DE4336512A1

DE4336512A1 - Verfahren zur Reaktionskontrolle und ein Apparat, wobei Kohlenstoff-Rußmoleküle und organometallische Komplexe in angeregtem Zustand verwendet werden

Info

Publication number: DE4336512A1
Application number: DE4336512A
Authority: DE
Inventors: Satoru Isoda; Toshiyuki Kamiya; Yoshio Hanazato; Akira Ikeda
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1993-04-23
Filing date: 1993-10-26
Publication date: 1994-10-27
Anticipated expiration: 2013-10-27
Also published as: US5445800A; DE4336512C2; US5976477A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und einen Apparat zur Kontrolle von Reaktionen, die zwischen Kohlen stoff-Rußmolekülen Metallporphyrin-Komplexen, Metallphtha locyanin-Komplexen und verschiedenen Gasen oder Flüssigkeiten stattfinden, insbesondere ein Verfahren und einen Apparat zur Erzeugung von aktivem Sauerstoff, von dem angenommen wird, daß er ein zufriedenstellendes Vermögen zur Zersetzung von schädlichen Substanzen wie anorganischen Verbindungen und or ganischen Substanzen hat, wobei ein Gas, das Sauerstoff ent hält, als Gas verwendet wird, das reagieren soll.

Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren und einen Apparat zur Zersetzung von schädlichen Substanzen in einem schädlichen Gas oder einer Lösung, indem das schäd liche Gas oder die Lösung, die schädliche Substanzen enthal ten, veranlaßt werden, mit aktivem Sauerstoff, der von Koh lenstoff-Rußmolekülen, Metallporphyrin-Komplexen oder Metallphthalocyanin-Komplexen erhalten worden ist, zu reagie ren, oder durch Reaktionen in direktem Kontakt mit den vor stehenden Molekülen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren und einen Apparat, mit denen verun reinigende Substanzen in der Luft oder im Wasser entfernt werden können. Deshalb betrifft die vorliegende Erfindung eine Technik zur Entfernung von Umweltverschmutzung, die in den letzten Jahren ein Problem aufwarf.

Es gibt eine Vielzahl von herkömmlichen Techniken zur Zer setzung von schädlichen Substanzen, wobei aktiver Sauerstoff verwendet wird. So war eine Technik zur Zersetzung von orga nischen Verbindungen verfügbar, wobei Ozon, das mit einem Ozonisator erzeugt worden war, verwendet wurde.

Fig. 10 ist eine Skizze, die den Aufbau eines Ozonisators für stille Entladung illustriert, über den Masaaki Tanaka und No rikazu Tabata im Magazine of Society of Electrostatics, Bd. 3, Nr. 3 (1983) berichtet haben. In Fig. 10 sind AC-Hochspan nungsquellen 4 mit Metallelektroden 3 verbunden. Eine Glas platte 5 ist auf einer Seite der Metallelektrode 3 ange bracht. Auf diese Weise wird ein ozonisiertes Gas aus einem Rohmaterialgas 1 erzeugt.

Der Mechanismus der Ozonerzeugung des Ozonisators wird nun erläutert. Wenn eine AC-Spannung von 6 bis 18 kV angelegt wird, während ein Gas, das Sauerstoff enthält, zwischen den Metallelektroden 3 mit einem Dielektrikum wie Glas oder Kera miken dazwischen durchgeleitet wird, findet stille Entladung statt. Elektronen aus den Elektroden kollidieren mit Sauer stoffmolekülen, so daß angeregte Sauerstoffmoleküle erzeugt werden. Die so erzeugten angeregten Sauerstoffmoleküle rea gieren mit anderen Sauerstoffmolekülen, so daß Ozon erzeugt wird. Das so erzeugte Ozon läßt man mit organischen Substan zen reagieren, um die organische Substanzen zu zersetzen.

Ein Beispiel einer anderen Technik zur Zersetzung von schäd lichen Substanzen unter Anwendung von direkten Reaktionen an stelle von aktivem Sauerstoff ist die Technik der Abwasser- /Abfallwasserbehandlung, wofür ein aktiviertes Schlammverfah ren ein typisches Beispiel ist, wobei die metabolische Wir kung eines Organismus angewendet wird, und eine Technik zur Zersetzung von Abgasen von Verbrennungsvorrichtungen wie Au tomobilmotoren, indem ein Katalysator verwendet wird.

Untersuchungen zur Verwendung von Metall oder Metalloxid oder Metallionen-austauschendem Zeolit für die Technik zur Zerset zung von Abgasen unter Verwendung eines Katalysators wurden durchgeführt. Wie von Masakazu Iwamoto in J. Chem. Coc., Faraday Trans. I, Bd. 77 (1981) berichtet wurde, kann NO mit einer Zersetzungseffektivität von etwa 90% zersetzt werden, wenn ein Kupferionen-austauschender Zeolit als Katalysator verwendet wird und 4% NO wird bei 500° zur Reaktion veran laßt.

Obwohl die Technik zur Zersetzung von schädlichen Substanzen, die erzeugtes Ozon verwendet, effektiv ist, sind die Arten der schädlichen Substanzen, die zersetzt werden können, auf grund der Reaktivität von Ozon begrenzt. Z. B. war bekannt, daß Essigsäure nicht ohne weiteres durch Ozon zersetzt werden kann. Schlimmer ist, daß die Vorrichtung, Ozon mittels Hoch spannungs-Entladungstechnik zu erzeugen, das Problem beinhal tet, daß keine Energie gespart werden kann und die Größe des Apparates nicht verringert werden kann. Zudem ist Ozon meh rere 10 Stunden nach der Erzeugung stabil und der menschliche Körper wird manchmal negativ beeinflußt.

Die Technik der biologischen Behandlung unter Verwendung von aktiviertem Schlamm beinhaltet verschiedene Probleme. So wird eine großdimensionierte Verarbeitungsanlage benötigt, die Zeit zur Beendigung der Behandlung ist zu lang und Organismen werden in Form von Schlamm belassen.

Die Zersetzung von Abgasen unter Verwendung eines Katalysa tors beinhaltet das Problem, daß die Zersetzungsreaktionen nicht ablaufen, wenn die Temperatur niedriger als ein vorbe stimmter Wert ist.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorstehenden verschiedenen Probleme zu bewältigen. Daher ist die erfin dungsgemäße Aufgabe die Bereitstellung eines Verfahrens und eines Apparates zur leichten Erzeugung von aktivem Sauerstoff mittels Reaktionen zwischen angeregten Kohlenstoff-Rußmolekü len oder Metallporphyrin-Komplexen oder Metallphthalocyanin- Komplexen und Sauerstoffmolekülen. Zudem werden ein Verfahren und ein Apparat zur Zersetzung von schädlichen Substanzen da durch, daß derart erhaltener aktiver Sauerstoff verwendet wird oder direkte Reaktionen der angeregten Kohlenstoff-Ruß moleküle oder Metallporphyrin-Komplexe oder Metallphthalocya nin-Komplexe verwendet werden, bereitgestellt.

Gemäß einem erfindungsgemäßen Aspekt wird ein Verfahren zur Reaktionskontrolle zur Verfügung gestellt, das den Schritt umfaßt: das Reagierenlassen von einer oder mehreren Verbin dungen ausgewählt unter Kohlenstoff-Rußmolekülen, Metallporphyrin-Komplexen und Metallphthalocyanin-Komplexen, die in angeregtem Zustand sind, mit einer Substanz, die rea gieren soll.

Gemäß einem anderen erfindungsgemäßen Aspekt wird ein Reakti onsapparat zur Verfügung gestellt, der umfaßt: einen Behälter mit einer Öffnung zur Einführung einer Substanz, die reagie ren soll, und einer Öffnung zum Ausführen (Entladung) der Substanz, die reagieren soll; eine oder mehrere Verbindungen ausgewählt unter Kohlenstoff-Rußmolekülen, Metallporphyrin- Komplexen und Metallphthalocyanin-Komplexen, und eine Anre gungsvorrichtung, um die Verbindungen in einen angeregten Zu stand zu überführen.

