JP2003135973A

JP2003135973A - 光触媒反応容器

Info

Publication number: JP2003135973A
Application number: JP2001335239A
Authority: JP
Inventors: Motonori Tamura; 元紀田村
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2001-10-31
Filing date: 2001-10-31
Publication date: 2003-05-13

Abstract

(57)【要約】【課題】環境汚染物質の分解除去、防臭、防汚、殺菌
を、効率的な光触媒作用によって実現する反応容器を提
供する。【解決手段】筒状の反応容器内に波長400nm以下の紫
外光を発生する筒状の光源を配し、その反応容器内を流
体が流れる流通式光触媒反応容器であって、内部に段階
状にセルを形成した傾斜型円盤状ハニカムは、該傾斜型
円盤状ハニカムの内表面に光触媒が形成され、前記傾斜
型円盤状ハニカムが、前記光源の軸に対して傾斜角20°
〜70°に配置されてなることを特徴とする光触媒反応容
器である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、波長400nm以下の
紫外光を発生する光源を配する流通式光触媒反応容器に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】生活廃水や産業排水などによる水質汚
染、居住空間や作業空間での悪臭や自動車の排気ガス等
の有害物質による大気汚染が深刻な問題となっている。
従来、悪臭防止や大気中の有害物質除去に、酸やアルカ
リ等の吸収液や、吸着剤、土壌等に吸収あるいは吸着さ
せる方法がよく行われているが、この方法は、廃液や使
用済みの吸着剤、土壌の処理が問題で、2次公害を起こ
す恐れがある。活性汚泥で分解する方法もあるが、汚泥
臭の発散が避けられず、処理能力も低い。

【０００３】近年、光触媒が、その強い酸化力により、
汚染除去、殺菌、消臭、浄化等を目的として、開発が進
んでいる。半導体に光を照射すると強い還元作用を持つ
電子と強い酸化作用を持つ正孔が生成し、半導体に接触
した分子種を酸化還元作用により分解する。半導体のこ
のような作用、即ち、光触媒作用を利用することによっ
て、水中に溶解している有機溶剤や農薬、界面活性剤等
の環境汚染物質や空気中の有害物質の分解除去を行うこ
とができる。この方法は、半導体と光を利用するだけで
あり、微生物を用いる生物処理等の方法に比べて、温
度、pH、ガス雰囲気、毒性等の反応条件の制約が少な
く、しかも生物処理法では処理しにくい有機ハロゲン化
合物や有機リン化合物のようなものでも容易に分解・除
去できるという長所を持っている。ところで、これまで
の光触媒による有機物の分解除去は、光触媒として酸化
チタン等の粉末が用いられていた。(例えば、久永輝
明、原田賢二、田中啓一、工業用水、第379号、12 (199
0)、特開平5-23681号公報、特開平6-134476号公報等)。
そのため、光触媒としての取り扱いや使用が難しく、水
処理の場合、光触媒粉末を回収するため、処理した水を
濾過しなければならないが、光触媒が微粉末であるため
目詰まりを起こし、濾過が容易でなく、処理物と光触媒
との分離や回収が困難で、連続的に水処理できない等の
問題があった。

【０００４】一方、光触媒を物体に塗布する技術も開発
されている。例えば、ガラスやセラミックからなるビー
ズや繊維の表面に光触媒を塗布し焼成する技術、塗料や
樹脂による光触媒のマイクロカプセル化等がある。これ
らは、空気清浄機の脱臭ハニカムフィルタや高速道路の
NOx除去用隔壁、抗菌用の室内タイル等に利用されてい
る。これらは、汚染流体が自然に光触媒に接触し反応す
るのを待つため、反応効率が低い。強制的に浄化する場
合、反応容器に汚染流体を流通させ、ここで効率的に反
応させることが必要である。従来は、通常の触媒と同様
に表面積を増加させることのみ重点がおかれ、ガラスや
セラミックからなるビーズや繊維の表面に光触媒が塗布
された担体が反応容器内に充填されたり、容器内に数多
くの隔壁を段差状または螺旋状に配置し、これに光触媒
を塗布していた。しかし、これらの担体は、光源からの
光を吸収、あるいは遮蔽したり、光触媒との距離が適正
でないために光が有効に照射されず、結果的に反応効率
の低い反応容器が構成されていた。また、粉状又は繊維
状担体では流体抵抗が大きく、ポンプや配管に負担がか
かるという問題があった。また、このような反応容器
は、浄化設備に組み込まれ使用されるので、設備全体の
コストを下げメンテナンスも容易にするために、できる
だけ簡易に製作し安価に供給することが望ましい。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
な事情に着目してなされたものであって、環境汚染物質
の分解除去、防臭、防汚、殺菌を、効率的な光触媒作用
によって実現する反応容器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】本発明者は、上記の目的
を達成するため、鋭意研究を重ねた結果、光触媒を形成
させた傾斜型円盤状ハニカムを光源と傾斜して配置する
ことで、流体抵抗が少なく光触媒反応効率の高い反応容
器を簡易に提供できることを見出し、本発明をなすに至
った。

