JP2009125743A - Decomposition method and apparatus for voc substance in water - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a decomposition method and apparatus exhibiting high decomposing property of a VOC substance, no adverse reaction such as occurrence of a harmful substance, and high completeness degree, in a technique for decomposing and detoxifying a VOC substance in water containing it. <P>SOLUTION: The decomposition method and apparatus are capable of obtaining harmless water by light-focusing and illuminating ultrashort pulsed-laser 2 of 1,000 picoseconds to 50 femtoseconds in VOC substance-containing water 8 in a transparent glass tubing part 5 and cutting and decomposing a bonding link of a molecule of the VOC substance in the VOC-containing water. The method is verified to be a clean technique which can completely cut the molecular bonding link of the VOC substance by the ultrashort pulsed-laser illumination and does not generate a harmful by-product. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、水中に存在する有害物質を無害化する技術に関し、さらに詳しくは水中のVOC物質を分解する方法および装置に係わる。  The present invention relates to a technique for detoxifying harmful substances present in water, and more particularly, to a method and apparatus for decomposing VOC substances in water.

VOC物質の除去方法や無害化方法は現在、燃焼分解法、吸着式除去法、触媒燃焼法、あるいは蓄熱式分解法などが行われている。
有害物質を無害化する技術に関し、示唆あるいは参考にすべき文献を以下に記載する。
特開2006−110117 特開2006−71492 特開2005−81259 特開2004−24942 特開2001−300256 特開2000−126549 特開平7−8745 なお、前記文献の概略説明において、前記文献からの引用文およびその説明は、前記文献に用いられている表現をそのまま用いるもとする。
Currently, combustion decomposition methods, adsorption-type removal methods, catalytic combustion methods, thermal storage-type decomposition methods, and the like are performed as methods for removing VOC substances and detoxifying them.
The following documents should be suggested or referred to regarding technologies for detoxifying harmful substances.
JP 2006-110117 A JP 2006-71492 A JP-A-2005-81259 JP 2004-24942 A JP2001-300256 JP 2000-126549 A JP-A-7-8745 Note that, in the general description of the document, the quotations from the document and the description thereof use the expressions used in the document as they are.

「特許文献1」は、レ−ザ−を用いて有害物質を特定し、さらに有害物質を無害化するロボットについての開示である。
「特許文献1」の段落番号「0012」に、「・・・前記ロボット本体には、レ−ザを照射して有害物質を特定する有害物特定手段と、前記レ−ザを広範囲に照射して濃度分布計測を行う事により有害物質の濃度が最も高い箇所を発生源とする有害物質発生源特定手段と、前記レ−ザとは別のレ−ザをさらに照射して前記有害物質を無害化処理する無害化処理手段とを有するレ−ザ装置と、前記ロボット本体の周囲を撮影する撮影手段と、前記ロボット本体の遠隔操作信号を送受信すると共に、前記撮影手段により撮影された映像のデ−タを送信する送受信装置を設けたことを特徴とする。前記有害物質としては、炭素菌、ボツヌリス菌、ペスト菌、セブ、リシン、天然痘ウイルス、ツアヌシア菌などの生物や、VXガス、サリン、ソマン、マスタ−ドガス、ルイサイト、青酸ガス等の化学剤が挙げられる。・・・」、と開示されている。
なお、「特許文献1」には、使用レ−ザ光に関する、レ−ザ媒質、波長、発信形態、出力などについては記載されてない。
“Patent Document 1” discloses a robot that specifies a harmful substance using a laser and further detoxifies the harmful substance.
In paragraph number “0012” of “Patent Document 1”, “... the robot body is irradiated with a laser to identify harmful substances and means for identifying harmful substances, and the laser is irradiated over a wide area. By measuring the concentration distribution in this way, the hazardous substance source identification means with the highest concentration of the harmful substance as the source is further irradiated with a laser other than the laser to harm the harmful substance. A laser device having detoxification processing means for processing, a photographing means for photographing the surroundings of the robot body, a remote operation signal for the robot body, and a video data photographed by the photographing means. -A transmitter / receiver for transmitting data, including: organisms such as carbon bacteria, botulinum bacteria, plague bacteria, cebu, ricin, smallpox virus, tunusia bacteria, VX gas, sarin , Soman, Star -. Dogasu, lewisite, chemical agents such as hydrogen cyanide and the like ... ", to be disclosed.
Note that “Patent Document 1” does not describe a laser medium, a wavelength, a transmission form, an output, or the like related to a laser beam used.

「特許文献2」の関連部分は、ガス中のガス成分を排除し、微粒子成分のみの分析を行うことを目的として、レ−ザ−を微粒子成分に照射して微粒子成分の揮発性有機化合物を気化させるレ−ザ装置で、気化した揮発性有機化合物にレ−ザ−を照射してイオン化させる装置に関する開示である
「特許文献2」の段落番号「0010」に、「第4の発明は、第3の発明において、前記第2の減圧室のプラズマ化装置が波長180〜400nmの範囲のレ−ザ光を微粒子成分に照射して微粒子成分の揮発性有機化合物を気化させるレ−ザ装置であり、第3の減圧室のプラズマ装置が180〜400nmの範囲のレ−ザ光を気化した揮発性有機化合物に照射してイオン化させるレ−ザ装置であることを特徴とするガス中の微粒子成分計測装置にある。」、と開示されている。
The related part of “Patent Document 2” is to irradiate a laser to a fine particle component to remove the gas component in the gas and analyze only the fine particle component, and to remove the volatile organic compound of the fine particle component. Paragraph number “0010” of “Patent Document 2”, which is a disclosure relating to an apparatus in which a vaporized volatile organic compound is ionized by irradiating a laser to a vaporized volatile organic compound, In a third aspect of the invention, the plasma apparatus in the second decompression chamber is a laser apparatus that irradiates the fine particle component with laser light having a wavelength in the range of 180 to 400 nm to vaporize the volatile organic compound of the fine particle component. The plasma device in the third decompression chamber is a laser device that irradiates and ionizes a vaporized volatile organic compound with a laser beam in the range of 180 to 400 nm. In the measuring device ”.

「特許文献3」は、有害成分が含まれる領域に、水蒸気を励起する特定波長のレ−ザ−を照射し、該励起された高いエネルギ−により有害物質を分解処理するレ−ザ−分解装置及び方法に関する開示である。
「特許文献3」の段落番号「0007」に、「・・・水蒸気を励起するレ−ザ光を照射するレ−ザ装置を備え、レ−ザ光の照射によって高い励起状態となった水蒸気により被分解物を分解する・・・」、と開示されている。
また、「特許文献3」の段落番号「0011」に、「・・・水蒸気の励起波長が1100〜1160nm、1340〜1500nmの波長域の1又は2以上の特定波長であり、且つ該レ−ザ光を増幅し、被分解物が存在する領域に照射し、該領域に存在する水蒸気を高いエネルギ−状態とし、被分解物を分解する・・・」、と開示されている。
"Patent Document 3" discloses a laser decomposing apparatus that irradiates a region containing harmful components with a laser having a specific wavelength that excites water vapor, and decomposes harmful substances using the excited high energy. And disclosures regarding methods.
Paragraph No. “0007” of “Patent Document 3” includes “... a laser device that irradiates laser light that excites water vapor, and is caused by water vapor that is in a highly excited state by laser light irradiation. Decompose the object to be decomposed ... ".
Also, paragraph number “0011” of “Patent Document 3” states that “... the excitation wavelength of water vapor is one or more specific wavelengths in the wavelength range of 1100 to 1160 nm, 1340 to 1500 nm, and the laser. Amplifying light, irradiating a region where the decomposition target is present, bringing water vapor existing in the region into a high energy state, and decomposing the decomposition target.

「特許文献4」は、汚染現場において汚染土壌を直接浄化処理が可能な、レ−ザ−を用いた浄化技術に関する開示である。
「特許文献4」の段落番号「0005」に、「・・・レ−ザビ−ムを汚染土壌を典型とする汚染物の表面に直接照射する方式であれば、焼却炉のような大掛かりな施設が不要であり、例えば半導体レ−ザのように小型軽量のレ−ザ発信器を用いれば、汚染現場に機材を持ち込み、その場で浄化処理を実施できる。」、と。
また、「レ−ザビ−ムの照射による加熱温度は摂氏1,000〜1,500度に達するため、雑菌に対する殺菌処理は勿論のこと、ダイオキシンや鉛等の除去も可能である。しかも、レ−ザビ−ムによる加熱工程は瞬間的に完了するため、特に冷却工程を設けることなく、元の場所に戻すことができる。・・・」、と開示されている。
Patent Document 4” is a disclosure relating to a purification technique using a laser that can directly purify contaminated soil at a contaminated site.
In the paragraph number “0005” of “Patent Document 4”, “... a large facility such as an incinerator is used if the laser beam is directly irradiated onto the surface of contaminants typically contaminated soil. "If a small and light laser transmitter such as a semiconductor laser is used, equipment can be brought into the contaminated site and the purification process can be carried out on the spot."
In addition, “Because the heating temperature by laser beam irradiation reaches 1,000 to 1,500 degrees Celsius, it is possible to remove dioxins, lead and the like as well as sterilization treatment against various germs. -Since the heating process by the beam is completed instantaneously, it can be returned to the original place without providing a cooling process.

また、「特許文献4」の段落番号「0012」に、「上記レ−ザ発振器14は、例えば10kw級の出力を備えた半導体レ−ザ発振器よりなる。また、レ−ザ発振器14とレ−ザヘッド16との間は光ファイバ24によって接続されている。上記レ−ザヘッド16内には、シリンドリカルレンズ等の光学素子が組み込まれており、レ−ザ発振器14から出力されたレ−ザビ−ムは、これらの光学素子の作用によって線状ビ−ム化される。」、と開示されている。  Further, in paragraph No. “0012” of “Patent Document 4”, “the laser oscillator 14 is composed of a semiconductor laser oscillator having a 10 kw class output, for example. The laser head 16 is connected by an optical fiber 24. An optical element such as a cylindrical lens is incorporated in the laser head 16, and the laser beam output from the laser oscillator 14 is provided. Are linearly beamed by the action of these optical elements. "

「特許文献5」は、ごみ焼却炉で発生した排出ガスの排気ダクトに、レ−ザ−を照射する分解処理部を設け、排出ガス中のダイオキシン等の有害物質を分解する方法と装置に関する開示である。
「特許文献5」の段落番号「0004」に、「・・・排出ガスの発生源で発生した排出ガスにCOレ−ザ光を照射することにより、加熱されたCOを介して排出ガスに含有される有害物質を分解するようにした有害物質の分解方法において、上記COレ−ザ光を排出ガスに照射する際の該上記排出ガスに含有されるCOの濃度を、上記排出ガスの発生源から発生する排出ガスに含有されるCOの濃度よりも高い濃度に増加させるように構成したものである。」、と開示されている。
Patent Document 5” discloses a method and an apparatus for disassembling a harmful substance such as dioxin in exhaust gas by providing a decomposition processing unit for irradiating a laser to an exhaust duct of exhaust gas generated in a waste incinerator. It is.
In the paragraph number “0004” of “Patent Document 5”, “... exhaust gas via heated CO 2 by irradiating the exhaust gas generated in the exhaust gas generation source with CO 2 laser light. In the method for decomposing harmful substances contained in the exhaust gas, the concentration of CO 2 contained in the exhaust gas when the exhaust gas is irradiated with the CO 2 laser light is set as the exhaust gas. It is configured to increase to a concentration higher than the concentration of CO 2 contained in the exhaust gas generated from the gas generation source.

