JP2003251147A - 拡散スクラバ法による大気浄化処理装置 - Google Patents
拡散スクラバ法による大気浄化処理装置Info
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- Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 低コストでエネルギー消費が少なく、継続的
に使用できる循環効率的な大気浄化処理装置の開発。 【構成】 平行に向き合わせた一対の平行板と、その狭
い隙間に汚染空気を流し、拡散係数の小さい粒子は平行
板をそのまま通過して平行板の出口から排出され、平行
板の内壁面に拡散してきた汚染空気中の有害ガス成分を
内壁表面で除去処理する装置において、平行板の内壁表
面に光触媒からなる塗布層を設けるとともに該隙間内に
光を照射できる構造としたことを特徴とする拡散スクラ
バ法による大気浄化処理装置。この除去処理装置は、好
ましくは、空調装置の空気流路または排気ガス処理装置
のガス流路に付設されて用いられる。一般家庭での可搬
型空気清浄装置として使用することもできる。
に使用できる循環効率的な大気浄化処理装置の開発。 【構成】 平行に向き合わせた一対の平行板と、その狭
い隙間に汚染空気を流し、拡散係数の小さい粒子は平行
板をそのまま通過して平行板の出口から排出され、平行
板の内壁面に拡散してきた汚染空気中の有害ガス成分を
内壁表面で除去処理する装置において、平行板の内壁表
面に光触媒からなる塗布層を設けるとともに該隙間内に
光を照射できる構造としたことを特徴とする拡散スクラ
バ法による大気浄化処理装置。この除去処理装置は、好
ましくは、空調装置の空気流路または排気ガス処理装置
のガス流路に付設されて用いられる。一般家庭での可搬
型空気清浄装置として使用することもできる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、大気浄化処理装
置、特に、空調装置の空気流路または排気ガス処理装置
のガス流路に付設して用いるのに適した拡散スクラバ法
による大気浄化処理装置に関する。
置、特に、空調装置の空気流路または排気ガス処理装置
のガス流路に付設して用いるのに適した拡散スクラバ法
による大気浄化処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】大気中の窒素酸化物を除去する技術開発
は、主として、工場、自動車等の発生源対策を中心に行
われており、大規模な工場等から排出する数千ｐｐｍと
言った高濃度の窒素酸化物については、アンモニアとの
反応により窒素と水に還元する「選択接触還元法」がこ
れまで実用化されてきた。また、ガソリンエンジン車か
らの窒素酸化物の排出は、「三元触媒」、「リーンバー
ン」等の導入で改善されてきた。
は、主として、工場、自動車等の発生源対策を中心に行
われており、大規模な工場等から排出する数千ｐｐｍと
言った高濃度の窒素酸化物については、アンモニアとの
反応により窒素と水に還元する「選択接触還元法」がこ
れまで実用化されてきた。また、ガソリンエンジン車か
らの窒素酸化物の排出は、「三元触媒」、「リーンバー
ン」等の導入で改善されてきた。
【０００３】酸化チタン光触媒を用い、太陽光を利用し
て大気中の窒素酸化物を浄化する技術も知られており、
舗装道路や道路構造物に酸化チタンを塗布することが、
最近、地方自治体の道路沿道で行われ、その浄化性能が
確認されてきた（竹内浩士、「光触媒による環境大気の
浄化・修復技術」、大気環境学会誌、３３、１３９−１
５０、１９９８年）。また、道路トンネルの排気設備に
酸化チタンを用いた例も報告されている（西方聡、「低
濃度脱硝装置」、工業材料、４５、８６−８８、１９９
７年）。
て大気中の窒素酸化物を浄化する技術も知られており、
