JP2001120956A

JP2001120956A - 有害ガス処理装置

Info

Publication number: JP2001120956A
Application number: JP30529999A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Takeda; 豊武田; Yasuyoshi Kato; 泰良加藤; Masatoshi Fujisawa; 雅敏藤沢
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1999-10-27
Filing date: 1999-10-27
Publication date: 2001-05-08

Abstract

(57)【要約】【課題】光源の光エネルギーを有効に利用できる。【解決手段】光触媒を担持させた平板状の触媒担持板
５、１０を複数互いに平行に設けて形成され、この触媒
担持板５、１０の面内方向と有害ガス２９の流れ方向と
を一致させて配置した二つの触媒ユニット３、８と、こ
の触媒ユニット３と触媒ユニット８の間に配置され触媒
担持板５、１０に光を照射する光源１５とを備え、上流
側の触媒ユニット３の上流と、下流側の触媒ユニット８
の下流とに触媒担持板５、１０の面内方向と垂直にフィ
ルタ状の触媒担持体１７、１８を配置する。この場合、
光源１５の光が触媒担持板５、１０の略全面に照射可能
に触媒担持板５、１０の隙間を広げる。

Description

【発明の詳細な説明】

【発明の属する技術分野】本発明は、光触媒を利用する
有害ガス処理装置に係り、特に排ガス中の有害成分を除
去し無害化する有害ガス処理装置に関するものである。

【従来の技術】居住空間や作業空間での悪臭や自動車排
ガスなどの有機有害物質や窒素酸化物などの有害物質に
よる汚染が深刻な問題となっている。そこで、近年、光
触媒に光を照射すると、強力な酸化活性種が生じて有害
物質を分解する作用が注目され、気体に含まれる有害物
質を光触媒を利用して分解し無害化しようとする試みが
なされている。一般に、光触媒反応は表面反応であり、
有害物質が光触媒の表面に接触または吸着して反応す
る。このため、有害物質を効率良く除去するためには有
害物質と光触媒表面との接触効率を増大させ、かつ光を
触媒表面に照射させることが必要である。このような観
点から種々の発明がなされており、特開平８−１０５７
６号公報や特開平７−１０８１３８号公報などに開示さ
れているものがある。前者は、光触媒表面に凹凸をつけ
てガス攪拌効果およぶ光触媒面積の増大を図ったもので
ある。また、後者は、有害成分含有ガスと光触媒を良好
に接触させると同時に、光触媒をブラインド形式に配列
させ、光触媒に邪魔板の効果を加えて有害成分含有ガス
の攪拌度合いの促進を狙ったものである。また、触媒の
配置方法に関しても数多くの方式が検討されており、な
かでも触媒担持板を多数平行に配置して用いる技術は、
光源を平板面に垂直に配し、光触媒面積を広く確保し光
を有効に活用するもので、圧損が小さく排ガス浄化能力
に優れたものである（特開平１０−２８６４３６号公
報）。

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術のうち、
平板状の触媒担持板を互いに平行に設けて形成したユニ
ットは、圧力損失が少なく、光源と触媒との配置の工夫
から光エネルギーの利用効率が従来に比べると高い。し
かし、互いに平行に設けた触媒担持板の全面を有効利用
するという観点からは十分とはいえなかった。すなわ
ち、光源として管状のものを用い、管状光源に対して直
交するように、互いに平行に設けた触媒担持板を配置し
た場合、触媒担持板の入口近傍にしか光が照射されない
場合が多い。たとえば、互いに平行に設けた触媒担持板
の隙間ピッチが０．００５ｍのときには、入口から約
０．０１ｍまでは光照射強度が高いが、それ以降の強度
は極めて小さい。その結果、入口から離れた光量の少な
い所に位置する光触媒は必ずしも有効に利用されなかっ
た。また、入口から離れた光量の少ない所に位置する光
触媒を有効に利用するにはピッチを広げれば良いが、ピ
ッチを広げた分、直進光などの光の洩れが多く、光エネ
ルギーの利用効率が低下するといった問題があった。本
発明は、光源の光エネルギーを有効に利用できることを
課題とする。

