JP2001259620A - マイクロ波および紫外線を併用した半導体光触媒による水処理装置 - Google Patents
マイクロ波および紫外線を併用した半導体光触媒による水処理装置Info
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Landscapes
- Catalysts (AREA)
- Physical Water Treatments (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 半導体光触媒を用いた水質汚染物質の浄
化では処理時間等の問題点があるが、一般的な紫外線を
照射した半導体光触媒による水質浄化法に比べ大幅に分
解速度を向上させた。 【解決手段】 半導体光触媒を用いた水質浄化法にマイ
クロ波等の電磁波を照射して、短時間で水質汚染有機物
を除去する方法を考案した。電磁波および紫外線を同時
に照射することにより、半導体光触媒を活性し水質浄化
速度を向上させる。
化では処理時間等の問題点があるが、一般的な紫外線を
照射した半導体光触媒による水質浄化法に比べ大幅に分
解速度を向上させた。 【解決手段】 半導体光触媒を用いた水質浄化法にマイ
クロ波等の電磁波を照射して、短時間で水質汚染有機物
を除去する方法を考案した。電磁波および紫外線を同時
に照射することにより、半導体光触媒を活性し水質浄化
速度を向上させる。
Description
【発明の属する技術分野】この発明は半導体光触媒によ
る水質浄化装置に関するものである。
る水質浄化装置に関するものである。
【従来の技術】1.生活排水や工業廃水等の汚水中の有
機物濃度を下げる方法としては、凝集沈殿法や活性汚泥
法が一般に実用化されている。前者は汚水に塩化アルミ
ニウムを加えた後、水素イオン濃度を調節して水酸化ア
ルミニウムを析出させる際に、水中の懸濁物質を取り込
ませてこれを沈殿濾別し、有機物を除去する方法であ
る。また、後者は汚水中の有機物を微生物により水や二
酸化炭素等の無機物にまで分解して有機物を除去する方
法である。 2.近年、多くの化学物質が開発されているが、これら
の中には、安定でかつ毒性の非常に高い物質があり、ま
た、それらの中で排水中に混入しても通常の方法では分
解除去が出来ないものがある。例えば、農薬として利用
される揮発性の有機塩素化合物は毒性が非常に高いの
で、通常の処理法では環境や生体に影響を与えない程度
まで濃度を下げることは出来ない。また、自然分解にお
いては分解過程で安定な中間体が生成するので完全無機
化には長い時間を要する。他の例としては、非イオン系
界面活性剤として広く使用されているノニルフェノール
ポリエトキシレートは生分解によりノニルフェノールな
どの毒性のある中間物質を生成するので、水圏の生態系
だけではなく人体に対しても大きな障害を与える可能性
がある。これら化学物質を分解する方法として、半導体
光触媒による高度光酸化法が提案されている。これは、
有機物(水質汚染物質)を含んだ水中でTiO2などの
光半導体にそのバンドギャップ以上のエネルギーを持つ
紫外線を照射し、生成するホールと正孔によりOHラジ
カルやOOHラジカルを生成させ、これらが当該有機物
を酸化・分解することにより水質浄化を行う方法であ
る。 3.半導体光触媒を使用した水質汚染物質の浄化法は1
964年に京都工芸繊維大学の加藤真市らによって初め
て報告された(工業化学雑誌第67巻8号pp1136
(1964).)。その後、これに関連した研究報告の
数は指数関数的に増加している。農薬などに関しても光
触媒を用いた処理法が他の処理法に比べ処理速度が速い
ことが、O.Legriniらにより報告されている
(Chem.Rev.,93,671(199
2).)。 4.このような原理に基づいた水質浄化方法はまた、多
くの発明が成されている。例えば特願平01−1193
94号報には、水中に光触媒を分散させて紫外線を照射
することにより、水中有機物の酸化分解および水の脱色
・脱臭並びに殺菌を行う方法が記載されている。
機物濃度を下げる方法としては、凝集沈殿法や活性汚泥
法が一般に実用化されている。前者は汚水に塩化アルミ
ニウムを加えた後、水素イオン濃度を調節して水酸化ア
ルミニウムを析出させる際に、水中の懸濁物質を取り込