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht im Querschnitt, die einen erfindungsgemäßen Apparat zur Erzeugung von aktivem Sauerstoff zeigt;

Fig. 2 ist eine schematische Ansicht im Querschnitt, die einen anderen Apparat zur Erzeugung von aktivem Sauerstoff zeigt;

Fig. 3 ist eine Ansicht im Querschnitt, die ein erfin dungsgemäßes Elektrodenteil zeigt;

Fig. 4 ist eine schematische Ansicht im Querschnitt, die einen erfindungsgemäßen Apparat zur Zersetzung eines schädli chen Gases zeigt;

Fig. 5 ist eine schematische Ansicht im Querschnitt, die einen anderen erfindungsgemäßen Apparat zur Zersetzung eines schädlichen Gases zeigt;

Fig. 6 ist ein charakteristisches Diagramm, das die Zerset zung von NO zeigt, die mit dem erfindungsgemäßen Apparat zur Zersetzung eines schädlichen Gases durchgeführt wurde;

Fig. 7 ist eine schematische Ansicht im Querschnitt, die einen erfindungsgemäßen Apparat zur Zersetzung einer Flüs sigkeit zeigt, die schädliche Substanzen enthält;

Fig. 8 ist eine schematische Ansicht im Querschnitt, die einen anderen erfindungsgemäßen Apparat zur Zersetzung einer Flüssigkeit zeigt, die schädliche Substanzen enthält;

Fig. 9 ist eine schematische Ansicht im Querschnitt, die einen erfindungsgemäßen Apparat zur kontinuierlichen Zer setzung eines schädlichen Gases zeigt; und

Fig. 10 ist eine schematische Ansicht, die den Aufbau eines stillen Entladungsozonisators (Organizer) zeigt, der bei her kömmlichen Verfahren zur Zersetzung der schädlichen Substan zen verwendet wird.

Erfindungsgemäße Kohlenstoff-Rußmoleküle sind Moleküle, die einzig aus Kohlenstoff zusammengesetzt sind, nämlich Cn (n = 18 bis 300), die durch Verdampfen von Graphit mittels Vakuum entladung oder durch Bestrahlung von Graphit mit Hochenergielaserstrahlen erzeugt werden. Die Kohlenstoff-Ruß moleküle sind Fullerenmoleküle, die stabile. Moleküle mit sphärischer Schale sind, die 60, 70, 76, 78, 82, 84 oder 90 Kohlenstoffatome haben, Moleküle mit sphärischer Schale bzw. röhrenförmige Moleküle mit 100 oder mehr Kohlenstoffatomen und Fragmente von Molekülen mit sphärischer Schale, die weni ger als 60 Kohlenstoffatome haben. Der Ausdruck "Kohlenstoff- Rußmoleküle" ist in dieser Beschreibung so definiert, daß alle vorstehenden Verbindungen enthalten sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Kontrolle von Reaktionen von Gasen und Flüssigkeiten macht Gebrauch von der Tatsache, daß Kohlenstoff-Rußmoleküle, Metallphthalocyanin-Komplexe und Metallporphyrin-Komplexe mittels einem physikalisch-chemi schen Verfahren wie Bestrahlung mit Licht, Einstrahlung von Elektronen mittels Elektroden, oder einer Reduktionsreaktion, mittels einem Elektronendonor, in einem angeregten Zustand übergeführt werden, so daß die Reaktivität mit verschiedenen Gasen und Flüssigkeiten beträchtlich erhöht wird. Mit dem er findungsgemäßen Verfahren können Reaktionen mit den Gasen und Flüssigkeiten beschleunigt werden, was bei herkömmlichen Ver fahren Schwierigkeiten aufwarf.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Erzeugung von aktivem Sauerstoff macht von der Tatsache Gebrauch, daß Kohlenstoff- Rußmoleküle, Metallphthalocyanin-Komplexe und Metall porphyrin-Komplexe in angeregtem Zustand zufriedenstellende Reaktivität mit Sauerstoffmolekülen aufweisen. Wenn die vor stehenden Moleküle in angeregtem Zustand und Sauerstoffmole küle miteinander in Kontakt gebracht werden, findet Elektro nentransfer und Energietransfer zwischen den Sauerstoffmole külen und den vorstehenden Molekülen statt. Als Ergebnis wird aktiver Sauerstoff (Singulettsauerstoff) erzeugt.

Der so erzeugte aktive Sauerstoff weist zufriedenstellende Reaktivität mit anderen Molekülen wie anorganischen Verbin dungen oder organischen Verbindungen auf, und hat ein ausge zeichnetes Vermögen zur Oxidation und Zersetzung der vorste henden Verbindungen. Es war bekannt, daß die Zerset zungsreaktivität von aktivem Sauerstoff beträchtlich besser als die Zersetzungsreaktivität ist, die mit Ozon erzielt wird, das bei herkömmlichen Verfahren zur Zersetzung von schädlichen Substanzen verwendet worden ist.

Da, wie vorstehend erläutert, aktiver Sauerstoff aus gezeichnete Reaktivität mit anorganischen Verbindungen und organischen Verbindungen aufweist, kann aktiver Sauerstoff für ein Verfahren zur Zersetzung von schädlichen Substanzen verwendet werden, das von den Reaktionen mit schädlichen Sub stanzen Gebrauch macht und das im Vergleich zu den her kömmlichen Verfahren ein überlegenes Zersetzungsvermögen auf weist.

Die Kohlenstoff-Rußmoleküle, Metallphthalocyanin-Komplexe und Metallporphyrin-Komplexe in angeregtem Zustand zeigen eine ausgezeichnete Reaktivität mit schädlichen Gasen und schädli chen Substanzen in einer Flüssigkeit, die schädliche Substan zen enthält. Wenn die vorstehenden Moleküle in angeregtem Zu stand und schädliche Substanzen miteinander in Kontakt ge bracht werden, finden zwischen den schädlichen Substanzen und den vorstehenden Molekülen Elektroden-Übertragungsreaktionen statt. Als Ergebnis laufen Zersetzungsreaktionen der schädli chen Substanzen ab.

Da die Kohlenstoff-Rußmoleküle, Metallphthalocyanin-Komplexe und Metallporphyrin-Komplexe in angeregtem Zustand ausge zeichnete Reaktivität mit den schädlichen Substanzen auf weisen, haben die vorstehenden Moleküle im Vergleich zu her kömmlichen Zersetzungskatalysatoren ein überlegenes Vermögen zur Zersetzung der schädlichen Substanzen. Daher weisen die Kohlenstoff-Rußmoleküle, Metallphthalocyanin-Komplexe und Me tallporphyrin-Komplexe in angeregtem Zustand sogar bei nied riger Temperatur ausgezeichnete Zersetzungsaktivität auf.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Zersetzung schädli cher Substanzen werden die schädlichen Substanzen zersetzt, indem aktiver Sauerstoff verwendet wird, der mittels Kohlen stoff-Rußmolekülen, Metallphthalocyanin-Komplexen und Metall porphyrin-Komplexen in angeregtem Zustand erhalten wird, oder durch direkte Kontaktreaktionen der Kohlenstoff-Rußmoleküle, Metallphthalocyanin-Komplexe und Metallporphyrin-Komplexe in angeregtem Zustand. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Zersetzung von schädlichen Substanzen können mehr verschie dene Substanzen und mit höherer Effektivität als mit herkömm lichen Verfahren zersetzt werden.

Beispiele für schädliche Substanzen, die mit dem erfin dungsgemäßen Verfahren zersetzt werden können, sind: schädli che Gase wie NO_x, SO_x und CO; Gas mit übelriechender Kompo nente enthaltend z. B. Ammonium, Aldehyd oder Mercaptan; und Flüssigkeiten, wie eine wäßrige Lösung von Essigsäure, Triha lomethan, und Wasser, das modrige Odoranzen wie Geosmin oder 2-Methylisoborneol enthält.

Der angeregte Zustand der Kohlenstoff-Rußmoleküle, Metall phthalocyanin-Komplexe und Metallporphyrin-Komplexe wird mit tels eines physikalisch-chemischen Verfahrens wie Bestrahlung mit Licht, Einstrahlung von Elektronen, mittels Elektroden, oder einer Reduktionsreaktion, mittels eines Elektronendonors erzielt. In diesem Fall kann die benötigte Energie verglichen mit dem herkömmlichen Verfahren zur Ozonerzeugung beträcht lich reduziert werden. Zudem können die Reaktionen bei nied riger Temperatur ablaufen und daher kann ein energie-sparen der und kleinformatiger Apparat zur Erzeugung von aktivem Sauerstoff und ein Apparat zur Zersetzung der schädlichen Substanzen vorgesehen werden.

Während das bisher verwendete Ozon mehrere 10 Stunden stabil ist, wenn es einmal erzeugt worden ist, und daher manchmal negative Einflüsse auf den menschlichen Körper auftreten, hat der aktive Sauerstoff, der mit dem erfindungsgemäßen Verfah ren erzeugt wird, eine kurze Lebenszeit und wird in kurzer Zeit in Sauerstoffmoleküle übergeführt. Daher können negative Einflüsse auf den menschlichen Körper ausgeschlossen werden und demzufolge kann er als wirksame Substanz für das Verfah ren und den Apparat zur Zersetzung von schädlichen Substanzen wie NO_x, SO_x, CO und übelriechenden Substanzen an Orten ver wendet werden, an denen sich Menschen befinden, z. B. in In nenräumen.