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、光触媒を担持させた平板状の触媒担持板
を複数互いに平行に位置させて形成され、この触媒担持
板の面内方向と有害ガスの流れ方向とを一致させて配置
した触媒ユニットと、この触媒ユニットの上流または下
流に配置され該触媒ユニットの触媒担持板に光を照射す
る光源とを備え、触媒ユニットの光源が配置された側と
反対側に有害ガスが通過可能な触媒担持体を前記触媒担
持板の面内方向と垂直に設けてなることである。このよ
うにすることにより、有害ガスは、触媒ユニットの平板
状の触媒担持板の隙間を上流から下流に向かって流れ
る。このとき、触媒ユニットの上流または下流には光源
を備えるので、光源の光は、触媒担持板の光触媒表面に
照射される。光が光触媒表面に当ると活性種が発生し、
この活性種は触媒ユニットを通過する有害ガスと光酸化
反応して無害化する。また、触媒担持板の隙間を直進し
て通過した直進光は触媒担持板の面内方向と垂直に設け
た触媒担持体に当り、ここで活性種を発生させる。この
活性種は、触媒担持体を通過する有害ガスと光酸化反応
して無害化する。このように、触媒ユニットの触媒担持
板の隙間を漏れてきた直進光は、触媒担持体に照射され
るので、光源の光エネルギーが有効に利用される。さら
に、触媒ユニットの上流に配置される触媒担持体を除塵
用フィルタに光触媒を担持させたものとすることによ
り、触媒担持体はガス分散板の役目をするので、触媒ユ
ニットを通過する有害ガスの偏流を抑制し、有害ガスの
流れを均一化するので触媒ユニットの有効利用ができ
る。また、光源の光が触媒ユニットを形成する触媒担持
板の略全面に照射可能に触媒担持板の隙間を広げると良
い。触媒担持板の隙間が小さいと、光源の光が触媒担持
板自体に遮られて、触媒担持板の有害ガス入口近傍の光
触媒が励起され、その他の光触媒の励起はほとんどされ
ない。しかし、触媒担持板の略全面に照射可能に触媒担
持板の隙間を広げると、触媒担持板の全体の光触媒が励
起され、光源の光エネルギーが有効に利用される。ま
た、触媒担持板同士の隙間が広げられるので、触媒担持
板に使用される光触媒の使用量が減る。一方、触媒担持
体に使用される光触媒量は僅かな量で済むので、装置全
体として光触媒の使用量が減り、コスト低減になる。ま
た、触媒ユニットの間に光源を設け、少なくとも最上流
側の触媒ユニットの上流と、最下流側の触媒ユニットの
下流とに触媒担持体を配置すると良い。こうすることに
より、光源から放射された光が上流側の触媒ユニットお
よび下流側の触媒ユニットを通過した光は、最上流側お
よび最下流側に配置された触媒担持体に衝突し活性種を
発生させ、有害ガスの光酸化に利用される。触媒ユニッ
トにおける触媒担持板の配置は、互いに隙間をあけて配
置されるが、触媒担持板同士は、等間隔に配置されると
良い。このようにすると、同形状の触媒担持板、または
同形状の触媒担持板とスペーサを積層して触媒ユニット
を形成することができる。光源は、触媒ユニットの複数
の触媒担持板に対し垂直方向に長い管状光源とすると良
い。こうすると光源から放射された光が複数の触媒担持
板全体に照射されやすい。触媒担持体としては、網また
は織布の基材に光触媒を担持させたものである。この場
合、除塵用のフィルタ材を用いれば、有害ガス中のダス
トを除去でき、触媒ユニットにおける触媒担持板の摩耗
や表面への不純物の付着を防ぐことができる。