ませてこれを沈殿濾別し、有機物を除去する方法であ
る。また、後者は汚水中の有機物を微生物により水や二
酸化炭素等の無機物にまで分解して有機物を除去する方
法である。 2.近年、多くの化学物質が開発されているが、これら
の中には、安定でかつ毒性の非常に高い物質があり、ま
た、それらの中で排水中に混入しても通常の方法では分
解除去が出来ないものがある。例えば、農薬として利用
される揮発性の有機塩素化合物は毒性が非常に高いの
で、通常の処理法では環境や生体に影響を与えない程度
まで濃度を下げることは出来ない。また、自然分解にお
いては分解過程で安定な中間体が生成するので完全無機
化には長い時間を要する。他の例としては、非イオン系
界面活性剤として広く使用されているノニルフェノール
ポリエトキシレートは生分解によりノニルフェノールな
どの毒性のある中間物質を生成するので、水圏の生態系
だけではなく人体に対しても大きな障害を与える可能性
がある。これら化学物質を分解する方法として、半導体
光触媒による高度光酸化法が提案されている。これは、
有機物(水質汚染物質)を含んだ水中でTiO2などの
光半導体にそのバンドギャップ以上のエネルギーを持つ
紫外線を照射し、生成するホールと正孔によりOHラジ
カルやOOHラジカルを生成させ、これらが当該有機物
を酸化・分解することにより水質浄化を行う方法であ
る。 3.半導体光触媒を使用した水質汚染物質の浄化法は1
964年に京都工芸繊維大学の加藤真市らによって初め
て報告された(工業化学雑誌第67巻8号pp1136
(1964).)。その後、これに関連した研究報告の
数は指数関数的に増加している。農薬などに関しても光
触媒を用いた処理法が他の処理法に比べ処理速度が速い
ことが、O.Legriniらにより報告されている
(Chem.Rev.,93,671(199
2).)。 4.このような原理に基づいた水質浄化方法はまた、多
くの発明が成されている。例えば特願平01−1193
94号報には、水中に光触媒を分散させて紫外線を照射
することにより、水中有機物の酸化分解および水の脱色
・脱臭並びに殺菌を行う方法が記載されている。
【発明が解決しようとする課題】OHラジカルやOOH
ラジカルのライフタイム(H+と反応してH2Oが生成
する)が短いため半導体光触媒表面と有機物質の距離を
十分に近づけないと反応効率が低下する。また、照射光
強度が低い場合においても、OHラジカルやOOHラジ
カルの生成量が低下するために反応効率が著しく低下す
る。これらの特性は、例えば下水等の濁った水の場合に
は処理時間が著しく増大するという問題点となって顕在
化する。
ラジカルのライフタイム(H+と反応してH2Oが生成
する)が短いため半導体光触媒表面と有機物質の距離を
十分に近づけないと反応効率が低下する。また、照射光
強度が低い場合においても、OHラジカルやOOHラジ
カルの生成量が低下するために反応効率が著しく低下す
る。これらの特性は、例えば下水等の濁った水の場合に
は処理時間が著しく増大するという問題点となって顕在
化する。
【課題を解決するための手段】従来の半導体光触媒によ
る水質浄化法では処理時間が著しく増大するという問題
点に対して、上述したようにOHラジカルやOOHラジ
カルの発生量を増大させることが有効な解決方法であ
る。発明者らは長年の努力により半導体光触媒に対して
マイクロ波を紫外線と同時に照射することにより、OH
ラジカルやOOHラジカルの発生量や生成速度を著しく
向上させることができ、よって水質浄化処理時間が短縮
されることを見いだした。
る水質浄化法では処理時間が著しく増大するという問題
点に対して、上述したようにOHラジカルやOOHラジ
カルの発生量を増大させることが有効な解決方法であ
る。発明者らは長年の努力により半導体光触媒に対して
マイクロ波を紫外線と同時に照射することにより、OH
ラジカルやOOHラジカルの発生量や生成速度を著しく
向上させることができ、よって水質浄化処理時間が短縮
されることを見いだした。
【発明の実施の形態】本発明の水中有機物の分解方法お
よび分解装置に使用される半導体光触媒は、例えばTi
O2(ルチル構造、アナターゼ構造、およびそれらの混
合物)、ZnO、CdS、Fe2O3などが挙げられ
る。但し本発明に係る半導体光触媒は何等これらに限定