また同段落番号に、「・・・排出ガスの発生源で発生した排出ガスにCOレ−ザ光を照射することにより、加熱されたCOを介して排出ガスに含有される有害物質を分解する分解処理部を備える有害物質の分解装置において、上記分解処理部が排出ガスにCOレ−ザ光を照射する際の排出ガスに含有されるCOの濃度を所定値以上に増加させる濃度増加手段を設けたものである。」、と開示されている。
また、「特許文献5」の段落番号「0005」に、「上述した構成によれば、後述する実験結果から明らかなように、排出ガス中に含まれるダイオキシンを略100%分解することが可能となる。」、と開示されている。
In addition, in the same paragraph number, “... the harmful substances contained in the exhaust gas through the heated CO 2 by irradiating the exhaust gas generated at the source of the exhaust gas with CO 2 laser light. In a harmful substance decomposition apparatus including a decomposition processing unit for decomposition, the concentration of CO 2 contained in the exhaust gas when the decomposition processing unit irradiates the exhaust gas with CO 2 laser light is increased to a predetermined value or more. It is disclosed that density increasing means are provided. "
In addition, in the paragraph number “0005” of “Patent Document 5”, “According to the above-described configuration, it is possible to decompose about 100% of dioxin contained in the exhaust gas, as is apparent from the experimental results described later. It is disclosed.

「特許文献6」は、焼却炉等からの排出ガスにCOレ−ザ−を照射する際、ダイオキシン等の有害物質をその分解温度間で効率的に加熱することが開示されている。
「特許文献6」の段落番号「0004」に、「・・・焼却炉等からの排出ガスにCOレ−ザ光を照射してダイオキシン等の有害物質の分解温度まで加熱して、該排気ガス中に存在する有害物質を分解することを特徴とするものである。また本発明装置は、焼却炉等からの排出ガスが流通する排気ダクトと、該排気ダクト内にCOレ−ザ光を照射して、該排気ダクトをCOレ−ザ光で閉鎖させるCOレ−ザ発振器とを備えることを特徴とするものである。」、と開示されている。
“Patent Document 6” discloses that when an exhaust gas from an incinerator or the like is irradiated with a CO 2 laser, a harmful substance such as dioxin is efficiently heated between its decomposition temperatures.
In paragraph number “0004” of “Patent Document 6”, “... exhaust gas from an incinerator or the like is irradiated with CO 2 laser light to be heated to a decomposition temperature of harmful substances such as dioxin, and the exhaust gas is exhausted. The apparatus of the present invention is characterized by decomposing harmful substances present in the gas, and the apparatus of the present invention includes an exhaust duct through which exhaust gas from an incinerator or the like flows, and a CO 2 laser beam in the exhaust duct. , And a CO 2 laser oscillator that closes the exhaust duct with CO 2 laser light.

「特許文献7」は、レ−ザ−による有害ガスの分解に際し、光子ロスを最小限にしつつ反応生成物によるエネルギ効率の低減化を抑制する方法の開示である。
「特許文献7」の段落番号「0007」に、「・・・ガス体へレ−ザを照射することにより含有された有害物質を除去する装置であって、中央の平面鏡とその周囲の凹面鏡からなる多重反射鏡を備えたレ−ザ反応容器をガス流路に直列状態で多段に配置するとともに、各レ−ザ反応器間を分解生成物吸収材を充填した通路部によって接続し、各レ−ザ反応容器内で光化学反応により生成した分解生成物を前記通路部で除去しつつ下流側のレ−ザ反応容器にガスを導入することを連続して繰り返すことにより有害物を連続除去可能としたものである。」、と開示されている。
“Patent Document 7” is a disclosure of a method for suppressing a reduction in energy efficiency due to a reaction product while minimizing photon loss when decomposing a harmful gas by a laser.
In paragraph number “0007” of “Patent Document 7”, “... a device for removing harmful substances contained by irradiating a gas body with a laser, comprising a central plane mirror and a concave mirror around it. The laser reactors equipped with the multiple reflecting mirrors are arranged in multiple stages in series with the gas flow path, and the laser reactors are connected by a passage portion filled with a decomposition product absorbent. -It is possible to continuously remove harmful substances by continuously introducing gas into the downstream laser reaction vessel while removing decomposition products generated by photochemical reaction in the reaction vessel in the passage portion. It has been disclosed.

大気、水や土壌などの環境の汚染は、過度な森林の伐採などの環境破壊、生産活動、消費活動などに伴ってもたらされ、その殆どが人為的な結果である。
われわれを取り巻く有害な化学物質としては、重金属としては鉛や水銀など、金属化合物としては六価クロム化合物、カドミウム化合物、ニッケル化合物あるいはアンチモン化合物など、無機元素としてヒ素、ホウ素、フッ素など、また、シアン化合物などがあげられる。
また、揮発性有機塩素化合物であるトリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、ジクロロエチレン、塩化メチレン、四塩化炭素、二塩化エチレンなどがあげられる。
Environmental pollution such as air, water and soil is caused by environmental destruction such as excessive deforestation, production activities, consumption activities, etc., and most of them are man-made results.
Hazardous chemical substances that surround us include lead and mercury as heavy metals, hexavalent chromium compounds, cadmium compounds, nickel compounds and antimony compounds as metal compounds, arsenic, boron and fluorine as inorganic elements, and cyanide Compounds and the like.
Further, volatile organic chlorine compounds such as trichloroethylene, tetrachloroethylene, dichloroethylene, methylene chloride, carbon tetrachloride, and ethylene dichloride are exemplified.

また、芳香族炭化水素類としてベンゼンやトルエンなど、フロン・代替フロンとしてはCFC(クロロフルオロカ−ボン)、ハロン、HFC(ハイドロフルオロカ−ボン)あるいはHCFC(ハイドロクロロフルオロカ−ボン)など、発ガン性物質としてアスベスト、やMTBE(メチル−t−ブチルエ−テル)など、その他ホルムアルデヒドなどがあげられる。
また、これらに重複する種類も含むが、VOC(揮発性有機化合物)という化学物質グル−プのくくり方がある。
Also, benzene and toluene as aromatic hydrocarbons, CFC (chlorofluorocarbon), halon, HFC (hydrofluorocarbon) or HCFC (hydrochlorofluorocarbon) as chlorofluorocarbons and alternative chlorofluorocarbons, Examples of carcinogenic substances include asbestos, MTBE (methyl-t-butyl ether), and other formaldehyde.
In addition, there is a type of chemical substance group called VOC (Volatile Organic Compound), although there are types overlapping with these.

さらに、前記VOCより沸点の低いVVOC(高揮発性有機化合物)、前記VOCより沸点の高いSVOC(準揮発性有機化合物)を含め、単にVOCと呼称する場合がある。
SVOCよりさらに沸点が高いPOM(粒子状有機物質)を含めて、TVOC(total volatile organic compounds;全揮発性有機化合物)と称する場合がある。
勿論、沸点のみでVOCの特性を区分することはできないが、他に妥当な区分法がないので、VOCは沸点による区分が一般に行われている。
Furthermore, VVOC (highly volatile organic compound) having a lower boiling point than the VOC and SVOC (semi-volatile organic compound) having a higher boiling point than the VOC may be simply referred to as VOC.
Including POM (particulate organic material) having a higher boiling point than SVOC, it may be referred to as TVOC (total volatile organic compounds).
Of course, the characteristics of VOC cannot be classified only by boiling point, but since there is no other proper classification method, VOC is generally classified by boiling point.

WHOでは、沸点によるVOCの区分を次の如く定めている。
すなわち、沸点0−50〜100℃をVVOC、沸点50−100〜240−260℃をVOC、および沸点240−260〜380−400℃をSVOCと定めているが、その境界は必ずしも定かでない。
本発明においては、沸点区分で沸点の低いVVOCから、沸点の高いSVOCまでをVOC物質と称するもので、VOC物質と特に呼称するのは狭義のVOCとの区別を明確にするためである。
In WHO, the classification of VOCs by boiling point is defined as follows.
That is, a boiling point of 0-50 to 100 ° C. is defined as VVOC, a boiling point of 50-100 to 240-260 ° C. is defined as VOC, and a boiling point of 240-260 to 380-400 ° C. is defined as SVOC.
In the present invention, from VVOC having a low boiling point in the boiling point classification to SVOC having a high boiling point are referred to as VOC substances, and the VOC substance is particularly referred to in order to clearly distinguish it from a narrowly defined VOC.

VOC物質は、大気中にあるベンゼンやホルムアルデヒドなどの有機化合物で、NOなどとともに光化学大気汚染をもたらす原因物質として知られている。
VOCの有害性については、二通りの意味があるとされる。
第一の観点は、人の健康への影響という観点からの直接的な有害物質としてのVOC物質であり、発ガン性など人体に有害な影響を及ぼすものも多く、シックハウス症候群の原因物質としても知られている有害性である。
第二の観点は、光化学オキシダントやSPM(浮遊粒子状物質)などを二次的に生成する原因物質の一つとしてのVOC物質の有害性である。
例えば、脂肪族ハロゲン化合物による地下水汚染に端を発し、土壌汚染、水道におけるトリハロメタンの生成、大気汚染の原因物質、あるいは室内空気汚染の原因物質として重要な物質群である。
VOC substances are organic compounds such as benzene and formaldehyde in the atmosphere, and are known as causative substances that cause photochemical air pollution together with NO X and the like.
The hazard of VOC has two meanings.
The first aspect is the VOC substance as a direct harmful substance from the viewpoint of the effect on human health, and many of them have a harmful effect on the human body such as carcinogenicity, and as a causative substance of sick house syndrome It is a known hazard.
The second viewpoint is the harmfulness of the VOC substance as one of the causative substances that secondarily generate photochemical oxidants, SPM (floating particulate matter) and the like.
For example, it originates from groundwater contamination by aliphatic halogen compounds, and is an important substance group as soil contamination, production of trihalomethane in waterworks, air pollution, or indoor air pollution.