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る有害ガス処理
装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図
１は、本発明に係る有害ガス処理装置の一実施形態を示
し、（Ａ）は概略平面図、（Ｂ）は概略縦断面図であ
る。本実施形態の有害ガス処理装置１は、有害ガス２
９、たとえば居住空間や作業空間での悪臭や自動車排ガ
スなどの有機有害物質や窒素酸化物などの有害物質を酸
化分解して無害化し、処理ガス３９として排出するに好
適な光触媒を用いた処理装置である。すなわち、本装置
は、二つの触媒ユニット３、８の間に管状の光源（ライ
ト）１５が二つ設けられる。さらに、上流側の触媒ユニ
ット３の上流と、下流側の触媒ユニット８の下流とに有
害ガス２９が通過可能な上流側触媒担持体１７および下
流側触媒担持体１８が配置される。上流側触媒担持体１
７および下流側触媒担持体１８は、フィルタ状の触媒担
持体である。触媒ユニット３、８は、光触媒を担持させ
た平板状の触媒担持板５、１０を複数互いに平行に位置
させて積層して形成され、触媒担持板５、１０の面内方
向と有害ガス２９の流れ方向とを一致させて配置され
る。有害ガスは、触媒担持板５同士の間のスリット状の
孔を通過する。また、光源１５は、触媒担持板５の面内
方向と垂直に設けられる。さらに、光源１５の光が触媒
ユニット３、８を形成する触媒担持板５、１０の略全面
に照射可能になるように触媒担持板５、１０の隙間が広
げられている。さらに詳しくは、触媒担持体１７、１８
は、実質的に有害ガス２９を通すようなフィルタ状の基
材に酸化チタンが主成分の触媒を担持させたものであれ
ば良く、平織や絡み織された無機繊維などに酸化チタン
を担持したもの、メタルラスに触媒成分を担持したも
の、あるいは金網や合成樹脂網に触媒成分を担持したも
のなどの各種の形状のものを使用目的に応じて利用す
る。特に、除塵用フィルタに用いられる平織や絡み織さ
れた無機繊維に酸化チタンを担持したものは、除塵と光
触媒反応の両方を行なわせることができる。触媒ユニッ
ト３、８は、実質的に平板状の触媒担持板５または１０
を互いに平行に位置させたものであれば良く、有害ガス
が通過する孔がスリット状に形成されたものである。こ
の際、触媒担持板５同士の隙間が特定距離に維持される
ようにスペーサを用いたり、波形、凸凹形の凸凹部を形
成してスペーサ機能を持たせたものなどを使用しても良
い。隙間の特定距離は、光が触媒面に照射されるように
有害ガスの流れ方向の長さにより適宜選定する。光触媒
は、光酸化性能を有する触媒であり、二酸化チタン、チ
タン酸ストロンチウム、酸化亜鉛、酸化鉛およびセレン
化カドミウムなどの多くの酸化物半導体を、そのまま／
または無機繊維織布、ガラス、セラミック、金属などの
基板に担持したものが用いられる。一般に用いる光触媒
成分は酸化チタンが好適であるが、金、銀、銅、白金お
よびパラジウムなどの貴金属などの元素を添加した方が
活性・選択性の向上を図ることができる。触媒担持板
５、１０は、上記酸化チタン成分を水、無機繊維、必要
に応じて結合材とともに混練したペーストを、強化した
セラミック繊維基材や金属基材に塗布し、乾燥・焼成す
る方法が採られる。また、網状触媒担持体は、Ｅ−グラ
ス繊維と酸化チタン、シリカゾルおよびポリビニールア
ルコールからなるスラリを含浸後、乾燥して成形・焼成
する方法や、予め無機物質で強化した無機繊維織布など
に酸化チタン成分を担持させた後、焼成する方法など、
公知の触媒調整法により得られる。光源１５は、光触媒
を励起可能なものであれば良いが、酸化チタンを光触媒
として用いる場合には、４００×１０^−９ｍ以下の波長
を効率よく発生できるブラックライト、低圧水銀灯、殺
菌灯などを使用する。以上の構造を有する本実施形態の
有害ガス処理装置１は、次のように作用する。すなわ
ち、本有害ガス処理装置１は、スリット状の積層触媒ユ
ニット３、８のガス流入口側とガス流出口側にフィルタ
状の触媒担持体１７、１８を配置している。その結果、
漏れてきた直進光をフィルタ状の触媒担持体１７、１８
の全面で受けて、光エネルギーの利用効率を向上させる
ことができる。また、上流側のフィルタ状の触媒担持体
１７がガス分散板の役目を同時に果たすので、触媒ユニ
ット３、８に侵入するガス偏流を抑制し、ガス流れを均
一化し、これにより触媒ユニットの光触媒の利用効率を
向上させる。すなわち、触媒担持板の表面は全面が光触
媒成分で覆われており、通常、光触媒成分は紫外域や近
紫外域の吸収率が高いため、従来、照射された光の大半
は入口部分で吸収されていた。その結果、光により励起
された活性種は触媒入口部に大量に集中する。光触媒の
活性種は寿命が有り、速やかに有害物との反応に利用さ
れなければ、熱エネルギーなどに変化し、消滅する性質
がある。これらが原因して、入口部に大量の活性種が存
在した従来技術では反応物の拡散による物質移動速度が
活性種の発生速度に追いつかず、活性種が有効に利用さ
れずに消滅する頻度が高かった。しかし、本実施形態に
よれば、ガス偏流が抑制され、ガス流れが均一化される
ので、上記のように、触媒ユニットの光触媒の利用効率
を向上させる。また、隙間（触媒担持板５、１０の配置
ピッチ）を広げると、触媒量を低減でき、その分漏れた
直進光を僅かな触媒量で済む触媒担持体１７、１８で受
けて光酸化処理できるためコスト低減になる。また、触
媒担持体１７の基材に除塵用の布を用いれば、有害ガス
２９中のダストを除去でき、触媒担持板の摩耗、表面へ
の不純物の付着などを防ぐことができ、光触媒の劣化を
防ぎ、半永久的に光触媒を使用できる。また、触媒担持
板５、１０の間の隙間を流れる有害ガスの流れが層流の
場合、一般的には有害ガスが光触媒と接触しないで通過
するガスの割合が多くなるが、この装置の場合、有害ガ
スは触媒ユニット出口側の触媒担持体１８に衝突し、速
やかに分解される。このように漏れてきた光エネルギー
と未反応の有害ガスとを触媒担持体を配置することによ
り確実に反応させることができる。また、触媒担持板５
または１０の間の隙間は、一定間隔になるように積層さ
れると良い。触媒担持板またはスペーサを同じ寸法、形
状のものとすることができる。また、光触媒式脱臭装置
においては、微量な有機物が残存しても臭気が残るた
め、従来技術では多量の光触媒と大きな光源を必要とし
たが、本実施形態の装置を使用すれば、少ない光触媒量
と小さい光エネルギーで高い性能が得られ、装置を大幅
にコンパクト化することが可能になる。