Da der aktive Sauerstoff, wie vorstehend beschrieben, eine kurze Lebenszeit hat, besteht die Notwendigkeit, die Reak tionen mit den schädlichen Substanzen sofort durchzuführen. Daher können die schädlichen Substanzen in der Gasphase oder Flüssigphase zersetzt werden, so daß sie unschädlich werden, indem ein Apparat verwendet wird, mit dem bewirkt wird, daß das Sauerstoffhaltige Gas und das schädliche Gas gleichzeitig zu einem Fulleren-Molekülfilm strömen, wenn die schädlichen Substanzen gasförmig sind. Wenn die schädlichen Substanzen in einer Flüssigkeit enthalten sind, wird ein Apparat verwendet, der einen Ejektor enthält, und der die vorstehende Flüssig keit mit hoher Geschwindigkeit mit dem aktiven Sauerstoffin Kontakt bringen und mischen kann.

Zudem ist ein Sensor, der die zu verarbeitende Substanz mißt, an der Öffnung zur Einleitung des schädlichen Gases und der Öffnung zur Flüssigkeitseinleitung des Zersetzungsapparates angebracht. Wenn die Konzentration der zu verarbeitenden Sub stanz einen vorbestimmten Wert überschreitet, wird das Licht quellenteil betätigt oder Spannung wird an die Elektroden an gelegt oder der Elektronendonor wird zugeführt, so daß die Kohlenstoff-Rußmoleküle, die Metallphthalocyanin-Komplexe und die Metallporphyrin-Komplexe in den angeregten Zustand über geführt werden, um die schädlichen Substanzen zu zersetzen. Als Ergebnis kann ein Apparat bereitgestellt werden, der das schädliche Gas und die Flüssigkeit, die schädliche Substanzen enthält, kontinuierlich zersetzen kann.

Beispiel 1

Im folgenden wird ein erfindungsgemäßes Beispiel beschrieben. Zunächst wird ein Verfahren zur Bildung eines dünnen Filmes oder eines verfestigten Filmes aus Kohlenstoff-Rußmolekülen beschrieben. Bei der Bildung des dünnen Films aus Kohlen stoff-Rußmolekülen wird der dünne Kohlenstoff-Rußmolekülfilm, der eine Dicke von etwa 50 bis 200 nm hat, auf einer Folie oder einer Elektrode durch Aufdampfen im Vakuum, mit einem ICB-Aufdampfungsverfahren, einem Gießverfahren oder einem Schleuderbeschichtungsverfahren usw. ausgebildet. Das Folien material ist nicht besonders beschränkt und daher kann eine gewöhnliche Folie z. B. aus Polyimid, Polyamidoimid, aromati schem Polyamid, Polycarbonat oder Polyester verwendet werden. Als Elektrode wird eine Metallelektrode aus Gold oder Alumi nium verwendet. Indem der Film oder die Elektrode, auf der der dünne Film ausgebildet worden ist, einer Nachbehandlung wie einer Ioneninjektionsbehandlung oder einer Wärmebehand lung unterzogen wird, kann der Film zusätzlich verbessert werden. Bei der Bildung des verfestigten Films aus den Koh lenstoff-Rußmolekülen wird Pulver aus Kohlenstoff-Rußmolekü len zu einer Paste verarbeitet und aufgetragen, so daß der verfestigte Film gebildet wird. In diesem Fall wird ein anor ganisches Bindemittel, z. B. ein niedrig schmelzendes Glas, verwendet, das erhitzt wird, bis es schmilzt, so daß sich eine Paste bildet, die anschließend auf die Folie oder die Platte aufgetragen wird. Die untere Grenze der Dicke des ver festigten Films aus Kohlenstoff-Rußmolekülen beträgt aufgrund des Herstellungsverfahrens etwa 100 µm.

Anschließend wird ein erfindungsgemäßes Verfahren und ein er findungsgemäßer Apparat zur Erzeugung von aktivem Sauerstoff beschrieben.

Fig. 1 ist ein Querschnitt, der ein Beispiel eines Apparates zur Erzeugung des aktiven Sauerstoffs zeigt. In den Zeichnun gen bedeuten die Bezugszeichen die gleichen oder äquivalente Teile. Ein dünner Film oder ein verfestigter Film 7 aus Koh lenstoff-Rußmolekülen wird auf die Oberfläche einer Folie 6 aufgetragen. Die Folie 6 wird in einem Behälter 8 plaziert, der eine Gaseinleitungsöffnung 11 und eine Gasentladungsöff nung 12 hat. Der dünne Film oder der verfestigte Film 7 aus Kohlenstoff-Rußmolekülen wird mittels Lichtstrahlen angeregt, die von einem Lichtquellenteil 9 emittiert werden. Das Licht quellenteil 9 wird über eine Energiequelle 10 betrieben.

Nun wird ein Verfahren beschrieben, mit dem der dünne Film oder der verfestigte Film 7 aus Kohlenstoff-Rußmolekülen, die auf der Folie 6, wie vorstehend beschrieben, ausgebildet wor den sind, im Inneren des Behälters 8 plaziert werden. Obwohl das Material für den Behälter 8 nicht besonders beschränkt ist, wurde in den folgenden Beispielen rostfreier Stahl ver wendet. Anschließend wird das Lichtquellenteil 9 zur Bestrah lung des dünnen Films oder des verfestigten Films 7 aus den Kohlenstoff-Rußmolekülen, die im Inneren des Behälters 8 angebracht worden sind, mit Licht angebracht. Vorzugsweise kann das Lichtquellenteil 9 den dünnen Film oder den verfestigten Film 7 aus den Kohlenstoff-Rußmolekülen gleich förmig mit Licht bestrahlen. Das Lichtquellenteil 9 ist nicht besonders beschränkt, solange es den Film mit Licht einer Wellenlänge von 200 bis 600 nm bestrahlen kann. Beispiels weise kann eine Xenonlampe, eine Wolframlampe, eine Quecksil berlampe oder eine Deuteridlampe verwendet werden. Alternativ kann eine Laserstrahlenquelle verwendet werden, die Licht im vorstehenden Wellenlängenbereich emittieren kann. Beispiels weise kann ein Eximerlaser, ein höher harmonischer YAG-Laser, ein höher harmonischer YAG-Farbstofflaser, ein Ar-Laser, ein höher harmonischer Ar-Farbstofflaser verwendet werden.

Vorzugsweise wird die innere Gestalt des Behälters 8 und die äußere Form des dünnen Films oder des verfestigten Films 7 aus den Kohlenstoff-Rußmolekülen so gestaltet, daß die Reak tionen zwischen dem Sauerstoff in dem Gas, das durch die Gaseinleitungsöffnung 11 eingeleitet wird, und den Kohlen stoff-Rußmolekülen in durch Licht angeregtem Zustand wirksam ablaufen.

Der Betrieb des Apparates zur Erzeugung des aktiven Sauer stoffs, der in Fig. 1 gezeigt ist, wird nun beschrieben. Als erstes wird ein Gasgemisch oder ein Sauerstoffgas, aus Gas, das Sauerstoff enthält, wie Luft, und Inertgas durch die Gaseinleitungsöffnung 11 so eingeleitet, daß das Gasgemisch mit der Oberfläche des dünnen Films oder des verfestigten Films 7 aus den Kohlenstoff-Rußmolekülen in Kontakt gebracht wird. Wenn das Lichtquellenteil 9 zu diesem Zeitpunkt betä tigt wird, werden die Kohlenstoff-Rußmoleküle in dem dünnen Film oder dem verfestigten Film 7 durch Licht angeregt. Die so durch Licht angeregten Kohlenstoff-Rußmoleküle reagieren mit Sauerstoff, so daß Singulettsauerstoff, der eine der ak tiven Sauerstoffgruppen ist, erzeugt wird. Der Singulett sauerstoff wird durch die Gasentladungsöffnung 12 entnommen, um für einen anderen Zweck verwendet zu werden wie der Zersetzungsreaktion mit schädlichen Substanzen.

Beispiel 2

Der Apparat zur Erzeugung von aktivem Sauerstoff, der in Fig. 1 gezeigt ist, weist eine Anordnung auf, bei der eine Polyimid-Folie als Folie 6 verwendet wird, ein aufgedampfter Film aus C₆₀ Fullerenmolekülen als dünner Film oder verfe stigter Film 7 aus Kohlenstoff-Rußmolekülen verwendet wird und als Lichtquellenteil 9 eine Xenonlampe verwendet wird. Während die p₆₀ Fullerenmoleküle mit der Xenonlampe bestrahlt wurden, wurde Luft durch die Gaseinleitungsöffnung 11 einge leitet, so daß die angeregten Fullerenmoleküle und der Sauer stoff in der Luft bei Raumtemperatur miteinander reagierten. Das vom Gas, das durch die Gasentladungsöffnung 12 entnommen worden war, emittierte Licht im Infrarotbereich wurde analy siert, wobei die Gegenwart von Singulettsauerstoff beobachtet wurde. So wurde die zufriedenstellende Erzeugung von Singu lettsauerstoff mit den C₆₀ Fullerenmolekülen, die mit Licht angeregt worden waren, bestätigt.