VOC物質は、アルカン類、アルケン類、アルデヒド類、ケトン類、脂肪族ハロゲン化合物、芳香族炭化水素類、テルペン類、あるいは農薬として用いられる化合物などである。
GC/MS法(gas chromatography/mass spectrometry)などで、液相中のVOC物質の濃度を分析することができるVOC物質を次に掲げる。
すなわち具体的には、ヘンゼン、ジクロロメタン、四塩化炭素、1,2−ジクロロエタン、1,1−ジクロロエチレン、cis−1,2−ジクロロエチレン、1,1,1−トリクロロエタン、1,1,2−トリクロロエタン、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、1,3−ジクロロプロペン、トルエン、キシレン、クロロホルム、trans−1,2−ジクロロエチレン、1,2−ジクロロプロパン、p−ジクロロべンゼン、ブロモジクロロメタン、ジブロモクロロメタン、トリクロロメタン(クロロホルム)、トリブロモメタン(ブロモホルム)、などがあげられる。
Examples of the VOC substance include alkanes, alkenes, aldehydes, ketones, aliphatic halogen compounds, aromatic hydrocarbons, terpenes, and compounds used as agricultural chemicals.
VOC substances that can analyze the concentration of the VOC substance in the liquid phase by the GC / MS method (gas chromatography / mass spectrometry) are listed below.
Specifically, Hensen, dichloromethane, carbon tetrachloride, 1,2-dichloroethane, 1,1-dichloroethylene, cis-1,2-dichloroethylene, 1,1,1-trichloroethane, 1,1,2-trichloroethane, Trichloroethylene, tetrachloroethylene, 1,3-dichloropropene, toluene, xylene, chloroform, trans-1,2-dichloroethylene, 1,2-dichloropropane, p-dichlorobenzene, bromodichloromethane, dibromochloromethane, trichloromethane (chloroform) , Tribromomethane (bromoform), and the like.

また、VVOCとしては、酢酸エチル、n−ヘキサン、ジクロロメタン、ペンタン、アセトアルデヒド、メチルメルカプタン、などがあげられる。
また、SVOCとしては、リン酸トリブチル、クロロピリフォス、チアペンタゾ−ル、フタル酸ジブチル、フタル酸ジオクチル、PCB(ポリ塩化ビフェニル)、およびコプラナ−PCB、などがあげられる。
Examples of VVOC include ethyl acetate, n-hexane, dichloromethane, pentane, acetaldehyde, methyl mercaptan, and the like.
Examples of SVOCs include tributyl phosphate, chloropyrifos, thiapentazole, dibutyl phthalate, dioctyl phthalate, PCB (polychlorinated biphenyl), and coplana-PCB.

VOC物質は、一般に揮発性が大きいために、量的には発生源での排出は大気中への排出が主となり、環境中での挙動も大気中が中心となる。
しかしながら、降雨なとによる水環境、土壌環境の汚染も問題になっている。
つまりVOC物質の多くは、水よりも比重が大きく、かつ粘性と表面張力が小さいため、土壌に漏洩した場合、相対的に土壌に吸着し難く、ひび割れなどがあればコンクリ−トも通過して地下深く浸透して、帯水層で拡散して広域の地下水汚染を招く可能性がある。
Since VOC substances are generally highly volatile, their emissions at the source are mainly emitted into the atmosphere, and their behavior in the environment is mainly in the atmosphere.
However, contamination of the water environment and soil environment due to rain has become a problem.
In other words, since most of the VOC substances have a higher specific gravity than water, and have a lower viscosity and surface tension, if leaked into the soil, they are relatively difficult to adsorb on the soil, and if there are cracks, the concrete will also pass through. It may penetrate deep underground and diffuse in aquifers, causing widespread groundwater contamination.

液状のVOC物質は、常温下では揮発性を有する主として不燃性の液体である。
従来、液状のVOC物質の多くは溶解度が高いことから、各種洗浄剤を中心として、原料系では各種化学製品の溶剤として、化学工業、医薬品、電子部品・機器、金属部品・機器などの工業用途から、ドライクリ−ニングまで、極めて幅広い分野で有用な溶剤として大量に使用されてきた。
有害性が問題視されるに至って、VOC物質は代表的なトリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、4塩化炭素などは、製造、輸入および使用などに規制が課されている。
VOCは、重金属などのように自然由来ということはなく、自然界に存在する物質でないので、人為的な原因によるものであり、それゆえに例え環境基準以下であっても、自然の状態でないと解される。
かようなことから、工場からの排出水にVOC物質が含まれている場合が多々あり、さらに空気より処理し易いところから、水に溶解や分散させて処理する方法がとられる場合がある。
The liquid VOC material is a mainly non-flammable liquid that is volatile at room temperature.
Conventionally, since many liquid VOC substances have high solubility, mainly for various cleaning agents, as raw materials, they are used as solvents for various chemical products, such as chemical industry, pharmaceuticals, electronic parts / equipment, metal parts / equipment, etc. To dry cleaning, it has been used in large quantities as a useful solvent in a very wide range of fields.
As harmfulness is regarded as a problem, regulations such as production, import and use of typical trichlorethylene, tetrachloroethylene, and carbon tetrachloride are imposed on VOC substances.
VOCs are not naturally derived, such as heavy metals, and are not substances that exist in nature, so they are caused by human causes, and therefore, even if they are below environmental standards, it is understood that they are not in a natural state. The
For this reason, there are many cases where the VOC substance is contained in the discharged water from the factory, and since it can be treated more easily than air, a method of treating it by dissolving or dispersing in water may be used.

VOC物質の除去法や無害化方法には、燃焼分解法、吸着式除去法、触媒燃焼法、あるいは蓄熱式分解法などがある。
前記燃焼分解法は、750℃程度の加熱でVOC物質を分解する方法であるが、分解率が高い反面、燃焼に重油燃料を用いる場合に、SO、NOなどが生成するなどの欠陥がある。
前記吸着式除去法は、活性炭層にVOC物質を吸着させて熱風を当てる方法であり、装置の構造が簡単ではあるが、定期的な交換やメインテナンスが必要となる問題点がある。
前記触媒燃焼法は、350℃程度に加熱した触媒にVOC物質を当てる方法であり、比較的低温で処理できる利点があるが、触媒そのものが毒化するので廃棄の問題が生じ、また、処理に伴ってNOが発生する問題点がある。
前記蓄熱式分解法は、蓄熱材間の室内を燃焼加熱し、前記室内にVOC物質を通過させる分解法であるが、蓄熱材の寿命が半永久的なのに対し、SO、NOなどが生成する欠陥がある。
Examples of the VOC material removal method and the detoxification method include a combustion decomposition method, an adsorption-type removal method, a catalytic combustion method, and a heat storage type decomposition method.
The combustion decomposition method is a method of decomposing a VOC material by heating at about 750 ° C., but the decomposition rate is high, but there are defects such as generation of SO X , NO X and the like when heavy oil fuel is used for combustion. is there.
The adsorption removal method is a method in which a VOC substance is adsorbed on an activated carbon layer and hot air is applied to the activated carbon layer, and the structure of the apparatus is simple, but there is a problem that periodic replacement and maintenance are required.
The catalytic combustion method is a method in which a VOC substance is applied to a catalyst heated to about 350 ° C., and has an advantage that it can be processed at a relatively low temperature. However, since the catalyst itself is poisoned, a problem of disposal arises. Therefore, there is a problem that NO X occurs.
The thermal storage decomposition method is a decomposition method in which the room between the heat storage materials is burned and heated, and the VOC material is allowed to pass through the chamber, but the life of the heat storage material is semi-permanent, but SO X , NO X, etc. are generated. There is a defect.

前記したように、現在行われているVOC物質の除去方法である、燃焼分解法、吸着式除去法、触媒燃焼法、ならびに蓄熱式分解法などは、それぞれ長所があるが、欠陥や問題点も多いのが現状である。
また、VOC物質の係わる有害性が問題視されてからの歴史が浅く、より画期的な方法や装置の提供が望まれているところである。
As described above, the combustion decomposition method, the adsorption removal method, the catalytic combustion method, and the thermal storage decomposition method, which are currently used methods for removing VOC substances, have advantages, but there are also defects and problems. There are many current situations.
In addition, since the harmfulness of VOC substances has been regarded as a problem, the provision of more innovative methods and devices is desired.

本発明は、上記従来の課題を考慮して、VOC物質が水中に存在する、VOC物質水溶液あるいは/およびVOC物質分散水(以降、VOC物質含有水と称す)の中の、前記VOC物質の分解技術の提供を目的とする。
すなわち、VOC物質の分解性が高く、有害物質の発生などの副作用がなく、消耗材料が少なくて済む、完全度の高い分解方法ならびに装置を提供して、前記VOC物質含有水を無害にする方法、ならびに装置を提供することを目的とする。
In consideration of the above-described conventional problems, the present invention decomposes the VOC substance in a VOC substance aqueous solution and / or VOC substance dispersed water (hereinafter referred to as VOC substance-containing water) in which the VOC substance is present in water. The purpose is to provide technology.
That is, a method for decomposing a VOC substance that is highly degradable, has no side effects such as generation of harmful substances, and requires only a small amount of consumable material. And an apparatus.

発明者は、VOC物質含有水の中のVOC物質を、レ−ザ−を利用して分解する技術について鋭意検討の結果、以下の発明に至った。
すなわち、レ−ザ−を利用した分解方法については、沸点区分において、沸点の低いVVOCから、沸点の高いSVOCまでのVOC物質が、水中に存在するVOC物質含有水に、レ−ザ−を照射して、前記VOC物質含有水中の前記VOC物質を無害化する方法の発明である。
図3に示すように、透明なガラス管部5中に存在する前記VOC物質含有水8に、前記ガラス管部の外側から、発振パルス波形の半値幅が1000ps(ピコ秒)〜50fs(フェムト秒)の超短パルスレ−ザ−2を、対物レンズ3で集光させて密度を上げると共に、点状あるいは線状に焦点4を結ぶように照射する。
前記超短パルスレ−ザ−の作用で、前記ガラス管部内に存在する前記VOC物質含有水中の前記VOC物質の分子結合部が切断して分解し、無害化することに特徴を有する、水中に含有するVOC物質の分解方法の発明に至った。
As a result of intensive studies on a technique for decomposing a VOC substance in water containing a VOC substance using a laser, the inventors have reached the following invention.
That is, in the decomposition method using a laser, in the boiling point classification, VOC materials from VVOC having a low boiling point to SVOC having a high boiling point are irradiated with laser to water containing VOC material existing in water. Then, the invention is a method for detoxifying the VOC substance in the VOC substance-containing water.
As shown in FIG. 3, the half-value width of the oscillation pulse waveform is 1000 ps (picoseconds) to 50 fs (femtoseconds) from the outside of the glass tube part to the VOC substance-containing water 8 present in the transparent glass tube part 5. The ultrashort pulse laser-2 is condensed by the objective lens 3 to increase the density and irradiated so as to form the focal point 4 in a dotted or linear manner.
Contained in water, characterized in that the action of the ultra-short pulse laser causes the VOC substance-containing water present in the glass tube part to break and decompose and detoxify the molecular binding part of the VOC substance-containing water. Invented a method for decomposing a VOC material.

