口側(cè)，外流圓柱50連接至外殼材料40上，而內(nèi)流圓柱35在插入外流圓柱50的位置連接至過濾材料的開口30上，將廢氣的內(nèi)流口31和外流口51固定。此外，通過安裝在聚集部分的一端照射紫外光的光源60，構(gòu)成了DPF。
在該實施方案的DPF中，如圖15中箭頭所示，通過入口圓柱35從內(nèi)流口31進(jìn)入過濾材料的開口20的廢氣到達(dá)過濾部分的內(nèi)壁。在該達(dá)到位置，廢氣以橫切構(gòu)成過濾材料的長纖維體70的方向穿過該過濾器，與此同時，通過該長纖維體除去了顆粒。接著，穿過過濾器的廢氣通過過濾器和外流口51外面的外殼材料之間的空隙通道52排出。在這種場合，在該實施方案中，過濾器的空隙部分沿其深度方向漸漸變窄。因此，補償了流動廢氣的壓差，通過該過濾器均勻地過濾了廢氣，并且在沒有收集偏差下有效地收集了顆粒。
在該DPF的實施方案中，在到達(dá)聚集部分之前，使已通入過濾器的廢氣完全穿過該過濾器，并通過過濾器和外殼材料40之間的空隙通道52排出。除內(nèi)流口和外流口以外，將外殼材料40內(nèi)的空間封閉。因此，氣流方向朝著外流口51的方向改變，并且氣體立即從該外流口51排出。
用這種方式，在DPF的實施方案中，由于廢氣通道完全與光源分開，因此，不存在任何設(shè)計上的困難。該DPF是特別有用的。
在DPF的實施方案中，通過從過濾材料70聚集部分這一端將光線射至長纖維體上，從過濾部分的長纖維體中射出的光線借助光催化作用而使粘附在長纖維體上的顆粒發(fā)生光學(xué)分解。
在本實施方式的過濾器中，僅僅是通過將光線照射至處于聚集部分的長纖維體的橫截面上，便能容易地將光線引入到所有的長纖維體上。由于長纖維體的長度幾乎相同，因此，在橫截面方向上幾乎沒有光解能力的差別。另外，由于各長纖維體的彎曲角θ較小，各長纖維的彎曲角差也較小，因此，在長纖維體之中引入的光線的射入量也只有很小的差別。因此產(chǎn)生了均勻有效的光解作用。
如上所述，根據(jù)本實施方案的DPF的結(jié)構(gòu)具有簡單和廉價的機(jī)械裝置，與此同時，能實現(xiàn)無需養(yǎng)護(hù)的長壽的過濾器。
根據(jù)該實施方案，增大了過濾部分的面積，并且能獲得具有良好收集效率的過濾器。
另外，在過濾材料中，當(dāng)空隙部分從開口起漸漸變窄時，進(jìn)入的流體的壓差將得到一定程度的補償。這將減少過濾器內(nèi)周表面上各部分的壓差。因此，將有利地減輕收集偏差。
此外，作為長纖維體，通過使用在縱向以波紋狀形成的長纖維體，或者使用帶有在其表面上形成的突起物的長纖維體，只需集束或?qū)雍显撻L纖維體，便能形成具有足夠空隙的過濾材料。另外，甚至當(dāng)通過流體時，該空隙也將保持不變。在該過濾器中，在很長一段時間內(nèi)能保持適當(dāng)?shù)目障?。此外，由于增大了過濾部分的表面積，因此，當(dāng)利用表面反應(yīng)凈化流體時，增加了凈化效率。
另外，當(dāng)將該實施方式的過濾器用作利用光解作用的過濾器時，光線能引入所有的長纖維體內(nèi)。光線能充分并均勻地到達(dá)光催化劑。因此，能提供無需養(yǎng)護(hù)的長壽的過濾裝置。
此外，通過在本實施方式的過濾裝置中提供加熱裝置，還能提供第二實施方式的作用。
現(xiàn)在對本發(fā)明第四實施方式進(jìn)行描述，在這一實施方式中，本發(fā)明應(yīng)用于柴油顆粒的過濾器(DPF)。該過濾裝置的實施方式將參考附圖進(jìn)行詳細(xì)說明。
該實施方式的最佳特征部分在于，該DPF由一種或兩種或多種超細(xì)玻璃纖維組成，纖維的直徑在1微米和70微米之間。
就過濾理論而言，用于收集柴油顆粒的超細(xì)玻璃纖維的直徑優(yōu)選在1-70微米之間。此外，優(yōu)選該超細(xì)玻璃纖維的直徑為5-50微米，更優(yōu)選為5-30微米。為形成具有所述直徑的超細(xì)玻璃纖維，可使用已知的光學(xué)纖維的制造技術(shù)?？扇菀椎孬@得預(yù)定直徑和長度的超細(xì)玻璃纖維。通過利用直徑為1-50微米的超細(xì)玻璃纖維，能減小裝置，而增大表面積，由此增加了凈化能力。
另外，在本實施方式中，為了獲得高的熱耐久性，優(yōu)選使用玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為700℃或更高的超細(xì)玻璃纖維。對于超細(xì)玻璃纖維，可使用硅鋁酸鹽玻璃、硼硅酸鹽玻璃、石英玻璃等。
圖16-22示出了根據(jù)本實施方式的各種DPF的結(jié)構(gòu)。
圖16示出了織成束的玻璃纖維80。在該例子中，通過使用不同直徑的玻璃纖維，將大直徑的纖維布置在中心部分而將小直徑纖維布置在四周。然而，所有的纖維也可具有相同的直徑。另外，纖維的直徑也可從中心部分朝著外周方向漸漸增加。
圖17示出了在它們之間有一定空間81的織成束的玻璃纖維80。用與圖16相同的方式，使玻璃纖維80的直徑具有各種結(jié)構(gòu)圖案。
在圖18中，為了使中心部分成中空，支撐部分82由玻璃，金屬，陶瓷或晶體組成。在該中心部分四周，將玻璃纖維80織成束。用與圖16和17相同的方式，使玻璃纖維80的直徑具有各種結(jié)構(gòu)圖案。
在圖19(a)和(b)中，將玻璃纖維85，85a和85b織成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。用與圖16和17相同的方式，使玻璃纖維的直徑具有各種結(jié)構(gòu)圖案。另外，甚至當(dāng)將玻璃纖維織成布時，也能形成與網(wǎng)相同的結(jié)構(gòu)。
在圖20(a)和(b)中，將玻璃纖維80形成作為過濾器的結(jié)構(gòu)的相對于通道的若干層。
圖21示出了其中玻璃纖維繞成棒的結(jié)構(gòu)。另外，在該結(jié)構(gòu)中，纖維的直徑可以改變。