Beispiel 3

Nun wird ein anderes Beispiel für das erfindungsgemäße Ver fahren und den erfindungsgemäßen Apparat zur Erzeugung des aktiven Sauerstoffs beschrieben.

Fig. 2 ist ein Querschnitt, der ein Beispiel des Apparates zur Erzeugung von aktivem Sauerstoff veranschaulicht. Ein Elektrodenteil 13 trägt den dünnen Film oder den verfestigten Film 7 aus den Kohlenstoff-Rußmolekülen und injiziert Elek tronen in diese. Das Elektrodenteil 13 ist in einem Behälter angeordnet, der eine Gaseinleitungsöffnung 11 und eine Gas entladungsöffnung 12 hat. Durch eine Energiequelle 14 kann Spannung an das Elektrodenteil 13 angelegt werden, so daß den Elektroden 13 Elektronen zugeführt werden.

Der Apparat zur Erzeugung von aktivem Sauerstoff, der in Fig. 2 gezeigt ist, hat eine Anordnung wie der Apparat zur Erzeu gung von aktivem Sauerstoff, der in Fig. 1 gezeigt ist, wobei das Elektrodenteil 13 zum Einstrahlen von Elektronen in den dünnen Film oder den verfestigten Film 7 aus den Kohlenstoff- Rußmolekülen und das Energiequellenteil 14 zum Anlegen von Spannung und Zuführen von Elektronen zu dem Elektrodenteil 13 anstelle des Lichtquellenteils 9 und des Energiequellenteils 10 verwendet wurden.

Der Aufbau des Elektrodenteils 13 ist in Fig. 3 gezeigt, die ein Querschnitt ist. In Fig. 3 ist der dünne Film oder der verfestigte Film 7 aus den Kohlenstoff-Rußmolekülen auf einer Elektrode 15 aus Gold, Platin, Silber, Aluminium, ITO (Indium-Zinnoxid) oder SnO₂ ausgebildet. Zudem ist auf der Elektrode 16 ein dünner Film aus einem festen Elektrolyten ausgebildet, der ausgezeichnete Ionenleitfähigkeit zeigt. Wenn mittels der Energiequelle 14 zwischen den Elektroden 15 und 16 eine Spannung angelegt wird, werden Elektronen und Ionen zwischen der Elektrode 15 und dem festen Elektrolyten übertragen, so daß Elektronen in den dünnen Film oder den verfestigten Film 7 aus den Kohlenstoff-Rußmolekülen inji ziert werden. Als Ergebnis erhalten die Kohlenstoff-Rußmole küle Elektronen, so daß sie angeregt werden. Indem ein sehr dünner Film aus Kohlenstoff-Rußmolekülen auf der Elektrode 15 ausgebildet wird oder indem die Elektrode 15, auf der der dünne Film oder der verfestigte Film 7 aus den Kohlenstoff- Rußmolekülen ausgebildet ist, oder das gesamte Elektrodenteil porös gemacht werden, wird das Kontaktausmaß zwischen den Kohlenstoff-Rußmolekülen und dem Gas erhöht, so daß die Koh lenstoff-Rußmoleküle im angeregten Zustand für Reaktionen mit dem Gas verwendet werden können.

Nun wird der Betrieb des Apparates zur Erzeugung von aktivem Gas beschrieben, der in Fig. 2 gezeigt ist. Zuerst wird ein Gasgemisch oder ein Sauerstoffgas aus Gas, das Sauerstoff enthält, wie Luft und Inertgas über die Gaseinleitungsöffnung 11 so eingeleitet, daß das Gasgemisch mit der Elektrode in Kontakt gebracht wird, die den dünnen Film oder den verfe stigten Film 7 aus den Kohlenstoff-Rußmolekülen trägt. Wenn Spannung an das Elektrodenteil 13 angelegt wird, werden die Kohlenstoff-Rußmoleküle in dem dünnen Film oder dem verfestigten Film 7 angeregt. Die so angeregten Kohlenstoff- Rußmoleküle reagieren mit Sauerstoff, so daß Singulettsauer stoff erzeugt wird, die eine der aktiven Sauerstoffgruppen sind. Der Singulettsauerstoff wird durch die Gasentladungs öffnung 11 entnommen, um für andere Zwecke verwendet zu wer den, wie der Zersetzungsreaktion mit schädlichen Substanzen.

Beispiel 4

Der Apparat zur Erzeugung von aktivem Sauerstoff, der in Fig. 2 gezeigt ist, hat eine Anordnung, bei der eine Goldelektrode als Elektrode verwendet wurde, die als poröses Elektrodenteil 13 ausgebildet wurde, der aufgedampfte C₆₀ Fulleren-Molekül film wurde als dünner Film oder verfestigter Film aus Kohlen stoff-Rußmolekülen verwendet, Luft wurde durch die Gaseinlei tungsöffnung 11 zugeführt, während dem aufgedampften C₆₀ Ful leren-Molekülfilm Elektronen zugeführt wurden, und angeregte C₆₀ Fullerenmoleküle und Luftsauerstoff wurden bei Raumtempe ratur umgesetzt. Ähnlich wie in Beispiel 2 konnte das Vorhan densein von Singulettsauerstoff in dem Gas, das durch die Gasentladungsöffnung 12 entnommen wurde, nachgewiesen werden. Dadurch wurde bestätigt, daß Singulettsauerstoff mittels der C₆₀ Fullerenmoleküle erzeugt wurde, die durch die Einstrah lung von Elektronen angeregt worden waren, die mit dem Elek trodenteil 13 durchgeführt worden war.

Obwohl nur die Elektrode 15 des Elektrodenteils 13 porös aus gestaltet war, ist der Aufbau nicht darauf beschränkt. Das Elektrodenteil kann so ausgestaltet werden, daß die gesamte Elektrode porös ist, so daß das Elektrodenteil eine ausge zeichnete Gaspermeabilität aufweist. In diesem Fall kann ein ähnlicher Effekt erhalten werden.

Beispiel 5

Nun wird ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens und eines erfindungsgemäßen Apparates zur Zersetzung von schädli chen Substanzen beschrieben, wobei aktiver Sauerstoff zum Zersetzen der schädlichen Substanzen verwendet wird. Fig. 4 ist ein Querschnitt, der ein Beispiel eines Apparates zum Zersetzen des schädlichen Gases veranschaulicht. Der Apparat zur Zersetzung des schädlichen Gases, der in Fig. 4 gezeigt ist, unterscheidet sich von dem Apparat zur Erzeugung von ak tivem Sauerstoff dadurch, daß eine Einleitungsöffnung 18 zum Einleiten des schädlichen Gases, das verarbeitet werden soll, in dem Behälter 8 zusammen mit der Gaseinleitungsöffnung 19 ausgebildet ist, und daß ein Gasmischteil 20 nach den vorste henden zwei Einleitungsöffnungen ausgebildet ist. Es ist an zumerken, daß der Apparat, der in Fig. 4 gezeigt ist, eine Anordnung hat, bei der die Folie 6, der dünne Film oder der verfestigte Film 7 aus den Kohlenstoff-Rußmolekülen, das Lichtquellenteil 9 und das Energiequellenteil 10 im wesentli chen wie bei dem Apparat, der in Fig. 1 gezeigt ist, aufge baut sind. Weiter wird das Gasgemisch, das in dem Gasmisch teil 20 vermischt worden ist, der Oberfläche des dünnen Films oder des verfestigten Films 7 aus den Kohlenstoff-Rußmolekü len zugeführt, die auf der inneren Oberfläche des Behälters 8 plaziert sind, der einen derart ausgestalteten Flüssigkeits durchgang hat, daß die Zersetzungsreaktionen effizient ablau fen.

Nun wird der Betrieb des Apparates zum Zersetzen des schädli chen Gases beschrieben, der in Fig. 4 gezeigt ist. Zuerst wird das schädliche Gas durch die Einleitungsöffnung 18 für das schädliche Gas eingeleitet, so daß es mit dem Gasgemisch aus dem Sauerstoffgas oder dem Gas, das Sauerstoff enthält, wie Luft, und dem Inertgas, das über die Gaseinleitungsöff nung 19 eingeleitet worden ist, vermischt, um zu bewirken, daß die Zersetzungsreaktionen entsprechend der Zusammenset zung des schädlichen Gases effizient ablaufen. Das schädliche Gas wird mittels eines Gasgemischeinleitungsteils 21 in den Behälter 8, d. h. in die Zersetzungsreaktionsphase, eingelei tet, wobei man das schädliche Gas so strömen läßt, daß es mit der Oberfläche des dünnen Films oder des Films 7 aus den Koh lenstoff-Rußmolekülen in Kontakt gebracht wird. Wenn in die sem Moment das Lichtquellenteil betätigt wird, werden die Kohlenstoff-Rußmoleküle angeregt. Die angeregten Kohlenstoff- Rußmoleküle reagieren mit dem Sauerstoff, der zusammen mit dem schädlichen Gas vorhanden ist, so daß Singulettsauerstoff erzeugt wird, der eine der aktiven Sauerstoffgruppen ist. Da der Singulettsauerstoff ausgezeichnete Reaktivität aufweist, reagiert der Singulettsauerstoff mit der schädlichen Substanz in dem schädlichen Gas. Im Ergebnis kann das schädliche Gas zersetzt werden, wobei das zersetzte Gas anschließend durch die Gasentladungsöffnung 12 ausgeleitet wird.

