JP2003103142A

JP2003103142A - ガス浄化装置

Info

Publication number: JP2003103142A
Application number: JP2001299713A
Authority: JP
Inventors: Shinya Kitaguchi; 真也北口; Junji Yokoyama; 順次横山
Original assignee: Nippon Shokubai Co Ltd
Current assignee: Nippon Shokubai Co Ltd
Priority date: 2001-09-28
Filing date: 2001-09-28
Publication date: 2003-04-08

Abstract

(57)【要約】【課題】光触媒を用いて空気中の有害物質を除去するに
際して、紫外線ランプから照射される光を有効的に利用
し、且つガスと光触媒の接触も高めることにより効率良
く処理するガス浄化装置を提供すること。【解決手段】ガスを系内に導入し、光触媒シートに紫外
線を照射して当該ガスを浄化する装置であって、当該光
触媒シートの面に沿ってガスの流れが形成されるよう
に、ガスの流れ方向に交差するように光触媒シートを、
ガス流通経路内に設置することを特徴とするガス浄化装
置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、従来処理することが困
難であった低濃度難分解性有害成分等を、光触媒を用い
て効率的に除去するガス浄化装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光触媒の強力な酸化力により、空気中の
有害成分を除去する方法が注目されている。しかしなが
ら光触媒は４００ｎｍ以下の紫外線を照射することで光
触媒反応を生じさせるため通常、ニ次元の面での反応と
なり、ガスと光触媒の接触効率が低くなることが多く高
い処理効率を期待することはできなかった。そこで例え
ば接触面積を高めるために光触媒シートを山状や波状に
成形したり、シートを積層したりすることにより接触面
積を増加させることが提案されている。

【０００３】しかしながら、上記方法によりせっかく接
触面積を増やしても結果的に光が当たらない影となる部
分が増加するため効率的に光触媒反応を促進することは
困難となることが多い。またハニカムやコルゲート状の
三次元構造とする方法が提案されているが、光の照射
は、触媒の表面のみでありセル内に光が到達しないため
内部では光触媒反応は期待できない。また、第２９５０
８１７号特許公報においては、ダンボール板を傾斜状態
で多数枚積層して紫外線を照射する方法が開示されてい
るが、照射面積の向上は僅かである。そこで光触媒作用
による性能不足を補うために、活性炭やゼオライト等の
吸着剤を光触媒と併用する方法が一般的に利用されてい
る。しかしながら吸着剤は吸着能力が限られており耐久
性が十分ではない。

【０００４】また光触媒により有害成分を効率良く分解
するためには、接触時間を十分長くする必要がある。し
かし三次元構造の触媒では影となるため厚み方向に長く
できないため結局複数の触媒を多段に設置して、それぞ
れの光触媒に光を照射するための多数の紫外線ランプを
備える装置構成となってしまう。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は光触媒を用い
て空気中の有害物質を除去するに際して、紫外線ランプ
から照射される光を有効的に利用し、且つガスと光触媒
の接触も高めることにより効率良く処理するガス浄化装
置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明はガスを系内に導
入し、光触媒シートに紫外線を照射して当該ガスを浄化
する装置であって、当該光触媒シートの面に沿ってガス
の流れが形成されるように、ガスの流れ方向に交差する
ように光触媒シートをガス流通経路内に設置することを
特徴とするガス浄化装置である。

【０００７】高い処理効率を得るためには、複数の光触
媒シートを用いて、かつそれら光触媒シートをガス流通
経路に交互にずらして設置することにより、ガスがジグ
ザグ状に流れるように構成されていることが好ましい。

【０００８】また紫外線ランプは、気体の流れ方向に平
行して設置することが好ましい。これにより、光触媒シ
ートの両面に光が照射されるだけでなく、１本の紫外線
ランプで複数の光触媒シートに光を照射することが可能
となるからである。

【０００９】上記構成において、紫外線ランプは、光透
過性ガラス等を介してガスが通過する反応場の外部から
照射することも可能であるが、紫外線ランプの管径に合
わせて上記光触媒シートに孔を開けて、紫外線ランプが
複数の光触媒シートを貫通させて使用することにより紫
外線ランプを反応場に設置することができる。

【００１０】また、高い光照射面積とガスとの接触効率
を得るためには、交互にずらして設置された光触媒シー
ト間の距離を、５ｍｍ以上で５０ｍｍ未満とすることが
好ましい。