【０００７】すなわち、筒状の反応容器内に波長400nm
以下の紫外光を発生する筒状の光源を配し、前記反応容
器内を流体が流れる流通式光触媒反応容器であって、内
部に段階状にセルを形成した傾斜型円盤状ハニカムは、
該傾斜型円盤状ハニカムの内表面に光触媒が形成され、
前記傾斜型円盤状ハニカムが、前記光源の軸に対して傾
斜角20°〜70°で少なくとも１個配置されてなることを
特徴とする光触媒反応容器である。

【０００８】また、前記傾斜型円盤状ハニカムが、波状
金属箔で形成され、前記波状金属箔は、ステンレス、チ
タン又はチタン合金であり、前記波状金属箔の板厚が10
μｍ〜１mmであり且つ高さが0.2mm〜20mmであり、且
つ、前記波状金属箔の高さを前記波状金属箔の山と山と
または谷と谷とのピッチで割った値のアスペクト比が、
0.1以上20以下である。

【０００９】さらに、前記光触媒は二酸化チタンであ
り、前記金属箔の光源に対峙する側の表面に、膜厚0.2
μm〜2μmで形成されたことを特徴とする。さらに、前
記光源が中圧または高圧水銀ランプである光触媒反応容
器である。

【００１０】

【発明の実施の形態】光触媒が効果的に反応に寄与する
には、光触媒を励起する波長の光が十分到達することが
必要である。つまり、半導体のバンドギャップ以上のエ
ネルギーをもつ光が照射されることが光電極反応に重要
である。例えば、二酸化チタンは、アナターゼとルチル
が光触媒として知られているが、アナターゼの場合、バ
ンドギャップは3.2eVであり、これに相当する光の波長
は、380nmである。一方、ルチルではバンドギャップは
3.0eVであり、これに相当する光の波長は、400nmとな
る。400nm以下の短波長の光であれば、アナターゼ、ル
チルとも励起し得る。ところが、この短波長の紫外線
は、エネルギーは高いが、様々な物質に吸収されやす
い。流体と光触媒の接触面積を増やす目的で反応容器中
に光触媒を縦横に設置しても、光源から離れた光触媒に
光が照射されず、光触媒活性が得られないばかりでな
く、流体抵抗も増え、意味がない。流体の流通に支障を
生じないで、光源から紫外光が到達する一定の距離範囲
内に、光触媒を設置することが、結果として、反応効率
があがることがわかった。浄化する流体の種類や流量、
反応効率等によって異なるが、光源と光触媒の間隔は、
通常300mm以下とするのが好ましい。光触媒は、流体の
流れに対して平行に、光源からの光に対して垂直に配置
することで、流体抵抗を上げず光触媒効果を高めること
ができる。このため、傾斜型円盤状ハニカムが効果的で
ある。

【００１１】紫外光を発する光源は、一般に入手しやす
い筒状のランプを使用する。図1に示すように、筒状の
ランプの中心軸と円盤状ハニカムのなす角度7が、傾斜
角であり、この傾斜角が小さいとハニカム内面に形成さ
れたセルに光源からの光が効率良く照射されるが、光触
媒反応容器内のスペースを大きく占有する。逆に傾斜角
が大きいと、光触媒反応容器内に円盤状ハニカムを多く
設置できるが、ハニカム内面のセルへの光の照射が限ら
れる。光源に対する傾斜角20°〜70°の位置に、円盤状
ハニカムを設置するのが、光の照射及び反応容器内のス
ペース効率の点から適当である。

【００１２】反応容器内でのハニカムの設置は、処理流
体の流れと光源からの光の照射を大きく妨げない範囲
で、セル内の接触面積を増やすために図1のように多数
設置することが効果的である。ハニカムを反応容器内で
平行に、ハニカムの厚さ(図1（A）の9)の2倍程度の間隔
で設置するのが好ましい。