在圖22中，為了使棒狀結(jié)構(gòu)的中心部分成中空，支撐部分82由玻璃、金屬、陶瓷或晶體組成。將玻璃纖維80繞在該中心部分四周。另外，在該結(jié)構(gòu)中，纖維直徑也能改變。
另外，可將光催化劑有效地形成于部分或全部的超細(xì)玻璃纖維表面上。在這種場合，通過從超細(xì)玻璃纖維的一端將光線引入到超細(xì)玻璃纖維中，光線被供至在超細(xì)玻璃纖維表面上形成的光催化劑上，由此增加了光催化作用。因此，能分解/除去粘附于超細(xì)玻璃纖維上的物質(zhì)。
此外，還有效地提供了加熱光催化劑和DPF捕獲的物質(zhì)(黑煙，未燃燒的烴、潤滑油等)的加熱裝置。因此，能有效地燃燒掉油煙。另外，通過對光催化劑的加熱，能增加借助于光催化劑的光解反應(yīng)的反應(yīng)速率。
上述實施方式涉及DPF。本發(fā)明可應(yīng)用于例如用于清潔房間的空氣過濾器或用作空氣清潔器的其它的過濾器或相同方式的其它的過濾器。
現(xiàn)在將描述本發(fā)明第五實施方式的過濾裝置中使用的過濾材料。
本發(fā)明過濾材料的特征在于，將突起物形成在過濾器基料的表面上。
在本發(fā)明中，對過濾器基料的構(gòu)型、材料等沒有特別的限制。可使用各種已知的過濾器基料。
作為過濾器基料的構(gòu)型，例如，可使用纖維、板、棒、珠、布、顆粒(包括多孔體)或其它已知的構(gòu)型。然而，當(dāng)考慮到只需通過集束或?qū)雍线^濾材料便可得到廉價過濾器時，優(yōu)選纖維構(gòu)型或板狀構(gòu)型。
作為過濾材料的材料，例如，可使用陶瓷、玻璃、玻璃陶瓷、金屬、金屬網(wǎng)、樹脂、塑料、晶體等。
對在過濾基料表面上形成的突起物的構(gòu)型和材料沒有特別的限制?？墒褂酶鞣N材料和構(gòu)型。
例如，可以球形、無定形、棒形、鱗片形、纖維、多孔形或其它的形狀形成突起物。
作為突起物的材料，例如，可使用陶瓷、玻璃、玻璃陶瓷、金屬、樹脂、晶體(例如氧化鋁、氧化鋯、氧化鈦、富鋁紅柱石、堇青石、氧化鎂、鈦酸鋇等)顆粒(例如，玻璃狀、結(jié)晶和其它的顆粒)。該玻璃基料可與玻璃基料表面上形成的突起物的材料相同，或與之不同。
對突起物的形成方法沒有特別的限制。
對該突起物的分布密度沒有特別的限制，并且根據(jù)需要，通過考慮空隙(網(wǎng)目)、壓差、液體的壓力和量、基料的強(qiáng)度、直徑和厚度、收集效率等，能適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行設(shè)計。
現(xiàn)在對本發(fā)明過濾材料的制造方法進(jìn)行描述。
本發(fā)明過濾材料的制造方法的特征在于，將突起物形成在過濾基料的表面上。
作為在該表面上的突起物的形成技術(shù)，在各領(lǐng)域的各種技術(shù)均是已知的。這些技術(shù)均可使用。
下面，將描述突起物各種方式的形成方法。
第一種方式是通過將顆粒附著在光催化劑纖維體基料的表面上的形成方法。還包括下面的各種方式。在本發(fā)明中，光催化劑纖維體基料是沒有承載任何光催化劑的基料。將顆粒附著在沒有承載任何光催化劑的光催化劑纖維體基料的表面上，以形成突起物，并且將光催化劑形成在該突起物上。由于就光催化劑的表面積、突起物的強(qiáng)度等而言較為有利，因此使用該方法。
(1)將由顆?；旌?、分散或懸浮于粘合劑組分中形成的涂布液施加至光催化劑纖維體基料的表面上的方法。
(2)將粘合劑組分施加至光催化劑纖維體基料的表面上并在該粘合劑組分固化前與顆?；旌系姆椒?。
(3)熱熔化光催化劑纖維體基料和顆粒的方法。在該方法中，這兩種物質(zhì)可同時進(jìn)行加熱，可將顆粒分散在加熱的光催化劑纖維體基料的表面上，或可將加熱的顆?；蛉廴诘念w粒分散在光催化劑纖維體基料的表面上。
(4)將固化后可形成顆粒的液體分散或噴射至光催化劑纖維體基料的表面上進(jìn)行固化的方法。
(5)利用試劑等改變光催化劑纖維體基料表面的質(zhì)量，將顆粒附著至該表面上并進(jìn)行固化的方法。具體地說，例如，在利用有機(jī)溶劑使丙烯酸樹脂或其它有機(jī)樹脂的表面熔融之后，將顆粒附著至該表面上，再進(jìn)行固化。
對于上述方式(1)-(5)中使用的顆粒，例如可使用玻璃狀的或結(jié)晶的顆粒。作為玻璃狀顆粒，可使用石英玻璃、鈉鈣硅酸鹽玻璃和非堿性玻璃。有許多結(jié)晶顆粒，但通常是氧化鋁、氧化鋯、氧化鈦、富鋁紅柱石、堇青石、氧化鎂、鈦酸鋇等。
第二種方式是在光催化劑纖維體基料的表面上的突起物的形成方法，還包括下面的各種方式。
(1)通過使用金屬模具在在光催化劑纖維體基料的表面上形成突起物的方法。
(2)通過將金屬模具的構(gòu)型轉(zhuǎn)移至光催化劑纖維體基料的表面上而形成突起物的方法。
(3)通過蝕刻光催化劑纖維體基料的表面而形成突起物的方法。在該方法中，通過使用已知的石印技術(shù)，可形成矩形的、任意排列和亞微型分布密度的突起物。能制備出超精細(xì)的過濾器。
第三種方式是通過將顆粒與光催化劑纖維體基料進(jìn)行混合并成形而在光催化劑纖維體基料的表面上形成突起物的方法。
現(xiàn)在描述根據(jù)本發(fā)明的過濾裝置。
本發(fā)明過濾裝置的特征在于，使用帶有在其表面上形成的突起物的過濾材料。
由于在上面已經(jīng)描述了帶有在其表面上形成的突起物的過濾材料，因此進(jìn)一步的說明將被省略。
當(dāng)通過使用本發(fā)明的過濾材料構(gòu)成過濾器時，可根據(jù)過濾器的材料、構(gòu)型等使用過濾器的已知的組成方式。
此外，當(dāng)通過使用帶有在其表面上形成的突起物的纖維來構(gòu)成過濾器時，只需將許多纖維集束并在相同的方向固定，即可構(gòu)成帶有所需空隙(網(wǎng)目)的過濾器。可根據(jù)突起物的大小、間隙、分布密度等任意地改變網(wǎng)目的粗糙度。