されるものではない。また、その添加量は特に限定しな
いが処理水に対して0.1から50重量%程度が好まし
い。本発明の半導体光触媒による水中有機物分解装置の
一つの構成例を図1に示す。本発明の半導体光触媒によ
る水中有機物の分解装置は、処理水および半導体光触媒
を入れる反応容器1と、マイクロ波や紫外線が外部へ出
ないような反応容器を覆う電磁波放出防止シーリング2
と、処理水中の半導体光触媒に紫外光3を照射するため
の紫外線ランプ4と、処理水中の半導体光触媒にマイク
ロ波5を照射するためのマグネトロン6からなってい
る。反応容器1の材質は、石英、ガラス等を例示するこ
とが出来るが、何等これらに限定されるものではない。
その容量も特に限定されない。但し、反応容器1が、照
射する紫外光3やマイクロ波5を透過しない材質で形成
されている場合には、これらを透過させる窓を設ける。
窓の材料は石英ガラスを例示することができるが、何ら
これに限定されるものではない。また、電磁波放出防止
シーリング2の材質は、金属、プラスチック、無機材料
等を例示することが出来るが、何等これらに限定される
ものではない。その容量も特に限定されない。但し、電
磁波放出防止シーリング2が、照射するマイクロ波5を
透過しない材質で形成する。
よび分解装置に使用される半導体光触媒は、例えばTi
O2(ルチル構造、アナターゼ構造、およびそれらの混
合物)、ZnO、CdS、Fe2O3などが挙げられ
る。但し本発明に係る半導体光触媒は何等これらに限定
されるものではない。また、その添加量は特に限定しな
いが処理水に対して0.1から50重量%程度が好まし
い。本発明の半導体光触媒による水中有機物分解装置の
一つの構成例を図1に示す。本発明の半導体光触媒によ
る水中有機物の分解装置は、処理水および半導体光触媒
を入れる反応容器1と、マイクロ波や紫外線が外部へ出
ないような反応容器を覆う電磁波放出防止シーリング2
と、処理水中の半導体光触媒に紫外光3を照射するため
の紫外線ランプ4と、処理水中の半導体光触媒にマイク
ロ波5を照射するためのマグネトロン6からなってい
る。反応容器1の材質は、石英、ガラス等を例示するこ
とが出来るが、何等これらに限定されるものではない。
その容量も特に限定されない。但し、反応容器1が、照
射する紫外光3やマイクロ波5を透過しない材質で形成
されている場合には、これらを透過させる窓を設ける。
窓の材料は石英ガラスを例示することができるが、何ら
これに限定されるものではない。また、電磁波放出防止
シーリング2の材質は、金属、プラスチック、無機材料
等を例示することが出来るが、何等これらに限定される
ものではない。その容量も特に限定されない。但し、電
磁波放出防止シーリング2が、照射するマイクロ波5を
透過しない材質で形成する。
【実施例】本発明の有効性を実証するために、有機物含
有水としてローダミンB水溶液を用いて、以下のような
検討を行った。 1.試料、装置の条件 有機物含有水 ローダミンB水溶液(0.05mM)30ml 半導体光触媒 TiO2(平均粒径30nm,表面積53m2/g)60mg 紫外線 75W低圧水銀ランプ, 320〜400nm0.2mW/ cm2 マイクロ波 300Wマグネトロン, 波長範囲が解れば記入 照射時間 3時間 2.試験条件と照射後のローダミンBの分解率 (1) 紫外線、マイクロ波を同時に連続的に照射した
場合:ローダミンBの分解率は100% (2) 紫外線のみ連続的に照射した場合: ローダミ
ンBの分解率は50% (3) マイクロ波のみ連続的に照射した場合:ローダ
ミンBの分解率は0% 以上の結果から、本発明の紫外線とマイクロ波を同時に
照射する方法は、従来の紫外線のみを照射する方法やマ
イクロ波のみを照射する方法と比較して有機物を分解す
る効率が高いことがわかった。
有水としてローダミンB水溶液を用いて、以下のような
検討を行った。 1.試料、装置の条件 有機物含有水 ローダミンB水溶液(0.05mM)30ml 半導体光触媒 TiO2(平均粒径30nm,表面積53m2/g)60mg 紫外線 75W低圧水銀ランプ, 320〜400nm0.2mW/ cm2 マイクロ波 300Wマグネトロン, 波長範囲が解れば記入 照射時間 3時間 2.試験条件と照射後のローダミンBの分解率 (1) 紫外線、マイクロ波を同時に連続的に照射した