舗装道路や道路構造物に酸化チタンを塗布することが、
最近、地方自治体の道路沿道で行われ、その浄化性能が
確認されてきた（竹内浩士、「光触媒による環境大気の
浄化・修復技術」、大気環境学会誌、３３、１３９−１
５０、１９９８年）。また、道路トンネルの排気設備に
酸化チタンを用いた例も報告されている（西方聡、「低
濃度脱硝装置」、工業材料、４５、８６−８８、１９９
７年）。
【０００４】その他、酸化チタン光触媒を用いた大気中
の窒素酸化物の除去手段としては、「自動車トンネル用
換気設備」（特開平５−２３７３８１号公報）、「汚染
物質の除去方法及び浄化材」（特開平６−３１５６１４
号公報）、「トンネル空気浄化装置」（特開平８−１５
１８９９号公報）、「トンネル内空気浄化装置およびそ
の装置に用いられるトンネル内装板」（特開平９−２７
１６３５号公報）、「高速道路上の汚染空気の浄化方
法」（特開平１０−１５１３２３号公報）、「気体浄化
・吸音部材、気体浄化装置及び気体浄化システム」（特
開平１０−２４９１６７号公報）等が公知である。
の窒素酸化物の除去手段としては、「自動車トンネル用
換気設備」（特開平５−２３７３８１号公報）、「汚染
物質の除去方法及び浄化材」（特開平６−３１５６１４
号公報）、「トンネル空気浄化装置」（特開平８−１５
１８９９号公報）、「トンネル内空気浄化装置およびそ
の装置に用いられるトンネル内装板」（特開平９−２７
１６３５号公報）、「高速道路上の汚染空気の浄化方
法」（特開平１０−１５１３２３号公報）、「気体浄化
・吸音部材、気体浄化装置及び気体浄化システム」（特
開平１０−２４９１６７号公報）等が公知である。
【０００５】酸化チタン微粒子によって気体中の窒素酸
化物を吸着する際に、酸化チタン微粒子にハイドロキシ
アパタイト粉末を混合することによって吸着効率を高め
ることができることも知られている（Y.Komazakiet a
l.,Atoms.Environ.,33,4363〜4371,(1999)）。
化物を吸着する際に、酸化チタン微粒子にハイドロキシ
アパタイト粉末を混合することによって吸着効率を高め
ることができることも知られている（Y.Komazakiet a
l.,Atoms.Environ.,33,4363〜4371,(1999)）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】大気汚染への社会的関
心の高まりから、種々の空気清浄技術の研究が行われて
きている。しかしながら、問題の重要性に比較して、そ
の多くの技術は、既存のフィルタ法、活性炭等の吸着剤
等による除去技術を単に転用したものに過ぎず、その処
理能力や処理量に疑問を持たざるを得ないものも多い。
心の高まりから、種々の空気清浄技術の研究が行われて
きている。しかしながら、問題の重要性に比較して、そ
の多くの技術は、既存のフィルタ法、活性炭等の吸着剤
等による除去技術を単に転用したものに過ぎず、その処
理能力や処理量に疑問を持たざるを得ないものも多い。
【０００７】最近では、酸化チタン光触媒を利用した空
気清浄技術も開発されてきた。この技術は、特殊な装置
を必要とせず、ＮＯXの経済的な浄化技術ではあるが、
反応槽でのバッチ的な汚染空気処理技術であるために、
汚染空気処理量が毎分数リットル程度と少なく、多量の
汚染空気処理に関しては問題である。また、塗布された
酸化チタン表面での除去効果はあるとしても、広範な空
間に拡散したＮＯXを効率的に除去することは原理的に
困難である。
気清浄技術も開発されてきた。この技術は、特殊な装置
を必要とせず、ＮＯXの経済的な浄化技術ではあるが、
反応槽でのバッチ的な汚染空気処理技術であるために、
汚染空気処理量が毎分数リットル程度と少なく、多量の
汚染空気処理に関しては問題である。また、塗布された