また、レ−ザ−を利用した分解装置については、沸点区分において、沸点の低いVVOCから、沸点の高いSVOCまでのVOC物質が、水中に存在するVOC物質含有水に、レ−ザ−を照射して、前記VOC物質含有水中の前記VOC物質を無害化する装置の発明である。
前記装置は、図4に示す如く、前記VOC物質含有水の流通部と、前記VOC物質含有水へのレ−ザ−照射部59とからなり、前記流通部は、前記VOC物質含有水が流通する導管部46、49を有し、前記導管部には透明なガラス管部48が挿入接続されていて、前記道管部には、前記ガラス管部を滞留あるいは通過させる前記VOC物質含有水の流通用ポンプ装置部51、循環あるいは非循環を選択する切替え栓部52、および排出用導管部57を具備している。
前記ポンプ装置部、前記切替え栓部には、前記ガラス管内における前記VOC物質含有水の通過態様、すなわち一時滞留、一時通過、あるいは複数回循環通過などを制御する制御部を具備している。
前記レ−ザ−照射部は、前記ガラス管部の外側から、レ−ザ−発振器からの発振パルス波形の半値幅が1000ps〜50fsの超短パルスレ−ザ−61を、対物レンズ62で集光させて密度を上げると共に、前記ガラス管内に点状あるいは線状に焦点を結ばせることができる装置である。
前記導管部に挿入接続された前記ガラス管部において、前記VOC物質含有水中の前記VOC物質の分子の結合部を切断して分解し無害化して、前記排出用導管部から排出する装置であることを特徴とする、水中に含有するVOC物質の分解装置の発明である。
In the decomposition apparatus using a laser, in the boiling point section, VOC materials from VVOC having a low boiling point to SVOC having a high boiling point are irradiated to the VOC material-containing water existing in water. And it is invention of the apparatus which detoxifies the said VOC substance in the said VOC substance containing water.
As shown in FIG. 4, the apparatus comprises a circulation part for the VOC substance-containing water and a laser irradiation part 59 for the VOC substance-containing water, and the circulation part circulates the VOC substance-containing water. A transparent glass tube portion 48 is inserted and connected to the conduit portion, and the VOC substance-containing water that allows the glass tube portion to stay or pass through the passage portion. A circulation pump device 51, a switching plug 52 for selecting circulation or non-circulation, and a discharge conduit 57 are provided.
The pump device section and the switching plug section are provided with a control section for controlling the passage mode of the VOC substance-containing water in the glass tube, that is, the temporary residence, the temporary passage, or the multiple circulation passage.
The laser irradiator collects an ultrashort pulse laser 61 with a half-value width of 1000 ps to 50 fs of an oscillation pulse waveform from a laser oscillator from the outside of the glass tube portion by an objective lens 62. It is an apparatus that can increase the density and focus in the glass tube in the form of dots or lines.
In the glass tube portion inserted and connected to the conduit portion, the VOC material-containing water in the VOC material-containing water is cut, decomposed and rendered harmless, and discharged from the discharge conduit portion. It is invention of the decomposition | disassembly apparatus of the VOC substance contained in water characterized by these.

さらに、前記VOC物質含有水中のVOC物質分解方法において、前記VOC物質含有水に、金属、あるいは/および金属化合物、あるいは/および単体半導体、あるいは/および半導体化合物を添加する方法である。
前記方法によって、前記超短パルスレ−ザ−の作用による前記VOC物質含有水中の前記VOC物質の分解効率を上げ、あるいは/および前記分解に伴う副生成物を低減化させることを特徴とする、水中に含有するVOC物質の分解方法の発明である。
Further, in the method for decomposing a VOC substance in the VOC substance-containing water, a metal, or / and a metal compound, or / and a single semiconductor, or / and a semiconductor compound are added to the VOC substance-containing water.
By the method, the decomposition efficiency of the VOC substance in the VOC substance-containing water is increased by the action of the ultrashort pulse laser, and / or the by-product accompanying the decomposition is reduced, It is invention of the decomposition | disassembly method of the VOC substance contained in.

加えて、前記VOC物質含有水中のVOC物質分解装置において、前記VOC物質含有水に添加物、すなわち金属、あるいは/および金属化合物、あるいは/および単体半導体、あるいは/および半導体化合物を、前記VOC物質含有水の注入量に応じて添加することが可能な装置である。
前記装置の使用によって前記添加物を添加し、前記超短パルスレ−ザ−の作用による前記VOC物質含有水中の前記VOC物質の分解効率を上げ、あるいは/および前記分解に伴う副生成物を低減化させることが可能であることを特徴とする、水中に含有するVOC物質の分解装置とする発明である。
In addition, in the VOC substance-decomposing apparatus in the VOC substance-containing water, the VOC substance-containing water contains an additive, that is, a metal, or / and a metal compound, or / and a single semiconductor, or / and a semiconductor compound, the VOC substance-containing water. It is an apparatus that can be added according to the amount of water injected.
By using the apparatus, the additive is added, and the decomposition efficiency of the VOC substance in the VOC substance-containing water is increased by the action of the ultrashort pulse laser, and / or the by-products accompanying the decomposition are reduced. The invention is an apparatus for decomposing a VOC substance contained in water.

(1) 超短パルスレ−ザ−を照射する方法を用いて、VOC物質の分子結合を完全に切断することが可能であり、添加物(触媒など)の微量添加によって、副生成物を全く発生しないようにすることができる。
(2) VOC物質の分解方法、分解装置においてクリ−ンな方法であり、消耗材料などが殆ど不要であり、ト−タル的にみて経済的である。
(3) 工場などから排出するVOC物質を水中に溶解あるいは/および分散させ、VOC物質含有水としてから、濃縮してVOC物質濃度を上げて後、本発明の方法や装置を適用すれば、排出VOC物質の処理方法として一段と効率化できる。
(4) VOC物質含有水に、Auなどの金属、金属化合物、半導体単体、あるいは半導体化合物などの微粉末を小量添加することによって、より低エネルギの−のレ−ザ−の照射でVOC物質を分解できる。
(5) 本発明のVOC物質の分解方法は、多くの他の有害な化学物質の分解にも応用が可能であり、環境問題の改善に資するところが大きい。
(1) Using a method of irradiating an ultrashort pulse laser, it is possible to completely break the molecular bond of the VOC substance, and by-products are completely generated by adding a small amount of an additive (catalyst, etc.). You can avoid it.
(2) It is a clean method in the VOC substance decomposition method and decomposition apparatus, and almost no consumable material is required, and is economical in terms of totality.
(3) VOC substances discharged from factories and the like are dissolved or / and dispersed in water to form VOC substance-containing water, and then concentrated to increase the concentration of VOC substances, and then the method and apparatus of the present invention are applied. As a method for treating a VOC material, the efficiency can be further improved.
(4) By adding a small amount of a fine powder such as a metal such as Au, a metal compound, a semiconductor simple substance, or a semiconductor compound to water containing the VOC substance, the VOC substance can be irradiated by irradiation with a lower energy laser. Can be disassembled.
(5) The method for decomposing a VOC substance of the present invention can be applied to the decomposition of many other harmful chemical substances, and greatly contributes to the improvement of environmental problems.

発明の実施の形態を、実施例にもとづき図面を参照して説明する。
図1は、本発明の概念を示す略図で、VOC物質含有水に超短パルスレ−ザ−を照射する概念略図である。
図1において、矢印7方向から流入するVOC物質含有水8は、導管部6から透明なガラス管部5内を通過、あるいは一時滞留して導管部9に至り、矢印10方向に流出する。
一方、レ−ザ−発振器1から照射された超短パルスレ−ザ−2は、対物レンズ3によって集光して、ガラス管部5の中心部に焦点(集光点)4を結ぶ。
したがって、ガラス管内のVOC物質含有水8中に存在するVOC物質は、パワ−密度が極めて高い超短パルスレ−ザ11の作用を受けて分解して無害な水になる。
なお、対物レンズ3をシリンドリカル形レンズとし、ガラス管部5の横断面(図において紙面に直角方向)の中心に線状集合させてもよい。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings based on examples.
FIG. 1 is a schematic diagram showing the concept of the present invention, and is a schematic diagram for irradiating water containing VOC material with an ultrashort pulse laser.
In FIG. 1, the VOC substance-containing water 8 flowing in from the direction of the arrow 7 passes through the transparent glass tube portion 5 from the conduit portion 6 or temporarily stays, reaches the conduit portion 9, and flows out in the direction of the arrow 10.
On the other hand, the ultrashort pulse laser-2 irradiated from the laser oscillator 1 is condensed by the objective lens 3 and forms a focal point (condensing point) 4 at the center of the glass tube portion 5.
Therefore, the VOC substance existing in the VOC substance-containing water 8 in the glass tube is decomposed into harmless water under the action of the ultrashort pulse laser 11 having a very high power density.
Note that the objective lens 3 may be a cylindrical lens and may be linearly assembled at the center of the cross section of the glass tube portion 5 (in the direction perpendicular to the paper surface in the drawing).

レ−ザ−発振にはCW発振(連続発振)とパルス発振とがあり、CW発振は、電気的にオンのときに発振が連続的に継続され、パルス発振は、オンとオフが繰り返される発振である。
パルス発振の場合のパルス幅は、パルスの半値幅(full width at half maximum;半値全幅ともいう)で示し、パルスのパワ−尖頭値の1/2の部位のパルス幅(時間)とする。
パルス発振の場合は、オフ時間のパワ−が、オン時間のパルスに集約されるので、瞬時の高パワ−が得られるのである。
したがって、半値幅で示される1パルスの幅が重要な要素となる。
かようなことから、レ−ザ−発振のパワ−は、一般に前記CW発信の場合は1秒間当たりの仕事量J(ジュ−ル)つまり仕事率W(ワット)で示されるが、パルス発信の場合は1パルス当たりの仕事量Jで示される。
Laser oscillation includes CW oscillation (continuous oscillation) and pulse oscillation. In CW oscillation, oscillation is continuously continued when it is electrically on, and pulse oscillation is an oscillation in which on and off are repeated. It is.
The pulse width in the case of pulse oscillation is indicated by a half width of the pulse (also referred to as full width at half maximum; also referred to as a full width at half maximum), and is a pulse width (time) of a half of the pulse power-peak value.
In the case of pulse oscillation, the off-time power is concentrated into the on-time pulse, so that instantaneous high power can be obtained.
Therefore, the width of one pulse indicated by the half width is an important factor.
For this reason, the power of laser oscillation is generally indicated by the amount of work J (journal) per second, that is, the work rate W (watts) in the case of the CW transmission. The case is indicated by the work amount J per pulse.

パルス発振レ−ザ−のなかで、超短パルスレ−ザは、パルス半値幅が極く短く、レ−ザ−の照射部に熱が及ぶ前に、極めて高パワ−のレ−ザ−が作用部に及ぶ。
発明者は、超短パルスレ−ザ−を水中に含有するVOC物質に照射すると、極く短時間で、VOC物質の分子の特定の結合部が切れて、前記VOC物質が分解する作用があることを見いだしたものである。
つまり、前記照射部に熱が及ぶ前にアブレ−ション効果(熱を伴わない破壊過程)で、各VOC物質の分子の特定の結合部を切断破壊し、無害化するのである。
したがって、パルス幅psオ−ダ−、あるいはパルス幅fsオ−ダ−の超短パルスレ−ザ−は、原子間あるいは分子間結合をカットする作用があるので、分子メスの呼称があてはまると云い得る。
Among the pulse oscillation lasers, the ultrashort pulse laser has an extremely short pulse half-width, and an extremely high power laser works before the laser reaches the irradiated part. To the department.
When the inventor irradiates a VOC substance containing ultra-short pulse laser in water, the specific binding part of the molecule of the VOC substance is cut and the VOC substance is decomposed in a very short time. It was something that was found.
That is, before the heat reaches the irradiated portion, a specific bonding portion of each VOC substance molecule is cut and broken by an ablation effect (a destruction process not accompanied by heat) to render it harmless.
Therefore, since the ultrashort pulse laser with the pulse width ps order or the pulse width fs order has an action of cutting the interatomic or intermolecular bond, it can be said that the name of the molecular knife applies. .