【００１１】更に紫外線ランプから光触媒シートに照射
される４００ｎｍ以下の波長の紫外線の強度が少なくと
も０．１ｍＷ／ｃｍ^２以上であることが好ましい。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明は、ガスを系内に導入し光
触媒シートに紫外線を照射して当該ガスを浄化する装置
であって、当該光触媒シートの面に沿ってガスの流れが
形成されるように、ガスの流れ方向に交差するように、
光触媒シートをガス流通経路内に設置することを特徴と
するガス浄化装置である。すなわち光触媒シートは流通
経路内に設置するに際して、ガスの流通を遮るように光
触媒シートを設置することにより、光触媒シート面に沿
ったガスの流れを形成することができる。

【００１３】光触媒は、４００ｎｍ以下の波長の紫外線
を照射することにより光半導性を示すものであればよ
く、酸化チタンやチタン酸ストロンチウム、酸化亜鉛が
挙げられる。特にアナターゼ型酸化チタンが安価で化学
的に安定であるため好ましい。また結晶化度を高めても
一次粒子径が小さく光触媒として優れた特性を有してい
るチタン及びケイ素のニ元系複合酸化物、チタン及びジ
ルコニウムの二元系複合酸化物、チタン、ケイ素及びジ
ルコニウムよりなる三元系複合酸化物等も使用可能であ
る。更に白金やパラジウム等の貴金属元素を微量添加し
て活性の向上を図ることも可能である。また必要により
活性炭、ゼオライトやシリカゲル等の吸着剤を光触媒に
配合させても良い。

【００１４】上記、光触媒の形状は板状の光触媒シート
を用いるが、前述の光触媒物質をそのまま平板状に成形
したものや、セラミック板、ガラス板、金属板、ダンボ
ール板等の板状の基材の表面に光触媒を塗布、担持した
ものを使用することができる。また無機及び／または有
機繊維を抄紙したもの、織布や不織布等のシート状の基
材に光触媒を担持したものを使用しても良い。板状シー
トの厚みは特に制限されるものではないが０．３〜３ｍ
ｍ程度であることが好ましい。処理ガス量が大きくなり
光触媒の断面積を大きくする必要がある場合は外枠や内
部に適当な間隔で桟をつけて強度を補強しても良い。光
触媒シートの形状は、ガスの流れが乱れるものであれば
良く、平面である必要はなく、場合によっては、山状や
波状にしたり凹凸を設けることも可能である。

【００１５】上記のような光触媒シートをガス流通経路
内に設置して、当該光触媒シートの面に沿ってガスの流
れが形成されるようにする方法としては、ガスの流れ方
向に交差するように光触媒シートを設置することにより
なされる。例えば光触媒シートをガス流れ方向に平行に
設置する場合はガス中の大部分の有害成分は光触媒に接
することなく素通りしてしまうことになる。一方、ガス
通路に交差するように光触媒シートを設置するによりガ
ス中の有害成分は光触媒シートと衝突し、シート面に沿
ってガスは通過していくため光触媒と有害成分が接触す
る機会を著しく高めることが可能となる。本発明におい
て、上記光触媒シートを、ガスの流れ方向に交差するよ
うに設置することは好ましい形態である。上記ガスの流
れに交差するように設置することは、具体的には、ガス
の流れを遮るように設置することである。

【００１６】この際、光触媒シートの大きさはガス浄化
装置の流路の断面形状に合わせてカットされるが、断面
をすべて塞ぐのではなく一部に開放部ができるようにす
る。例えば流路断面が四角である場合は光触媒シートを
四角にカットするが、断面の4辺の内１辺方向に開放部
ができるようにすることが好ましい。当該シートのカッ
ト部分の面積は、当該ガスの流れ全断面積に対して、５
０〜９０％、好ましくは７０〜８０％である。５０％未
満であれば、有害成分が光触媒に接触することなく素通
りする可能性が高くなるからであり、９０％を超える場
合には、開口部が小さくなりガスが偏流しやすくなるた
め好ましくない。

【００１７】また光触媒シートは、ガスの流れを遮るよ
うに設置すれば良いのであり、流通経路のガスの流れ方
向に対して３０゜以上の角度で設置することが好まし
い。３０゜未満である場合はガスを効率的に接触できな
くなったり、影ができやすくなり効率的に光照射するこ
とが難しくなる。より好ましくは、４５°以上であり、
さらに好ましくは６０°以上、さらに好ましくは７０°
以上である。また、ガス接触効率及び光照射効率の両方
の観点から、光触媒シートは流通経路のガスの流れ方向
に対して直交（９０゜）するように設置することが最も
好ましい。直交（９０゜）するように設置することで、
より効果的に、ガスの流れを遮ることができる。

【００１８】本発明に係る当該光触媒シートは、１枚で
あっても、複数枚であっても良いが、高い処理効率が要
求される場合は必要性能に合わせて光触媒シートを複数
枚使用することができる。この際、光触媒シートをガス
流通経路内に前述のように開放部ができるように設置
し、これら開放部が段違いとなるように光触媒シートを
左右または上下に交互にずらして設置することによりガ
スがジグザグ状に流れる構成とすることが好ましい。こ
れにより、ガスの流れが光触媒シート面に沿うように形
成され有害成分と光触媒の接触機会を著しく高めること
ができる。

【００１９】また、複数枚の当該シートを設置するに際
して、上記構成において板状の光触媒シートは段違いに
交互に設置されているが、光触媒シート間の距離を５ｍ
ｍ以上で５０ｍｍ未満に調整することが好ましい。シー
ト間の距離が５ｍｍ未満では光触媒シートの広い面積に
光を照射することが難しくなる。また５０ｍｍ以上とな
ると有害成分が光触媒に接触する機会が低下して処理効
率の低下を招いてしまう。本発明に開示する範囲とする
ことによりコンパクトな反応部容積に広い面積の光触媒
シートを設置することが可能である。

【００２０】本発明に、開示するガス浄化装置は有害成
分や臭気成分を処理することが可能であり、トルエン、
キシレン、ベンゼン等の芳香族類やクロロフェノール、
ジクロロエチレン、ダイオキシン類等の有機塩素化合物
やプロピオン酸、吉草酸、酪酸等の低級脂肪酸類の従来
処理することが困難であった難分解性物質も常温で効率
良く処理することができる。

【００２１】本発明のガス浄化装置において紫外線ラン
プは気体の流れ方向に平行して設置することが好まし
い。本発明では光触媒シートは断面の３辺方向は閉じら
れており交互に片側に寄せられる構成であり、そのまま
では反応部に紫外線ランプを設置することはできない。
そこで例えば反応部の少なくとも１つの壁面に光透過性
ガラス等を設置して外部から光を照射することにより実
行することができる。これにより１本の紫外線ランプで
光触媒シートの両面に光が照射されるだけでなく、複数
の光触媒シートに光を照射することが可能である。紫外
線ランプとしては４００ｎｍ以下の波長の光を発生させ
るブラックライト、殺菌灯、低圧紫外線ランプ等が使用
可能である。

【００２２】更に好ましい対応として、前記板状の光触
媒シートの所定の位置に、紫外線ランプの管径に合わせ
て孔を開けて、紫外線ランプが複数の光触媒シートを貫
通させる構成とすることにより、紫外線ランプを反応場
に設置することができる。これにより光触媒の近傍に紫
外線ランプが設置されているため、光を有効的に利用す
ることが可能となる。

【００２３】より高い浄化性能を得るためには、紫外線
ランプから光触媒シートに照射される４００ｎｍ以下の
波長領域の紫外線の強度が、少なくとも０．１ｍＷ／ｃ
ｍ^２以上であることが好ましい。紫外線の強度は光量計
を用いて測定することが可能であり、例えば光源として
ブラックライトを用いる場合は、３６０ｎｍの波長をタ
ーゲットとしたセンサー方式のＵＶメーター等により簡
易的に光の強度を測定することができる。

【００２４】紫外線の強度はランプ近傍では数ｍＷ／ｃ
ｍ^２以上となるが、ランプからの距離が遠くなるほど弱
まっていく。紫外線強度が、０．１ｍＷ／ｃｍ^２未満に
なると有害物質の除去速度が遅くなり高い処理効率が得
られ難くなる。したがって光触媒シートの面積が大きい
場合は、複数本の紫外線ランプを適当な間隔で設置する
ことにより光触媒シートに照射される紫外線強度を保持
することができる。

【００２５】処理ガスの風量に特に制限はなく、上記の
ような方法で紫外線ランプの複数本使用することによ
り、光触媒シートの面積を非常に大きくすることが可能
となり、大風量の処理ガスにも対応することができる。
また光触媒反応は照射する光のエネルギーにより反応が
進行するため処理ガスの温度に特に制限はなく、零度以
下の低温から焼却排ガス等の高温排ガスにも適用するこ
とが可能である。

【００２６】以下、本発明の実施の形態を図面に従って
説明する。図１はガス浄化装置の反応部を示すものであ
り、板状の光触媒シートが上下に交互に設置されている
ことを示している。ガスは、光触媒に衝突しながらジグ
ザグ状に流れていく構成となっている。図１では、紫外
線ランプは反応部の外部から光透過性ガラスを介して光
触媒シートに照射されており、１本のランプで複数の光
触媒シートに光を照射していることが判る。

【００２７】図２では光触媒シートに紫外線ランプ管径
に合わせて孔を開け、複数の光触媒シートを貫通させた
例を示した。図１と比較して少ない紫外線ランプ本数で
効率的に光を照射することができている。

【００２８】また図３では反応部の断面積を大きくした
場合の例を示した。図３のような構成とすることにより
有害成分が光触媒と接触する機会が著しく高めることが
可能であり高い処理効率が得られる。

【００２９】図に示すように本発明のガス浄化装置は紫
外線ランプの長さに合わせて複数の光触媒シートと組み
合わせた反応部を１つの単位ユニットとして構成される
が、処理するガス量や必要な処理性能に合わせて単位ユ
ニットを横方向あるいは縦方向に複数並べることにより
所定の性能を有したガス浄化装置とすることができる。

【００３０】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
但し、本発明は下記の実施例に限定されるものではな
い。

【００３１】（実施例１）シリカゾル２４ｋｇ（日産化
学製ＮＣＳ−３０）にアンモニア水２８０Ｌ（濃度２５
％）と水４００Ｌを添加して溶液ａを得た。次に硫酸チ
タニルの硫酸水溶液１５３Ｌ（ＴｉＯ_２濃度２５０ｇ／
Ｌ，全硫酸濃度１１００ｇ／Ｌ）を水３００Ｌで希釈し
て溶液ｂを得た。溶液ａを攪拌しながら徐々に溶液ｂを
滴下して共沈ゲルを生成し１５時間静置した。得られた
ゲルを濾過、水洗後２００℃で１０時間乾燥し、５５０
℃で６時間焼成してチタンおよびケイ素からなる二元系
複合酸化物を得た（Ｔｉ／Ｓｉ比＝４／１，比表面積１
６０ｍ^２／ｇ）。上記粉体に水を添加してボールミルを
用いて一晩湿式粉砕して固形分濃度２０％のスラリーと
した。得られたスラリーをセラミック繊維紙に塗布し１
５０℃で乾燥して光触媒シートを得た。

【００３２】厚さ０．５ｍｍの板状光触媒シートを縦１
５０ｍｍ、横１３０ｍｍに切断して、断面が１５０ｍｍ
角の反応部に図１に示すように交互に上下反対側に寄せ
て充填した。各光触媒シートの間隔は２０ｍｍとした。
反応部の側壁は光透過性ガラスよりなっており図１に示
すように６Ｗブラックライトを２本配置した。紫外線は
反応部に全体に照射されており、ＵＶメーター（Ｌｕｔ
ｒｏｎ社製ＵＶＡ−３６５）で測定した紫外線強度は
０．２ｍＷ／ｃｍ^２以上となっていた。

【００３３】上記反応部にガス量３ｍ^３／ｈｒで酢酸濃
度１０ｐｐｍのガスを通気して反応部による酢酸除去性
能を測定した。尚、評価は吸着による影響を避けるため
に初期はブラックライトを照射せずに出口の酢酸濃度が
入口濃度と同じになったことを確認してから光照射を開
始し１時間後の性能を測定し結果を表１に示した。

【００３４】（比較例１）実施例１と同様にして得られ
た光触媒シートを図４に示すようにガスの流れ方向に平
行に充填した。各光触媒シートの間隔は１０ｍｍとし、
光触媒のサイズ及び枚数は実施例１と同じである。２本
の６Ｗブラックライトを光触媒シートに直交させて設置
し光が全体に照射されるようにした。ＵＶメーターで測
定した紫外線強度は０．２ｍＷ／ｃｍ^２以上となってい
た。

【００３５】図4に示す反応部を用いた以外は実施例１
と同様の試験条件で酢酸の除去性能を測定した。結果を
表１に示す。

【００３６】（比較例２）セラミック繊維紙をコルゲー
ト状に加工した担体（幾何学表面積５００ｍ^２／ｍ^３）
に実施例１と同様にして得られたチタンおよびケイ素の
二元系複合酸化物スラリーを含浸して乾燥することによ
り光触媒を調製した。縦１５０ｍｍ、横１５０ｍｍ、厚
み２０ｍｍのサイズのコルゲート状光触媒２セットを図
５に示すように充填した。６Ｗのブラックライト２本を
間に設置して照射した。

【００３７】図５に示す反応部を用いた以外は実施例１
と同様の試験条件で酢酸の除去性能を測定した。結果を
表１に示す。

【００３８】（実施例２〜４）図２に示すように反応部
断面が１５０ｍｍ角の反応部の中央部に６Ｗのブラック
ライトを１本設置し、実施例１と同様にして得られた光
触媒シートに直径１５ｍｍの孔を開けランプを貫通させ
た。図２において光触媒シートの枚数及びシートの間隔
を表１に示すように変更して実施例２〜４とした。紫外
線の強度はいずれの条件においても０．２ｍＷ／ｃｍ^２
以上となっていた。

【００３９】反応部の構成を上記に変更した以外は実施
例１と同様にして酢酸の除去性能を測定し結果を表１に
示した。

【００４０】

【表１】

【００４１】実施例１および比較例１の結果より光触媒
シートの充填の仕方により性能が大きく異なり、本発明
の効果は明確である。従来の方法では有害成分の大部分
は光触媒と接触することなく系外に排出されていたと考
えられる。また比較例２のコルゲート状光触媒の幾何学
表面積は実施例１の光触媒シートの総面積よりも大きい
にもかかわらず処理効率は低いものであった。すなわち
三次元構造の内部にまで光が到達できないことによると
推定される。実施例２はブラックライトの本数を減らし
ても実施例１と同等の処理性能が得られているため好ま
しい。実施例２〜５に示すように本発明では光照射面積
を容易に大きくすることが可能であり、光触媒反応のみ
で高い処理効率を達成することができる。

【００４２】

【発明の効果】本発明のガス浄化装置は光触媒反応によ
りガス中の各種有害成分を高効率で除去することが可能
である。特にシートの設置方法により有害成分と光触媒
の接触機会を高められ光触媒反応が著しく促進されてい
る。また、本発明ではガス接触面積と光照射面積を同時
に高めることが可能であり、空間を有効的に利用しなが
ら光触媒反応のみで高い処理効率を達成することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１のガス浄化装置であり、光触媒シート
を反応部に段違いで交互に充填し、通気部の外部から紫
外線を照射した場合のガス浄化装置構成例を示す。

【図２】実施例２のガス浄化装置であり、紫外線ランプ
が光触媒シートを貫通して設置している場合のガス浄化
槽遅行精励である。

【図３】光触媒シートの面積を大きくした場合のガス浄
化装置の構成例を示している。

【図４】比較例１のガス浄化装置であり、光触媒シート
をガス流れ方向に平行に設置した従来のガス浄化装置構
成例である。

【図５】比較例２のガス浄化装置であり、コルゲート状
の光触媒を用いた従来のガス浄化装置の構成例である。

【符号の説明】

１光触媒シート２紫外線ランプ３反応部側壁（光透過性ガラス製）４反応部側壁５コルゲート状光触媒

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｂ０１Ｊ 35/02 Ｃ０７Ｄ 319/24 Ｃ０７Ｄ 319/24 Ｂ０１Ｄ 53/36 ＪＦターム(参考） 4C080 AA05 AA07 AA10 BB02 BB05 HH05 HH08 JJ06 KK02 KK08 LL10 MM02 MM04 MM06 MM07 NN01 NN02 NN24 QQ11 4D048 AA17 AA21 AA22 AB03 BA06X BA07X BA42X BB05 BB20 CA01 CA06 CC29 CC33 EA01 4G069 AA03 AA08 BA02B BA04B BA29B BA48A BB06B CA01 CA10 CA17 DA06 EA08 EA11 FB09 FB23 4G075 AA03 AA37 BA04 BD07 CA33 CA54 DA02 DA18 EA02 EC09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガスを系内に導入し、光触媒シートに紫外
線を照射して当該ガスを浄化する装置であって、当該光
触媒シートの面に沿ってガスの流れが形成されるよう
に、ガスの流れ方向に交差するように光触媒シートを、
ガス流通経路内に設置することを特徴とするガス浄化装
置。
【請求項２】紫外線を照射する紫外線ランプが、ガスの
流れ方向に平行して設置されてなることを特徴とする請
求項１記載のガス浄化装置。
【請求項３】上記光触媒シートが交互にずらして設置さ
れており、かつ当該光触媒シート間の距離が、５ｍｍ以
上で５０ｍｍ未満であることを特徴とする請求項１また
は２に記載のガス浄化装置。
【請求項４】当該紫外線が、４００ｎｍ以下の波長にお
いて、その強度が少なくとも０．１ｍＷ／ｃｍ^２以上で
あることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の
ガス浄化装置。