Beispiel 6

Der Apparat zur Zersetzung des schädlichen Gases, der in Fig. 4 gezeigt ist, hat eine Anordnung, bei der eine Polyimidfolie als Folie 6 verwendet wurde, als der dünne Film oder der ver festigte Film 7 aus den Kohlstoff-Rußmolekülen wurde ein auf gedampfter Film aus C₆₀-Fullerenemolekülen verwendet, und als Lichtquellenteil 9 wurde eine Xenonlampe verwendet. Als der aufgedampfte Film aus Fullerenemolekülen mit Licht der Xenon lampe bestrahlt wurde, wurde Gas, das Acetaldehyd in einer Konzentration von etwa 1000 ppm oder weniger enthielt, über die Einleitungsöffnung 18 für schädliches Gas mit einer Ge schwindigkeit von 100 ml/min bis 1000 ml/min eingeleitet. Luft wurde über die Lufteinleitungsöffnung 19 mit einer Strö mungsgeschwindigkeit von etwa 1/5 bis 1/10 von der des Gases, das Acetaldehyd enthielt, eingeleitet. Die beiden eingeleite ten Gase wurden in dem Gasmischteil 20 vermischt, daß Gasge misch wurde anschließend über das Gasgemischeinleitungsteil 21 in dem Behälter 8 eingeleitet, und man ließ das Gasgemisch bei Raumtemperatur mit den durch Licht angeregten C₆₀-Ful lerenemolekülen reagieren. Das Gas, das über die Gasentla dungsöffnung 12 abgeführt worden war, wurde mittels eines Massenspektrographen und einem Gaschromatographen analysiert. Im Ergebnis wurde bestätigt, daß etwa 80% des eingeleiteten Acetaldehyds zu CO₂ und H₂O zersetzt worden war. Im Gegensatz zu dem Fall, bei dem keine Luft durch die Gasein leitungsöffnung zugeführt wurde, was in einer Zersetzung von Acetaldehyd zu CO₂ und H₂O von etwa 10% resultierte, wurde bestätigt, daß durch Singulettsauerstoff, der durch die mit Licht angeregten C₆₀-Fullerenemoleküle erzeugt worden war, die Zersetzung von Acetaldehyd zu CO₂ und H₂O bewirkt wurde.

Beispiel 7

Nun werden ein erfindungsgemäßes Verfahren und ein erfin dungsgemäßer Apparat zur Zersetzung der schädlichen Substan zen beschrieben, wobei die angeregten Moleküle direkt zur Zersetzung der schädlichen Substanzen verwendet wurden, die in schädlichen Gas enthalten waren.

Fig. 5 ist ein Querschnitt, der ein Beispiel des Apparates zur Zersetzung des schädlichen Gases veranschaulicht. Der Ap parat zur Zersetzung des schädlichen Gases, der in Fig. 5 ge zeigt ist, enthält zusätzlich zu der Elektrode 13 und deren Energiezufuhrteil 14 wie in Beispiel 3 ein Lichtquellenteil 9 zur Förderung der Anregung von Kohlenstoff-Rußmolekülen. Es ist anzumerken, daß das Elektrodenteil 13 eine transparente Elektrode enthält, so daß der Anregungseffekt auf die Kohlen stoff-Rußmoleküle nicht behindert wird, der durch Bestrahlung mit Licht erwartet wird. In dem in Fig. 5 gezeigten Apparat sind der dünne Film oder der verfestigte Film 7 aus den Koh lenstoff-Rußmolekülen, das Lichtquellenteil 9, das Energie quellenteil 10, die Einleitungsöffnung 18 für das schädliche Gas und die Gaseinleitungsöffnung 19 so aufgebaut, daß sie im wesentlichen denen des in Fig. 4 gezeigten Apparates glei chen. Die Anordnung ist derart, daß das Gasgemisch, das in dem Gasmischteil 20 vermischt worden ist, dem Elektrodenteil 13 zur Halterung des dünnen Films oder des verfestigten Films 7 aus den Kohlenstoff-Rußmolekülen zugeleitet wird, das auf der inneren Oberfläche des Behälters plaziert ist, der den dargestellten Flüssigkeitsdurchgang hat, durch den die Zer setzungsreaktion effizient abläuft.

Der Betrieb des Apparates zur Zersetzung des schädlichen Gases, der in Fig. 5 gezeigt ist, wird nun beschrieben. Das schädliche Gas wird über die Einleitungsöffnung 18 für das schädliche Gas eingeleitet. Ein Inertgas wird über die Gaseinleitungsöffnung 19 eingeleitet, daß als Verdünnungsgas zur Verdünnung der Konzentration des schädlichen Gases dient, um den effizienten Ablauf der Zersetzungsreaktion zu bewir ken. Das Inertgas enthält keinen Sauerstoff. Die vorstehenden zwei Gase werden in dem Gasmischteil 20 vermischt, bevor das Gasgemisch über das Gasgemischeinleitungsteil 21 in dem Be hälter 8, das heißt die Zersetzungsreaktionsphase, einge leitet wird. Das Gasgemisch strömt derart, daß es mit dem Elektrodenteil in Kontakt kommt, das den dünnen Film oder den verfestigten Film 7 aus den Kohlstoff-Rußmolekülen trägt. Wenn das Lichtquellenteil 9 betätigt wird und in diesem Mo ment Spannung an dem Elektrodenteil 13 angelegt wird, werden die Kohlenstoff-Rußmoleküle angeregt. Die angeregten Kohlen stoff-Rußmoleküle reagieren direkt mit den schädlichen Sub stanzen, die in den schädlichen Gas enthalten sind, so daß die schädlichen Substanzen zersetzt werden. Das zersetzte Gas wird über die Gasentladungsöffnung 12 abgeführt.

Beispiel 8

Der Apparat zur Zersetzung des schädlichen Gases, der in Fig. 5 gezeigt ist, hat eine Anordnung, bei der ITO (Indium- Zinnoxid) als Transparentelektrode verwendet wurde, anstelle der Elektrode 15 ein poröser Elektrodenteil 13 verwendet wurde, der aufgedampfte C₆₀-Fulleren-Molekülfilm als dünner Film oder als verfestigter Film 7 aus den Kohlenstoff-Rußmo lekülen verwendet wurde und eine Xenonlampe als Lichtquellen teil 9 verwendet wurde. Gas, das NO in einer Konzentration von etwa 500 ppm oder weniger enthielt, wurde über die Ein leitungsöffnung 18 für das schädliche Gas eingeleitet, und Argongas wurde als Verdünnungsgas über die Gaseinleitungsöff nung 19 mit einer Strömungsgeschwindigkeit von etwa 1/5 bis 1/10 von der des Gases, das NO enthält, eingeleitet. Die zwei Gase wurden in dem Gasmischteil 20 vermischt, das Gasgemisch wurde dann in den Behälter 8 über das Gasgemischeinleitungs teil 21 des Behälters 8 eingeleitet. Anschließend wurden die Einleitungsöffnung 18 für das schädliche Gas, die Gaseinlei tungsöffnung 19 und die Gasentladungsöffnung unter Verwendung von Ventilen oder ähnlichem verschlossen, so daß Abdichtung erzielt wurde. Der aufgedampfe Fulleren-Molekülfilm wurde mit der Xenonlampe bestrahlt, um die C₆₀-Fulleren-Moleküle anzu regen. Man ließ die C₆₀-Fulleren-Moleküle mit dem Gasgemisch bei Raumtemperatur reagieren. Das Gas in dem Behälter 8 wurde über einen Zeitraum mittels Massenanalyse und Gaschromatogra phie analysiert. Der Zersetzungszustand von NO ist in dem charakteristischen Diagramm wiedergegeben, das in Fig. 6 ge zeigt ist. In Fig. 6 ist auf der Abzisse die Zeit und auf der Ordinate die Konzentration des Gases aufgetragen. Die Kurven a, b bzw. c stehen für NO, N₂ und N₂O. Wie in Fig. 6 gezeigt, wurde bestätigt, daß NO zunächst in N₂O übergeführt wurde und anschließend wurde es innerhalb von 20 Minuten nachdem die Reaktionen stattgefunden hatten, im wesentlichen vollständig zu N₂ zersetzt.