圖23(a)和(b)示出了具體的例子。示于該圖中的過濾裝置由外殼101和成束纖維的過濾器102構(gòu)成。
外殼101由外框103和在進(jìn)口和出口側(cè)構(gòu)成通風(fēng)面的、具有粗糙網(wǎng)目結(jié)構(gòu)的通風(fēng)元件104組成。在外殼101內(nèi)部，均勻且?guī)缀跗叫械嘏帕欣w維102，并且通過壓縮其相對于通風(fēng)元件104的兩側(cè)而固定。
纖維102是帶有突起物的長纖維狀纖維，所述突起物具有所需的尺寸，并且在其表面上以一定的間隔形成。網(wǎng)目的粗糙度可根據(jù)纖維表面上的突起物的尺寸而任意改變。例如，當(dāng)使用帶有在其表面上形成的粒徑為1微米的突起物的直徑為5微米的纖維作過濾材料時，可捕獲超細(xì)的顆粒。
此外，當(dāng)纖維表面上所有顆粒的尺寸均相同時，將增加入口側(cè)的收集效率，但該收集效率并不優(yōu)越。然而，通過增加入口側(cè)突起物的尺寸，并減小通向出口側(cè)的突起物的尺寸，將分散收集密度，由此增加收集效率和過濾器的壽命。
當(dāng)將帶有在其表面上形成的突起物的基材用作過濾材料形成過濾器時，只需簡單地對許多基材進(jìn)行層合和固著，便可形成具有所需空隙(網(wǎng)目)的過濾器。另外，在這種場合，網(wǎng)目的粗糙度可根據(jù)突起物的尺寸、空隙和分布密度、基材的空隙等進(jìn)行任意改變。
可將催化劑(包括表面反應(yīng)促進(jìn)物質(zhì))載在構(gòu)成本發(fā)明過濾裝置的過濾材料的表面上。
在這種場合，根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)與沒有突起物的過濾材料相比時，由于突起物形成在過濾材料的表面上，因此，增大了表面積，并因此增加了具有利用表面反應(yīng)而凈化流體的功能的過濾器的效率。
在本發(fā)明中，對催化劑(包括表面反應(yīng)促進(jìn)物質(zhì))沒有特別的限制，可使用具有流體凈化功能的任何物質(zhì)。
在本發(fā)明中，將過濾材料用作光導(dǎo)體，以引導(dǎo)激活光催化劑所需波長的光線。所述光催化劑被載在該過濾材料的表面上。被光導(dǎo)體引導(dǎo)的光線從光導(dǎo)體的表面發(fā)射出，并射到光催化劑上。由此組成了所述的光催化過濾裝置。
在這種場合，在過濾材料表面上的突起物可由具有光催化作用的顆粒構(gòu)成。此外，包括突起物的過濾材料的整個表面可用具有光催化作用的薄膜覆蓋。另外，具有由透明顆粒、不透明顆?；蚬獯呋瘎╊w粒組成的突起物的過濾材料的整個表面可用具有光催化作用的薄膜覆蓋。
作為光導(dǎo)體材料，例如可使用玻璃、陶瓷、塑料、晶體等?？蓡为毷褂闷渲兄坏奈镔|(zhì)，或者可混合或復(fù)合(例如鍵合等)兩種或多種材料。
作為光導(dǎo)體的構(gòu)型，例如，可使用纖維、蜂窩、網(wǎng)、布、層、棉花狀等?？蓡为毷褂闷渲兄坏臉?gòu)型，或者可復(fù)合(例如鍵合等)兩種或多種構(gòu)型。
作為光催化劑，可使用氧化鈦或其化合物、氧化鐵或其化合物、氧化鋅或其化合物、氧化釕或其化合物、氧化鈰或其化合物、氧化鎢或其化合物、氧化鉬或其化合物、氧化鎘或其化合物、以及氧化鍶或其化合物?？蓡为毷褂闷渲兄坏墓獯呋瘎蛘呋旌匣驈?fù)合(例如共存等)兩種或多種光催化劑。
作為所使用的光催化劑的承載方法，例如，可使用溶膠-凝膠法、全氣溶膠法、洗滌/涂布法、蒸發(fā)法、噴鍍法、熱分解法、金屬氧化法等。薄膜的厚度例如約在1納米至1毫米之間。
另外，可向光催化劑中添加增強(qiáng)光催化劑活性層、增強(qiáng)粘結(jié)強(qiáng)度、增加穩(wěn)定性、增強(qiáng)光反應(yīng)、增強(qiáng)吸收性或提供另外的作用的添加劑；或者將所述添加劑用作底涂層。作為底涂層材料，可使用Cr，Ag，Cu，Au，Pt，Ru，Pd，Rh，Sn，Si，In，Pb，As，Sb，P或另外的金屬，其氧化物或其化合物。
對于照射光催化劑的光線，其波長、密度等，可根據(jù)光催化劑的種類適當(dāng)?shù)剡x擇。例如，當(dāng)光催化劑是二氧化鈦時，優(yōu)選能激活光催化劑的200納米至500納米的紫外光。作為光源，可使用汞燈、汞氙燈等。
另外，通過考慮折射率，可選擇光催化劑和光導(dǎo)體材料。由于與在其芯中包圍光線的光學(xué)纖維不同，光線需要從作為覆蓋材料的光催化劑側(cè)射出，因此，可選擇與光導(dǎo)體材料相比具有更高折射率的光催化劑。
另外，通過使用在芯的四周備有包層的光學(xué)纖維，形成沒有包層的芯暴露部分，并且將折射率高于該芯的光催化劑載在該芯暴露部分上。
優(yōu)選可將上述的光催化過濾裝置用作柴油顆粒過濾器(DPF)，以除去包括在柴油機(jī)廢氣中的由黑煙、未燃燒烴和潤滑油組成的固體顆粒物質(zhì)(顆粒)；用作處理氣體的過濾器(例如用于清潔房間的空氣過濾器)，用作處理液體的過濾器(例如淡水或海水凈化過濾器)等。
下面，將以實施例更為詳細(xì)地描述本發(fā)明。
實施例1將平均粒徑為5微米的石英玻璃填料懸浮于通過四乙氧基硅的水解而制備的溶膠溶液中，以制得涂布液。
在使用浸涂法將該涂布液涂布至直徑為125微米的玻璃纖維上之后，于450℃進(jìn)行熱處理1小時。
在所得到的纖維表面上粘附大量的顆粒。可獲得具有不規(guī)則表面的纖維。此外，甚至當(dāng)對該纖維進(jìn)行強(qiáng)摩擦?xí)r，粘附至該表面上的顆粒也不會被分開。
實施例2將平均粒徑為2微米的富鋁紅柱石顆粒懸浮于通過四乙氧基硅的水解而制備的溶膠溶液中，以制得涂布液。
在使用浸涂法將該涂布液涂布至直徑為250微米的不銹鋼纖維上之后，于400℃進(jìn)行熱處理1小時。