【００１３】円盤状とするのは、円筒状反応容器に隙間
なく設置するためである。この円盤状ハニカムの厚さ
(図1（A）の9)は、5〜50mmとするのが適当である。5mm
より薄いと紫外線の照射断面積が十分得られないばかり
でなく、流体との接触面積も少なくなるので好ましくな
い。50mmより厚いと、流体との接触面積は大きくなる
が、紫外線の照射がハニカム内部まで十分行き届かず、
光触媒の効果が飽和する。ハニカムの形成は、波付け加
工された金属箔と平箔を使用すると容易に形成できる。
コイル状の箔を表面に波箔形状に対応する凹凸のあるギ
アロールで連続的に波付け加工し、波状の金属箔を形成
し、平箔とこの波箔とを交互に重ね、中心から外周に向
かって巻いていくと、円筒状のハニカムが形成できる。
この円筒状のハニカムから、目的に応じて傾斜状に切り
出すのが最も簡易な傾斜型円盤状ハニカムの形成方法で
ある。

【００１４】金属箔表面への光触媒の生成は、波付け加
工前でも、波付け加工後であっても、光触媒皮膜の特性
や効果に支障がなければどちらの工程でもよい。金属箔
は、光源や反応容器にあわせて、切断や接合等の加工が
容易で、使用中の耐久性にも優れ、表面に光触媒を生成
させる場合の量産性も確保できる。波付け加工された金
属箔は、平板状のものに比べ、表面積を増やすだけでな
く、金属箔表面近傍を通過する流体の攪拌効果がある。

【００１５】波状金属箔は、板厚が10μm〜1mmのステン
レス、チタンまたはチタン合金であり、波箔の高さが0.
2〜20mm、アスペクト比が0.1以上20以下であることが望
ましい。

【００１６】波箔を断面でみると山と谷が周期的にみら
れる。ここで、山と山、あるいは谷と谷の間隔をピッチ
と呼び、山と山を結ぶ面と谷と谷を結ぶ面の間隔を高さ
と呼ぶことにする。高さをh、ピッチをpとし、高さをピ
ッチで割った値h/pをアスペクト比とすると、このアス
ペクト比で波の形状を特徴付けられる。紫外光を発する
光源のランプ径は、一般的には、20〜50mmの範囲内であ
り、この光源から光触媒までの距離は、前述したよう
に、一般的には20〜400mmが適当である。このような実
用的なサイズを考慮した場合、光源から一定の距離で平
行に光触媒を配置する場合には、アスペクト比が0.1以
下や、高さが0.2mm以下であると、表面が平滑な円筒と
同様になり、波箔にする効果がなくなる。アスペクト比
が20以上や、高さが20mm以上だと、波状金属箔の谷の部
分への紫外線の照射が十分でなくなり好ましくない。流
体の攪拌効果を上げるために、さらに、ピッチは1mm 以
上が好ましく、20mm以上でもその効果は変わらないの
で、ピッチは1〜20mm がより好ましい。

【００１７】10μmより薄い板厚の金属箔は、流体の流
通条件や加工時の応力でも変形しやすく、均質な圧延と
波付け加工に細心の注意が必要である。このため、製造
コストが高くなるが、表面に光触媒を生成した場合の効
果は、10μm〜1mmの金属箔と比べ、光触媒を塗布した後
の反応効率は変わらないので、板厚は10μm以上が望ま
しい。1mmより厚い金属箔は、波付け加工の工具への負
荷が大きいばかりでなく、質量も増すので好ましくな
い。加工性、施工性、軽量化の観点から総合的に判断す
ると、板厚が、100μm以下がより好ましい。光触媒効果
を十分発揮するために、光触媒は、少なくとも光源に対
峙する金属箔の表面に生成させる。

【００１８】反応容器の形状は、筒状とし、流通式にす
ることで、連続的にしかも効率よく流体を浄化すること
ができる。容器断面は、円、楕円、四角形、多角形であ
ってもよい。光源の長さ方向の軸に平行に細長い形状
が、光触媒による反応が効率的に進み好ましい。流体
は、一方から流入し、他方から排出しても良いし、一方
の側を閉じ、片方から流入と排出を行っても良い。