酸化チタン表面での除去効果はあるとしても、広範な空
間に拡散したＮＯXを効率的に除去することは原理的に
困難である。
【０００８】そこで、従来の技術の延長ではなく、有害
ガス成分を効率良く完全に除去し、しかも、大量の汚染
空気の処理を行える革新的な空気清浄技術の開発が必要
である。
ガス成分を効率良く完全に除去し、しかも、大量の汚染
空気の処理を行える革新的な空気清浄技術の開発が必要
である。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明者は、酸化チタン
超微粒子光触媒を用いて高いＮＯX除去効率を有する連
続使用可能な窒素酸化物除去装置について研究開発を続
けた結果、拡散スクラバ法による除去装置によって空気
中の代表的な有害ガス成分の窒素酸化物を効率的に除去
できることを見出した。
超微粒子光触媒を用いて高いＮＯX除去効率を有する連
続使用可能な窒素酸化物除去装置について研究開発を続
けた結果、拡散スクラバ法による除去装置によって空気
中の代表的な有害ガス成分の窒素酸化物を効率的に除去
できることを見出した。
【００１０】すなわち、本発明は、（１）平行に向き合
わせた一対の平行板と、その狭い隙間に汚染空気を流
し、拡散係数の小さい粒子は平行板をそのまま通過して
平行板の出口から排出され、平行板の内壁面に拡散して
きた汚染空気中の有害ガス成分を内壁表面で除去処理す
る装置において、平行板の内壁表面に光触媒からなる塗
布層を設けるとともに該隙間内に光を照射できる構造と
したことを特徴とする拡散スクラバ法による大気浄化処
理装置、である。
わせた一対の平行板と、その狭い隙間に汚染空気を流
し、拡散係数の小さい粒子は平行板をそのまま通過して
平行板の出口から排出され、平行板の内壁面に拡散して
きた汚染空気中の有害ガス成分を内壁表面で除去処理す
る装置において、平行板の内壁表面に光触媒からなる塗
布層を設けるとともに該隙間内に光を照射できる構造と
したことを特徴とする拡散スクラバ法による大気浄化処
理装置、である。
【００１１】また、本発明は、（２）空調装置の空気流
路または排気ガス処理装置のガス流路に付設されて用い
られることを特徴とする上記の拡散スクラバ法による大
気浄化処理装置、である。また、本発明は、（３）一般
家庭での可搬型空気清浄装置として使用することを特徴
とする上記の大気浄化処理装置、である。
路または排気ガス処理装置のガス流路に付設されて用い
られることを特徴とする上記の拡散スクラバ法による大
気浄化処理装置、である。また、本発明は、（３）一般
家庭での可搬型空気清浄装置として使用することを特徴
とする上記の大気浄化処理装置、である。
【００１２】本発明において使用する拡散スクラバ法と
は、（１）平行板内壁面へガスが拡散する、（２）内壁
面へ到達したガスが内壁表面で吸着除去されるという、
拡散を利用したガスの捕集・除去法であり、ガスと粒子
の拡散係数が大きく異なることを利用し、ガスを選択的
に除去する方法である。図７に拡散スクラバ法を模式的
に示す。
は、（１）平行板内壁面へガスが拡散する、（２）内壁
面へ到達したガスが内壁表面で吸着除去されるという、
拡散を利用したガスの捕集・除去法であり、ガスと粒子
の拡散係数が大きく異なることを利用し、ガスを選択的
に除去する方法である。図７に拡散スクラバ法を模式的
に示す。
【００１３】この拡散スクラバ法において、大気中のガ
ス成分の除去効率は、下記のＧｏｒｍｌｅｙ−Ｋｅｎｎ
ｅｄｙ理論式（P.G.Gormley,M.Kennedy,Proceedings of
theRoyal Irish Academy,Vol.52A,163-169,(1949)）に
基づいて算出できる。
ス成分の除去効率は、下記のＧｏｒｍｌｅｙ−Ｋｅｎｎ
ｅｄｙ理論式（P.G.Gormley,M.Kennedy,Proceedings of