在該得到的纖維表面上粘附大量的顆粒?？色@得具有不規(guī)則表面的纖維。此外，甚至當(dāng)對該纖維進(jìn)行強(qiáng)摩擦?xí)r，粘附至該表面上的顆粒也不會被分開。
實施例3通過網(wǎng)版印刷，將紫外光硬化樹脂印刷在氧化鋁基板的表面上。向印刷了紫外光硬化樹脂的這部分上分散平均粒徑為0.1mm的鈉鈣玻璃珠。然后，照射紫外光，以使該樹脂硬化。
將大量顆粒粘附至所得到的氧化鋁基材的表面上。得到了具有不規(guī)則表面的基材。此外，甚至當(dāng)對該基材進(jìn)行強(qiáng)摩擦?xí)r，粘附至該表面上的顆粒也不會被分開。
實施例4將平均粒徑為0.1毫米、經(jīng)加熱的不銹鋼顆粒分散至聚乙烯板材的表面上。
經(jīng)加熱的顆粒使該基材的表面熔融，并粘附至該表面上。此外，甚至當(dāng)對該基材的表面進(jìn)行強(qiáng)摩擦?xí)r，粘附至該表面上的顆粒也不會被分開。
實施例5在將熱硬化環(huán)氧樹脂噴涂至氧化鋁基板的表面上之后，加熱該基板，以使該環(huán)氧樹脂硬化。
將大量平均粒徑為0.2毫米的環(huán)氧樹脂突起物分散在所得到的氧化鋁基板的表面上。甚至當(dāng)對該基材的表面進(jìn)行強(qiáng)摩擦?xí)r，粘附至該表面上的顆粒也不會被分開。
實施例6通過將丙酮噴涂至丙烯酸基材的表面上而使之熔化。在將平均粒徑為50微米的鈉鈣玻璃珠分散至該表面上之后，對該基材進(jìn)行干燥。
將大量玻璃珠粘附至所得到的基材的表面上。由此得到了具有突起物的基材。此外，甚至當(dāng)對該基材的表面進(jìn)行強(qiáng)摩擦?xí)r，粘附至該表面上的顆粒也不會被分開。
實施例7向具有半球形凹口的金屬模具中傾倒熱硬化環(huán)氧樹脂，加熱并使之硬化；所述凹口的直徑為0.5毫米，深度為0.25毫米，縱橫向的排列間距為2毫米。
結(jié)果，得到了在其表面上具有大量突起物的基材。
實施例8將平均粒徑為7.5微米的石英玻璃珠懸浮于水解液中，所述水解液是在少量水存在的條件下，通過四乙氧基硅的水解而制備的。對所得到的溶膠液進(jìn)行加熱以促進(jìn)縮聚反應(yīng)，以致使液體具有足夠進(jìn)行紡絲的粘度。在將溶膠液紡成纖維之后，在800℃加熱一小時。
將大量基于石英玻璃珠的突起物形成在所得到的纖維的表面上。該纖維的平均直徑為100微米。
實施例9如圖24(a)和(b)所示，使用實施例1制備的纖維，將纖維102平行集束并將該束的兩端用金屬網(wǎng)105固定，由此制得一過濾器。
與具有相當(dāng)空隙的小的纖維過濾器相比，所得到的過濾器具有更高的收集效率，而且其性能能保持很長的一段時間。實施例10如圖25(a)-(c)所示，使用實施例3制備的基材，將帶有突起物珠的氧化鋁基材平行(圖25(b))地層合至其表面上(圖25(c))，由此制得過濾器。
所得到的過濾器具有能進(jìn)行捕獲的小顆粒直徑、高精度和高收集效率，并且其性能能保持很長一段時間。
實施例11在將實施例1中制備的纖維載在光催化劑(二氧化鈦)上之后，如圖3(a)所示，將纖維切成預(yù)定的長度，并象檔板一樣進(jìn)行排列。將纖維的一端固定，以便制備基礎(chǔ)元件，該制備方式以光線從一端能照射到每一根纖維為準(zhǔn)。如圖3(b)所示，基礎(chǔ)元件以90度角相交。由此，制得了防護(hù)柵式的柴油顆粒的過濾器(DPF)。
由于DPF使用在其上帶有突起物的纖維，因此，與沒有突起物的DPF相比，其催化劑的作用和收集效率更高。
如附圖所示，雖然上文參考優(yōu)選的實施方案已對本發(fā)明進(jìn)行了描述，但本發(fā)明并不局限于上述實施方案。
例如，為方便起見，只對附圖進(jìn)行了簡單的描述。纖維的直徑、填充密度等并不局限于附圖中所示的方式。
另外，突起物的大小和材料也不局限于所述的實施方案。
此外，甚至在其上帶有突起物的、現(xiàn)有技術(shù)中描述的常規(guī)的三種過濾材料也能完成基于突起物的本發(fā)明的作用。
另外，本發(fā)明的過濾材料能用于液晶顯示、光霧玻璃(haze glass)等的擴(kuò)散板(漫射板)。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的實施方式，通過改變突起物的尺寸和分布密度，能容易和高精度地控制空隙(網(wǎng)目)。另外，只需簡單地對在其上帶有突起物的過濾材料進(jìn)行集束或?qū)雍?，便能得到過濾器。因此，與現(xiàn)有技術(shù)不同，能廉價地獲得精細(xì)的過濾器。
另外，由于在過濾材料的表面上形成的突起物提供了空隙，因此，該空隙甚至在通過液體時也將保持不變。該空隙能保持很長一段時間。因此，過濾作用能保持很長一段時間。
此外，使用該過濾材料基本上無需織造過程。因此，甚至迄今為止難于用作長纖維過濾器的長纖維直徑的纖維也能用作過濾材料。
另外，與沒有突起物的表面相比，由于突起物形成在過濾材料的表面上，因此，增大了表面積，并且增加了通過表面反應(yīng)具有凈化流體作用的過濾器的過濾效率。
現(xiàn)在將描述根據(jù)本發(fā)明第六實施方式的承載光催化劑的玻璃材料。
在本發(fā)明中，考慮到對光催化活性的損害，對玻璃材料中堿性組分的允許極限進(jìn)行限定。此外，考慮到形成光催化劑薄膜的難易、化學(xué)耐久性、耐熱性、優(yōu)異的透光性、和廉價的制造，對玻璃組分進(jìn)行限定。
本發(fā)明、承載光催化劑的玻璃材料優(yōu)選包含0-10％(重量)的堿性組分，和30-80％(重量)的二氧化硅。例如，優(yōu)選的組分是低堿性硅酸鹽玻璃、硅鋁酸鹽玻璃、硼硅酸鹽玻璃和非堿性玻璃。
然而，硼酸鹽玻璃和磷酸鹽玻璃相對于水的化學(xué)耐久性較差，并且將不希望地降低承載力和光催化劑薄膜的光催化作用。