Beispiel 9

Der Apparat zur Zersetzung des schädlichen Gases, der in Fig. 5 gezeigt ist, hatte eine Anordnung, bei der ITO als transpa rente Elektrode verwendet wurde, anstelle der Elektrode 15 ein poröses Elektrodenteil 13 verwendet wurde, als dünner Film oder verfestigter Film 7 aus den Kohlenstoff-Rußmolekü len der aufgedampfte C₆₀-Fulleren-Molekülfilm verwendet wurde, und als Lichtquellenteil 9 eine Xenonlampe verwendet wurde. Als Spannung an die Elektrode angelegt wurde, wurde ein Gas, das NO in einer Konzentration von etwa 500 ppm oder weniger enthielt, über die Einleitungsöffnung 18 für das schädliche Gas mit einer Geschwindigkeit im Bereich von 100 ml/min bis 1000 ml/min eingeleitet. Aus Verdünnungsgas wurde Argongas über die Gaseinleitungsöffnung 19 mit einer Strö mungsgeschwindigkeit von etwa 1/5 bis 1/10 von der des Gases, das NO enthielt, eingeleitet. Die zwei Gase wurden in dem Gasmischteil 20 vermischt, das Gasgemisch wurde anschließend in den Behälter 8 über das Gasgemischeinleitungsteil 21 des Behälters 8 eingeleitet. Man ließ dann das Gasgemisch mit den C₆₀-Fulleren-Molekülen bei Raumtemperatur reagieren. Das Gas, das über die Gasentladungsöffnung 12 abgeführt wurde, wurde mittels eines Massenspektrographen und Gaschromatographie analysiert. Im Ergebnis wurde bestätigt, daß das eingeleitete NO im wesentlichen ähnlich wie in Beispiel 6 vollständig zu N₂ zersetzt worden war. Die vorstehende Zersetzung wurde sta bil mehrere zehn Stunden lang fortgesetzt. Im Ergebnis wurde bestätigt, daß die C₆₀-Fullerenmoleküle, die mittels Lichtan wendung oder Elektronen, die durch die Elektrode injiziert worden waren, angeregt worden waren, und NO direkt miteinan der unter Bildung von N₂O reagieren und anschließend N₂O zu N₂ zersetzt wurde. Zudem war die vorstehende Zersetzung sta bil.

Beispiel 10

Nun wird ein Beispiel für ein Verfahren und einen Apparat zur Zersetzung der schädlichen Substanzen beschrieben, wobei die Zersetzung von schädlichen Substanzen, die in einer Flüssig keit enthalten sind, durchgeführt wird, indem aktiver Sauer stoff verwendet wird.

Fig. 7 ist ein Querschnitt, der ein Beispiel eines Apparats zur Zersetzung der schädlichen Substanzen, die in einer Flüs sigkeit enthalten sind, veranschaulicht. In Fig. 7 ist eine Öffnung 27 zur Zuführung der zu verarbeitenden Flüssigkeit, die die schädlichen Substanzen enthält, ausgebildet. Eine Düse 28, die in dem Behälter 8 angebracht ist, hat einen ver engten inneren Durchmesser, so daß sie eine Flüssigkeit in ein Verengungsteil 30 mit hoher Geschwindigkeit einspritzen kann. Die vorstehenden Bestandteile und die Verengung 31 (Reaktionsteil) bilden einen Ejektor. Die Düse 28 trägt an ihrer äußeren Oberfläche den dünnen Film oder den verfestig ten Film 7 aus den Kohlenstoff-Rußmolekülen, der auf die Fo lie 6 aufgetragen ist. Mehrere Lichtquellenteile 9 sind zur einheitlichen Bestrahlung des dünnen Films oder des verfe stigten Films 7 aus den Kohlstoff-Rußmolekülen mit Licht an gebracht. Zudem können mehrere Gaseinleitungsöffnungen 29 für die Einleitung des Gasgemisches aus Sauerstoffgas oder Gas wie Luft, das Sauerstoff enthält, und in Erzgas ausgebildet sein. Dem Verengungsteil (30) wird aktiver Sauerstoff, der mittels der mit Licht angeregten Fulleren-Moleküle erzeugt worden ist, zusammen mit der Flüssigkeit, die über die Düse 28 der Öffnung 27 mit hoher Geschwindigkeit eingespritzt wor den ist, zugeführt, wobei der aktive Sauerstoff dann sofort mit der Flüssigkeit in der Verengung 31 (dem Reaktionsteil) vermischt wird. Anschließend wird die Flüssigkeit, deren schädliche Substanzen zersetzt worden sind, über die Flüssig keitsentladungsöffnung 31 abgeführt. Durch diese Anordnung, bei der der aktive Sauerstoff durch die Verwendung des Ejek tors sofort mit der Flüssigkeit vermischt wird, kann der ak tive Sauerstoff, der den Nachteil einer kurzen Lebenszeit hat, effektiv verwendet werden.

Beispiel 11

Der Apparat zur Zersetzung der Flüssigkeit, die schädliche Substanzen enthält, der in Fig. 7 gezeigt ist, hatte eine An ordnung, bei der eine Polyimidfolie als Folie 6 verwendet wurde, C₆₀-Fullerenmoleküle und C₇₀-Fullerenmoleküle für den dünnen Film oder den verfestigten Film 7 aus den Kohlenstoff- Rußmolekülen vermischt wurden, niedrigschmelzendes Glas als Bindemittel zugegeben wurde, und das vorstehende Material er hitzt wurde, so daß es eine Paste bildete. Die Paste wurde auf die Polyimidfolie in eine Dicke von etwa 100 µm aufgetra gen, so daß ein verfestigter Film entstand, und eine Xenon lampe wurde als Lichtquellenteil verwendet. Eine Essig säure/Wasserlösung mit einer Konzentration von etwa mehreren 10 ppm wurde als Flüssigkeit, die die schädlichen Substanzen enthielt, über die Öffnung 27 zur Zuführung von zu verarbei tender Flüssigkeit eingeleitet. Zudem wurden die Fullerenmo leküle zur Anregung mit Licht der Xenonlampe bestrahlt. An diesem Punkt wurde Luft über die Gaseinleitungsöffnung 29 eingeleitet, um Singulettsauerstoff zu erzeugen, der eine der aktiven Sauerstoffgruppen ist. Der Singulettsauerstoff wurde anschließend mit der Essigsäure/Wasserlösung in Kontakt ge bracht, die über die Düse eingespritzt wurde, um miteinander vermischt zu werden. Die Zusammensetzung der abreagierten Lö sung wurde mittels Flüssigchromatographie analysiert, wohin gegen die Zusammensetzung des erzeugten Gases mittels Gas chromatographie analysiert wurde. Im Ergebnis wurde bestä tigt, daß im wesentlichen 100% der eingeleiteten Essigsäure zu CO₂ und H₂O zersetzt worden war. Es wurde bestätigt, daß Essigsäure durch Singulettsauerstoff, der durch die, durch Lichtanwendung angeregten C₆₀ Fullerenmoleküle erzeugt worden war, zu CO₂ und H₂O zersetzt wurde.

Beispiel 12

Nun wird ein Beispiel für ein erfindungsgemäßes Verfahren und einen erfindungsgemäßen Apparat zur Zersetzung von schädli chen Substanzen erläutert, wobei die angeregten Moleküle di rekt eingesetzt werden, um die schädlichen Substanzen, die in einer Flüssigkeit enthalten sind, zu zersetzen.

Fig. 8 ist ein Querschnitt, der ein Beispiel des Apparates zur Zersetzung einer Flüssigkeit, die schädliche Substanzen enthält, veranschaulicht. In Fig. 8 ist die Elektrode 13 nach Beispiel 3 an einem Isolierteil 22 befestigt und in dem Be hälter 8 angebracht. Durch die Energiequelle 14 wird eine Spannung an das Elektrodenteil 13 angelegt, so daß dem Elek trodenteil 13 Elektronen zugeführt werden. Der Behälter 8 hat an den zwei Enden eine Flüssigkeitseinleitungsöffnung 40 und eine Flüssigkeitsentladungsöffnung 41. Hier war das Elektro denteil 13 so gestaltet, daß das Festelektrolytteil 17, das in Fig. 3 gezeigt ist, zur direkten Aufnahme der Flüssigkeit, die die schädlichen Substanzen enthielt, hohl war, die der Elektrolyt sind. Ferner waren mehrere Elektrodenteile 13 unter Verwendung des Isolierteils 22 angebracht, so daß die Flüs sigkeit effizient in die jeweiligen Elektroden eingeleitet werden konnte, und die schädlichen Substanzen, die in der Flüssigkeit enthalten waren, und die angeregten Kohlenstoff rußmoleküle effizient miteinander reagieren konnten.