【００１９】波状金属箔表面に生成する光触媒は、反応
活性、化学的安定性、生成のし易さ、コスト等から二酸
化チタンが好ましい。結晶相として、アナターゼ単相、
又はアナターゼとルチルの混合相が、活性が高く、望ま
しい。波状金属箔表面には、少なくとも0.2μm以上の膜
厚の二酸化チタン膜が十分な光触媒活性を発揮するため
に必要で、さらに、二酸化チタン膜は、密着性良く金属
箔表面に形成されていることが重要である。二酸化チタ
ンの膜厚や結晶相は、ハニカム内で、大きく異ならない
で、均質であることが望ましい。これは、膜質の不連続
な部分があると、応力集中によるクラック発生や皮膜剥
離の原因となるためである。このような観点から、少な
くとも、最も薄い部分と厚い部分との膜厚の差が少ない
ことが重要であり、好ましくは、この膜厚の差が、平均
膜厚の半分以下とすることが適当である。二酸化チタン
膜の厚さは、2μmより厚くても、その光触媒効果は変わ
らないので、二酸化チタンの膜厚は、2μm以下とする。
二酸化チタンは、緻密で、粒径0.1μｍ以下の微結晶か
らなる結晶質皮膜が、反応性が高くさらに望ましい。

【００２０】上記のような光触媒活性を有する皮膜の生
成は、物理蒸着法（PVD：PhysicalVapor Deposition)等
により、金属箔又はハニカム表面に形成することで製造
できる。PVD法は、基材への温度による負荷が少なく、
緻密で微細粒からなる結晶質皮膜が形成できる特徴があ
る。上記皮膜形成に適しているPVD法として、具体的に
は、真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング
の各種手法が適している。また、このプロセスは、形成
される結晶相の制御がし易く、後熱処理等は必要ない。
金属箔基材の熱による変形や、金属箔基材から皮膜への
元素拡散等による光触媒活性の劣化等の問題を生じない
ために、皮膜形成時の基材温度は500℃以下が適当であ
る。PVD法であれば、波状金属箔の山と谷の部分の膜質
も均質に生成することができる。例えば、一般的なゾル
ゲル法では、ゾルゲル溶液を波状金属箔表面に塗布する
際、山の部分は薄く、谷の部分は極端に厚くなる傾向が
あり、一般的には、均質皮膜の生成が難しい。

【００２１】本発明の容器に装着する光源としては、波
長400nm以下の紫外線を発生する能力を備えたものであ
れば、特に制限はなく、たとえば、低・中・高圧水銀ラ
ンプ、殺菌ランプ、ブラックランプ、キセノンランプ等
が挙げられる。水銀ランプは、紫外線殺菌に好適に用い
られる紫外線発生ランプであり、このうち低圧水銀ラン
プは、微生物を直接殺菌し得る波長254nm付近の紫外線
を効率よく発生する。これに対して、中圧水銀ランプ及
び高圧水銀ランプは、波長254nm付近の紫外線とともに
前述したように、二酸化チタン等の光触媒を活性化し得
る波長400nm以下の紫外線をも発生する性質があること
から、中圧水銀ランプもしくは高圧水銀ランプを用いる
ことが好ましい。

【００２２】

【実施例】以下に，本発明の実施例及び比較例を示す。

【００２３】（実施例１）図1は、反応容器の断面図で
ある。光源の長さ方向に平行な図1の断面図（A）と、図
AのY方向、すなわち光源の長さ方向に垂直な図1の断面
図（B）を示してある。ステンレス外筒6、傾斜型円盤状
ハニカム5及び波状金属箔8は、SUS304で作成した。反応
容器は、円筒上であり、両端は封止され、上端に、流体
導入1と流体排出2ができるように加工されている。ステ
ンレス外筒6の寸法は、外径140mm、内径138mm、高さ220
mmである。ステンレス外筒6の中心軸上の周りに石英ガ
ラスからなる保護管3が配置され、保護管3内部には、高
圧水銀ランプ4が配置されている。高圧水銀ランプ4は、
出力400Wのものを用いた。

【００２４】ステンレス外筒6の内部には、傾斜型円盤
状ハニカム5が3個平行に配置されている。ハニカムは、
波状金属箔8とステンレス箔とを螺旋状に巻いて形成し
た。波状金属箔8は、SUS304のコイル状の箔を表面に凹
凸のあるロールで連続的に加工し、波状にした。波箔の
山の部分と谷の部分は同じ間隔になるように一定の周期
で加工されていて、ピッチ5mm、高さ2.5mm、アスペクト
比0.5、板厚60μmのものを使用した。波箔の山の稜線に
相当する線、及び谷底に相当する線は平行であり、いず
れも高圧水銀ランプ4の長さ方向の軸に平行に配置され
ている。傾斜型円盤状ハニカム5は、ステンレス外筒6の
内径と同じサイズのハニカムを作成し、これから切り出
した。傾斜角7は、45°とした。ハニカムの厚さ9は、20
mmとした。この切り出したハニカムに、イオンプレーテ
ィング法によって、二酸化チタン膜を生成させた。イオ
ンプレーティングは、電子銃蒸発源を備えたアーク放電
活性化法で、チタンを電子ビームで溶解、蒸発させ、こ
れをイオン化させ、酸素圧力0.05Pa下で、400℃に加熱
しながら蒸着した。二酸化チタン膜は、X線回折法で調
べると結晶相がアナターゼ単相で、膜厚は1.1μmであっ
た。