在本發(fā)明的組成范圍內(nèi)的玻璃材料能在1650℃或更低的溫度熔化，與石英玻璃相比，有利地降低了制造成本。此外，在本發(fā)明的組成范圍內(nèi)的玻璃材料具有優(yōu)異的化學(xué)耐久性、耐熱性和透光性(透明性)，因此作為承載光催化劑的基礎(chǔ)材料是優(yōu)異的。
另外，當(dāng)與石英玻璃相比，本發(fā)明的玻璃材料能容易地形成纖維，并且承載纖維狀光催化劑的基礎(chǔ)材料能容易且廉價地制造出。
此外，本發(fā)明的玻璃材料是相對于激活75％或更多光催化劑的波長具有透光度的光導(dǎo)體，所述光導(dǎo)體的厚度為10毫米，并且是承載光催化劑的優(yōu)異的玻璃材料。
因此，該玻璃材料適于在第一至第五實施方式中用作承載光催化劑的光導(dǎo)體。
對于上述玻璃材料的其它組分而言，能使用各種已知的組分和組成。
考慮到各種性能，以重量％計，本發(fā)明的承載光催化劑的玻璃材料優(yōu)選包含30-80％的SiO2，1-35％的Al2O3，0-30％B2O3，0-20％MgO，-20％CaO，0-20％SrO，0-40％BaO，0-20％ZnO，0-10％Li2O，0-10％Na2O，-10％K2O，0-10％Cs2O，0-0％Li2O+Na2O+K2O+Cs2O和0.1-65％MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO+Li2O+Na2O+K2O+Cs2O。
此外，以重量％計，本發(fā)明的承載光催化劑的玻璃材料更優(yōu)選地包含30-65％的SiO2，1-20％的Al2O3，0-20％B2O3，0-20％MgO，0-20％CaO，0-20％SrO，0-40％BaO，0-20％ZnO，1-60％MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO，0-10％Li2O，0-5％Na2O，0-5％K2O，0-5％Cs2O，0-5％Li2O+Na2O+K2O+Cs2O和1-60％MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO+Li2O+Na2O+K2O+Cs2O。
上述組成范圍內(nèi)對各組分進(jìn)行限制的理由如下。
二氧化硅，作為形成玻璃的組分，在本發(fā)明的組分中是不可缺少的。如果二氧化硅少于30％(重量)，那么，耐反玻璃化性和化學(xué)耐久性將受到損害。如果二氧化硅超過80％(重量)，那么玻璃的粘度將變大，并且難于熔化。因此，二氧化硅的含量需在30-80％(重量)的范圍內(nèi)。出于同樣的理由，優(yōu)選二氧化硅的含量為30-80％(重量)，更優(yōu)選為30-65％(重量)，特別優(yōu)選為50-60％(重量)。
Al2O3增加玻璃的化學(xué)耐久性和耐熱性，并降低液體的溫度。然而，如果Al2O3的含量超過35％(重量)時，將損害耐反玻璃化性。因此，Al2O3的含量需在0-35％(重量)范圍內(nèi)。出于同樣的理由，Al2O3的含量優(yōu)選為1-20％(重量)，更優(yōu)選為15-20％重量。
B2O3降低玻璃的粘度并有效地改善熔化性能。然而，如果B2O3的含量超過30％(重量)，那么相分離的趨勢將增大，而且?guī)缀醯貌坏絼蛸|(zhì)玻璃。因此，B2O3的含量優(yōu)選為0-15％(重量)，更優(yōu)選為0-10％(重量)。
當(dāng)適量進(jìn)行添加時，MgO，CaO，SrO，BaO和ZnO能調(diào)節(jié)玻璃的性能和熔化性能。
在本發(fā)明中，MgO降低所得到玻璃的熱膨脹系數(shù)和粘度。如果其量超過20％(重量)，那么將降低玻璃的耐反玻璃化性。因此，MgO的含量需為0-20％(重量)。出于相同的理由，MgO的含量優(yōu)選為0-10％(重量)，更優(yōu)選為0-5％(重量)。
CaO提供與MgO幾乎相同的作用。如果其量超過20％(重量)，那么將降低玻璃的耐反玻璃化性。因此，CaO的含量需為0-20％(重量)。出于相同的理由，CaO的含量優(yōu)選為0-10％(重量)，更優(yōu)選為0-5％(重量)。
SrO增加玻璃的耐反玻璃化性。然而，如果其量超過20％(重量)，那么將降低玻璃的耐反玻璃化性。因此，SrO的含量需為0-20％(重量)。出于相同的理由，SrO的含量優(yōu)選為0-10％(重量)，更優(yōu)選為0-5％(重量)。
BaO提供與SrO幾乎相同的作用。然而，如果其量超過50％，那么將降低玻璃的耐反玻璃化性。因此，BaO的(含量)需為0-50％(重量)。出于相同的理由，BaO的含量優(yōu)選為0-30％(重量)，更優(yōu)選為0-5％(重量)。
如果MgO，CaO，SrO，BaO和ZnO的總含量超過65％(重量)，那么，將損害耐反玻璃化性。因此，MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO的含量需為0-65％(重量)。出于同樣的理由，其總含量優(yōu)選為10-30％(重量)，更優(yōu)選為10-20％(重量)。
堿性組分Li2O，Na2O，K2O和Cs2O降低玻璃的粘度并改善熔化性能。如果這些堿性組分的總含量超過10％(重量)，那么，將不希望地?fù)p害光催化劑的活性。因此，Li2O+Na2O+K2O+Cs2O的含量需為0-10％(重量)。出于同樣的理由，其總含量優(yōu)選為0-5％，更優(yōu)選為0-2％(重量)。
此外，除上述組分以外，為改善耐反玻璃化性、熔化性能、化學(xué)耐久性等，或作為澄清劑等，可將其用量范圍不致?lián)p害上述性能的PbO，ZrO2，TiO2，As2O3，Sb3O3，SnO2，La2O3，P2O5，WO3，Bi2O3，Ta2O5，Nb2O5，Gd2O3，F(xiàn)等添加至本發(fā)明的上述的玻璃材料中。