Nur wird der Betrieb des Apparates zur Zersetzung einer Flüs sigkeit, die schädliche Substanzen enthält, der in Fig. 8 ge zeigt ist, beschrieben. Zuerst wird die Flüssigkeit, die die schädlichen Substanzen enthält, von der Flüssigkeitseinlei tungsöffnung 40 aufgenommen, und anschließend fließt die Flüssigkeit so in die Elektroden, daß die Flüssigkeit mit der Oberfläche des dünnen Films oder des verfestigten Films 7 aus den Kohlenstoff-Rußmolekülen, die auf die Elektrode aufge bracht sind, in Kontakt kommt. Wenn jetzt Spannung an die Elektroden angelegt wird, werden die Kohlenstoff-Rußmoleküle angeregt und die angeregten Kohlenstoff-Rußmoleküle reagieren mit den schädlichen Substanzen, die in der Flüssigkeit ent halten sind, und bewirken die Zersetzungsreaktionen. An schließend wird die zersetzte Flüssigkeit über die Flüssig keitsentladungsöffnung 41 abgeführt.

Beispiel 13

Der Apparat zur Zersetzung einer Flüssigkeit, die schädliche Substanzen enthält, der in Fig. 8 gezeigt ist, hatte eine An ordnung, bei der ein Elektrodenteil 13, das eine Goldelek trode enthielt, verwendet wurde, C₆₀-Fulleren-Moleküle und C₇₀-Fulleren-Moleküle für den dünnen Film oder den verfestig ten dünnen Film aus den Kohlenstoff-Rußmolekülen vermischt wurden, niedrigschmelzendes Glas als Bindemittel zugegeben wurde, und wobei das vorstehende Material erhitzt wurde, so daß sich eine Paste bildete. Die Paste wurde in einer Dicke von etwa 100 mm auf die Goldelektrode aufgetragen, so daß ein verfestigter Film nach diesem Beispiels erhalten wurde. Als Flüssigkeit, die die schädliche Substanzen enthält, wurde eine Essigsäurelösung mit einer Konzentration von etwa meh reren 10 ppm über die Flüssigkeitszuführöffnung 27 eingelei tet und Spannung wurde an die Elektrode angelegt, um die Ful lerenmoleküle anzuregen, so daß der Ablauf der Kontaktreak tionen bewirkt wurde. Die Zusammensetzung der abreagierenden Lösung wurde mittels Flüssigchromatographie analysiert, wo hingegen die Zusammensetzung des erzeugten Gases mittels Gas chromatographie analysiert wurde. Im Ergebnis wurde bestä tigt, daß im wesentlichen 100% der eingeleiteten Essigsäure zu CO₂ und H₂O zersetzt worden war. Es wurde bestätigt, daß durch C₆₀-Fullerenmoleküle, die mittels Elektronen, die über die Elektrode zugeführt worden waren, angeregt wurden, Essig säure in CO₂ und H₂O zersetzt wurde.

Beispiel 14

Nun wird ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Apparates zur kontinuierlichen Zersetzung von schädlichen Substanzen be schrieben.

Fig. 9 ist ein Querschnitt, der ein Beispiel eines Apparates zur kontinuierlichen Zersetzung von schädlichen Gas veran schaulicht. Der kontinuierliche Zersetzungsapparat nach die ser Ausführungsform, ist derart aufgebaut, daß er Verbren nungsabgase in Innenräumen zersetzen kann. Das Zersetzungsre aktionsphasenteil 32 hat im wesentlichen den gleichen Aufbau wie das in Fig. 4 gezeigte, wobei der Aufbau umfaßt die Folie 6, den dünnen Film oder den verfestigten Film 7 aus den Kohlenstoff-Rußmolekülen, den Behälter 8, das Lichtquellen teil 9, das Energiezufuhrteil 10, eine Einleitungsöffnung 38 für ein Gas aus einem Innenraum, ein Sensorteil 37 und ein Kontrollteil 39. Das Gas, das über die Einleitungsöffnung 38 für ein Gas aus einem Innenraum eingeleitet wird, wird in dem Sensorteil 37 einer Untersuchung unterzogen, ob eine vorbe stimmte Gasart vorhanden ist oder nicht, und ob ein Gas in einer Konzentration vorhanden ist, die höher als ein vorbe stimmter Wert ist, oder nicht. Falls das Vorhandensein bestä tigt worden ist, leitet das Kontrollteil 39, das ein Signal von dem Sensorteil 37 erhält, ein Signal zu dem Energiezu fuhrteil 10, zur Betätigung des Lichtquellenteils 9. Als Folge werden die Kohlenstoff-Rußmoleküle durch Licht angeregt und der Betrieb wird vergleichbar zu dem des in Fig. 4 ge zeigten Apparates durchgeführt. Im Ergebnis können die schäd lichen Substanzen, die in dem Gas enthalten sind, erforderli chenfalls kontinuierlich zersetzt werden.

Wenn der Apparat so aufgebaut ist, daß das Sensorteil 37 einen Detektor zum Nachweis von NO_x enthält, kann der Apparat feststellen, ob die Innenraumkonzentration an NO_x einen Wert erreicht hat, der für Menschen schädlich ist, und kann die Zersetzungsreaktionen durchführen.

Der Sensor für das Sensorteil 37 kann ein Kohlenmonoxidsen sor, ein Kohlenwasserstoffsensor, ein SO_x-Sensor, ein Ge ruchssensor oder ein allgemeiner Sensor anstelle des NO_x-Sen sors sein. Wenn der vorstehende Apparat in einer Fahrzeugka bine anstelle eines Innenraums angebracht ist, kann er als Apparat zu Zersetzung von Motorabgasen verwendet werden, die von außerhalb des Fahrzeugs eindringen, oder als allgemeiner Gaszersetzungsapparat zur Zersetzung von Zigarettenrauch.

Wenn das Sensorteil 37 an der Flüssigkeitseinleitungsöffnung 27 des in Fig. 7 gezeigten Apparates angebracht ist, kann der Apparat erforderlichenfalls zur kontinuierlichen Zersetzung von schädlichen Substanzen in einer Flüssigkeit verwendet werden.

Auch wenn in den vorstehenden Beispiel C₆₀-Fullerenmoleküle und C₇₀-Fullerenmoleküle als Kohlenstoff-Rußmoleküle verwen det wurden, sind die Kohlenstoff-Rußmoleküle nicht darauf be schränkt. Es können andere Fulleren-Moleküle, Carbonanoröhren und C₁₈ bis C₅₈ Moleküle mit sphärischer Schale verwendet werden, um einen ähnlichen Effekt zu erzielen.

Beispiel 15

Wenn Chlortetraphenylporphinatochrom (III) oder Ruthenium phthalocyanin, die Metallporphyrin-Komplexe sind, als Mate rial zur Erzeugung von aktiven Sauerstoff und Zersetzung von schädlichen Substanzen verwendet wurde, und ein Apparat mit einem ähnlichen Aufbau wie der des Apparates, der von Kohlen stoff-Rußmolekülen Gebrauch macht, derart konstruiert wurde, daß Sauerstoff oder ein schädliches Gas, daß schädliche Sub stanzen enthält, und eine Flüssigkeit miteinander in Kontakt kommen, wurde ein ähnliches Effekt erzielt wie wenn Kohlen stoff-Rußmoleküle verwendet wurden. Im Ergebnis wurde bestä tigt, daß angeregtes Chlortetraphenylporphinatochrom (III) oder Ruthenium-phthalocyanin aktiven Sauerstoff erzeugen kön nen und schädliche Substanzen zersetzen können.

Auch wenn in Beispiel 15 Chlortetraphenylporphinatochrom (III) oder Rutheniumphtalocyanin als Metallporphyrin-Komplexe und Metallphthalocyanin-Komplexe verwendet wurden, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise können die folgenden Metallporphyrin-Komplexe oder Metallphthalocyanin-Komplexe verwendet werden, um einen ähnlichen Effekt zu erzielen: Metallporphyrin-Komplexe mit der chemischen Formel (1), deren Porphyrinring eine gesättigte und eine ungesättigte Kohlenwasserstoffkette enthält; Metallporphrin-Komplexe mit der chemischen Formel (2), deren Porphyrinring eine Phenylgruppe enthält; oder Metallphthalocyaninkomplexe mit der chemischen Formel (3), deren Phthalocyaninring eine gesättige und eine ungesättigte Kohlenwasserstoffkette enthält.

mit M: Zentralmetall
R₁, R₂: Axialer Ligand wie Cl, Br, OH, Phosphorsäure, Imidazol, Pyridin oder Pyridinderivat
R₃, R₄: Alkylkette mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen
R₅, R₆: Alkylkette mit 1 bis 30 Wasserstoffatomen oder Koh lenstoffatomen, wobei R₁, R₂ drei Arten zugeordnet sind mit den Koordinationszahlen 2, 1 bzw. 0 in Abhängigkeit von der Wertigkeit des Zentralmetalls.

mit M: Zentralmetall
R₁, R₂: Axialer Ligand wie Cl, Br, OH, Phosphorsäure, Imidazol, Pyridin oder Pyridinderivat,
wobei R₁, R₂ drei Arten zugeordnet sind mit den Koordinationszahlen 2, 1 bzw. 0 in Abhängigkeit von der Wer tigkeit des Zentralmetalls,

mit M: Zentralmetall
R₁, R₂: Axialer Ligand wie Cl, Br, OH, Phosphorsäure, Imidazol, Pyridin oder Pyridinderivat
R₃ bis R₈: Alkylketten mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen oder Wasserstoffatome, wobei R₁, R₂ drei Arten zugeordnet sind mit den Koordinationszahlen 2, 1 bzw. 0 in Abhängigkeit von der Wertigkeit des Zentralatomes.