発明者は、VOC物質の分子の特定の結合部が分解する作用がある超短パルスレ−ザ−の範囲を検討し、実験の結果と論理的考察の結果、その境界は定かでないが、パルス幅が大凡1000psから20fs程度の範囲であることが分かった。
つまり、パルス幅が大凡1000ps程度付近にその境界が存在し、1000ps程度より短い場合に、アブレ−ション効果による分子結合部の破壊が得られることを見いだしたものである。
超短パルスレ−ザ−のパルス半値幅は、短い方がパワ−密度は高くなるのであるが、半値幅が20fs程度までの超短パルス発振器は実験用や研究用には作られているものの、50fs以下の超短パルスレ−ザ−発振器が未だ殆ど実用されてない実体から、実用面がら1000psから50fsの範囲が妥当であると考えられる。
The inventor examined the range of ultrashort pulse lasers that have the effect of decomposing specific bonds in the molecules of VOC materials, and as a result of experiments and logical considerations, the boundary was not clear, but the pulse width Was found to be in the range of approximately 1000 ps to 20 fs.
That is, it has been found that when the boundary exists in the vicinity of about 1000 ps and the pulse width is shorter than about 1000 ps, the molecular bond portion can be destroyed by the ablation effect.
Although the power density is higher when the pulse half-width of the ultrashort pulse laser is shorter, ultrashort pulse oscillators with a half-width of up to about 20 fs have been made for experiments and research. From the fact that an ultrashort pulse laser oscillator of 50 fs or less has not been practically used yet, it is considered that the range of 1000 ps to 50 fs is appropriate from the practical viewpoint.

psオ−ダ−の超短パルスレ−ザ−としては、レ−ザ−媒質が液体で色素と有機溶剤を用いる波長が320〜1260nm(ナノメ−トル)の色素レ−ザ−、波長が近赤外1064nmのNd:YVO、YAGモ−ドロックレ−ザ−などがあげられる。
fsオ−ダ−の超短パルスレ−ザ−としては、チタンサファイアレ−ザ−(母材サファイアにチタンTiをド−プしたTiAlレ−ザ−)があげられる。
チタンサファイアレ−ザ−は、レ−ザ−ミラ−の他に波長選択素子を用い、コントロ−ラ−あるいは外部信号によって駆動させ、自動的に波長の選択ができ、700〜1000nm付近で任意の波長のレ−ザ−を出力することができる。
As an ultrashort pulse laser of the order of ps, a dye laser having a wavelength of 320 to 1260 nm (nanometer) in which the laser medium is liquid and a dye and an organic solvent are used, and the wavelength is near red. For example, Nd: YVO 4 having a thickness of 1064 nm, YAG modelock laser, and the like can be given.
As an ultrashort pulse laser of fs order, there is a titanium sapphire laser (TiAl 2 O 3 laser in which titanium Ti is doped on a base material sapphire).
A titanium sapphire laser uses a wavelength selection element in addition to a laser mirror, and can be driven by a controller or an external signal to automatically select a wavelength. Wavelength lasers can be output.

図2は、超短パルスレ−ザ−のパルス波形とパルス幅(時間)を示す概念略図である。
図2は、よこ軸に時間t、たて軸にレ−ザパワ−(エネルギ−)Pをとり、パルス波形28として概念形で描いたものである。
瞬間に発振したレ−ザ−のパルス波形28において、前記したようにパルス幅wは、一般にレ−ザ−の尖頭値(ピ−ク強度)pの1/2の箇所であるp部における半値幅wで示される。
パルス発振励起の繰返し周波数の1周波分のオフ時のパワ−が、超短パルスレ−ザ−の1パルスに集約されるので、前記1パルス当たりのパワ−が非常に高くなるのである。
FIG. 2 is a conceptual diagram showing a pulse waveform and a pulse width (time) of an ultrashort pulse laser.
FIG. 2 is a conceptual drawing of a pulse waveform 28 with time t on the horizontal axis and laser power (energy) P on the vertical axis.
Moment oscillated Les - The - in the pulse waveform 28, the pulse width w as described above is generally - The - the peak - p h is 1/2 of locations (peak click intensity) p m It is indicated by the half-value width w in the part.
Since the power at the time of OFF of the repetition frequency of the pulse oscillation excitation is integrated into one pulse of the ultrashort pulse laser, the power per one pulse becomes very high.

fsオ−ダ−の超短パルスレ−ザ−において、例えばチタンサファイアレ−ザ−による近赤外線領域の波長800nmでのパワ−密度は、パルス幅が100fsの場合、対物レンズで集光させたとき、1013W/cm程度と極めて高パワ−なのである。
例えば、O−Hの結合エネルギ−は463.0kJ/mol、炭素単結合C−Cのそれは347.9kJ/mol、ならびにC−Hのそれは98.8kJ/molであり、fsパルスレ−ザ−のパワ−は、前記の結合エネルギ−に比較して極めて高い。
In an ultra short pulse laser of fs order, for example, the power density at a wavelength of 800 nm in the near infrared region by a titanium sapphire laser is obtained when the light is condensed by an objective lens when the pulse width is 100 fs. It is extremely high power of about 10 13 W / cm 2 .
For example, the bond energy of O—H is 463.0 kJ / mol, that of carbon single bond C—C is 347.9 kJ / mol, and that of C—H is 98.8 kJ / mol. The power is very high compared to the binding energy.

図1に描く如く、透明なガラス管部5内に存在するVOC物質含有水のVOC物質に、高パワ−密度の超短パルスレ−ザ−が照射された場合に、特定の分子の結合部が破壊されることが確認されたVOC物質の例を以下に示す。
VOCとしては、1,1−ジクロロエチレン、trans−1,2−ジクロロエチレン、cis−1,2−ジクロロエチレン、ならびにトリクロルエチレンなどである。
VVOCとしては、アセトアルデヒド、ならびにメチルメルカプタンなどである。
また、SVOCとしては、クロロピリフォス、フタル酸ジブチル、PCB、コプラナ−PCB、などである
As shown in FIG. 1, when a VOC substance-containing water VOC substance existing in a transparent glass tube part 5 is irradiated with a high power density ultrashort pulse laser, a specific molecular bond part is formed. Examples of VOC materials that have been confirmed to be destroyed are shown below.
Examples of VOC include 1,1-dichloroethylene, trans-1,2-dichloroethylene, cis-1,2-dichloroethylene, and trichloroethylene.
Examples of VVOC include acetaldehyde and methyl mercaptan.
SVOC includes chloropyrifos, dibutyl phthalate, PCB, coplanar-PCB, and the like.

さらに、発明者はVOC物質含有水に添加物として、Au、Ptなどの単体金属、Si、Geなどの単体半導体、あるいはFeSiCdS、ZnS、GaAs、InSb、SiC、あるいはZnOなどの半導体化合物を微量添加することで、より低パワ−のレ−ザ−の照射でVOC物質を分解できることの示唆を得た。
レ−ザ−は金属、金属化合物、あるいは半導体と反応し、金属の場合には軟X線を放出したり、半導体の場合にはTH(テラヘルツ;1012ヘルツ)オ−ダ−の電磁波を放出するなどの現象があり、かような波長の電磁波がVOC物質に影響を及ぼしてレ−ザ−の作用が強められるものと考えられる。
Furthermore, the inventor added a single metal such as Au or Pt, a single semiconductor such as Si or Ge, or a semiconductor compound such as FeSi 2 CdS, ZnS, GaAs, InSb, SiC, or ZnO as an additive to the VOC substance-containing water. It was suggested that by adding a trace amount, the VOC substance can be decomposed by irradiation with a laser having a lower power.
A laser reacts with a metal, a metal compound, or a semiconductor, and emits soft X-rays in the case of a metal, or emits an electromagnetic wave in the order of TH Z (terahertz; 10 12 hertz) in the case of a semiconductor. There is a phenomenon such as emission, and it is considered that the electromagnetic wave having such a wavelength affects the VOC material and the action of the laser is strengthened.

図3は、レ−ザ−が焦点を結ぶガラス管部5内におけるパワ−が及ぶ領域の概念略図である。
図1における透明なガラス管部5において、超短パルスレ−ザ−発振器1から照射された平行なレ−ザ−2が、対物レンズ3によって、前記ガラス管部内の中央部に焦点4を結んでいることを示している。
図3は、図1に示すガラス管部5の部分の拡大概念略図であり、照射レ−ザ−2が対物レンズ3によって、ガラス管部5の中央部に焦点4を形成している状態を示している。
図3において、VOC物質含有水8は、矢印7方向からガラス管部5内を通過もしくは一時滞留して、矢印10方向に流れているが、前記レ−ザ−のパワ−が最も強く及ぶ領域を概念的に示せば、レ−ザ−11の焦点4を中心とした小破線囲み部33部である。
発明者は、焦点4から離れるに従って前記レ−ザ−のパワ−は弱くなるものの、VOC物質の結合部の破壊の場合は、破線囲み部34で示した如く、広い範囲に及ぶことを見いだしたものである。
FIG. 3 is a conceptual schematic diagram of an area covered by power in the glass tube portion 5 where the laser is focused.
In the transparent glass tube portion 5 in FIG. 1, the parallel laser-2 irradiated from the ultrashort pulse laser oscillator 1 connects the focal point 4 to the central portion in the glass tube portion by the objective lens 3. It shows that.
FIG. 3 is an enlarged conceptual schematic diagram of a portion of the glass tube portion 5 shown in FIG. 1, and shows a state in which the irradiation laser 2 forms a focal point 4 at the center of the glass tube portion 5 by the objective lens 3. Show.
In FIG. 3, the VOC substance-containing water 8 passes or temporarily stays in the glass tube part 5 from the direction of the arrow 7 and flows in the direction of the arrow 10, but the region where the power of the laser is the strongest. Is a small broken line enclosing portion 33 centering on the focal point 4 of the laser-11.
The inventor has found that the laser power decreases as the distance from the focal point 4 decreases, but in the case of the destruction of the joint of the VOC material, as shown by the dashed box 34, it has a wide range. Is.

さらに、図3に描く対物レンズ3を凸レンズ形から、シリンドリカル形対物レンズに代えて、レ−ザ−2をガラス管部5の横断面方向の中央部に線状に集合させるようにすれば、VOC物質含有水8により広領域に作用を及ぼすレ−ザ−を照射することができることが分かった。  Further, if the objective lens 3 depicted in FIG. 3 is changed from a convex lens shape to a cylindrical objective lens, the laser-2 is assembled linearly at the center in the cross-sectional direction of the glass tube portion 5, It has been found that the laser which acts on a wide area can be irradiated with the VOC substance-containing water 8.