對本發(fā)明玻璃材料的制備方法沒有特別的限制。例如，分批稱量原料以便落入上述的玻璃組成范圍內(nèi)，將其置于鉑坩堝或其它的耐熱容器中，然后在1200-1650℃進(jìn)行加熱熔化約2-4小時。通過攪拌、精制使熔化的玻璃變得均勻，然后傾入鑄模中，漸漸地進(jìn)行冷卻以便進(jìn)行制備。
對于用來制備本發(fā)明玻璃材料的玻璃原料而言，可適當(dāng)?shù)厥褂猛ǔＳ米鞑Ａг系臍溲趸?、碳酸鹽、硝酸鹽、硫化物、氧化物、氮化物等。
對本發(fā)明玻璃材料的尺寸、構(gòu)型等沒有特別的限制。例如，可以平板、纖維、棒、珠、粉未或其它的各種形式使用本發(fā)明的玻璃材料。
對載在本發(fā)明玻璃材料上的光催化劑沒有特別的限制。例如，可使用氧化鈦或其化合物，氧化鐵或其化合物，氧化鋅或其化合物，氧化釕或其化合物，氧化鈰或其化合物，氧化鎢或其化合物，氧化鉬或其化合物，氧化鎘或其化合物，以及氧化鍶或其化合物?？蓡为毷褂闷渲兄坏墓獯呋瘎?，或者可混合或復(fù)合(例如獨立地共存等)其中的兩種或多種光催化劑。
作為將所使用的光催化劑承載在本發(fā)明玻璃材料上的方法，可使用溶膠-凝膠法、全氣溶膠法、洗滌/涂布法、蒸發(fā)法、噴鍍法、熱分解法、金屬氧化法等。該薄膜的厚度例如在約1納米至1毫米之間。
對于照射光催化劑的光線，其波長、密度等，可根據(jù)光催化劑的種類適當(dāng)?shù)剡x擇。例如，當(dāng)光催化劑是二氧化鈦時，優(yōu)選能激活光催化劑的200納米至500納米的紫外光。作為光源，可使用汞燈、汞氙燈等。
另外，可向光催化劑中添加增強(qiáng)光催化劑活性層、增強(qiáng)粘結(jié)強(qiáng)度、增加穩(wěn)定性、增強(qiáng)光反應(yīng)、增強(qiáng)吸收性或提供另外的作用的添加劑；或者將所述添加劑用作底涂層。作為所添加的物質(zhì)，可使用Cr，Ag，Cu，Au，Pt，Ru，Pd，Rh，Sn，Si，In，Pb，As，Sb，P或另外的金屬，其氧化物或其化合物。
優(yōu)選將使用由承載在本發(fā)明玻璃材料上的光催化劑組成的光催化劑過濾器的過濾裝置用作柴油顆粒過濾器(DPF)，以除去包括在柴油機(jī)廢氣中的由黑煙、未燃燒烴和潤滑油組成的固體顆粒物質(zhì)(顆粒)；用作處理氣體的過濾器(例如用于清潔房間的空氣過濾器、空氣清潔器)，用作處理液體的過濾器(例如淡水或海水凈化過濾器)等。
在本發(fā)明中，突起物可以形成在玻璃材料的表面上。因此，當(dāng)與沒有突起物的表面相比，增大了表面積，并且增加了使用表面反應(yīng)具有凈化液體作用的過濾器的過濾效率。
在本發(fā)明中，對催化劑(包括表面反應(yīng)促進(jìn)物質(zhì))沒有特別的限制?？墒褂镁哂袃艋后w作用的任何物質(zhì)。
下面，將描述本發(fā)明的實施方案。
實施例1-5制備具有示于圖26的表中的組成的玻璃材料。
在這些實施例的每一個中，均可使用通常用作原料的氫氧化物、碳酸鹽、硝酸鹽、硫化物、氧化物、氮化物等。在對各實施例中各原料以熔化并漸漸冷卻后該組成為示于表1中的玻璃組成這樣的方式進(jìn)行稱量，將得到的原料混合物(分批原料)在1200-1650℃加熱并熔融約2-4小時。對該熔化的玻璃消泡，并通過攪拌、澄清、使質(zhì)量變得均勻，傾倒入鑄造模具中然后漸漸冷卻，由此得到玻璃料。
從該玻璃料切出100×100×2mm的板材，并對該板材的兩面進(jìn)行拋光，由此形成基材。利用浸涂法用二氧化鈦溶膠涂布該基材玻璃，干燥，然后在500℃燃燒一小時。當(dāng)通過X光衍射對所得到的薄膜進(jìn)行測量時，發(fā)現(xiàn)，該薄膜的主要成分是錐型鈦白粉。該薄膜的厚度為1微米。
將市售的色拉油施加至在其上載有光催化劑的基材玻璃上。將該基材玻璃在1KW汞燈下擱置一小時之后，測量重量的下降量。
結(jié)果是，實施例1-5的基材玻璃上的光催化劑在一小時后分解掉0.01-0.02mg/cm2的色拉油。
對比例1用與實施例1-5相同的方式制備在其上載有光催化劑的基材玻璃，所不同的是，該玻璃組成如圖26的表中所示。
結(jié)果是，在一小時后重量下降為測量極限或更低。在對比例1的基材玻璃上的光催化劑幾乎不分解色拉油。
在上面已參考優(yōu)選的實施方案對本發(fā)明進(jìn)行了描述，但本發(fā)明并不局限于上述的實施方案。
例如，玻璃的組成、玻璃材料的構(gòu)型、以及光催化劑的種類并不局限于所述的實施方案。
本發(fā)明的承載光催化劑的玻璃材料可廣泛地用于過濾器以外的各個領(lǐng)域，作為玻璃材料，它不降低光催化劑的活性。
如上所述，本發(fā)明的承載光催化劑的玻璃料使用沒有雜質(zhì)擴(kuò)散入光催化劑中的不會對光催化劑的活性損害、可容易地在其上形成光催化劑薄膜、化學(xué)耐久性好、透明等，并能廉價地進(jìn)行制備的玻璃組成，因而它是優(yōu)異的承載光催化劑的玻璃材料。
此外，通過調(diào)節(jié)組成，可容易且廉價地獲得細(xì)纖維的、耐熱性能和其它性能優(yōu)異的承載光催化劑的玻璃材料。
現(xiàn)在將描述光照射方法(本發(fā)明的第七實施方式)。該光照射方法可應(yīng)用于上述的光催化劑過濾器中，或者可應(yīng)用于當(dāng)光線需要有效地照射被照射的物體時的場合。用于光照射的各種光照射裝置可具有如圖1(a)-(h)所示的結(jié)構(gòu)。
此外，當(dāng)形成光照射纖維時，可使用已知的光學(xué)纖維的制造工藝。對于片狀光導(dǎo)體，可使用已知的玻璃板制造工藝。另外，為了形成蜂窩狀的光導(dǎo)體，將玻璃等原材料造粒并壓實成蜂窩狀，或在蜂窩中加工中空的光導(dǎo)體并成形。
作為高折射率的物質(zhì)，可使用玻璃、陶瓷、塑料或晶體等。
上述光導(dǎo)體1，3，6或光照射纖維4，5，7的兩端組成了讓光進(jìn)入的入射部分。將來自光源(未示出)的光線，例如可見紫外光照射到該入射部分上。