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。実施例１ローヌ・プーラン製Ｇ５、比表面積２５０ｍ^２／ｇの酸
化チタン１１００ｇ、石原産業製ＳＴ−０１、比表面積
３００ｍ^２／ｇの酸化チタン４００ｇにカオリン系無機
繊維３００ｇ、蓚酸７５ｇ、コロイダルシリカ（ＳｉＯ
_２：２０ｗｔ％）３７５ｇ添加後、水を加えながら混練
し、触媒ペーストを調整した。これとは別に、繊維径６
×１０^−６ｍのＥ−グラス繊維１２００本を０．０２５
４ｍあたり１０本で絡み織した網状物に酸化チタン、シ
リカゾル、およびポリビニールアルコール（ＰＶＣ）と
からなる液（ＴｉＯ_２／ＳｉＯ_２／ＰＶＡ＝１／０．２
／０．０２）を含浸後、乾燥して強化した基材を調整し
た。本基材２枚の間に先に調整した触媒ペーストを挟ん
でローラ間を通過させて塗布し、厚さ０．５×１０^−３
ｍの触媒板を得た。本塗布体を５００℃で２時間焼成し
て触媒担持板を得た。得られた触媒担持板を積層して、
積層間隔０．０１ｍ、巾０．２ｍ×高さ０．３ｍ×長さ
０．１ｍの触媒ユニットを作製した。本触媒ユニット２
個を１０Ｗブラックライトを２本有する装置の光源の前
後に光源の管長方向と光触媒面が直交するように配置し
た。一方、重合度１７００のポリビニールアルコール
（クラレポバール１１７）１３０ｇを予め水１Ｌに溶か
し、弱アルカリ性ゾル（日産化学製シリカゾルーＮ）６
５００ｇに加えた。この溶液に微粒アナターゼ型酸化チ
タン（デグッサ製Ｐ−２５、比表面積５０ｍ^２／ｇ）を
２５００ｇ添加して攪拌し、スラリを得た。本スラリを
繊維径６×１０^−６ｍのＥ−グラス繊維２０００本を
０．０２５４ｍあたり８本で平織した網状織布０．３ｍ
×０．２ｍに含浸後、テフロン平板に付け、１２０℃で
乾燥してフィルタ状に成形し、５００℃で２時間焼成
し、触媒担持体を触媒ユニットのガス流入口側とガス流
出口側の２箇所に配置した。図２は、図１の有害ガス処
理装置１を組み込んだ全体処理装置の系統図である。全
体処理装置は、空気３６をブロア２５により吸引し、ブ
ロア２５の吹出し側にベンゼンなどの有害ガス２９が吹
き込まれる。空気３６と有害ガス２９の混合ガス３７
は、有害ガス処理装置１に供給され処理される。有害ガ
ス処理装置１で処理されたガスは、処理ガス３９として
排出される。この際、処理ガス３９の一部のガス３９ａ
と、混合ガス３７の一部のガス３７ａとは、切り替えに
より別々にガス分析計４１に導入され分析される。上記
全体処理装置において、ガス分析計４１に導入される処
理ガス３９と混合ガス３７のベンゼン除去性能を測定し
た。実施例１の分析条件は表１の通りである。実施例２実施例１で用いたフィルタ状の触媒担持体の網状織布基
板に変えて、除塵フィルタであるテファイヤ（デュポン
社製、目付き（７３０±７５）×１０^４ｇ／ｍ ^２）を用
いた。酸化チタン（デグッサ製Ｐ−２５、比表面積５０
ｍ^２／ｇ）を水に１０ｗｔ％懸濁させたスラリを作成
し、それにテファイヤを含浸後、加圧ロールにより余分
なスラリを絞り取り、１２０℃で乾燥させて、フィルタ
状に成形し、フィルタ状の触媒担持体を得た。これを積
層触媒ユニットのガス流入口部側の１箇所に配置し、実
施例１と同様に光触媒性能を測定した。