場合:ローダミンBの分解率は100% (2) 紫外線のみ連続的に照射した場合: ローダミ
ンBの分解率は50% (3) マイクロ波のみ連続的に照射した場合:ローダ
ミンBの分解率は0% 以上の結果から、本発明の紫外線とマイクロ波を同時に
照射する方法は、従来の紫外線のみを照射する方法やマ
イクロ波のみを照射する方法と比較して有機物を分解す
る効率が高いことがわかった。
【発明の効果】上記の説明からも明らかになったよう
に、本発明によれば、従来の紫外線照射による半導体光
触媒の水質汚染物質の処理に電磁波を同時に照射するこ
とにより、そのOHラジカル等の増加に繋がり有機汚染
物質の分解処理速度が大幅に向上する。
に、本発明によれば、従来の紫外線照射による半導体光
触媒の水質汚染物質の処理に電磁波を同時に照射するこ
とにより、そのOHラジカル等の増加に繋がり有機汚染
物質の分解処理速度が大幅に向上する。
【図1】この発明の概略図であり、反応容器へマイクロ
波および紫外線が照射されている図である。
波および紫外線が照射されている図である。
1.ガラスまたは石英製密閉型反応容器 2.電磁波放出防止シーリング 3.紫外線 4.紫外線ランプ 5.マイクロ波 6.マグネトロン 7.水質汚染物質および水、二酸化チタン
Claims (2)
- 【請求項1】半導体光触媒が分散或いは懸濁した有機物
含有水に波長150〜400nmの全部の領域或いは一
部の領域の波長を含む輻射光と、波長1〜1000mm
の全部の領域或いは一部の領域の波長を含む輻射光を同
時に照射することを特徴とする、水中有機物の分解方法 - 【請求項2】少なくとも半導体光触媒が分散或いは懸濁
した有機物含有水と、当該有機物含有水に電磁波を照射
するための反応容器と、当該有機物含有水に波長150
〜400nmの全部の領域或いは一部の領域の波長を含
む輻射光と照射するための照射装置と、当該有機物含有
水に波長1〜1000mmの全部の領域或いは一部の領
域の波長を含む輻射光を照射するための照射装置からな
ることを特徴とする、半導体光触媒による水中有機物の
分解装置
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000117155A JP2001259620A (ja) | 2000-03-15 | 2000-03-15 | マイクロ波および紫外線を併用した半導体光触媒による水処理装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000117155A JP2001259620A (ja) | 2000-03-15 | 2000-03-15 | マイクロ波および紫外線を併用した半導体光触媒による水処理装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001259620A true JP2001259620A (ja) | 2001-09-25 |
Family
ID=18628518
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000117155A Pending JP2001259620A (ja) | 2000-03-15 | 2000-03-15 | マイクロ波および紫外線を併用した半導体光触媒による水処理装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2001259620A (ja) |
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2004078658A1 (en) * | 2003-03-05 | 2004-09-16 | Tak Loong Limited | Photocatalysis apparatus for water purifying |
US6902674B2 (en) | 2002-06-25 | 2005-06-07 | Kansai Paint Co., Ltd. | Treating method for coating material waste water |
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