レ−ザ−11の焦点4を中心とした破線囲み部34で示す領域は、内径10mm(ミリメ−トル)程度の透明なガラス管の場合、断面方向においてはガラス管の前記内径の全般に及び、長手方向においては焦点4の前後数mmに及ぶことが分かった。
また、対物レンズ3を、シリンドリカル対物レンズとして、レ−ザ−2を線状に集合させるようにすれば、ガラス管の前記内径の全般に万遍なく作用が及び、VOC物質含有水8に効率的にレ−ザ−を照射することができることも分かった。
超短パルスレ−ザ−を金属や合成樹脂への微細穴加工や微細溝加工などに使用する場合には、このシャ−プな焦点部を利用するものであるが、本発明の目的であるVOC物質含有水のVOC物質分子の結合部の破壊の場合には、かなり広い領域においてVOC物質分子の結合部が破壊されることが分かった。
In the case of a transparent glass tube having an inner diameter of about 10 mm (millimeter), the region indicated by the broken-line box 34 centered on the focal point 4 of the laser 11 covers the entire inner diameter of the glass tube in the cross-sectional direction. In the longitudinal direction, it was found that the focal length reached several millimeters.
Further, if the objective lens 3 is a cylindrical objective lens and the lasers 2 are assembled linearly, the entire inner diameter of the glass tube can be applied uniformly, and the VOC substance-containing water 8 can be efficiently used. It was also found that the laser can be irradiated.
When the ultrashort pulse laser is used for fine hole processing or fine groove processing in metal or synthetic resin, this sharp focal point is used. The VOC which is the object of the present invention is used. In the case of the breakage of the VOC substance molecule bond in the substance-containing water, it has been found that the bond of the VOC substance molecule is broken in a considerably wide area.

図4は、タンク内に保留されているVOC物質含有水中のVOC物質分解装置例の略図である。
図4は、矢印44方向から導管部45によってVOC物質含有水が注入され、タンク40内に保留されているVOC物質含有水41中のVOCの分解を行う装置の一例である。
図4は、超短パルスレ−ザ−61を作用させるガラス管部48内に、VOC物質含有水41を通す場合に、循環通過処理、あるいは単通過処理の何れも採用できるようにした装置の例である。
また、前記装置には、VOC物質含有水に添加物として金属、あるいは/および金属化合物、あるいは/および単体半導体、あるいは/および半導体化合物などの添加物を添加する場合に使用する、添加物添加器63が注入用導管部45の上流部に具備されている。
前記添加物添加器は、導管部45からタンク40内に注入されるVOC物質含有水41の流量に応じて、予め定められた前記添加物を、定められた添加量で注入する装置である。
なお、注入した前記添加物の不均一状態や沈澱などを防ぐため、VOC物質含有水用タンク40内の攪拌プロペラ42で、前記VOC物質含有水を攪拌するような仕組みになっている。
FIG. 4 is a schematic diagram of an example of a VOC material decomposition apparatus in water containing VOC material held in a tank.
FIG. 4 shows an example of an apparatus for injecting VOC substance-containing water from the direction of the arrow 44 through the conduit portion 45 and decomposing VOC in the VOC substance-containing water 41 held in the tank 40.
FIG. 4 shows an example of an apparatus that can adopt either a circulation pass process or a single pass process when the VOC substance-containing water 41 is passed through the glass tube portion 48 on which the ultrashort pulse laser 61 acts. It is.
Further, the apparatus is used in the case where an additive such as a metal, or / and a metal compound, or / and a single semiconductor, or / and a semiconductor compound is added as an additive to the VOC substance-containing water. 63 is provided upstream of the infusion conduit 45.
The additive adder is a device that injects the predetermined additive in a predetermined addition amount in accordance with the flow rate of the VOC substance-containing water 41 injected into the tank 40 from the conduit portion 45.
In order to prevent unevenness and precipitation of the injected additive, the VOC substance-containing water is stirred by the stirring propeller 42 in the VOC substance-containing water tank 40.

前記循環通過処理の場合を説明すると、図4において、ポンプ51によって、タンク内のVOC物質含有水41は、導管部46を経由して矢印47方向に流れ、破線囲み部59のレ−ザ−処理装置部の透明なガラス管部48を通過する。
ガラス管部48でレ−ザ−の作用を受けた後、導管部49で矢印50方向に流れ、ポンプ部51を経由して、切替え栓52によって導管部53への流路を開とし、導管部57への流路が閉とするので、導管部53、54を経由して、矢印55、56方向に流れて、タンク40内に戻って循環する。
Explaining the case of the circulation passing process, in FIG. 4, the VOC substance-containing water 41 in the tank flows in the direction of the arrow 47 through the conduit portion 46 by the pump 51, and the laser in the broken line enclosing portion 59. It passes through the transparent glass tube 48 of the processing unit.
After receiving the action of the laser in the glass tube part 48, it flows in the direction of the arrow 50 in the conduit part 49, and the flow path to the conduit part 53 is opened by the switching plug 52 via the pump part 51, Since the flow path to the part 57 is closed, it flows in the direction of the arrows 55 and 56 via the conduit parts 53 and 54 and returns to the inside of the tank 40 to circulate.

図4における破線囲み部で示すレ−ザ−処理装置部59においては、レ−ザ−発振器60からの超短パルスレ−ザ−61が対物レンズ62によって集光され、ガラス管部48内の断面方向の中心部に焦点を結ぶようにしてある。
しかしてこの部分に、図3に描く如き破線囲み部34で示す、レ−ザ−のパワ−の及ぶ領域を形成する。
前記VOC物質含有水は、ガラス管部48に一時滞留中あるいは通過中に、超短パルスレ−ザ−の作用を受けて、VOC物質含有水のVOC物質分子の結合部が破壊される。
前記循環通過処理の場合にはこの循環を繰り返して、VOC物質含有水のVOC物質の量が無害域に達したときに、切替え栓51によって導管部57への流路を開とし、導管部53への流路を閉として、導管部57から矢印58方向に無害水として排出される。
In the laser processing unit 59 indicated by the broken line encircled portion in FIG. 4, the ultrashort pulse laser 61 from the laser oscillator 60 is condensed by the objective lens 62 and the cross section in the glass tube portion 48 is obtained. The focus is on the center of the direction.
In this part, an area covered by the laser power indicated by a broken line encircled portion 34 as shown in FIG. 3 is formed.
While the VOC substance-containing water is temporarily staying in or passing through the glass tube part 48, the VOC substance molecule binding part is broken by the action of an ultrashort pulse laser.
In the case of the circulation passing treatment, this circulation is repeated, and when the amount of the VOC substance in the VOC substance-containing water reaches a harmless area, the flow path to the conduit part 57 is opened by the switching plug 51, and the conduit part 53 The flow path to is closed and discharged as harmless water in the direction of the arrow 58 from the conduit portion 57.

前記単通過処理の場合には、ポンプ51によって、VOC物質含有水41は、導管部46を経由して矢印47方向に流れ、レ−ザ−処理装置部59のガラス管部48を通って、超短パルスレ−ザ−の作用を受けて、導管部49およびポンプ51を経由して矢印50方向に流れる。
切替え栓52によって導管部57への流路を開とし、導管部53への流路を閉として、導管部57から矢印58方向に無害水として排出される。
かように、前記単通過処理の場合には、前記VOC物質含有水はガラス管部48内を1回の一時滞留もしくは通過で、VOC水溶液中のVOC分子の結合部が破壊され、無害水として排出される。
In the case of the single-pass treatment, the VOC substance-containing water 41 is caused to flow in the direction of arrow 47 via the conduit portion 46 by the pump 51, through the glass tube portion 48 of the laser treatment device portion 59, Under the action of the ultrashort pulse laser, it flows in the direction of arrow 50 via the conduit 49 and the pump 51.
The switching plug 52 opens the flow path to the conduit section 57, closes the flow path to the conduit section 53, and is discharged from the conduit section 57 as harmless water in the direction of the arrow 58.
Thus, in the case of the single-pass treatment, the VOC substance-containing water is temporarily retained or passed through the glass tube portion 48 once, and the bonded portion of the VOC molecules in the VOC aqueous solution is destroyed, resulting in harmless water. Discharged.

循環通過処理あるいは単通過処理の何れを採用するかについては、VOC物質含有水に含まれるVOC物質の種類や含有量などのVOC物質含有水の内容、および超短パルスレ−ザ−の種類、パワ−、あるいは触媒などの添加物の有無、などによって選択する。
なお、図4に示す如きVOC物質含有水のVOC物質分解装置は、液体のVOC物質を溶剤などとして用いる工場などからの、VOC物質を含む排水などに適用する場合に効果的な装置である。
すなわち、排気中に含まれるVOC物質は水に溶解あるいは分散させ、場合によっては他系統からのVOC物質が含有する廃水と共に、VOC物質含有水中のVOC物質を濃縮し、図4に示す如きVOC物質含有水中のVOC物質分解装置で無害処理すれば、効率的にVOC物質を処理できる。
Whether to use the circulating or single-pass treatment is determined by the contents of the VOC substance-containing water such as the type and content of the VOC substance contained in the VOC substance-containing water, the type of ultrashort pulse laser, the power -Or the presence or absence of an additive such as a catalyst.
Note that the VOC material decomposition apparatus for water containing VOC material as shown in FIG. 4 is an effective device when applied to waste water containing VOC material from a factory using a liquid VOC material as a solvent.
That is, the VOC substance contained in the exhaust gas is dissolved or dispersed in water, and in some cases, the VOC substance in the VOC substance-containing water is concentrated together with the waste water containing the VOC substance from other systems, and the VOC substance as shown in FIG. If the harmless treatment is performed with the VOC substance decomposition apparatus in the contained water, the VOC substance can be treated efficiently.

本発明の方法あるいは装置によれば、前記レ−ザ−を用いてVOC物質の分子結合を完全に切断することが可能である。
また、適切な添加物(触媒など)の微量添加によって、VOC物質の分解効率を上げることができ、あるいは/および副生成物が発生することが全く無いようにできるので、VOC物質の分解方法においてクリ−ンな方法であり、消耗材料などが殆ど不要である利点がある。
According to the method or apparatus of the present invention, it is possible to completely break the molecular bond of the VOC substance using the laser.
Further, by adding a small amount of an appropriate additive (such as a catalyst), the decomposition efficiency of the VOC substance can be increased, and / or no by-product can be generated at all. This is a clean method and has the advantage that almost no consumable material is required.

図5に、本実施例に使用した水中のVOC物質の分解装置の略図を示す。
図5において、分解しようとするVOC物質含有水68中のVOC物質は、透明なガラス管状瓶69に入れられて、水中VOC物質の分解装置の部位にセットされている。
図5において、レ−ザ−発振器72は、レ−ザ−媒質としてチタンサファイアを用いたパルスレ−ザ−発振器で、発振するfsパルスレ−ザ−の中心波長は780nm、繰り返し周波数は1kH、パルス幅は217fsとした。
レ−ザ−発振器72からのレ−ザ−73は、矢印方向に照射され、ダイクロイックミラ−74で方向を変え、フィルタ−75、電磁シャッタ−76を経由して、対物レンズ77によって集光させ、VOC物質含有水68が入れられているガラス管状瓶69の中央部に焦点4を結ぶように配置した。
FIG. 5 shows a schematic diagram of an apparatus for decomposing VOC material in water used in this example.
In FIG. 5, the VOC substance in the VOC substance-containing water 68 to be decomposed is put in a transparent glass tubular bottle 69 and set in a part of the underwater VOC substance decomposition apparatus.
5, Les - The - oscillator 72 is - The - pulse rates using titanium sapphire as a medium - The - an oscillator, oscillating fs pulse rates - The - center wavelength of 780 nm, repetition frequency 1 kH Z, pulse The width was 217 fs.
The laser 73 from the laser oscillator 72 is irradiated in the direction of the arrow, the direction is changed by the dichroic mirror 74, and the light is condensed by the objective lens 77 via the filter 75 and the electromagnetic shutter 76. The focal point 4 is arranged at the center of the glass tubular bottle 69 in which the VOC substance-containing water 68 is placed.