theRoyal Irish Academy,Vol.52A,163-169,(1949)）に
基づいて算出できる。
【００１４】ｆ＝１−［０．９１０ｅｘｐ（−３．７７
μ）＋０．０５３１ｅｘｐ（−４２．８μ）］、μ＝ｂ
ＤＬ／ａＱ なお、上記の式において、ｆ：除去効率、Ｄ：対象とす
るガスの拡散係数（ｃｍ2／秒、ａ：平行板の間隔、
Ｌ：平行板の長さ（ｃｍ）、μ：沈着パラメータ、Ｑ：
大気吸引流量（ｃｍ3／秒）、ｂ：平行板の幅（ｃｍ）
である。
μ）＋０．０５３１ｅｘｐ（−４２．８μ）］、μ＝ｂ
ＤＬ／ａＱ なお、上記の式において、ｆ：除去効率、Ｄ：対象とす
るガスの拡散係数（ｃｍ2／秒、ａ：平行板の間隔、
Ｌ：平行板の長さ（ｃｍ）、μ：沈着パラメータ、Ｑ：
大気吸引流量（ｃｍ3／秒）、ｂ：平行板の幅（ｃｍ）
である。
【００１５】本発明の除去処理装置は、表面の平らな平
行板の内壁表面に光触媒の平らな塗布層を設け、平行板
の隙間を流れる空気中の有害ガス成分を平行板の内壁の
塗布面で除去するものである。平行板の隙間に空気を流
すので、フィルタ等の濾過方式とは異なり、通気抵抗は
極めて少ない。
行板の内壁表面に光触媒の平らな塗布層を設け、平行板
の隙間を流れる空気中の有害ガス成分を平行板の内壁の
塗布面で除去するものである。平行板の隙間に空気を流
すので、フィルタ等の濾過方式とは異なり、通気抵抗は
極めて少ない。
【００１６】光触媒を用いた「光脱硝法」の場合には、
ＮＯXをＮＯ2やＨＮＯ3に化学変化させ、これを水で洗
い流すので、平行板は極めて腐食性の高い条件で使用さ
れるために耐蝕性が大きいステンレス鋼板が適する。ま
た、ステンレス鋼板は、その表面にＴｉＯ2とＨＡＰを
ポリテトラフロロエチレン等のバインダとアセトンなど
の有機溶媒中で混合して塗布乾燥するだけで優れた接着
性を示し、かつ長期間の使用において強度、耐久性に問
題がない。
ＮＯXをＮＯ2やＨＮＯ3に化学変化させ、これを水で洗
い流すので、平行板は極めて腐食性の高い条件で使用さ
れるために耐蝕性が大きいステンレス鋼板が適する。ま
た、ステンレス鋼板は、その表面にＴｉＯ2とＨＡＰを
ポリテトラフロロエチレン等のバインダとアセトンなど
の有機溶媒中で混合して塗布乾燥するだけで優れた接着
性を示し、かつ長期間の使用において強度、耐久性に問
題がない。
【００１７】平行板の大きさは、装置の規模に応じて適
宜定めることができるが、例えば、図３に示すように、
空気の流路面が１０×０．５ｃｍ（通気断面積５ｃ
ｍ2）、流路長３５ｃｍ程度の基本ユニットを製作し、
この様なユニットを装置の規模に応じて積層して組み合
わせて使用すればよい。
宜定めることができるが、例えば、図３に示すように、
空気の流路面が１０×０．５ｃｍ（通気断面積５ｃ
ｍ2）、流路長３５ｃｍ程度の基本ユニットを製作し、
この様なユニットを装置の規模に応じて積層して組み合
わせて使用すればよい。
【００１８】平行板の間隙は、平行板の内壁表面が有害
ガス成分に対して理想的な完全吸着面と仮定した図７に
模式的に示す拡散スクラバ法におけるＧｏｒｍｌｅｙ−
Ｋｅｎｎｅｄｙ理論式により設定することができる。上
記の基本ユニットの場合、通気流量１０リットル／分
（風速０．３３ｍ／秒）の条件で、０．５ｃｍ程度の平
行板の間隔にすれば、ほぼ１００％近く有害ガス成分を
除去できる。
ガス成分に対して理想的な完全吸着面と仮定した図７に
模式的に示す拡散スクラバ法におけるＧｏｒｍｌｅｙ−
Ｋｅｎｎｅｄｙ理論式により設定することができる。上
記の基本ユニットの場合、通気流量１０リットル／分
（風速０．３３ｍ／秒）の条件で、０．５ｃｍ程度の平
行板の間隔にすれば、ほぼ１００％近く有害ガス成分を
除去できる。
【００１９】図２には、平行板の内壁表面が有害ガス成
分の窒素酸化物に対して完全吸着面であると仮定したＧ