【００２５】この傾斜型円盤状ハニカムを3個使った反
応容器を使って、NO_xの分解除去を行った。NO_x濃度100p
pm空気を20ml/分の流速で流し、出口の空気中のNO_x濃度
をガスクロマトグラフを用いて分析した。その結果、NO
_x濃度は5ppmに減少していた。

【００２６】比較例1〜4として、上記(図1の（A）及び
（B）)と同様の形状、サイズで傾斜型円盤状ハニカムを
配置していない反応容器を4種類用意した。傾斜型円盤
状ハニカムのみが配置されてないステンレス外筒6及び
高圧水銀ランプ4よりなる反応容器(比較例1)、ステンレ
ス外筒6の内面に直接、光触媒を塗布し、傾斜型円盤状
ハニカムが配置されていない反応容器(比較例2)、厚さ2
0mmで傾斜していない(傾斜角90°)円盤状ハニカムが3個
配置された反応容器(比較例3)、及び、ステンレス外筒6
と保護管3の間に、光触媒が塗布された外径10mmのチタ
ンボールが充填された反応容器(比較例4)を用意した。
比較例2及び比較例4の光触媒の塗布はいずれもゾルゲル
法であり、チタンアルコキシドから調整したゾルを塗布
し、室温で乾燥、700℃の温度で加熱・焼成した。これ
を5回繰り返し、得られた皮膜は、結晶相がルチル単相
であり、膜厚は0.4μmであった。比較例3では、光触媒
の生成は、実施例1と同様にイオンプレーティングで行
った。

【００２７】これらの反応容器に、NO_x濃度100ppmの空
気を20ml/分の流速で流し、出口の空気中のNO_x濃度をガ
スクロトグラフを用いて分析した。その結果、NO_x濃度
は、比較例1ではほとんど減少ぜず、比較例2では70ppm
に、比較例3では60ppmに、比較例4では90ppmにそれぞれ
減少していた。

【００２８】比較例1〜4に比べ、本発明の実施例1は、N
O_x分解効果がきわめて高いことがわかる。比較例1で
は、光触媒が容器内にないので反応が進んでいない。比
較例2では、ステンレス外筒の内面に光触媒が生成して
いるが、反応性の低いルチル単相であり、しかもステン
レス外筒とルチルの界面には、酸化クロムの生成が認め
られ、ゾルの結晶化の際に高温になって酸化物が生成し
たものと思われ、これが光触媒活性を下げているものと
思われる。ステンレスを基材に、ゾルゲル法を適用する
場合、皮膜を結晶化させるために700℃近い温度で焼成
しなければならず、これがステンレス基材表面の酸化ク
ロムの生成を促進させ、かえって光触媒の活性を下げる
ので、ステンレス鋼へのゾルゲル法の適用は一般的には
難しい。また、ステンレス外筒の内面での流体の抵抗も
少なく攪拌の効果がみられず、反応面積も小さいことが
全体の反応効率をさらに下げていると考えられる。比較
例3では、光触媒は、セルの中に生成してはいるが、光
源からの紫外線が各セルに有効に照射されず、光触媒反
応が進まなかったものと思われる。比較例4では、反応
面積は増していると思われるが、光源からの紫外線が周
囲のチタンボール表面にまで到達せず、ほとんど遮蔽さ
れているために、光触媒反応が進んでいないものと思わ
れる。また、比較例4では、流体抵抗も大きくなり、好
ましくない。

【００２９】（実施例２）実施例1と同様の構成の反応
容器を使用した。ステンレス外筒6の寸法は、外径100m
m、内径96mm、高さ200mmである。高圧水銀ランプ4は、
出力400Wのものを用いた。