透明なガラス管状瓶69は、円形の管で内径が1cm、長さが3cmとした。
VOC物質含有水68中のVOC物質と濃度は、前記GC/MS法で分析可能なVOC群の中から選定し、1,1−ジクロロエチレンは0.2mg/L(リットル)、trans−1,2−ジクロロエチレンは10mg/L、cis−1,2−ジクロロエチレンは100mg/L、およびトリクロルエチレンは400mg/L、の4種のVOC物質含有水とした。
The transparent glass tubular bottle 69 is a circular tube having an inner diameter of 1 cm and a length of 3 cm.
The VOC substance and concentration in the VOC substance-containing water 68 are selected from the VOC group that can be analyzed by the GC / MS method, and 1,1-dichloroethylene is 0.2 mg / L (liter), trans-1,2 -VOC substance containing water of 10 mg / L for dichloroethylene, 100 mg / L for cis-1,2-dichloroethylene, and 400 mg / L for trichlorethylene.

パルスレ−ザ−発振器72を動作し、前記fsパルスレ−ザ−を、透明なガラス管瓶69内のおのおの前記4種VOC物質含有水に照射した。
1パルス当たりのパワ−は、前記フィルタ−によって調整して、20μJ(マイクロジュ−ル)および100μJの2水準とした。
前記fsパルスレ−ザ−の照射時間は30分とした。
The pulse laser oscillator 72 was operated, and each of the four kinds of VOC substance-containing water in the transparent glass tube bottle 69 was irradiated with the fs pulse laser.
The power per pulse was adjusted by the filter to be two levels of 20 μJ (microjoule) and 100 μJ.
The irradiation time of the fs pulse laser was 30 minutes.

未放射試料、および得られたfsパルスレ−ザ−照射試料の分析は、GC/MS法によって分析した。
かようにして、表1に示す結果を得た。
The analysis of the unradiated sample and the obtained fs pulse laser irradiated sample was analyzed by the GC / MS method.
Thus, the results shown in Table 1 were obtained.

Figure 2009125743
Figure 2009125743

表1によると、VOC物質である、1,1−ジクロロエチレンの場合は、前記超短パルスレ−ザ光の未放射試料が0.2mg/Lであるのに対し、照射パワ−20μJ(パルス当りのパワ−値)のもとでは、添加物(触媒など)なし試料で0.14mg/Lに低減し、添加物としてAu(金)粉末を微量加えた試料ではND(検出下限値以下)という結果であった。
前記に同じVOC物質について、照射パワ−100μJのもとでは、添加物なし試料、および添加物としてAu粉末を微量加えた試料の両者共、NDであった。
According to Table 1, in the case of 1,1-dichloroethylene which is a VOC substance, the non-radiated sample of the ultrashort pulse laser light is 0.2 mg / L, whereas the irradiation power is 20 μJ (per pulse). Under the (power value), the sample was reduced to 0.14 mg / L in the sample without additives (catalyst, etc.), and the result was ND (below the lower limit of detection) in the sample with a small amount of Au (gold) powder added Met.
With respect to the same VOC material as described above, under the irradiation power of 100 μJ, both the sample with no additive and the sample to which a small amount of Au powder was added as an additive were ND.

VOC物質である、trans−1,2−ジクロロエチレンの場合は、未放射試料が10mg/Lが、照射パワ−が20μJ、および100μJのもとで、添加物の無添加試料、およびAu添加試料ともNDであった。
また、VOC物質の、cis−1,2−ジクロロエチレンの場合は、未放射試料が100mg/Lが、照射パワ−の20μJ、および100μJのもとで、添加物の無添加試料、およびAu添加試料ともNDであった。
さらに、VOC物質の、トリクロロエチレンの場合は、未放射試料が400mg/Lが、放射パワ−の20μJ、および100μJのもとで、添加物の無添加試料、およびAu添加試料ともNDであった。
In the case of trans-1,2-dichloroethylene, which is a VOC material, the non-radiated sample is 10 mg / L, the irradiation power is 20 μJ, and 100 μJ. It was ND.
In the case of cis-1,2-dichloroethylene as a VOC substance, the non-radiated sample is 100 mg / L, the irradiation power is 20 μJ and 100 μJ, the additive-free sample, and the Au-added sample. Both were ND.
Further, in the case of trichlorethylene of the VOC material, the non-radiated sample was 400 mg / L, and the additive-free sample and the Au-added sample were ND under the radiation power of 20 μJ and 100 μJ.

以上まとめて、1,1−ジクロロエチレンの場合は、前記レ−ザ−の照射パワ−20μJのもとでは、Au微量添加無し試料では半減近く低減したのみであったが、Au微量添加でND、照射パワ−100μJのもとでは、Au微量添加の有無にかかわらずNDとなった。
したがって、Au微量添加は前記レ−ザ−の照射効果、すなわちVOC物質の分解力を高めることが分かった。
また、trans−1,2−ジクロロエチレン、cis−1,2−ジクロロエチレン、およびトリクロロエチレンの場合は、放射パワ−が20μJ、および100μJのもとで、Au微量添加の有無にかかわらずNDであり、これらのVOC物質が完全に分解されたことを示した。
In summary, in the case of 1,1-dichloroethylene, under the laser irradiation power of 20 μJ, the sample without a small amount of Au was only reduced by almost half. Under the irradiation power of 100 μJ, the result was ND regardless of whether or not a small amount of Au was added.
Therefore, it was found that the addition of a small amount of Au increases the irradiation effect of the laser, that is, the decomposition power of the VOC substance.
In addition, in the case of trans-1,2-dichloroethylene, cis-1,2-dichloroethylene, and trichloroethylene, the emission power is 20 μJ and 100 μJ, and it is ND regardless of whether or not a small amount of Au is added. Of VOC material was completely decomposed.

実施例1と同様なfsパルスレ−ザ−において、実施例1の場合に比較して、さらに低パワ−の場合、照射時間がさらに短時間の場合、ならびにVOC物質含有水に添加する実施例1と異なる添加物、および前記添加物の他の面での効果を検討した。
VOC物質含有水においては実施例1と同様な試料を用いて、実施例1と同じVOC物質含有水の分解装置を用いて行った。
選定したVOC物質は、実施例1と同様に、1,1−ジクロロエチレン、trans−1,2−ジクロロエチレン、cis−1,2−ジクロロエチレン、およびトリクロルエチレン、の4種で、各濃度も実施例1と同様とした。
前記添加物としては、珪素、鉄などを真空下で高温度で焼結して得た焼結複合鉱体の粉末を微量添加した。
なお、前記焼結複合鉱体の主成分はFeSiであるので、前記添加物の表示はこれを用いた。
fsパルスデ−ザ−の1パルス当たりのパワ−は、前記フィルタ−によって調整して、1、10、および20μJとし、照射時間は1分、および30分とした。
In the same fs pulse laser as in Example 1, compared with the case of Example 1, the case of lower power, the case of shorter irradiation time, and Example 1 added to water containing VOC substance And other effects of the additive were studied.
In the VOC substance-containing water, the same sample as in Example 1 was used, and the same VOC substance-containing water decomposition apparatus as in Example 1 was used.
As in Example 1, the selected VOC materials were 1,1-dichloroethylene, trans-1,2-dichloroethylene, cis-1,2-dichloroethylene, and trichloroethylene. And the same.
As the additive, a small amount of sintered composite ore powder obtained by sintering silicon, iron or the like at a high temperature under vacuum was added.
In addition, since the main component of the sintered composite ore is FeSi 2 , this is used for the indication of the additive.
The power per pulse of the fs pulse generator was adjusted by the filter to 1, 10, and 20 μJ, and the irradiation time was 1 minute and 30 minutes.

未照射試料、および得られた前記超短パルスレ−ザ−照射試料の分析は、実施例1と同様に、GC/MS法によった。
かようにして、表2に示す結果を得た。
The analysis of the unirradiated sample and the obtained ultrashort pulse laser-irradiated sample was performed by the GC / MS method as in Example 1.
Thus, the results shown in Table 2 were obtained.

Figure 2009125743
Figure 2009125743

表2によると、1,1−ジクロロエチレン、trans−1,2−ジクロロエチレン、cis−1,2−ジクロロエチレン、およびトリクロロエチレンの場合とも、レ−ザ−光照射後の試料からは検出されず、何れもNDであった。
パルスパワ−が1μJにおいても、添加物FeSiの有無にかかわらず、これらのVOC物質が完全に分解されていることを示した。
According to Table 2, in the case of 1,1-dichloroethylene, trans-1,2-dichloroethylene, cis-1,2-dichloroethylene, and trichloroethylene, none was detected from the sample after laser light irradiation. It was ND.
Even when the pulse power was 1 μJ, it was shown that these VOC materials were completely decomposed regardless of the presence or absence of the additive FeSi 2 .

また、前記添加物のVOC物質の分解性についての寄与については、照射パワ−1μJ未満については行わなかったので不明であったが、前記添加物の添加効果として、副生成物が全く発生しない効果が見られた。
すなわち、前記添加物の添加なしの試料からは、アセトン、酢酸、プロピオン酸が各微量検出されたのに対し、前記添加物の添加の試料からは、全く検出されなかったので、この点も大きな効果であるものと考えられる結果となった。
In addition, the contribution of the additive to the degradability of the VOC substance was unknown because it was not performed for irradiation power of less than 1 μJ, but as an additive effect of the additive, an effect that no by-product was generated at all. It was observed.
That is, since trace amounts of acetone, acetic acid, and propionic acid were detected from the sample without addition of the additive, but were not detected at all from the sample with addition of the additive. The result was considered to be an effect.

超短パルスレ−ザ−を用いてVOC物質の分子結合を完全に切断することが可能であり、条件を整えれば副生成物が発生することがない。
したがって、従来から行われてきたVOC物質の除去法や無害化法である燃焼分解法、吸着式除去法、触媒燃焼法、あるいは蓄熱式分解法などに伴う如き、SONOなどの、二次有害物質が発生したり、触媒が毒物化したりする副作用がない。
また、本発明は、VOC物質の分解方法においてクリ−ンな方法であり、将来の方向としてト−タル的にみて経済的であるものと考えられる。
It is possible to completely break the molecular bond of the VOC substance using an ultrashort pulse laser, and no by-product is generated if the conditions are adjusted.
Therefore, two methods such as SO X NO X , such as those associated with the conventional methods of removing VOC substances, the decomposing method such as the combustion decomposition method, the adsorption type removal method, the catalytic combustion method, or the thermal storage type decomposition method, are used. There is no side effect that the next harmful substance is generated or the catalyst is poisoned.
Further, the present invention is a clean method in the method of decomposing the VOC material, and is considered to be economical from the perspective of the future as a future direction.

