臭氧产生方法技术

本发明专利技术的目的是提供能够产生更高浓度的臭氧的臭氧产生方法。并且，作为设置于本发明专利技术中所使用的臭氧产生器(1)的电介体(1c)、接地电极(1b)间的金属化合物质层(1d)，使用了下述金属化合物质，该金属化合物质满足：条件(1)“不是促进臭氧分解的物质”；条件(2)“不是导电体”；条件(3)“金属化合物质层(1d)的禁带宽度为2.0～4.0(eV)的范围”及条件(4)“金属化合物质层(1d)的在激发状态下所形成的价电子带部的空穴电位大于氧分子的结合电位(1.25(eV))”。进而，在将抑制臭氧的分解量的各种臭氧分解抑制必要条件施加于臭氧产生器(1)的环境下执行作为臭氧产生处理的步骤(a)～(c)。

Ozone generation method

The aim of the present invention is to provide an ozone generating method capable of producing higher concentrations of ozone. And, as the metal compound layer (1D) between the 1c and 1b of the ozone generator (1) used in the present invention, the following metal compound is used, and the metal compound is satisfied: condition (1) \not a substance that promotes ozone separation\; condition (2) \not a conductive body\; condition (3) \ The band gap of the metal compound layer (1D) is 2 to 4 (eV), and the condition (4) \metal compound layer (1D)\ in the excitation state of the valence electron band is larger than the binding potential of the oxygen molecule (1.25 (eV)). Further, in the environment of the ozone generator (1), a step (a) - (c) is carried out in the environment of the ozone generator (1) which inhibits the decomposition of the ozone decomposition amount.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】臭氧产生方法
该专利技术涉及使用具有彼此对置的第1及第2电极和形成于第1电极上的电介体(介质)且在电介体与第2电极之间具有放电空间的臭氧产生器来产生高浓度的臭氧的臭氧产生方法。
技术介绍
最初，就臭氧产生技术而言，在1930年，据查普曼称来自宇宙的宇宙射线、太阳光的光能中的242nm以下的波长者通过对氧分子给予能量从而变成氧原子，该氧原子与氧分子结合而生成臭氧，另外，据称也会同时进行所生成的臭氧吸收具有320nm以下的波长的光从而成为氧分子和氧原子的分解反应，通过氧的分解反应与臭氧的分解反应的平衡从而生成臭氧。另外，据称：就地球上的平流层的一部分臭氧层中所存在的浓度为2～8ppm左右的臭氧而言，仅通过宇宙射线、太阳光的光能所产生的臭氧生成无法由宇宙射线、太阳光的光能来充分说明，与平流层中的电离层的等离子体密度(105个/cm3)密切相关。即，不仅有氧气吸收242nm以下的波长的宇宙射线、太阳光的光能而解离成氧原子，还有通过电离层的等离子体的高速电子密度与地球上空的氧分子碰撞而解离成氧原子。即，据称：在臭氧层中，氧原子的解离是由通过宇宙射线、太阳光的光吸收和电离层的等离子体中的电子碰撞所产生的这两种效果来进行解离的。通过以这两种方式解离的氧原子与氧分子的三体碰撞而生成2～8ppm左右的臭氧浓度这一事项在理论上得到了证明。