【００３０】傾斜型円盤状ハニカム5内の波状金属箔8
は、実施例1と同様に波箔の山の部分と谷の部分は同じ
間隔になるように一定の周期で加工されていて、ピッチ
2.5mm、高さ5mm、アスペクト比2、板厚30μmのものを使
用した。波状金属箔8は、SUS316のコイル状の箔を表面
に波箔形状に対応する凹凸のあるギアロールで連続的に
波付け加工し、作製した。その後、片面に、イオンプレ
ーティング法によって、二酸化チタン膜を生成させた。
イオンプレーティングは、電子銃蒸発源を備えたアーク
放電活性化法で、チタンを電子ビームで溶解、蒸発さ
せ、これをイオン化させ、酸素圧力0.05Pa下で、500℃
に加熱しながら波状金属箔表面に蒸着した。二酸化チタ
ン膜は、X線回折法で調べると、結晶相がアナターゼ及
びルチルの混合相で、膜厚は、1.4μmであった。この光
触媒を生成させた波状金属箔を巻いて円筒状のハニカム
を形成させ、これから斜めに切り出して、傾斜型円盤状
ハニカムを作成した。傾斜角は、30°とした。

【００３１】この傾斜型円盤状ハニカムを使った反応容
器を使って、TOC(全有機態炭素)除去を行った。試料水
として、蒸留水にC₆H₁₂O₆ を3.5ppmC、C₆H₅NaPO₄ を2.0
ppmC、及び、NH₄Clを0.5ppmNの濃度で含んだ水溶液を用
いた。この試料水100Lを10L/分で循環させた。25時間後
及び50時間後のTOC除去率は、いずれも99%であった。

【００３２】比較例5、6として、上記と同様の形状、サ
イズで傾斜型円盤状ハニカムを配置していない反応容器
を2種類用意した。ステンレス外筒の内面に直接、光触
媒を塗布し、傾斜型円盤状ハニカムが配置されていない
反応容器(比較例5)、さらに、ステンレス外筒6と保護管
3の間に、光触媒が塗布された外径10mmのチタンボール
が充填された反応容器(比較例6)を用意した。比較例5及
び比較例6の光触媒の塗布はいずれもゾルゲル法であ
り、チタンアルコキシドから調整したゾルを塗布し、室
温で乾燥、700℃の温度で加熱・焼成した。これを5回繰
り返し、得られた皮膜は、結晶相がルチル単相であり、
膜厚は0.3μmであった。

【００３３】これらの反応容器を使って、上記実施例2
と同様に、TOC(全有機態炭素)除去を行った。その結
果、比較例5では、25時間後及び50時間後のTOC除去率
は、それぞれ、35%、70%であった。比較例6では、25時
間後及び50時間後のTOC除去率は、それぞれ、20%、40%
であった。

【００３４】比較例5、6に比べ、本発明の実施例2は、T
OC除去率が極めて高いことがわかる。比較例2の場合と
同様に、比較例5では、ステンレス外筒の内面に光触媒
が生成してはいるが、反応性の低いルチル単相であり、
しかもステンレス外筒とルチルの界面には、酸化クロム
の生成が認められ、これが光触媒活性を下げているもの
と思われる。また、ステンレス外筒の内面での流体の抵
抗も少なく攪拌の効果がみられず、反応面積も低いこと
が全体の反応効率をさらに下げていると考えられる。比
較例4の場合と同様に、比較例6では、反応面積は増して
いると思われるが、光源からの紫外線が周囲のチタンボ
ール表面にまで到達せず、ほとんど遮蔽されているため
に、光触媒反応が進んでいない。流体抵抗も大きくな
り、好ましくない。

【００３５】（実施例３）実施例1と同様の構成の反応
容器を使って、クロロフェノールの分解処理を行った。
容器内に62.0mg/Lのm-クロロフェノール水溶液を入れ、
回分処理を行った。高圧水銀ランプを点灯後、30分及び
60分経過した後の試料水を採取し、CODを分析した。な
お、当該クロロフェノール溶液の初期COD濃度は、80mg/
Lであった。

【００３６】比較例として、実施例1と同様の形状、サ
イズで傾斜型円盤状ハニカムのみが配置されていないス
テンレス外筒6及び高圧水銀ランプ4よりなる反応容器を
用いて、上記実施例3と同様に、クロロフェノールの分
解処理を行った(比較例7)。即ち、当該比較例において
は、紫外線照射のみの処理効果を観測していることにな
る。

【００３７】実施例3及び比較例7の結果を表1に示し
た。

【００３８】表１クロロフェノール分解処理結果（ＣＯＤ除去率） ──────────────────────────────────── 実施例３比較例７＜光触媒＋紫外線処理＞＜紫外線処理のみ＞ ──────────────────────────────────── 30分処理後除去率35％除去率25％ 60分処理後除去率75％除去率50％ ──────────────────────────────────── 比較例7では、30分処理、60分処理で、それぞれ除去率2
5%、50%であった。一方、実施例3では、30分処理、60分
処理で、それぞれ除去率35%、75%であり、比較例7に比
べて4割程度処理効果が高かった。