特に、液状VOC物質を使用する工場などから排出するVOCを、水中に含有させ、濃縮してVOC濃度を上げ、本発明を適用するなどが工業的に適した方法である。
また、VOC物質含有水に添加物としてAu粉末などを微量添加することで、より低エネルギ−のレ−ザ−の照射でVOC物質を分解することができ、さらに添加物の選択によっては、全く副生成物が発生しない方法である。
したがって、より有効な触媒などの探索によって、より効率的な、また、より経済的なVOC物質を分解する技術の提供の可能性を示唆した。
また、本発明のVOC物質分解方法ならびに装置は、他の有害な化学物質の分解にも応用が可能であり、環境問題の改善に資するところが大きい。
よって、産業上の利用可能性が極めて広範囲であり、産業界に資するところも大きい。
In particular, it is an industrially suitable method to contain VOC discharged from a factory using a liquid VOC substance in water and concentrate it to increase the VOC concentration and apply the present invention.
In addition, by adding a small amount of Au powder or the like as an additive to VOC substance-containing water, the VOC substance can be decomposed by irradiation with a lower energy laser. In this method, no by-product is generated.
Therefore, the search for more effective catalysts and the like suggested the possibility of providing a technology for decomposing more efficient and more economical VOC materials.
In addition, the VOC material decomposition method and apparatus of the present invention can be applied to the decomposition of other harmful chemical substances, and greatly contributes to the improvement of environmental problems.
Therefore, the industrial applicability is extremely wide and contributes to the industry.

VOC物質含有水にレ−ザ−を照射する概念略図Conceptual diagram of irradiating laser to water containing VOC substance 超短パルスレ−ザ−のパルス波形と幅を示す概念略図Schematic diagram showing pulse waveform and width of ultra-short pulse laser レ−ザ−が焦点を結ぶガラス管部におけるパワ−が及ぶ範囲の概念略図Conceptual diagram of the range of power in the glass tube where the laser is focused タンク内保留のVOC物質含有水におけるVOC物質分解装置の略図Schematic of VOC substance decomposition equipment in water containing VOC substance reserved in tank フェムト秒パルスレ−ザによるVOC物質含有水のVOC物質分解装置の略図Schematic of VOC substance decomposition equipment for water containing VOC substance by femtosecond pulse laser

符号の説明Explanation of symbols

1 レ−ザ−発振器
2 超短パルスレ−ザ−
3 対物レンズ
4 レ−ザ−の焦点(集光点)
5 透明ガラス管部
6 導管部
8 VOC物質含有水
9 導管部
28 パルス波形
33 小破線囲み部;レ−ザ−の強いパワ−が及ぶ領域
34 破線囲み部;レ−ザ−のパワ−が及ぶ領域
40 VOC物質含有水用タンク
41 VOC物質含有水
42 攪拌プロペラ
45 注入用導管部
46、49 装置内導管部
48 透明ガラス管部
51 ポンプ
52 切替え栓
53、54 循環用導管部
55、56 矢印;循環の場合の流れ方向
57 排出用導管部
58 矢印;排出方向
59 破線囲み部;レ−ザ−処理装置部
60 レ−ザ−発振器
61 超短パルスレ−ザ−
62 対物レンズ
63 添加物添加器
68 VOC物質含有水
69 管状ガラス瓶
72 パルスレ−ザ発振器
73 フェムト秒パルスレ−ザ光
74 ダイクロイックミラ−
75 フィルタ−
76 電磁シャッタ−
77 対物レンズ
t 時間
P パワ−(エネルギ−)
パワ−の尖頭値
尖頭値の半値位置
w パルス半値幅(時間)
1 Laser oscillator 2 Ultra-short pulse laser
3 Objective lens 4 Laser focus (focusing point)
5 Transparent glass tube part 6 Conduit part 8 VOC substance-containing water 9 Conduit part 28 Pulse waveform 33 Small broken line encircled area; area covered by strong laser power 34 Broken line encircled area; covered by laser power Area 40 VOC substance-containing water tank 41 VOC substance-containing water 42 Stirring propeller 45 Injection conduit section 46, 49 In-apparatus conduit section 48 Transparent glass tube section 51 Pump 52 Switching plug 53, 54 Circulation conduit section 55, 56 Arrows; Flow direction 57 in the case of circulation Discharge conduit part 58 Arrow; Discharge direction 59 Broken line enclosing part; Laser processing unit 60 Laser oscillator 61 Ultrashort pulse laser
62 Objective Lens 63 Additive Adder 68 VOC-Containing Water 69 Tubular Glass Bottle 72 Pulse Laser Oscillator 73 Femtosecond Pulse Laser Light 74 Dichroic Mirror
75 Filter
76 Electromagnetic shutter
77 Objective Lens t Time P Power (Energy)
p m power - the peak p h peak half-value position w pulse half width (time)

Claims (4)

水中に含有するVOC物質の分解方法において、
沸点区分において、沸点の低いVVOCから、沸点の高いSVOCまでのVOC物質が水中に存在するVOC物質含有水に、レ−ザ−を照射して、前記VOC物質含有水中の前記VOC物質を無害化する方法であって、
透明なガラス管部内に存在する前記VOC物質含有水に、前記透明なガラス管部の外側から、発振パルス波形の半値幅が1000ps〜50fsの超短パルスレ−ザ−を、対物レンズで集光させてパワ−密度を上げると共に、点状あるいは線状に焦点を結ぶように照射することによって、
前記超短パルスレ−ザ−の作用で、前記ガラス管部に存在する前記VOC物質含有水中の前記VOC物質の分子結合部を切断して分解し、無害化することを特徴とする、
水中に含有するVOC物質の分解方法。
In the method for decomposing a VOC substance contained in water,
In the boiling point classification, a VOC substance containing water in which VOC substances ranging from a low boiling point VVOC to a high boiling point SVOC are present in water is irradiated with a laser to detoxify the VOC substance in the VOC substance containing water. A way to
An ultrashort pulse laser with a half-value width of the oscillation pulse waveform of 1000 ps to 50 fs is condensed from the outside of the transparent glass tube part to the water containing the VOC substance existing in the transparent glass tube part by an objective lens. By increasing the power density and irradiating so as to focus in a spot or line,
By the action of the ultra-short pulse laser, the VOC substance-containing water present in the glass tube part is cut and decomposed to detoxify the molecule-bonded part of the VOC substance-containing water,
A method for decomposing a VOC substance contained in water.
水中に含有するVOC物質の分解装置において、
沸点区分において、沸点の低いVVOCから、沸点の高いSVOCまでのVOC物質が、水中に存在するVOC物質含有水に、レ−ザ−を照射して、前記VOC物質含有水中の前記VOC物質を無害化する装置であって、
前記装置は、前記VOC物質含有水の流通部と、前記VOC物質含有水へのレ−ザ−照射部とからなり、
前記流通部は、前記VOC物質含有水が流通する導管部を有し、前記導管部には前記透明なガラス管部が挿入接続されていて、
前記道管部には、前記ガラス管部を滞留あるいは通過させる前記VOC物質含有水の流通用ポンプ装置部、循環あるいは非循環を選択する切替え栓部、および排出用導管部を具備していて、
前記ポンプ装置部、前記切替え栓部には、前記ガラス管内における前記VOC物質含有水の通過態様、すなわち一時滞留、一時通過、あるいは複数回循環通過などを制御する制御部を具備していて、
前記レ−ザ−照射部は、前記ガラス管部の外側から、レ−ザ−発振器からの発振パルス波形の半値幅が1000ps〜50fsの超短パルスレ−ザ−を、対物レンズで集光させて集光密度を上げると共に、前記ガラス管内に点状あるいは線状に焦点を結ばせることができ、
前記導管部に挿入接続された前記ガラス管部内において、前記VOC物質含有水中の前記VOC物質の分子の結合部を切断して分解し無害化して、前記排出用導管部から排出する装置であることを特徴とする、
水中に含有するVOC物質の分解装置。
In a decomposition apparatus for VOC substances contained in water,
In the boiling point classification, VOC materials from VVOC having a low boiling point to SVOC having a high boiling point are irradiated with laser to water containing VOC material existing in water, and the VOC material in water containing the VOC material is harmless. A device that
The apparatus comprises a circulation part of the VOC substance-containing water and a laser irradiation part to the VOC substance-containing water,
The flow part has a conduit part through which the VOC substance-containing water flows, and the transparent glass tube part is inserted and connected to the conduit part.
The passage pipe portion includes a pump device portion for circulating the VOC substance-containing water that allows the glass tube portion to stay or pass through, a switching plug portion that selects circulation or non-circulation, and a discharge conduit portion.
The pump device unit and the switching plug unit include a control unit for controlling the passage mode of the VOC substance-containing water in the glass tube, that is, temporary residence, temporary passage, or multiple circulation passes, and the like.
The laser irradiating unit collects an ultrashort pulse laser with a half-value width of 1000 ps to 50 fs of an oscillation pulse waveform from a laser oscillator from the outside of the glass tube unit with an objective lens. While increasing the condensing density, the glass tube can be focused in the form of dots or lines,
In the glass tube portion inserted and connected to the conduit portion, the VOC material molecule water in the VOC material-containing water is cut, decomposed and rendered harmless, and discharged from the discharge conduit portion. Characterized by
An apparatus for decomposing VOC substances contained in water.
水中に含有するVOC物質の分解方法において、
前記VOC物質含有水に添加物、すなわち、金属、あるいは/および金属化合物、あるいは/および単体半導体、あるいは/および半導体化合物、を添加することによって、
前記超短パルスレ−ザ−の作用による前記VOC物質含有水中の前記VOC物質の分解効率を上げ、あるいは/および前記分解に伴う副生成物を低減化させることを特徴とする、請求項1に記載する水中に含有するVOC物質の分解方法。
In the method for decomposing a VOC substance contained in water,
By adding an additive, that is, a metal, or / and a metal compound, or / and a single semiconductor, or / and a semiconductor compound to the water containing the VOC material,
2. The decomposition efficiency of the VOC substance in the VOC substance-containing water by the action of the ultrashort pulse laser is increased, and / or a by-product accompanying the decomposition is reduced. A method for decomposing a VOC substance contained in water.
水中に含有するVOC物質の分解装置において、
前記VOC物質含有水に添加物、すなわち、金属、あるいは/および金属化合物、あるいは/および単体半導体、あるいは/および半導体化合物を、前記VOC物質含有水の注入量に応じて添加する添加物添加器を具備し、
前記添加物添加器の使用による前記添加物の添加によって、前記超短パルスレ−ザ−の作用による前記VOC物質含有水中の前記VOC物質の分解効率を上げ、あるいは/および前記分解に伴う副生成物を低減化させることができることを特徴とする、
請求項2に記載する水中に含有するVOC物質の分解装置。
In a decomposition apparatus for VOC substances contained in water,
An additive adder for adding an additive, that is, a metal, or / and a metal compound, or / and a single semiconductor, or / and a semiconductor compound to the VOC substance-containing water according to an injection amount of the VOC substance-containing water; Equipped,
The addition of the additive by using the additive adder increases the decomposition efficiency of the VOC substance in the VOC substance-containing water by the action of the ultrashort pulse laser, and / or a by-product accompanying the decomposition. It is possible to reduce
The decomposition | disassembly apparatus of the VOC substance contained in the water of Claim 2.
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