【表１】比較例１実施例１と同様の触媒担持板を巾０．２ｍ、長さ０．１
ｍの長方形に切断した後、０．０１ｍ高さのスペーサを
両端に挟んで０．３ｍ高さに積層し、巾０．２ｍ×高さ
０．３×長さ０．１ｍの光触媒ユニットを作製した。本
ユニット２個を１０Ｗブラックライトを２本有する装置
の光源の前後に触媒担持板の光触媒面が光源の管長方向
になるように間隔０．０１ｍで配置し、実施例１と同様
に光触媒性能を測定した。以上の実施例１、２および比
較例１の測定結果を表２に示す。

【表２】表２の実施例１および２において、ベンゼン分解率は、
それぞれ５７、５１％で、比較例１のベンゼン分解率４
５％に比べ高い値を示している。触媒担持板を光源の管
長方向に直交するように配置し、かつそのガス出入口に
フィルタ状の触媒担持体を配置した実施例１、２の装置
は、触媒ユニットを通過した紫外光を有効利用するの
で、ベンゼン分解率が向上し、本実施例の装置が優れた
ものであることが明白である。さらに、ダストを含む有
害ガスを処理する際、フィルタ状の触媒担持体を使用す
ることにより除塵ができ、触媒ユニットの触媒摩耗、不
純物の付着を防ぐことができ、触媒を半永久的に使用で
きる。このように、スリット状の孔を有する触媒ユニッ
トのみでは、光の照射量にムラができ、高い性能が得ら
れなかったり、洩れた紫外光を有効に活用できなかった
が、本実施形態の装置によれば優れた有害ガス処理装置
を実現できる。特に、光触媒式脱臭装置では、微量な有
機物が残存していても臭気が残るため、従来技術による
装置では多量の光触媒と大きな光源を必要としたが、本
実施形態の装置では、少ない光触媒量と光源エネルギー
で高い性能が得られ、装置を大幅にコンパクト化するこ
とが可能になる。

【発明の効果】本発明によれば、光源の光エネルギーを
有効に利用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る有害ガス処理装置の一実施形態を
示し、（Ａ）は概略平面図、（Ｂ）は概略縦断面図であ
る。

【図２】図１の有害ガス処理装置を組み込んだ全体処理
装置の系統図である。

【符号の説明】

１有害ガス処理装置３触媒ユニット５触媒担持板８触媒ユニット１０触媒担持板１５光源１７上流側触媒担持体１９下流側触媒担持体２９有害ガス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者藤沢雅敏広島県呉市宝町３番36号バブコック日立株式会社呉研究所内Ｆターム(参考） 4D048 AA17 AA23 AB01 AB03 BA07X BA07Y BB03 CC31 CC36 CC57 CD08 EA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光触媒を担持させた平板状の触媒担持板
を複数互いに平行に位置させて形成され、該触媒担持板
の面内方向と有害ガスの流れ方向とを一致させて配置し
た触媒ユニットと、該触媒ユニットの上流または下流に
配置され該触媒ユニットの触媒担持板に光を照射する光
源とを備え、前記触媒ユニットの前記光源が配置された
側と反対側に前記有害ガスが通過可能な触媒担持体を前
記触媒担持板の面内方向と垂直に設けてなる有害ガス処
理装置。
【請求項２】請求項１において、前記光源の光が前記
触媒ユニットを形成する触媒担持板の略全面に照射可能
に前記触媒担持板の隙間を広げてなる有害ガス処理装
置。
【請求項３】請求項１または２において、前記触媒ユ
ニットの間に前記光源を設け、少なくとも最上流側の触
媒ユニットの上流と、最下流側の触媒ユニットの下流と
に前記触媒担持体を配置してなる有害ガス処理装置。