【００３９】本結果より、フェノール系化合物について
は、紫外線照射のみでもある程度の分解除去が可能であ
るが、本発明における傾斜型円盤状ハニカムを配置する
ことにより、処理効果を大幅に高めることができる。

【００４０】（実施例４）実施例1と同様の構成の反応
容器内に、オゾンガスを注入するための散気管を配置し
た反応容器使って、クロロフェノールの分解処理を行っ
た。即ち、オゾンガスによる処理性能促進効果を検証し
た。容器内に62.5mg/Lのm-クロロフェノール水溶液を入
れ、回分処理を行った。なお、オゾンガスは5g/Nm³にて
毎分1Lを通気した。高圧水銀ランプを点灯後、30分及び
60分経過した後の試料水を採取し、CODを分析した。な
お、当該クロロフェノール溶液の初期COD濃度は、85mg/
Lであった。

【００４１】比較例8として、実施例1と同様の形状、サ
イズで傾斜型円盤状ハニカムのみが配置されていないス
テンレス外筒6及び高圧水銀ランプ4よりなる反応容器を
用いて、上記実施例と同様にオゾンガスを通気しつつ、
クロロフェノールの分解処理を行った(比較例8)。即
ち、比較例8では、オゾン共存下にて紫外線照射処理効
果を観測していることになる。さらに、比較例8と同様
の反応容器を用いて、高圧水銀ランプを点灯することな
く、オゾンガス注入のみでクロロフェノールの分解処理
を行った(比較例9)。

【００４２】実施例4及び比較例8、9の結果を表2に示し
た。

【００４３】表２クロロフェノール分解処理結果（ＣＯＤ除去率） ──────────────────────────────────── 実施例４比較例８比較例９＜光触媒＋紫外線＜紫外線＋オゾン＞＜オゾン処理のみ＞＋オゾン＞ ──────────────────────────────────── 30分処理後除去率81％除去率65％除去率４％ 60分処理後除去率99％以上除去率95％除去率８％ ──────────────────────────────────── 比較例9では、顕著なCOD除去は認められなかった。比較
例8では、30分処理、60分処理にて、それぞれ除去率65
%、95%であった。一方、実施例4では、30分処理、60分
処理にて、それぞれ除去率81%、99%以上であり、比較例
8に比べて、2割程度処理効果が高かった。

【００４４】本結果より、フェノール系化合物について
は、オゾン単独処理では十分な処理効果が得られず、オ
ゾン共存下で紫外線照射した場合に効果的な処理が可能
であるが、本発明における傾斜型円盤状ハニカムを配置
することにより、オゾン＋紫外線照射の処理効果をさら
に高めることができる。

【００４５】一般に、水中に溶解しているオゾンは、紫
外線によって光分解され、酸化力の強いヒドロキシルラ
ジカルを生成し、これにより水中の化学物質を酸化分解
することが知られており、その効果を狙った促進酸化処
理技術が検討されている。さらに、水中に溶解している
オゾンは、光触媒反応によっても酸化力の強いヒドロキ
シルラジカルを生成する。本実施例では、少なくとも前
記2つの反応経路によって効果的にヒドロキシルラジカ
ルを生成することから、従来にない、高効率な処理が可
能となる。

【００４６】（実施例５）実施例1と同様の構成の反応
容器を使って、埋立処分場からの浸出水を試験水とした
分解処理を行った。容器内に試験水を連続的に通水して
処理を行った。通水量は、反応容器内の水理学的滞留時
間(以下、HRT)が30分ないしは60分となるように設定し
た。高圧水銀ランプを点灯後、反応容器から流出した試
料水を採取し、水道法対応23種の揮発性有機化合物を分
析した。

【００４７】本実施例に用いた試験水中には、ジクロロ
メタンが125μg/L、1,1-ジクロロエチレンが2.0μg/L、
1,2-ジクロロエチレンが1.2μg/L検出され、それ以外の
20種の揮発性有機化合物については検出限界以下であっ
た。このことから、ジクロロメタン、1,1-ジクロロエチ
レン、1,2-ジクロロエチレンについての処理結果を表3
に示した。

【００４８】表３埋立地浸出水に関する揮発性有機化合物の処理結果 ──────────────────────────────────── HRT＝30分 HRT＝60分 ──────────────────────────────────── ジクロロメタン除去率59％除去率77％１，１−ジクロロエチレン除去率90％以上除去率99％以上１，２−ジクロロエチレン除去率90％以上除去率99％以上 ──────────────────────────────────── 本実施例の結果より、本発明によれば排水中の有機塩素
化合物を効果的に分解除去できることは明らかである。