上述光照射纖維和光源形成了光照射裝置。由光導(dǎo)體從光源引導(dǎo)并從高折射率物質(zhì)中射出的光線照射被照射的物體(反應(yīng)劑)。
參考下述實施方案描述光照射裝置的具體實施例。
(實施方案1)在實施方案1中，將本發(fā)明的光照射方法和裝置應(yīng)用于柴油顆粒過濾器(DPF)。
在柴油機(jī)的廢氣中，包括有由黑煙、未燃燒的烴、潤滑油等組成的固體顆粒物質(zhì)(顆粒)。這些顆粒是由于燃料中的烴的不完全燃燒而產(chǎn)生的。當(dāng)存在于廢氣中時，烴就變成黑煙。因而，該烴向大氣中排放將對環(huán)境不利。為此，為了除去廢氣中的顆粒并使之變得最少，用適當(dāng)?shù)倪^濾器收集顆粒。在該實施方案中，利用上述的光照射纖維來收集顆粒。通過將從光源至光導(dǎo)體引導(dǎo)的、并從高折射率物質(zhì)中射出的光線照射至收集的顆粒上，而燃燒這些顆粒。
將該實施方案的DPF設(shè)置在柴油機(jī)排氣口后面的排氣管的中間。安裝在排氣管中的DPF由基礎(chǔ)元件組合而成。如圖3(a)所示，將纖維切成預(yù)定的長度象擋板一樣進(jìn)行排列，以形成光催化劑纖維。所述基礎(chǔ)元件由許多光催化劑纖維11，支撐許多光催化劑纖維11一端的夾具12，和將所需用于燃燒收集顆粒的光線照射至光催化劑纖維11的支撐端的鹵燈13組成。
如圖3(b)所示，將兩個成90度或適當(dāng)角度的基礎(chǔ)元件以如下方式進(jìn)行排列，以使光照射纖維11組成防護(hù)柵，該防護(hù)柵是基礎(chǔ)過濾器。為增加表面積和收集比率，用一個或兩個或多個基礎(chǔ)過濾器來組成DPF。
對于構(gòu)成光催化劑纖維11的光導(dǎo)體而言，所使用的是耐高溫(100-700℃)廢氣的硅鋁酸鹽玻璃(玻璃化轉(zhuǎn)移溫度為500-800℃)，或石英玻璃(玻璃化轉(zhuǎn)移溫度約為1100℃)。光照射纖維11的纖維直徑約在1微米至150微米之間。對于高折射率物質(zhì)，可使用二氧化鈦。
上述光照射纖維11按如下方法進(jìn)行制備。將使用高純度原料的硅鋁酸鹽玻璃熔化在鉑坩堝內(nèi)，用推擠法將該熔化的玻璃成形成纖維，并利用溶膠-凝膠法用二氧化鈦覆蓋該玻璃纖維。在這種場合，當(dāng)添加粘結(jié)強(qiáng)度增強(qiáng)劑以增加粘結(jié)強(qiáng)度時，可進(jìn)一步增強(qiáng)二氧化鈦薄膜的保護(hù)作用。將該薄膜的厚度調(diào)至0.5微米。如圖4所示，制備光照射纖維結(jié)構(gòu)。
在本發(fā)明中，二氧化鈦的折射率在2.1和2.6之間，而硅鋁酸鹽玻璃的折射率約為1.5。因而，相當(dāng)于包層的二氧化鈦薄膜的折射率更高。因此，從鹵燈13射至光催化劑纖維11上的光線從光導(dǎo)體1的表面射出并且還從高折射率物質(zhì)中射出。該射出的光線有效地燃燒所收集的顆粒。
(實施方案2)在實施方案2中，將本發(fā)明的光照射方法和裝置應(yīng)用于紫外殺菌裝置。
圖27是實施方案2的紫外殺菌裝置的示意圖。在該紫外殺菌裝置中，利用固定在金屬管114壁上的O型環(huán)115將許多光照射纖維116集成束。光照射纖維116的一端通過連接在金屬管114上的固定金屬113固定。此外，在金屬管114的外面，安裝紫外燈111和折射鏡112。從紫外燈111發(fā)射出并通過折射鏡112折射的光線，從由固定金屬113固定的光照射纖維114的一端射至光照射纖維116上。
在所述的結(jié)構(gòu)中，當(dāng)水從金屬管114中通過時，通過從光照射纖維114的高折射率物質(zhì)中射出的紫外光對水進(jìn)行殺菌。通過調(diào)節(jié)光照射纖維116的間距，該紫外光照射裝置還具有用于捕獲細(xì)菌等的過濾器的作用。因而，在可靠地進(jìn)行殺菌之前，可暫時捕獲細(xì)菌。
另外，通過調(diào)節(jié)光照射纖維116的長度，還能調(diào)節(jié)紫外光照射裝置的殺菌能力。
在該紫外光照射裝置中，由于大量光照射纖維114間的間隙較窄，因此，紫外光能可靠地照射污染更為嚴(yán)重的湖水等。而且其殺菌能力可以非常高。
本發(fā)明并不局限于上述的實施方式，本發(fā)明允許有各種變更。
例如，本發(fā)明的光照射方法和裝置可應(yīng)用于潛在的用途(interiorpurpose)。工業(yè)實用性利用其中光線從承載光催化劑的光導(dǎo)體的內(nèi)部直接照射該光催化劑這樣的簡單結(jié)構(gòu)，能有效地進(jìn)行光線照射。
因而，當(dāng)本發(fā)明的光催化劑過濾器裝置用于處理流體時，能實現(xiàn)無需養(yǎng)護(hù)的、耐久的裝置。
另外，本發(fā)明的光催化劑過濾器不僅能用作柴油顆粒過濾器，而且還能用作清潔房間的空氣過濾器，空氣清潔器等。
權(quán)利要求
1.一種過濾裝置，以如下方式構(gòu)成形成光導(dǎo)體的長纖維體延其縱向排列，并集成束，縱向的一端有一開口，該開口的大小朝向另一端漸漸變小，光線從所述的另一端引入所述的長纖維體中，被過濾的物質(zhì)從所述的開口流入；光催化劑部分或全部地形成在所述的長纖維體上。
2.一種光催化劑過濾器，其中，光催化劑載在用來引導(dǎo)激活所需光催化劑的光線的光導(dǎo)體的表面上；由所述光導(dǎo)體引導(dǎo)的光線從所述光導(dǎo)體的表面直接照射所述的光催化劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的光催化劑過濾器，其中以纖維的形式形成所述的光導(dǎo)體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2的光催化劑過濾器，其中所述的光導(dǎo)體是玻璃纖維。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4之一的光催化劑過濾器，其中所述的光催化劑具有高于所述光導(dǎo)體折射率的折射率。