如果以臭氧的个数来表示臭氧层的2～8ppm左右的臭氧浓度，则约每1立方厘米为4×1012个/cm3，相当于电离层的等离子体密度(105个/cm3)的107倍，但如果考虑地球上空的气体密度为地球表面(大气中)的1/100并且通过与壁的碰撞所导致的臭氧的分解率也非常少，则可以说是妥当的值。从1940年代前后开始积极地进行基于放电的臭氧产生器的研究，可得到超过臭氧层的臭氧浓度的臭氧浓度。特别是在介由电介体的无声放电(介质阻挡放电)方式中，作为高电场且能够注入高功率(电功率)的等离子体特别受到注目，高浓度、大容量的臭氧产生器逐渐发展。进入1990年代，利用由臭氧产生器得到的臭氧的氧化能力，半导体的绝缘膜的成膜技术备受注目，变得要求高纯度的臭氧气体，为了得到高纯度的臭氧气体，变得需要基于高纯度氧气作为原料气体的臭氧产生器，但已清楚在以往的臭氧产生器中，如果将原料气体设定为高纯度氧气，则仅可得到数十g/m3(数千ppm)以下的臭氧浓度，于是便开始在根本上重新探讨基于以往的臭氧产生器的臭氧产生机理的研究，对于“放电等离子体密度(电子密度)与所产生的臭氧浓度的关系”、“原料气体与所产生的臭氧浓度的关系”、“放电面材料与所产生的臭氧浓度的关系”、“对于由放电等离子体引起的臭氧分解度”等各种现象，开始了验证性的各种阐明。其中，受到注目的是，一直相信以以往放电等离子体密度(即电子密度)会生成超过200(g/m3)(93333ppm)的高浓度的臭氧，但由于臭氧产生器中的放电电子密度(1010个/cm3)与电离层的电子密度(105个/cm3)相比为非常高密度的电子密度、气体密度也非常大、以及在臭氧产生器的放电空间的两放电面中存在壁，因此不仅能够通过电子的碰撞而生成臭氧，而且所生成的臭氧由于与电子或分子的碰撞或与放电面的壁的碰撞，导致由电子生成的臭氧被分解的量变多，作为由放电等离子体的电子生成的臭氧量，估计为低于数十(g/m3)(4000ppm)左右，由以往臭氧产生器所得到的臭氧仅凭由氧分子与高速电子的碰撞所引起的氧原子解离是无法充分说明的，能够产生高浓度臭氧的机理尚处在不明的状态。2003年，作为以往的高浓度臭氧产生技术，有专利文献1中公开的现有技术文献作为关于通过与原料气体发生放电所带来的氧原子的催化生成的专利技术，有专利文献2、专利文献3、专利文献4、专利文献5及专利文献6等现有技术文献作为关于通过与放电面的材料发生放电所带来的氧原子的光催化生成的专利技术。另外，虽然通过以往臭氧产生器产生了高浓度臭氧，但根据定论，如果将原料气体设定为高纯度氧气，则所生成的臭氧会因氧气而被促进分解，从而无法取出高浓度臭氧气体，作为抑制该臭氧分解论的手段，放电面的非导体膜受到注目，进一步发展，有专利文献7、专利文献8及专利文献9等现有技术文献作为关于通过臭氧产生器内的放电面的材料来抑制所生成的臭氧的分解的专利技术。在专利文献1中公开的技术中，作为能够产生浓度为200(g/m3)(93333ppm)以上的高浓度臭氧的臭氧产生器，使用在氧气中添加了0.1％(1000ppm)～数％(数万ppm)的氮气的气体作为供给的原料气体。在专利文献1中记载了下述内容：使用上述的原料气体，微量添加的氮气通过放电而变成氮氧化物气体，该微量的氮氧化物气体通过具有产生催化作用而使大量的氧分子解离并生成高浓度的氧原子的能力，从而通过介由该氮氧化物生成的高浓度的氧原子与氧分子的三体碰撞反应，产生高浓度的臭氧并将其取出。另外，在专利文献2～专利文献6中示出了：通过在放电面涂布光催化剂物质从而生成高浓度的臭氧。就专利文献7～专利文献8中公开的技术而言，均是在臭氧产生器内在不使所生成的臭氧发生分解的情况下将其取出的专利技术，与专利文献1～专利文献6是完全不同的专利技术。在专利文献7中示出了：通过使臭氧产生器的放电面“存在在具有在钙钛矿结构的A位置不存在原子的晶体结构的过渡金属氧化物的A位置加入了碱金属、碱土类金属或稀土类元素的过渡金属”，从而可在臭氧产生器内，在不使所生成的臭氧发生分解的情况下取出高浓度臭氧。但是，就专利文献7的说明书内的记载而言，以现状在理论上不清楚的学说为依据而展开，没有示出在假定了所生成的臭氧被分解的情况下臭氧浓度特性应该如何的记述，而仅记述了涂布于放电面的物质取出的臭氧浓度较高。而且，成为了对于钙钛矿结构和臭氧分解抑制的效果缺乏化学依据的记述。此外，使用被称为钙钛矿结构的代表性的金属化合物质即CaTiO3实施了臭氧产生的验证试验，但高浓度臭氧完全没有得到验证，专利文献7的效果的再现性不行。