【００４９】（実施例６）実施例1と同様の構成の反応
容器を使って、埋立処分場からの浸出水を試験水とした
分解処理を行った。容器内に試験水を連続的に通水して
処理を行った。通水量は、反応容器内の水理学的滞留時
間(以下、HRT)が30分ないし60分となるように設定し
た。高圧水銀ランプを点灯後、反応容器から流出した試
料水を採取し、ダイオキシン類を分析した。

【００５０】本実施例の結果を表4に示した。

【００５１】表４埋立地浸出水に関する揮発性有機化合物の処理結果 ──────────────────────────────────── 処理前処理後（HRT＝30分）処理後（HRT＝60分） ──────────────────────────────────── ダイオキシン類 41.9 7.9 0.16 [pg-TEQ/L] 除去率 − 81％ 99％ ──────────────────────────────────── 本実施例の結果より、本発明によれば排水中のダイオキ
シン類を効果的に分解除去できることは明らかである。

【００５２】

【発明の効果】本発明によれば、光触媒を形成させた傾
斜型円盤状ハニカムを反応容器内に配置することで、悪
臭や空気中の有害物質あるいは水中に溶解している有機
化合物等の環境汚染物質の分解除去等を連続的に効率よ
く行うことができ、しかも経済性、安全性、耐久性等の
面からも優れた特性を有する反応容器を提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例1で用いる光触媒反応容器の概略図であ
り、図の(A)は縦断面図であり、図の(B)図のAのY方向か
らみた横断面図である。

【符号の説明】

１…流体導入口２…流体排出口３…保護管４…高圧又は中圧水銀ランプ５…波状金属箔６…ステンレス製外筒７…傾斜角８…ハニカム内の波状金属箔９…円盤状ハニカムの厚さ

───────────────────────────────────────────────────── 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）Ｃ０２Ｆ 1/72 １０１Ｃ０７Ｂ 35/06 Ｃ０７Ｂ 35/06 37/06 37/06 Ｃ０７Ｃ 19/03 Ｃ０７Ｃ 19/03 21/073 21/073 39/28 39/28 Ｂ０１Ｄ 53/36 ＺＡＢＪＦターム(参考） 4D037 AA11 AA13 AB01 AB11 AB14 AB15 AB16 BA18 CA12 4D048 AA06 AA21 AA22 BA07X BA13X BA41X BB02 BB12 CC32 CC45 CC63 CD08 CD10 EA01 4D050 AA12 AA13 AA15 AB15 AB19 AB20 BB01 BB02 BC06 BD02 BD06 4G069 AA02 AA11 BA04A BA04B BA17 BA18 BA48A CA05 CA10 CA13 CA17 CA19 EA21 EA24 EA27 EB14X EB14Y EB15X EB15Y EC27 EE08 4H006 AA05 AC13 AC26 BA10 BA30 BA60 BA95 BE31 EA02 EA03 FC52 FE13 FE73

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】筒状の反応容器内に波長400nm以下の紫
外光を発生する筒状の光源を配し、前記反応容器内を流
体が流れる流通式光触媒反応容器であって、内部に段階状にセルを形成した傾斜型円盤状ハニカム
は、該傾斜型円盤状ハニカムの内表面に光触媒が形成さ
れ、前記傾斜型円盤状ハニカムが、前記光源の軸に対して傾
斜角20°〜70°で少なくとも１個配置されてなることを
特徴とする光触媒反応容器。
【請求項２】前記傾斜型円盤状ハニカムが、波状金属
箔で形成され、前記波状金属箔は、ステンレス、チタン又はチタン合金
であり、前記波状金属箔の板厚が10μｍ〜１mmであり且つ高さが
0.2mm〜20mmであり、且つ、前記波状金属箔の高さを前
記波状金属箔の山と山とまたは谷と谷とのピッチで割っ
た値のアスペクト比が、0.1以上20以下であることを特
徴とする請求項１に記載の反応容器。
【請求項３】前記光触媒は二酸化チタンであり、前記
金属箔の少なくとも光源に対峙する側の表面に、膜厚0.
2μm〜2μmで形成されたことを特徴とする請求項1又は2
に記載の反応容器。
【請求項４】前記光源が中圧または高圧水銀ランプで
あることを特徴とする請求項1〜3に記載の反応容器。