6.根據(jù)權(quán)利要求2的光催化劑過濾器，其中在芯的四周具有包層的光學(xué)纖維上部分或全部地形成沒有包層的芯暴露部分，并且，將所述具有比芯折射率更高的折射率的光催化劑載在該芯暴露部分上。
7.根據(jù)權(quán)利要求2的光催化劑過濾器，其中，作為所述的光催化劑，使用選自下面的一種或兩種或多種物質(zhì)，所述物質(zhì)由氧化鈦或其化合物、氧化鐵或其化合物、氧化鋅或其化合物、氧化釕或其化合物、氧化鈰或其化合物、氧化鎢或其化合物、氧化鉬或其化合物、氧化鎘或其化合物、以及氧化鍶或其化合物組成。
8.根據(jù)權(quán)利要求2的光催化劑過濾器，其中，長纖維體構(gòu)成所述的光導(dǎo)體，所述長纖維體是一種或兩種或多種超細(xì)的長纖維體，其直徑為1-70微米，并且所述的光催化劑部分或全部地形成在所述的長纖維體上。
9.根據(jù)權(quán)利要求2的光催化劑過濾器，其中，長纖維體構(gòu)成所述的光導(dǎo)體，突起物形成在所述長纖維體的表面上，并且，所述的光催化劑部分或全部地形成在所述的長纖維體上。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的光催化劑過濾器，其中，相對于所述長纖維體的直徑d，所述突起物具有2d-20d的間距。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10的光催化劑過濾器，其中，所述突起物的直徑為0.3-100微米。
12.根據(jù)權(quán)利要求2的光催化劑過濾器，其中，所述的光導(dǎo)體在縱向具有波紋狀。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的過濾裝置，其中帶有用來加熱所述被過濾的物質(zhì)和/或所述光催化劑的加熱裝置。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的過濾裝置，其中，所述加熱裝置的加熱溫度為50-650℃。
15.根據(jù)權(quán)利要求1的過濾裝置，其中，所述被過濾的物質(zhì)是來自發(fā)動機(jī)的廢氣。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的過濾裝置，其中所述發(fā)動機(jī)是柴油機(jī)。
17.一種承載光催化劑的玻璃材料，其中，用作光導(dǎo)體的玻璃材料由低堿性硅酸鹽玻璃、硅鋁酸鹽玻璃、硼硅酸鹽玻璃或非堿性玻璃構(gòu)成，就重量％而言，包含有30-80％二氧化硅，和0-10％的堿性組分。
18.一種承載光催化劑的玻璃材料，其中，就重量％而言，用作光導(dǎo)體的玻璃材料包含30-80％的SiO2，1-35％的Al2O3，0-30％B2O3，0-20％MgO，0-20％CaO，0-20％SrO，0-40％BaO，0-20％ZnO，0-10％Li2O，0-10％Na2O，0-10％K2O，0-10％Cs2O，0-10％Li2O+Na2O+K2O+Cs2O和0.1-65％MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO+Li2O+Na2O+K2O+Cs2O。
19.一種承載光催化劑的玻璃材料，其中，以重量％計，用作光導(dǎo)體的玻璃材料包含30-65％的SiO2，1-20％的Al2O3，0-20％B2O3，0-20％MgO，0-20％CaO，0-20％SrO，0-40％BaO，0-20％ZnO，1-60％MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO，0-10％Li2O，0-5％Na2O，0-5％K2O，0-5％Cs2O，0-5％Li2O+Na2O+K2O+Cs2O和1-60％MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO+Li2O+Na2O+K2O+Cs2O。
20.根據(jù)權(quán)利要求17-19之一的承載光催化劑的玻璃材料，其中用作光導(dǎo)體的玻璃材料包含作為其它組分的至少一種選自PbO，ZrO2，TiO2，As2O3，Sb3O3，SnO2，La2O3，P2O5，WO3，Bi2O3，Ta2O5，Nb2O5，Gd2O3和F材料。
21.根據(jù)權(quán)利要求17-20之一的承載光催化劑的玻璃材料，其中用作光導(dǎo)體的玻璃材料在10毫米厚度時，對用于激活光催化劑的波長的透射比為75％或更大。
22.一種光照射方法，其中，將折射率高于光導(dǎo)體的折射率的高折射率物質(zhì)載在所述光導(dǎo)體的表面上，并且將借助所述光導(dǎo)體引導(dǎo)并從所述高折射率物質(zhì)中射出的光線照射至待照射的物質(zhì)。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的光照射方法，其中，所述的高折射率物質(zhì)是光催化劑。
全文摘要
將光催化劑載在引導(dǎo)激活光催化劑所需的光線的光導(dǎo)體的表面上,所述光催化劑的承載方式以由光導(dǎo)體引導(dǎo)的光線能直接從光導(dǎo)體的表面照射所述光催化劑為準(zhǔn)。
文檔編號B01J35/06GK1185756SQ97190283
公開日1998年6月24日 申請日期1997年2月28日 優(yōu)先權(quán)日1996年2月28日
發(fā)明者西井由和, 前田伸廣, 小川信一, 蜂谷洋一, 東田將之, 渡邊格 申請人:保谷株式會社