Auch wenn die Kohlenstoff-Rußmoleküle, die Metallporphyrin- Komplexe und die Metallphthalocyanin-Komplexe in den vorste henden Beispielen mittels Lichtanwendung oder Einstrahlung von Elektronen angeregt werden, ist das Anregungsverfahren nicht darauf beschränkt. Eine Reduktionsreaktion unter Anwen dung von reduzierendem Gas wie Wasserstoff oder eine Kombina tion aus der Reduktionsreaktion und der Lichtbestrahlung und Elektroneneinstrahlung, wobei eine Elektrode verwendet wird, ermöglichen einen ähnlichen oder besseren Effekt.

Auch wenn die Kohlenstoffruß-Moleküle, die Metallporphyrin- Komplexe und die Metallphthalocyanin-Komplexe in den vorste henden Beispielen zu einem dünnen Film oder einem verfestig ten Film geformt werden, ist die Form nicht darauf be schränkt. Andere Ausbildungen können angewendet werden, bei denen Pulver aus den vorstehenden Molekülen auf einen Träger wie Aktivkohle aufgebracht ist und in einer Säule enthalten ist. In diesem Fall kann ein ähnlicher Effekt erzielt werden.

Auch wenn die Kohlenstoff-Rußmoleküle, die Metallporphyrin- Komplexe und die Metallphthalocyanin-Komplexe in den vorste henden Beispielen einzeln verwendet werden, ist das Anwen dungsverfahren nicht darauf beschränkt. Wenn zwei oder meh rere Materialarten vermischt verwendet werden, kann ein ähn licher oder besserer Effekt erzielt werden.

Auch wenn in der vorstehenden Ausführungsform der aktive Sau erstoff bei Raumtemperatur erzeugt und die schädlichen Sub stanzen bei Raumtemperatur zersetzt werden, werden ähnliche Reaktionen vorzugsweise durch Erhöhung der Temperatur unter Verwendung einer Heizvorrichtung und einer Tempera turkontrolleinheit in dem Reaktionsapparat bewirkt, da da durch die Reaktion zur Erzeugung von aktiven Sauerstoff und die Zersetzungsreaktion der schädlichen Substanzen gefördert werden.

In den vorstehenden Beispielen werden Acetaldehyde, NO und Essigsäure als zu zersetzende schädliche Substanzen zersetzt. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die vorstehen den Substanzen beschränkt. Beispielsweise können SO_x, CO, Am moniak und Mercaptan in einem Gas und Trihalomethan, Geosmin, 2-Methylisobornal in einer Flüssigkeit zersetzt werden, ob wohl der erreichbare Effekt in Abhängigkeit von der Art und der Konzentration der zu zersetzenden Substanz differiert.

Wenn feste schädliche Substanzen an einer beliebigen Stelle in dem Behälter 8 des Apparates zur Erzeugung von aktiven Sauerstoff, der in Fig. 1 gezeigt ist, plaziert werden, kön nen die festen schädlichen Substanzen zersetzt werden.

Erfindungsgemäß wird ein beliebiges Material oder mehrere Ma terialien unter den Kohlenstoff-Rußmolekülen, den Metallpor phyrin-Komplexen und den Metallphthalocyanin-Komplexen ausge wählt, die mittels Lichtanwendung, mit Elektronen, die mit einer Elektrode injiziert worden sind, oder über Reduktionsreaktionen angeregt worden sind, so daß ein Ver fahren und ein Apparat zur Erzeugung von aktiven Sauerstoff zur Verfügung gestellt werden können, die bisher nicht ver wendet wurden, da die Kontrolle der Reaktionen schwierig war.

Die Verwendung des erhaltenen aktiven Sauerstoffs oder die Verwendung von einem oder mehreren Materialien ausgewählt unter den angeregten Kohlenstoff-Rußmolekülen, den Metallpor phyrin-Komplexen und den Metallphthalocyanin-Komplexen, die ausgezeichnete Reaktivität aufweisen, ermöglicht die Bereitstellung eines Apparates zur Zersetzung von schädlichen Substanzen in schädlichen Gasen oder einer Flüssigkeit der Vorteile bezüglich Energieersparnis und einer verringerten Größe aufweist.

Claims

1. Verfahren zur Reaktionskontrolle, den Schritt umfas send:
das Reagierenlassen von einer oder mehreren Verbindungen ausgewählt unter Kohlenstoff-Rußmolekülen, Metallporphyrin- Komplexen und Metallphthalocyanin-Komplexen, die in angereg tem Zustand sind, mit einer Substanz, die reagieren soll.

2. Verfahren zur Reaktionskontrolle nach Anspruch 1, wobei die Substanz, die reagieren soll, in Form eines Gases ist.

3. Verfahren zur Reaktionskontrolle nach Anspruch 1, wobei die Substanz, die reagieren soll, in Form einer Flüssigkeit ist.

4. Verfahren zur Reaktionskontrolle nach Anspruch 1, wobei die Substanz, die reagieren soll, in Form eines Gases ist, das Sauerstoff enthält, und das Gas, das Sauerstoff enthält, und die Verbindungen veranlaßt werden, miteinander zu reagie ren.

5. Verfahren zur Reaktionskontrolle nach Anspruch 1, wobei ein Gas, das Sauerstoff enthält, und schädliche Substanzen veranlaßt werden, miteinander zu reagieren, so daß die schäd lichen Substanzen zersetzt werden.

6. Verfahren zur Reaktionskontrolle nach Anspruch 1, wobei die schädlichen Substanzen veranlaßt werden, mit den Verbin dungen zu reagieren, so daß die schädlichen Substanzen zer setzt werden.

7. Verfahren zur Reaktionskontrolle nach Anspruch 1, wobei der angeregte Zustand erreicht wird, indem Licht der Wellen länge von 200 nm bis 600 nm angewendet wird.

8. Verfahren zur Reaktionskontrolle nach Anspruch 1, wobei der angeregte Zustand erreicht wird, indem Elektronen mittels einer Elektrode eingestrahlt werden.

9. Verfahren zur Reaktionskontrolle nach Anspruch 1, wobei die Kohlenstoff-Rußmoleküle Fulleren-Moleküle in Form einer sphärischen Schale oder Kohlenstoff-Moleküle Cn (n = 18 bis 300) in Form eines Fragments einer sphärischen Schale oder eine Mischung davon sind.

10. Verfahren zur Reaktionskontrolle nach Anspruch 1, wo bei die Verbindung ein Pulver, ein Pulver, das auf einen Trä ger aufgebracht ist, ein dünner Film oder ein verfestigter Film, der aus Pulver gebildet worden ist, ist.

11. Verfahren zur Reaktionskontrolle nach Anspruch 1, wobei die Reaktionen mit kontinuierlicher oder mit intermittieren der Erwärmung durchgeführt werden.

12. Reaktionsapparat umfassend:
einen Behälter mit einer Öffnung zum Einführen einer Sub stanz, die reagieren soll, und einer Öffnung zum Herausnehmen (Entladen) der Substanz, die reagieren soll;
eine oder mehrere Verbindungen ausgewählt unter Kohlen stoff-Rußmolekülen, Metallporphyrin-Komplexen und Metall phthalocyanin-Komplexen; und
eine Anregungsvorrichtung, um die Verbindungen in einen angeregten Zustand zu bringen.

13. Reaktionsapparat nach Anspruch 12, wobei die Anre gungsvorrichtung ein Lichtquellenteil ist.

14. Reaktionsapparat nach Anspruch 12, wobei die Anre gungsvorrichtung ein Elektrodenteil ist.

15. Reaktionsapparat nach Anspruch 12, der zudem einen Sen sor zum Feststellen der Konzentration der Substanz enthält, die reagieren soll.

16. Reaktionsapparat nach Anspruch 12, wobei die Öffnung zum Einführen der Substanz, die reagieren soll, ein Zu führungsteil in Form einer Düse hat.

17. Reaktionsapparat nach Anspruch 12, wobei die Verbin dungen an dem Zuführungsteil in Form einer Düse der Öffnung zur Zuführung der Substanz, die reagieren soll, angebracht sind.

18. Reaktionsapparat nach Anspruch 14, wobei das Elektro denteil an einem isolierenden Teil befestigt ist und an den Behälter angepaßt ist.

19. Reaktionsapparat nach Anspruch 12, wobei die Substanz, die reagieren soll, ein Gas ist, das Sauerstoff enthält.

20. Reaktionsapparat nach Anspruch 12, wobei die Substanz, die reagieren soll, eine Flüssigkeit ist, die schädliche Sub stanzen enthält.