此外，在专利文献7说明书的段落[0041]～[0045]中，记述了“在高纯度氧气中添加0.5体积％的氮气，几乎没有显现出由添加氮气所带来的效果”，但没有示出专利文献1中所示那样的试验数据，仅记述了缺乏依据的结果。如果对于该试验也进行再现试验，则氮气的添加效果充分，专利文献1的正确性被验证，这在臭氧产生器领域是一般被承认的事实。就专利文献8而言，其是在电介体表面烧结固定有阻止臭氧浓度下降的功能物质(即在陶瓷内内置功能物质)的臭氧产生装置，但对于本申请专利技术方法，是专利文献1、专利文献2～专利文献4及专利文献6中记载的事实，上述专利文献2等与专利文献8的不同仅在于具有臭氧生成能力的功能物质与阻止臭氧浓度下降的功能物质的差异，而没有确认到制作上的技术的不同。另外，断定所记载的功能物质为阻止臭氧浓度下降的功能物质(催化剂物质)，但在说明书中，仅记述了得到高浓度臭氧的验证数据，成为了下述内容不清楚的记述：可得到高浓度臭氧的主要原因是否是由阻止臭氧浓度的下降的主要原因所引起的。就一般催化反应而言，以加速地进行使臭氧、氧发生分解的反应来定义，但发挥专利文献8中所示那样的阻止臭氧浓度的下降的功能的依据在专利文献8的详细内容中没有被充分记载。在专利文献9中，示出了限定于臭氧产生器表本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种臭氧产生方法，其是使用具有彼此对置的第1电极及第2电极(1a及1b)和形成于所述第1电极上的电介体(1c)并且在所述电介体与所述第2电极之间具有放电空间的臭氧产生器来产生臭氧的，其中，所述臭氧产生器进一步具有设置于所述第2电极及所述电介体中的至少一者的表面上的金属化合物质层(1d)，所述金属化合物质层满足以下的条件(1)～(4)：(1)不是促进臭氧分解的物质；(2)不是导电体；(3)所述金属化合物质层的禁带宽度为2.0～4.0eV的范围；(4)所述金属化合物质层的在激发状态下所形成的价电子带部的空穴电位大于氧分子的结合电位，所述臭氧产生方法具备以下步骤(a)～(d)：(a)向所述放电空间供给以氧气为主体的原料气体；(b)给予外部能量，在所述放电空间中产生介质阻挡放电，通过其放电光使所述金属化合物质层成为光催化状态，从而由所述步骤(a)中所供给的所述原料气体生成氧原子；(c)通过所述步骤(b)中生成的氧原子与所述原料气体中所含的氧气的碰撞化学反应来产生臭氧，(d)在将抑制臭氧的分解量的臭氧分解抑制必要条件施加于所述臭氧产生器的环境下执行所述步骤(a)～(c)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种臭氧产生方法，其是使用具有彼此对置的第1电极及第2电极(1a及1b)和形成于所述第1电极上的电介体(1c)并且在所述电介体与所述第2电极之间具有放电空间的臭氧产生器来产生臭氧的，其中，所述臭氧产生器进一步具有设置于所述第2电极及所述电介体中的至少一者的表面上的金属化合物质层(1d)，所述金属化合物质层满足以下的条件(1)～(4)：(1)不是促进臭氧分解的物质；(2)不是导电体；(3)所述金属化合物质层的禁带宽度为2.0～4.0eV的范围；(4)所述金属化合物质层的在激发状态下所形成的价电子带部的空穴电位大于氧分子的结合电位，所述臭氧产生方法具备以下步骤(a)～(d)：(a)向所述放电空间供给以氧气为主体的原料气体；(b)给予外部能量，在所述放电空间中产生介质阻挡放电，通过其放电光使所述金属化合物质层成为光催化状态，从而由所述步骤(a)中所供给的所述原料气体生成氧原子；(c)通过所述步骤(b)中生成的氧原子与所述原料气体中所含的氧气的碰撞化学反应来产生臭氧，(d)在将抑制臭氧的分解量的臭氧分解抑制必要条件施加于所述臭氧产生器的环境下执行所述步骤(a)～(c)。2.根据权利要求1所述的臭氧产生方法，其特征在于，将构成所述金属化合物质层的金属化合物的粒径制成了0.1～50μm的粉末。3.根据权利要求1所述的臭氧产生方法，其特征在于，所述金属化合物质层中所含的主要金属元素至少包含具有在周期律表中属于第5族、第6族的电子配置的金属元素，所述金属化合物质层包含金属氧化层。4.根据权利要求1所述的臭氧产生方法，其特征在于，所述金属化合物质层中所含的主要金属元素包含铋元素，所述金...

【专利技术属性】
技术研发人员：佐藤贵翔，田畑要一郎，小野祐司，
申请(专利权)人：东芝三菱电机产业系统株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP