JP2003126702A - 光触媒顆粒体、その機能回復方法、およびこれらを用いた有害有機物の分解除去装置 - Google Patents

光触媒顆粒体、その機能回復方法、およびこれらを用いた有害有機物の分解除去装置

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晶 大澤
Yoichi Nagasaki
洋一 長崎
Jun Yamamoto
潤 山本
Kunimasa Muroi
國昌 室井
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 光触媒微粒子の大きな表面積、高い有機物吸
着性、光活性を維持したまま、耐久性、耐水性、耐薬品
性に優れた光触媒顆粒体、その機能回復方法、およびこ
れらを用いた有害有機物の分解除去装置を提供する。 【解決手段】 光触媒粒子と充填剤を含む光触媒混合物
を、大気中、真空中または不活性ガス中で、温度０〜２
００℃、圧力５００〜６０００ｋｇ／ｃｍ2、加圧時間
０．０１〜６０秒で圧縮成形し、ペレット状もしくはタ
ブレット状とした光触媒顆粒体。光触媒顆粒体の表面
に、アルカリ性のスラリーを塗布する。光触媒顆粒体の
表面を、前記スラリーあるいは水酸化ナトリウムのアル
カリ溶液で洗浄し機能を回復する光触媒顆粒体の機能回
復方法。光触媒顆粒体を、液中もしくは気中の有害有機
物と接触させ、光触媒顆粒体に波長４００ｎｍ以下の光
を照射し、有害有機物を分解除去する有害有機物の分解
除去装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光エネルギーを利
用して有機物を分解する光触媒顆粒体、その機能回復方
法、およびこれらを用いた有害有機物の分解除去装置に
関し、特に、耐久性、耐水性、耐薬品性に優れた光触媒
顆粒体、その機能回復方法、およびこれらを用いた有害
有機物の分解除去装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】光触媒反応は、光エネルギーの存在下で
光触媒を用いて、有機物を分解する反応である。この反
応は、太陽や、蛍光灯、白熱灯などの室内照明から発せ
られる光に含まれる紫外線を利用して有害な有機物を分
解する技術として、水や空気の浄化や建材、タイルなど
の建築材料への応用など広く研究されている。
【０００３】光触媒としては、一般に、二酸化チタン微
粒子や、金属チタンのアルコキシド溶液から焼成される
二酸化チタン薄膜などが用いられてきた。二酸化チタン
微粒子を用いる場合には、二酸化チタン微粒子をそのま
ま用いる方法、バインダーなどで固形物上に固定して用
いる方法、塗料や水和物などに混合した後、固形物上に
塗布、乾燥し、固定化する方法などがある。また、金属
チタンのアルコキシド溶液を用いる場合には、この溶液
を固形物上に塗布した後、乾燥、焼成して二酸化チタン
薄膜を生成させて用いる、いわゆるゾルゲル法などがあ
る。その他、ＣＶＤ法、スパッタ法などで固形物上に二
酸化チタン薄膜を生成させて用いる方法もある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】二酸化チタン微粒子を
そのまま用いる場合には、この微粒子は、表面積が大き
いため有機物の吸着性が高く、その結果として、光活性
が高く、有機物の分解能力が高いという長所がある。し
かしながら、この微粒子は、その平均粒径が５〜３００
ｎｍ程度であるために扱い難く、気中や液中で使用する
場合にその位置を制御することが困難である。また、こ
の微粒子が、飛散あるいは分散した場合には、紫外線を
散乱してしまい、光効率が悪いうえ、回収することも困
難である。
【０００５】二酸化チタン微粒子をバインダーなどで固
形物上に固定して用いる場合には、この微粒子が、有機
物や酸素、紫外線と接触する表面積が小さいため、有機
物の分解効率が低下するという問題がある。特に、有機
バインダーを用いた場合には、このバインダー自体が二
酸化チタン微粒子で分解されるという問題がある。
【０００６】金属チタンのアルコキシド溶液から、ゾル
ゲル法によって固形物上に二酸化チタンの薄膜を生成し
て用いる場合には、固形物の形態にほとんど影響を与え
ず、また、わずかな隙間にも膜を形成でき、６００℃以
下の温度で焼成することによって、アナタース型結晶を
生成することができるという長所がある。しかしなが
ら、この温度で焼成し、薄膜を調製するには、５〜６時
間と長時間を要す上に、調製条件の制御も困難である。
さらに、薄膜であるために、二酸化チタンの微粒子に比
べて有機物との接触面積が小さくなるため、分解効率が
低く、耐久性が低く、有機物の吸着性が悪いなどの問題
がある。
【０００７】また、特開平６−３１５６１４号公報に記
載されているように、バインダーとしてフッ素樹脂を用
い、光触媒粒子とフッ素樹脂を混練した後、押出機によ
り押し出し、圧延してシート状に成形した光触媒を用い
ることができる。この場合、フッ素樹脂が光触媒によっ
て分解されることはない。しかしながら、通常、この光
触媒のシートの成形方法では、温度３５０〜４００℃、
圧力２００〜３００ｋｇ／ｃｍ2の条件下で成形して、
光触媒粉末とフッ素樹脂の結合力を上げているため、得
られたシートでは、光触媒粉末がフッ素樹脂中に埋没
し、その表面における光触媒粉末の存在割合が減少し、
その結果として、このシートの活性表面が減少する。ま
た、このシートの強度を上げるためには、フッ素樹脂の
含有率を５０重量％以上としなければならず、製造コス
トが高くなるという問題があった。
【０００８】また、光触媒粒子と充填剤からなる光触媒
顆粒体では、長期の耐水性が十分でない上に、光触媒に
よる有機物の分解により生じる塩素系、硫黄系、窒素系
などの中間生成物や最終生成物が、光触媒の活性を低下
させたり、分解反応を遅延したりするという問題があっ
た。また、光触媒粒子とコロイダルシリカからなる光触
媒顆粒体では、その機械的強度が十分でなく、上記の光
触媒粒子と充填剤からなる光触媒顆粒体の１／２〜１／
３程度であるという問題があった。
【０００９】本発明は、前記事情に鑑みてなされたもの
で、光触媒微粒子の大きな表面積、高い有機物吸着性、
光活性を維持したまま、耐久性、耐水性、耐薬品性に優
れた光触媒顆粒体、その機能回復方法、およびこれらを
用いた有害有機物の分解除去装置を提供することを課題
とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】前記課題は、光触媒粒子
と充填剤を含む光触媒混合物を、大気中、真空中または
不活性ガス中で、温度０〜２００℃、圧力５００〜６０
００ｋｇ／ｃｍ2、加圧時間０．０１〜６０秒で圧縮成
形し、ペレット状もしくはタブレット状とした光触媒顆
粒体によって解決できる。前記光触媒混合物中の前記光
触媒粒子の含有率が４０重量％以上であることが好まし
い。前記充填剤が、ケイ酸マグネシウム、ケイ酸アルミ
ニウム、ケイ酸カルシウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸
ナトリウム、水酸化カルシウム、酸化カルシウム、炭酸
カルシウム、酸化アルミニウム、二酸化ケイ素、石膏、
無機ウィスカー、無機繊維、無機コロイド、ポリテトラ
フルオロエチレン、パーフルオロアルコキシ樹脂、パー
フルオロエチレンプロピレン樹脂、エチレン−テトラフ
ルオロエチレン共重合体樹脂から選ばれる１種類以上の
材料を含むことが好ましい。前記充填材が、前記光触媒
混合物の２０重量％未満の無機多孔質体を含むことが好
ましい。前記光触媒顆粒体の表面に、凹凸模様が形成さ
れていることが好ましい。前記光触媒顆粒体は、最大長
さが１〜１０ｍｍ、最小長さが０．５〜５ｍｍであるこ
とが好ましい。前記光触媒顆粒体の表面に、炭酸ナトリ
ウム、水酸化カルシウム、酸化カルシウム、炭酸水素ナ
トリウム、二酸化ケイ素から選ばれる１種類以上の材料
を含むスラリーが塗布されたことが好ましい。また、前
記課題は、前記光触媒顆粒体の表面を、炭酸ナトリウ
ム、水酸化カルシウム、酸化カルシウム、炭酸水素ナト
リウム、二酸化ケイ素から選ばれる１種類以上の材料を
含むスラリーあるいは水酸化ナトリウムのアルカリ溶液
で洗浄することで前記光触媒顆粒体の機能を回復させる
光触媒顆粒体の機能回復方法によって解決できる。ま
た、前記課題は、上記光触媒顆粒体を、液中もしくは気
中の有害有機物と接触させ、当該光触媒顆粒体に波長４
００ｎｍ以下の光を照射することにより、当該有害有機
物を分解除去する有害有機物の分解除去装置によって解
決できる。前記有害有機物の分解除去装置は、上記光触
媒顆粒体の機能回復方法を備えたことが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明を詳しく説明する。
本発明の光触媒顆粒体は、光触媒粒子と、充填剤と、無
機多孔質体とかなる光触媒混合物を圧縮成形し、ペレッ
ト状もしくはタブレット状としたものである。本発明で
用いられる光触媒粒子は、光触媒反応を行なうことがで
きるものであれば特に制限はないが、通常、二酸化チタ
ン、酸化亜鉛、セレン化カドミウム、ガリウムヒ素、チ
タン酸ストロンチウムなどの公知の光触媒からなる粒子
であり、好ましくは二酸化チタン粒子である。さらに好
ましくは平均粒径が５〜３００ｎｍ以下であり、粒度分
布が３〜５００ｎｍの光触媒粒子である。このような平
均粒径および粒度分布を示す光触媒粒子は、表面積が大
きく光活性が高いため好ましい。
【００１２】本発明で用いられる充填剤は、ケイ酸マグ
ネシウム、ケイ酸アルミニウム、ケイ酸カルシウム、炭
酸水素ナトリウム、炭酸ナトリウム、水酸化カルシウ
ム、酸化カルシウム、炭酸カルシウム、酸化アルミニウ
ム、二酸化ケイ素、石膏、無機ウィスカー、無機繊維、
無機コロイドなどの無機系充填剤、ポリテトラフルオロ
エチレン、パーフルオロアルコキシ樹脂、パーフルオロ
エチレンプロピレン樹脂、エチレン−テトラフルオロエ
チレン共重合体樹脂などのフッ素系樹脂などから選ばれ
る１種以上からなるものであることが好ましい。
【００１３】フッ素系樹脂は安定な材料で、その表面の
潤滑性により、これを用いた光触媒顆粒体は成形性、離
型性が向上する。また、フッ素系樹脂は撥水性、耐薬品
性にも優れている。したがって、フッ素系樹脂は、光触
媒顆粒体の耐久性、安定性を向上させるためには、特に
好ましい充填剤である。このようなフッ素系樹脂を用い
た光触媒顆粒体は、光触媒による有害な有機物の分解で
発生する塩素系、硫黄系、窒素系などの中間生成物もし
くは最終生成物に対する耐久性に優れている。また、こ
のような光触媒顆粒体は、アルカリ溶液などへの浸漬も
しくはアルカリ溶液などによる洗浄の繰り返しに対し
て、十分な耐水性および耐薬品性も有している。
【００１４】本発明の光触媒顆粒体は、流速が速く、高
温の溶液中の有害な有機物を処理するために用いられる
ことがあるため、その耐久性、機械的強度に優れている
ことが必要である。そこで、充填剤が、光触媒粒子の光
触媒活性を損なわない範囲で上記光触媒混合物に配合さ
れる。充填剤の上記光触媒混合物に対する含有率は６０
重量％以下が好ましく、より好ましくは１０〜４０重量
％である。充填剤の含有率が６０重量％を超えると、光
触媒粒子の光活性が阻害され、光触媒活性が不十分とな
り、実用に適さない。
【００１５】また、充填剤として、炭酸ナトリウム、水
酸化カルシウム、酸化カルシウム、炭酸水素ナトリウ
ム、二酸化ケイ素から選ばれる１種以上のものを用いた
場合は、これらの充填剤が、光触媒による有害な有機物
の分解で発生する塩素系、硫黄系、窒素系などの中間生
成物もしくは最終生成物に化学的に作用し、光触媒反応
を阻害することを防止できる。
【００１６】本発明で用いられる無機多孔質体として
は、有機物の吸着機能を有するものが好ましく、例え
ば、活性炭、ゼオライト、シリカ、樹脂吸着剤、金属錯
体などが挙げられ、特に好ましくは、ゼオライトであ
る。光触媒顆粒体内に、このような有機物の吸着機能を
有する無機多孔質体を配合することにより、液中または
気中に含まれる有害な有機物と光触媒粒子が接触する頻
度が向上する。すなわち、液中または気中に含まれる有
害な有機物を無機多孔質体が吸着し、次いで、無機多孔
質体の近傍に存在する光触媒粒子がこの有機物を分解す
るため、非常に効率良く分解反応が行なわれる。
【００１７】また、無機多孔質体が、光触媒粒子の光触
媒活性を損なわない範囲で上記光触媒混合物に配合され
る。無機多孔質体の上記光触媒混合物に対する含有率は
２０重量％未満が好ましく、より好ましくは５〜２０重
量％である。無機多孔質体の含有率が２０重量％以上で
は、光触媒粒子の光活性が阻害され、光触媒活性が不十
分となり、実用に適さない。また、有機物の吸着量が多
くなり、光触媒の処理能力を超えてしまい、好ましくな
い。
【００１８】本発明の光触媒顆粒体は、光触媒粒子と、
充填剤と、無機多孔質体とかなる光触媒混合物を、大気
中、真空中または不活性ガス中で、温度０〜２００℃、
圧力５００〜６０００ｋｇ／ｃｍ2、加圧時間０．０１
〜６０秒で圧縮成形し、ペレット状もしくはタブレット
状としたものである。より好ましい成形条件は、温度１
０〜３０℃、圧力１０００〜２０００ｋｇ／ｃｍ2、加
圧時間０．０１〜６０秒である。また、光触媒混合物中
の光触媒粒子の含有率は４０重量％以上が好ましく、よ
り好ましくは６０〜９０重量％である。光触媒粒子の含
有率が４０重量％未満では、光触媒粒子の光活性が阻害
され、光触媒活性が不十分となり、実用に適さない。
【００１９】本発明の光触媒顆粒体の形状は、ペレット
状もしくはタブレット状の顆粒体であるから、扱い易
く、また、光触媒粒子が飛散したり、分散したりするこ
とがないから、光触媒顆粒体の位置の制御が可能とな
る。したがって、光触媒顆粒体の回収が容易となる上
に、紫外線の照射効率の高い位置に光触媒顆粒体を配置
することが可能となる。また、光触媒顆粒体の大きさ
は、扱い易く、用途に応じた大きさであれば特に制限は
ないが、最大長さが１〜１０ｍｍ、最小長さが０．５〜
５ｍｍであることが好ましい。光触媒顆粒体の大きさが
この範囲であると、製造し易く、生産性にも優れるため
好ましい。
【００２０】また、本発明の光触媒顆粒体の表面には、
凹凸模様が形成されていることが好ましい。光触媒顆粒
体の表面に凹凸模様を形成することにより、光触媒顆粒
体の表面積が拡大し、光触媒粒子と有機物が接触する頻
度および無機多孔質体が有機物を吸着する効率が向上す
る。その結果として、光触媒顆粒体の有機物の分解能が
向上する。光触媒顆粒体の表面に凹凸模様を形成する方
法としては、光触媒顆粒体の圧縮成形において、成形型
内面の光触媒顆粒体の表面を成形する部分にエンボス、
レリーフなどの模様を形成しておき、圧縮成形時に凹凸
模様を形成する方法、光触媒顆粒体の圧縮成形後に、機
械加工、サンドブラスト処理などを施して、光触媒顆粒
体の表面に凹凸模様を形成する方法などがある。
【００２１】また、本発明の光触媒顆粒体は、その表面
に、炭酸ナトリウム、水酸化カルシウム、酸化カルシウ
ム、炭酸水素ナトリウム、二酸化ケイ素から選ばれる少
なくとも１種を含んだアルカリ性のスラリーを塗布した
後、乾燥したものである。このようにすれば、光触媒の
光活性を維持することができる。
【００２２】ここで、図１および図２は、本発明の光触
媒顆粒体の製造方法示す概略断面図で、図１は光触媒顆
粒体を圧縮している状態を示し、図２は光触媒顆粒体を
排出する状態を示している。以下、本発明の光触媒顆粒
体の製造方法を、図１および図２を用いて説明する。ま
ず、光触媒粒子と、充填剤と、無機多孔質体とをよく混
練して混合物を得る。次いで、得られた混合物を、造粒
機などで細粒化する。打錠機１の臼２の中心部で、臼２
を垂直方向に貫通して設けられた水平断面円形の貫通孔
２ａ内に、下杵３を挿入し、所定の位置で下杵３を固定
する。次いで、この混合物を適量、臼２の上方から投入
する。次いで、上杵４を貫通孔２ａ内に挿入し、臼２に
対して垂直下方に、混合物を圧縮する。この際、必要に
応じて臼２をヒータなどで加熱して、温度０〜２００
℃、圧力５００〜６０００ｋｇ／ｃｍ2、加圧時間０．
０１〜６０秒の成形条件で、光触媒顆粒体５を圧縮成形
する。所定時間経過後、上杵４を上方に引き上げると同
時に、下杵３をその先端が臼２の上面と面一になるまで
上方に押し上げて光触媒顆粒体５を貫通孔２ａから排出
した後、この光触媒顆粒体５を水平方向に払い出す。な
お、光触媒顆粒体５の圧縮成形は、大気中、真空中また
は不活性ガス中の条件下で行なわれる。光触媒活性の高
い光触媒顆粒体５を得るためには、成形時に光触媒内に
不純物が混入しないことが好ましく、真空中または不活
性ガス中で成形されることが好ましい。また、光触媒顆
粒体５の表面に凹凸模様を形成する方法としては、光触
媒顆粒体５の圧縮成形時に、臼２の貫通孔２ａの内面の
光触媒顆粒体の表面を成形する部分にエンボス、レリー
フなどの模様を形成しておくか、または、光触媒顆粒体
５の圧縮成形後に、機械加工、サンドブラスト処理など
を施して、光触媒顆粒体５の表面に凹凸模様を形成する
方法が挙げられる。次に、光触媒顆粒体５の表面に、炭
酸ナトリウム、水酸化カルシウム、酸化カルシウム、炭
酸水素ナトリウム、二酸化ケイ素から選ばれる１種類以
上の材料を含んだスラリーを塗布し、乾燥して、本発明
の光触媒顆粒体を得る。
【００２３】本発明の光触媒顆粒体の製造方法は、光触
媒粒子と充填剤などを混練した後、圧縮成形する方法で
あるから、押出成形や射出成形などのように大掛かりな
機械を必要としないので、製造コストが低い。また、成
形温度が０〜２００℃と低く、加圧時間も０．０１〜６
０秒と短いから、連続成形に適している。また、このよ
うにして得られた光触媒顆粒体に、充填剤としてフッ素
系樹脂が用いられていれば、その表面の潤滑性により、
圧縮成形後に成形型などから排出され易くなる。また、
得られた光触媒顆粒体の形状は、ペレット状またはタブ
レット状であるから、取り扱い易く、使用後の回収が容
易であるから、これまで使用され難かった用途にも適用
可能となる。
【００２４】また、本発明の光触媒顆粒体の機能回復方
法は、光触媒顆粒体が一定期間あるいは一定量の有害有
機物の分解に用いられた後、その表面を上記スラリーま
たは水酸化ナトリウム溶液などのアルカリ溶液で洗浄
し、光触媒顆粒体の機能（光活性）を回復するものであ
る。
【００２５】光触媒による有機物の光酸化反応（分解反
応）は、基本的には、光励起されたラジカルによるもの
であるが、そのラジカルの種類も分解対象の有機物自体
の分子構造に影響される部分が大きい。例えば、塩素系
の有機溶剤を分解する際は、分解によって生成される塩
素ラジカルが、分解を促進する場合もあれば、阻害する
場合もある。つまり、単純に、光触媒に紫外線を照射す
れば、分解が進行するものではない。また、塩素系の有
機溶剤を分解すると、塩素、塩化水素、ホスゲン、四塩
化炭素などの塩素系ガスが生成される。塩素系ガスは、
人体にとって有害な物質であるから、中和無害化しなけ
ればならない。これらの塩素系ガスの存在下に人体を曝
すと、その濃度が高い場合には、人体に大きな負荷を負
い、非常に危険である。したがって、塩素系ガスの排出
量を極力低く抑制することが好ましい。例えば、塩化メ
チレンを分解し、分解によって生成される塩素濃度が増
加すると、クロロホルムや四塩化炭素が生成されたり、
分解速度が極端に遅くなる。また、パークロロエチレン
を分解すると、分解によって生成される塩素ラジカル
が、さらに分解を促進する傾向がある。しかし、分解を
促進するには、塩素ラジカルの濃度が高くなければなら
ない。
【００２６】以上のようなことから、光触媒を用いた有
機物の分解を実用するには、分解反応の形態に応じて、
反応条件を調整しなければならない。そこで、本発明の
光触媒顆粒体は、その表面に上記アルカリ性のスラリー
を塗布したことにより、分解反応の形態に応じて、反応
条件を調整することを可能とした。さらに、本発明の光
触媒顆粒体の機能回復方法は、光触媒顆粒体の表面を上
記アルカリ性のスラリーまたは水酸化ナトリウム溶液な
どのアルカリ溶液で洗浄することにより、分解反応の形
態に応じて、反応条件を調整することを可能とした。ま
た、本発明の光触媒顆粒体の機能回復方法は、後述の有
害有機物の分解除去装置に備えられていることが好まし
い。
【００２７】図３は、本発明の有害有機物の分解除去装
置の一例を模式的に示す説明図である。図３において、
符号１１は、溶剤分離部を示し、矢印は塩素系有機溶剤
の流通方向を示す。溶剤分離部１１は、廃液供給管路１
２を介するかまたは直接に、気化処理部１３に接続され
ている。さらに、気化処理部１３には、曝気後の排水を
排水する排水管路１９が接続されている。また、溶剤分
離部１１は、気化ガス供給管路１４を介して、光酸化分
解処理部１５に接続されており、光酸化分解処理部１５
は、分解生成ガス供給管路１６を介して、後処理部１７
に接続されている。さらに、後処理部１７には、後処理
後の水や二酸化炭素を含む無害な空気の排出管路２０が
接続されている。また、光酸化分解処理部１５には、上
述の光触媒顆粒体が充填されている。また、光酸化分解
処理部１５は、循環用配管路２１を介して、光触媒顆粒
体洗浄部２２に接続されている。さらに、本発明の有害
有機物の分解除去装置は、これらの溶剤分離部１１、気
化処理部１３、光酸化分解処理部１５、後処理部１７、
光触媒顆粒体洗浄部２２を制御する制御部１８からなる
ものである。
【００２８】溶剤分離部１１は、廃液中に微小な粒状態
で分散している塩素系有機溶剤を選択的に吸着する。次
いで、溶剤分離部１１で吸着されない塩素系有機溶剤を
含む廃液が、気化処理部１３において、曝気方式によっ
て気化処理され、ここで気化された塩素系有機ガスを含
む気化ガスは、再び溶剤分離部１１を通過する。次い
で、この気化ガスは、溶剤分離部１１を通過する時に、
溶剤分離部１１に吸着された塩素系有機溶剤を気化し
て、これら全ての気化ガスが、気化ガス供給管路１４を
通って光酸化分解処理部１５に導入される。次いで、こ
の気化ガスを、光酸化分解処理部１５内に充填された、
上述の光触媒顆粒体と接触させ、この光触媒顆粒体に波
長４００ｎｍ以下の光、すなわち紫外線を照射すること
により、気化ガスの有害有機物を光酸化分解する。次い
で、光酸化分解反応によって生じた塩素系ガスなどを含
む分解生成ガスが、分解生成ガス供給管路１６を通って
後処理部１７に導入され、後処理部１７において吸着、
吸収、中和され、無害な塩類へと変換され、排水処理ま
たは排気処理がなされる。
【００２９】また、光酸化分解処理部１５において、所
定の光酸化分解処理回数後あるいは所定の時間経過後、
光酸化分解処理部１５内に充填された光触媒顆粒体を洗
浄し、その機能（光活性）を回復する。その機能回復方
法は、光触媒顆粒体洗浄部２２内に備えられた炭酸ナト
リウム、水酸化カルシウム、酸化カルシウム、炭酸水素
ナトリウム、二酸化ケイ素から選ばれる１種類以上の材
料を含んだスラリーまたは水酸化ナトリウム溶液などの
アルカリ溶液を、循環用配管路２１を介して光酸化分解
処理部１５内に導入し、光酸化分解処理部１５内を循環
させるものである。また、光触媒顆粒体の洗浄は、所定
の光酸化分解処理回数後あるいは所定の時間経過後、自
動的に行なわれるように制御部１８で制御されている。
また、上記スラリーまたはアルカリ溶液は、ｐＨセンサ
ーなどでｐＨをモニターするかまたは所定の洗浄回数経
過後に、自動的に交換されるように制御部１８で制御さ
れている。なお、上記スラリーまたはアルカリ溶液のｐ
Ｈは８以上に維持されるようになっている。
【００３０】図４は、本発明の有害有機物の分解除去装
置の一例を示す概略斜視図である。上記気化処理部１３
として、曝気処理部が用いられている。図２に示すよう
に、この曝気処理部は、曝気槽３１に、廃液を注入する
ための廃液入口部３２と、曝気処理後の排液を排出する
ための排液出口部３３と、圧縮空気を送入するための圧
縮空気入口部３４と、曝気後のガスを排出するための気
化ガス出口部３５とが設けられたものである。
【００３１】上記曝気槽３１は、略円柱状の圧力容器で
あり、耐食性、耐薬品性、撥水性に優れたフッ素系樹
脂、ポリエチレン系樹脂などの高分子物質を素材とした
もの、あるいはこれらを槽内壁にコーティングしたもの
などが用いられる。また、上記曝気槽３１の内部には、
曝気効率を向上させるために、噴流式、プロペラ式など
の攪拌装置が設置されている。
【００３２】上記排液出口部３３には、第１の分岐バル
ブ３６と、第１の開閉バルブ３７と、排液チューブ３８
と、洗浄液供給管路３９とが設けられており、曝気処理
後の排液を外部に排出する時には、第１の分岐バルブ３
６を排液チューブ３８に接続し、また、光触媒洗浄用溶
液を後述の光触媒反応部に供給する時には、第１の分岐
バルブ３６を洗浄液供給管路３９に接続し、第１の開閉
バルブ３７を開放すれば良いように構成されている。
【００３３】また、圧縮空気入口部３４には、第２の開
閉バルブ４０と、レギュレータ４１と、圧力計４２と、
圧縮空気供給管路４３とが設けられており、これらを調
節することにより、曝気槽３１内の圧力を制御すること
ができるようになっている。また、曝気時に用いられる
圧縮空気の供給源としては、クリーニング業や洗浄業の
工場などで一般的に配備されているものを用いることが
でき、圧縮空気供給管路４３は、上記供給源と簡単に着
脱できるように構成されている。また、圧縮空気入口部
３４には、曝気槽３１内において、曝気効率を向上させ
るために、散気管が取り付けられている。
【００３４】また、気化ガス出口部３５には、第３の開
閉バルブ４４が設けられており、これを開閉することに
より、曝気処理後のガスを気化ガス供給管路１４に排出
できるようになっている。
【００３５】気化ガス供給管路１４は、耐食性に優れた
フッ素系樹脂やポリエチレン系、ナイロン系樹脂などの
高分子物質で形成されており、光酸化分解処理部１５に
接続されている。光酸化分解処理部１５は、気化ガス供
給管路１４から供給された気化ガスが流通するガス流通
管路（図示略）内に、ガス中の有機物を光酸化分解させ
る光触媒顆粒体（図示略）が充填された光触媒反応部
（図示略）と、光触媒顆粒体に紫外線光を照射する紫外
線光源（図示略）を有する人工光照射部（図示略）とを
備え、光触媒反応部に対向するように人工光照射部（図
示略）が配置されたものである。
【００３６】また、光酸化分解処理部１５には、循環用
配管路（図示略）を介して、光触媒顆粒体洗浄部（図示
略）が接続されている。
【００３７】ガス流通管路は、入口部４５と出口部４６
を有し、鉛直方向上下に走行する一つの経路を形成する
ように、２〜２０本程度の直管状の直線管路（図示略）
が、８〜３５ｍｍのピッチ間隔で同一鉛直面上に並列さ
れ、相隣接する直線管路の端部同士が接続部材（図示
略）によって接続され、流路（図示略）を形成するよう
に、光酸化分解処理部１５全体の構造体を兼ねる接続部
材本体部（図示略）によって互いに固定されて、構成さ
れている。
【００３８】入口部４５には、第２の分岐バルブ４７が
設けられており、気化ガスを光触媒反応部に注入する時
には、第２の分岐バルブ４７を気化ガス供給管路１４に
接続し、光触媒洗浄用溶液を光触媒反応部に供給する時
には、第２の分岐バルブ４７を洗浄液供給管路３９に接
続すれば良いように構成されている。また、出口部４６
には、第４の開閉バルブ４８が設けられており、これを
分解生成ガス供給管路１６と接続することにより、光酸
化分解処理後のガスを分解生成ガス供給管路１６に排出
できるようになっている。
【００３９】上記直線管路の素材としては、紫外線光な
どの人工光や自然光が透過可能なものが用いられ、ホウ
ケイ酸ガラス、合成樹脂などの透明材料が使用可能であ
る。
【００４０】上記直線管路の内径は、５〜３０ｍｍ、よ
り好ましくは８〜１６ｍｍ程度とされる。上記内径が、
５ｍｍ未満であると、ガス流通管路内に充填される光触
媒顆粒体の充填量が少なくなるため、光酸化分解処理効
率が低下し、また、内径が小さいことによるガス流量の
減少のために、処理量が低下する。また、３０ｍｍを超
えると、紫外線光源から照射された光が直線管路の中心
付近まで届き難くなり、光触媒顆粒体の受光効率が低下
するため、光酸化分解処理効率が低下する。
【００４１】また、上記直線管路の長さは、２００ｍｍ
〜８００ｍｍの範囲となるように構成され、紫外線光源
の長さと等しくなるように設定されるのが好ましい。こ
れにより、光触媒顆粒体に、紫外線光源からの紫外線光
を、光触媒反応部の全長にわたって均一に照射すること
ができ、光酸化分解処理効率を向上させることができ
る。
【００４２】また、分解生成ガス供給管路１６は、後処
理部１７に接続されている。後処理部１７は、処理槽４
９に、分解生成ガス入口部５０と、排ガスおよび排水出
口部５１とが設けられたものである。また、分解生成ガ
ス供給管路１６、処理槽４９、分解生成ガス入口部５０
は、フッ素系樹脂、ポリエステル系樹脂、ナイロン系樹
脂などの耐食性、耐薬品性に優れた高分子物質によって
形成されていることが望ましい。
【００４３】処理槽４９は、略四角柱状の容器であり、
耐食性に優れたポリエチレン系樹脂、フッ素系樹脂など
を素材とする、またはこれらを内壁面に被覆した容器な
どが用いられる。処理槽４９には、分解生成ガス入口部
５０より供給される分解生成ガスを、吸収、吸着、中和
するための処理剤が注入されている。上記処理剤として
は、例えば、亜硫酸カルシウム、ケイ酸カルシウム、炭
酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム、チオ硫酸ナトリウ
ム、炭酸カルシウム、石灰、アンモニア、苛性ソーダ、
アルカリイオン水、水などの中から選択される１種、ま
たは２種以上を含むアルカリ性イオン水などが用いられ
る。これらの処理剤の形態は、液相に限らず、粉体状の
流動床であっても良く、また、それらの複合形であって
もよい。また、上記後処理効率を高めるために、分解生
成ガス入口部５０の処理槽４９内部側には、図示略の散
気管が設けられていることが好ましい。
【００４４】この例の廃液処理装置の構成要素である気
化処理部１３、光酸化分解処理部１５、および後処理部
１７は、いずれか一つが不良状態に陥った場合に、不良
状態に陥った構成要素のみを良好状態であるものに取り
替えることができるように、着脱可能に構成されてお
り、底部に４つのキャスターが設けられているベース部
５２に集約され、収納されている。
【００４５】本発明の有害有機物の分解除去装置は、上
記の光触媒顆粒体を用いているから、分解能が優れてい
る上に、その優れた耐薬品性、耐水性などから、光触媒
顆粒体の交換頻度が低減し、長期使用が可能となるか
ら、コスト面でも優れている。
【００４６】以下、具体的な実施例を示して本発明の効
果を明らかにする。 （実施例１）平均粒径が５〜３００ｎｍ程度で、粒度分
布が３〜５００ｎｍ程度である二酸化チタン光触媒微粉
末５部と、平均粒径が８μｍのポリテトラフルオロエチ
レン粉末２部とを混練して、混合物を得た。次いで、得
られた混合物を、造粒機などで細粒化した。細粒化した
光触媒の混合物を打錠機にて、温度３０℃、圧力１００
０ｋｇ／ｃｍ2、加圧時間０．１秒の成形条件で圧縮成
形し、光触媒顆粒体を得た。
【００４７】（実施例２）実施例１で作製した光触媒顆
粒体の表面に、炭酸水素ナトリウムの５重量％溶液を塗
布した後、乾燥して光触媒顆粒体を得た。
【００４８】（比較例１）平均粒径が５〜３００ｎｍ程
度で、粒度分布が３〜５００ｎｍ程度である二酸化チタ
ン光触媒微粉末５部と、平均粒径が８μｍのタルク粉末
２部とを混練して、混合物を得た。次いで、得られた混
合物を、造粒機などで細粒化した。細粒化した光触媒の
混合物を打錠機にて、温度３０℃、圧力１０００ｋｇ／
ｃｍ2、加圧時間０．１秒の成形条件で圧縮成形し、光
触媒顆粒体を得た。
【００４９】（比較例２）ゾルゲル法によって作製され
た市販の光触媒薄膜を用いた。
【００５０】（比較例３）平均粒径が５〜３００ｎｍ程
度で、粒度分布が３〜５００ｎｍ程度である二酸化チタ
ン光触媒微粉末をそのまま用いた。
【００５１】実施例１または２および比較例１ないし３
で得られた光触媒顆粒体に関して、以下の項目について
評価した。 （１）有機物の分解 （パークロロエチレンの分解）パークロロエチレンの分
解は、以下のような条件で行なった。内容積１０Ｌのガ
ラスデシケータ内に、各光触媒顆粒体を直径１２ｃｍ2
のガラス製シャーレに全面敷き詰めるようにして設置し
て、密封した（照射面積一定）。その中へ、シリンジで
パークロロエチレン５０μｌを注入した後、外部より４
００Ｗのブラックライトを照射し、１５分毎に内部ガス
を採取し、パークロロエチレンと炭酸ガス濃度を計測し
て、パークロロエチレンの９０％が分解するまでの時間
を測定した。なお、注入したパークロロエチレンは自然
蒸発しガス化して、気体運動することで光触媒顆粒体と
接触する。 （ジクロロメタンの分解）ジクロロメタン５０μｌを用
いた以外は、（パークロロエチレンの分解）と同様にし
てジクロロメタンの分解を行なった。 （トルエンの分解）トルエン２０μｌを用いた以外は、
（パークロロエチレンの分解）と同様にしてトルエンの
分解を行なった。
【００５２】（２）光触媒顆粒体の耐薬品性評価 上記（１）有機物の分解において、各溶剤に浸漬された
各光触媒顆粒体の状態を観察し、目視により評価し、こ
れを短期間の耐薬品性評価とした。また、各光触媒顆粒
体を各溶剤に５日間浸漬し、各光触媒顆粒体の状態を観
察し、目視により評価し、これを長期間の耐薬品性評価
とした。評価基準を、下記の通りとした。 ◎ ：原形を維持し、かつ強度低下が５％以下（ほと
んどない）もの。 ○ ：原形を維持するが、強度低下が１０〜２０％。 △ ：部分的に潮解現象による破損がみられるもの。 ×：全体が潮解現象により破損しているいもの。 以上、（１）および（２）の評価結果を表１に示した。
【００５３】
【表１】
【００５４】表１の結果から、実施例１および２の光触
媒顆粒体は、その有機物の分解能および耐薬品性が優れ
ていることが確認された。特に、実施例２では、炭酸水
素ナトリウム溶液を塗布することにより、ジクロロメタ
ンの分解能が向上することが確認された。また、比較例
１では、長期間の使用において、光触媒顆粒体が潮解
し、型崩れすることが確認された。また、比較例２で用
いたゾルゲル法によって作製された市販の光触媒薄膜
は、ジクロロメタンとトルエンの分解において３００分
を超える長時間を要した上に、トルエンの分解において
は分解反応後、光活性を失ってしまった。また、比較例
３で用いた二酸化チタン光触媒微粉末は、使用後の回収
が困難であるため、耐久性に問題があった。
【００５５】（３）有害な塩素系ガスの発生を抑制する
効果の評価 実施例１で作製した光触媒顆粒体（Ａ）と、この光触媒
顆粒体の表面に、炭酸水素ナトリウムの５重量％溶液を
塗布するか、または、この光触媒顆粒体の表面を、炭酸
水素ナトリウムの５重量％溶液で洗浄した光触媒顆粒体
（Ｂ）を用意した。これら光触媒顆粒体（Ａ）と光触媒
顆粒体（Ｂ）を用いて、１００００ｐｐｍ以上の濃度の
パークロロエチレンを分解し、これらの光触媒顆粒体が
有害な塩素系ガスの発生を抑制する効果を評価した。こ
の評価を、発生した有害な塩素系ガスの濃度を測定する
ことにより行なった。結果を表２に示す。また、光触媒
顆粒体（Ａ）と光触媒顆粒体（Ｂ）を用いて、塩化メチ
レンを分解し、その際に発生する塩素ガスにより、これ
らの光触媒顆粒体が、その光活性を阻害されるのを抑制
する効果を評価した。この評価を、塩化メチレンの分解
を繰り返し行ない、１回目の分解率と５回目の分解率を
測定して、分解能力の低減率を求めることにより行なっ
た。結果を表３に示す。
【００５６】
【表２】
【００５７】
【表３】
【００５８】表２の結果から、光触媒顆粒体の表面に、
炭酸水素ナトリウムの５重量％溶液を塗布するか、また
は、この光触媒顆粒体の表面を、炭酸水素ナトリウムの
５重量％溶液で洗浄した光触媒顆粒体（Ｂ）は、有害な
塩素系ガスの発生する効果が優れていることが確認され
た。また、表３の結果から、光触媒顆粒体（Ｂ）は、有
害有機物の分解に繰り返し用いられても、分解能力の低
減が少ないことが確認された。
【００５９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の光触媒顆
粒体は、光触媒粒子と充填剤を含む光触媒混合物を、大
気中、真空中または不活性ガス中で、温度０〜２００
℃、圧力５００〜６０００ｋｇ／ｃｍ2、加圧時間０．
０１〜６０秒で圧縮成形し、ペレット状もしくはタブレ
ット状としたものであるから、扱い易く、光触媒顆粒体
の位置の制御が可能となるから、回収が容易となる上
に、紫外線の照射効率の高い位置に光触媒顆粒体を配置
することが可能となる。前記光触媒混合物中の前記光触
媒粒子の含有率が４０重量％以上であれば、光触媒活性
が高い光触媒顆粒体となる。前記充填剤が、ケイ酸マグ
ネシウム、ケイ酸アルミニウム、ケイ酸カルシウム、炭
酸水素ナトリウム、炭酸ナトリウム、水酸化カルシウ
ム、酸化カルシウム、炭酸カルシウム、酸化アルミニウ
ム、二酸化ケイ素、石膏、無機ウィスカー、無機繊維、
無機コロイド、ポリテトラフルオロエチレン、パーフル
オロアルコキシ樹脂、パーフルオロエチレンプロピレン
樹脂、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体樹脂
から選ばれる１種類以上の材料を含み、特に、フッ素系
樹脂を用いていれば、その表面の潤滑性により、光触媒
顆粒体は成形性、離型性が向上する。また、光触媒によ
る有害な有機物の分解で発生する塩素系、硫黄系、窒素
系などの中間生成物もしくは最終生成物に対する耐久性
に優れている。前記充填材が、前記光触媒混合物の２０
重量％未満の無機多孔質体を含んでいれば、光触媒活性
を低下させることなく、有機物を効率よく吸着し、有機
物と光触媒粒子との接触する頻度を高くすることができ
る。前記光触媒顆粒体の表面に、凹凸模様が形成されて
いれば、光触媒顆粒体の表面積が拡大し、光触媒粒子と
有機物が接触する頻度および無機多孔質体が有機物を吸
着する効率が向上する。その結果として、光触媒顆粒体
の有機物の分解能が向上する。前記光触媒顆粒体は、最
大長さが１〜１０ｍｍ、最小長さが０．５〜５ｍｍであ
れば、製造し易く、生産性にも優れている。前記光触媒
顆粒体の表面に、炭酸ナトリウム、水酸化カルシウム、
酸化カルシウム、炭酸水素ナトリウム、二酸化ケイ素か
ら選ばれる１種類以上の材料を含むスラリーが塗布され
ていれば、有機物の分解により光触媒顆粒体の表面に生
じる中間生成物や最終生成物を除去することができる。
また、本発明の光触媒顆粒体の機能回復方法は、前記光
触媒顆粒体の表面を、炭酸ナトリウム、水酸化カルシウ
ム、酸化カルシウム、炭酸水素ナトリウム、二酸化ケイ
素から選ばれる１種類以上の材料を含むスラリーあるい
は水酸化ナトリウムのアルカリ溶液で洗浄することで前
記光触媒顆粒体の機能を回復させるから、有機物の分解
により光触媒顆粒体の表面に生じる中間生成物や最終生
成物が除去され、光触媒の光活性を維持することができ
る。本発明の有害有機物の分解装置によれば、有害有機
物の分解能が優れている上に、その優れた耐薬品性、耐
水性などから、光触媒顆粒体の長期使用が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の光触媒顆粒体の製造方法示す概略断
面図である。
【図２】 本発明の光触媒顆粒体の製造方法示す概略断
面図である。
【図３】 本発明の有害有機物の分解除去装置の一例を
模式的に示す説明図である。
【図４】 本発明の有害有機物の分解除去装置の一例を
示す概略斜視図である。
【符号の説明】
１・・・打錠機、２・・・臼、２ａ・・・貫通孔、３・・・下杵、４
・・・上杵、５・・・光触媒顆粒体、１１・・・溶剤分離部、１
２・・・廃液供給管路、１３・・・気化処理部、１４・・・気化
ガス供給管路、１５・・・光酸化分解処理部、１６・・・分解
生成ガス供給管路、１７・・・後処理部、１８・・・制御部、
１９・・・排水管路、２０・・・排出管路、２１・・・循環用配
管路、２２・・・光触媒顆粒体洗浄部、３１・・・曝気層、３
２・・・廃液入口部、３３・・・排液出口部、３４・・・圧縮空
気入口部、３５・・・気化ガス出口部、３６・・・第１の分岐
バルブ、３７・・・第１の開閉バルブ、３８・・・排液チュー
ブ、３９・・・洗浄液供給管路、４０・・・第２の開閉バル
ブ、４１・・・レギュレータ、４２・・・圧力計、４３・・・圧
縮空気入口部、４４・・・第３の開閉バルブ、４５・・・入口
部、４６・・・出口部、４７・・・第２の分岐バルブ、４８・・
・第４の開閉バルブ、４９・・・処理槽、５０・・・分解生成
ガス入口部、５１・・・排ガス及び排水出口部、５２・・・ベ
ース部
───────────────────────────────────────────────────── 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 38/64 Ｃ０７Ｂ 35/06 Ｃ０７Ｂ 35/06 37/06 37/06 Ｃ０７Ｃ 15/06 Ｃ０７Ｃ 15/06 19/03 19/03 21/12 21/12 Ｂ０１Ｄ 53/36 Ｊ Ｇ Ｋ (72)発明者 山本 潤 静岡県浜松市中沢町10番１号 ヤマハ株式 会社内 (72)発明者 室井 國昌 静岡県浜松市中沢町10番１号 ヤマハ株式 会社内 Ｆターム(参考） 4D048 AA11 AA23 AB03 AC06 BA01Y BA02Y BA03Y BA06Y BA07X BA12Y BA14X BA41X BA42Y BA45X BA46Y BB01 BB04 BD05 BD07 EA01 4G004 MA03 4G069 AA03 AA08 AA10 BA01A BA02A BA02C BA04A BA04B BA15A BA22A BA22B BA48A BB04A BB05A BB10A BB16A BB16B BC02A BC02B BC02C BC09A BC09C BE34A BE34B EA02X EA02Y EB03 EB18X EB18Y FA01 FB23 FB64 FC07 FC08 GA12 GA16 4H006 AA04 AA05 AC13 AC26 BA10 BA30 BA95

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光触媒粒子と充填剤を含む光触媒混合物
    を、大気中、真空中または不活性ガス中で、温度０〜２
    ００℃、圧力５００〜６０００ｋｇ／ｃｍ2、加圧時間
    ０．０１〜６０秒で圧縮成形し、ペレット状もしくはタ
    ブレット状としたことを特徴とする光触媒顆粒体。
  2. 【請求項２】 前記光触媒混合物中の前記光触媒粒子の
    含有率が４０重量％以上であることを特徴とする請求項
    １記載の光触媒顆粒体。
  3. 【請求項３】 前記充填剤が、ケイ酸マグネシウム、ケ
    イ酸アルミニウム、ケイ酸カルシウム、炭酸水素ナトリ
    ウム、炭酸ナトリウム、水酸化カルシウム、酸化カルシ
    ウム、炭酸カルシウム、酸化アルミニウム、二酸化ケイ
    素、石膏、無機ウィスカー、無機繊維、無機コロイド、
    ポリテトラフルオロエチレン、パーフルオロアルコキシ
    樹脂、パーフルオロエチレンプロピレン樹脂、エチレン
    −テトラフルオロエチレン共重合体樹脂から選ばれる１
    種類以上の材料を含むことを特徴とする請求項１または
    ２記載の光触媒顆粒体。
  4. 【請求項４】 前記充填材が、前記光触媒混合物の２０
    重量％未満の無機多孔質体を含むことを特徴とする請求
    項１ないし３のいずれかに記載の光触媒顆粒体。
  5. 【請求項５】 請求項１ないし４のいずれかに記載の光
    触媒顆粒体の表面に、凹凸模様が形成されていることを
    特徴とする光触媒顆粒体。
  6. 【請求項６】 最大長さが１〜１０ｍｍ、最小長さが
    ０．５〜５ｍｍであることを特徴とする請求項１ないし
    ５のいずれかに記載の光触媒顆粒体。
  7. 【請求項７】 請求項１ないし６のいずれかに記載の光
    触媒顆粒体の表面に、炭酸ナトリウム、水酸化カルシウ
    ム、酸化カルシウム、炭酸水素ナトリウム、二酸化ケイ
    素から選ばれる１種類以上の材料を含むスラリーが塗布
    されたことを特徴とする光触媒顆粒体。
  8. 【請求項８】 前記光触媒顆粒体の表面を、炭酸ナトリ
    ウム、水酸化カルシウム、酸化カルシウム、炭酸水素ナ
    トリウム、二酸化ケイ素から選ばれる１種類以上の材料
    を含むスラリーあるいは水酸化ナトリウムのアルカリ溶
    液で洗浄することで前記光触媒顆粒体の機能を回復させ
    ることを特徴とする光触媒顆粒体の機能回復方法。
  9. 【請求項９】 請求項１ないし７のいずれかに記載の光
    触媒顆粒体を、液中もしくは気中の有害有機物と接触さ
    せ、当該光触媒顆粒体に波長４００ｎｍ以下の光を照射
    することにより、当該有害有機物を分解除去することを
    特徴とする有害有機物の分解除去装置。
  10. 【請求項１０】 請求項８記載の光触媒顆粒体の機能回
    復方法を備えたことを特徴とする請求項９記載の有害有
    機物の分解除去装置。
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