ｏｒｍｌｅｙ−Ｋｅｎｎｅｄｙの理論式によって求めた
除去効率と小型平行板型拡散スクラバの窒素酸化物除去
装置ユニットによる除去効率（実験値）とを比較して示
す。（１）ＴｉＯ2：平均粒径１００ｎｍ／ＨＡＰ：平
均粒径３０μｍの組み合わせの塗布面では、◇印で示す
様に、窒素酸化物の除去効率は理論値より低い結果であ
るが、（２）ＴｉＯ2：平均粒径７ｎｍ／ＨＡＰ：平均
粒径３μｍの組み合わせの塗布面の場合には、△印で示
す様に、理論値の線と一致し、風速０．３３ｍ／秒でほ
ぼ１００％近い除去効率が得られる。この結果から、Ｔ
ｉＯ2とＨＡＰの特定の組み合わせによって窒素酸化物
に対して理想的な完全吸着面を形成できることが分か
る。
分の窒素酸化物に対して完全吸着面であると仮定したＧ
ｏｒｍｌｅｙ−Ｋｅｎｎｅｄｙの理論式によって求めた
除去効率と小型平行板型拡散スクラバの窒素酸化物除去
装置ユニットによる除去効率（実験値）とを比較して示
す。（１）ＴｉＯ2：平均粒径１００ｎｍ／ＨＡＰ：平
均粒径３０μｍの組み合わせの塗布面では、◇印で示す
様に、窒素酸化物の除去効率は理論値より低い結果であ
るが、（２）ＴｉＯ2：平均粒径７ｎｍ／ＨＡＰ：平均
粒径３μｍの組み合わせの塗布面の場合には、△印で示
す様に、理論値の線と一致し、風速０．３３ｍ／秒でほ
ぼ１００％近い除去効率が得られる。この結果から、Ｔ
ｉＯ2とＨＡＰの特定の組み合わせによって窒素酸化物
に対して理想的な完全吸着面を形成できることが分か
る。
【００２０】大気の通気流量が大きくなるとＮＯガスが
装置内に滞在する時間が短くなり、当然のことながらＮ
ＯXの除去効率は低下する。また、導入するＮＯ濃度が
高いと除去効率が低下する傾向がみられる。これは、Ｔ
ｉＯ2の表面に発生しているラジカル量の分だけしかＮ
Ｏとの反応が起こらないためであり、導入されるＮＯの
量があまり多くなると壁面へ拡散しても反応せず、平行
板型拡散スクラバを通過するＮＯが多くなる。
装置内に滞在する時間が短くなり、当然のことながらＮ
ＯXの除去効率は低下する。また、導入するＮＯ濃度が
高いと除去効率が低下する傾向がみられる。これは、Ｔ
ｉＯ2の表面に発生しているラジカル量の分だけしかＮ
Ｏとの反応が起こらないためであり、導入されるＮＯの
量があまり多くなると壁面へ拡散しても反応せず、平行
板型拡散スクラバを通過するＮＯが多くなる。
【００２１】本発明の装置によるＮＯXの除去容量は、
ＴｉＯ／ＨＡＰの単位塗布面積当たり、１００ｍｍｏｌ
／ｍ2と極めて高く、１ｐｐｍのＮＯXの空気を２４００
ｍ3除去処理することが可能である。また、トンネル内
の空気中のＮＯX濃度は数ｐｐｍに達する場合もあると
報告されているが、表１に示すように、本発明の装置に
よるｐｐｍレベルのＮＯガスの除去効率はほぼ１００％
近くにすることができる。
ＴｉＯ／ＨＡＰの単位塗布面積当たり、１００ｍｍｏｌ
／ｍ2と極めて高く、１ｐｐｍのＮＯXの空気を２４００
ｍ3除去処理することが可能である。また、トンネル内
の空気中のＮＯX濃度は数ｐｐｍに達する場合もあると
報告されているが、表１に示すように、本発明の装置に
よるｐｐｍレベルのＮＯガスの除去効率はほぼ１００％
近くにすることができる。
【００２２】本発明の拡散スクラバ法による大気浄化処
理装置の構造は、簡便な構造であり、既存の空調施設等
に簡単に組み込むことができ、また、単なる水の循環使
用により有害ガス成分を効率的に除去処理できる。した
がって、温度・湿度の調整のために行ってきたビル等に
おける空調装置に本発明の大気浄化処理装置を付設して
有害ガス成分を除去処理し、質の高い生活環境を提供す
ることができる。
理装置の構造は、簡便な構造であり、既存の空調施設等
に簡単に組み込むことができ、また、単なる水の循環使
用により有害ガス成分を効率的に除去処理できる。した
がって、温度・湿度の調整のために行ってきたビル等に
おける空調装置に本発明の大気浄化処理装置を付設して
有害ガス成分を除去処理し、質の高い生活環境を提供す
ることができる。
【００２３】また、本発明の大気浄化処理装置は、ビル
の空調設備に組み込むばかりでなく、自動車トンネル、
地下駐車場等の空気循環経路の空調設備や建設・工事車
両等の群小固定発生源の排気ガス処理装置に付設して効
率的なＮＯX除去処理が行える。さらに、装置自身は簡
単に小型化できるので、一般家庭での可搬型空気清浄装
置としても使用できること等極めて応用範囲が多岐に亘
る。
の空調設備に組み込むばかりでなく、自動車トンネル、
地下駐車場等の空気循環経路の空調設備や建設・工事車
両等の群小固定発生源の排気ガス処理装置に付設して効
率的なＮＯX除去処理が行える。さらに、装置自身は簡
単に小型化できるので、一般家庭での可搬型空気清浄装
置としても使用できること等極めて応用範囲が多岐に亘
る。
【００２４】
【作用】本発明の拡散スクラバ法を用いた大気浄化処理
装置による大気中ＮＯXの除去原理を図１に示す。Ｔｉ
Ｏ2／ＨＡＰ（１）を表面に塗布した平行板、例えば、
ステンレス鋼板（２）を２枚向き合わせ、２枚のステン
レス鋼板（２）の隙間にはＵＶランプ（５）等により光
を照射してＴｉＯ2を活性化させる。
装置による大気中ＮＯXの除去原理を図１に示す。Ｔｉ
Ｏ2／ＨＡＰ（１）を表面に塗布した平行板、例えば、
ステンレス鋼板（２）を２枚向き合わせ、２枚のステン
レス鋼板（２）の隙間にはＵＶランプ（５）等により光
を照射してＴｉＯ2を活性化させる。
【００２５】一端側を汚染空気の入口として、２枚のス
テンレス鋼板の隙間に汚染空気（３）を流すと、拡散係
数の大きいＮＯXガス（４）は、ＴｉＯ2／ＨＡＰ（１）
が塗布されたステンレス鋼板（２）の内壁面へ拡散す
る。内壁表面へ到達したＮＯXガス（４）は、ＴｉＯ2に
より生じたＨＯ2、ＯＨラジカルによりＮＯ2、ＨＮＯ3
に酸化され、ＴｉＯ2／ＨＡＰ（１）の表面に吸着さ
れ、汚染空気中から除去され、清浄空気（７）が出口側
から排出される。ＴｉＯ2は、吸着したＮＯ、ＮＯ2を保
持する能力が低いために、ＮＯ2がＨＮＯ3になる前に脱
着してしまう可能性が高い。この脱着したＮＯ2を確実
に除去するために、ＮＯ2の吸着剤としてＨＡＰをＴｉ
Ｏ2に混合して使用する。
テンレス鋼板の隙間に汚染空気（３）を流すと、拡散係
数の大きいＮＯXガス（４）は、ＴｉＯ2／ＨＡＰ（１）
が塗布されたステンレス鋼板（２）の内壁面へ拡散す
る。内壁表面へ到達したＮＯXガス（４）は、ＴｉＯ2に
より生じたＨＯ2、ＯＨラジカルによりＮＯ2、ＨＮＯ3
に酸化され、ＴｉＯ2／ＨＡＰ（１）の表面に吸着さ
れ、汚染空気中から除去され、清浄空気（７）が出口側
から排出される。ＴｉＯ2は、吸着したＮＯ、ＮＯ2を保
持する能力が低いために、ＮＯ2がＨＮＯ3になる前に脱
着してしまう可能性が高い。この脱着したＮＯ2を確実
に除去するために、ＮＯ2の吸着剤としてＨＡＰをＴｉ
Ｏ2に混合して使用する。
【００２６】一方、除去装置を使用する層流条件では拡
散係数の小さい粒子（６）は壁面へ拡散しない内に一対
のステンレス鋼板（２）の平行板をそのまま通過してし
まう。そして、一対のステンレス鋼板（２）の平行板の
出口側から排出される。したがって、原理的に空気中の
粒子はステンレス鋼板の平行板内に付着せず、空気を処
理する際の粒子による除去装置への汚れの影響は極めて
少ない。
散係数の小さい粒子（６）は壁面へ拡散しない内に一対
のステンレス鋼板（２）の平行板をそのまま通過してし
まう。そして、一対のステンレス鋼板（２）の平行板の
出口側から排出される。したがって、原理的に空気中の
粒子はステンレス鋼板の平行板内に付着せず、空気を処
理する際の粒子による除去装置への汚れの影響は極めて
少ない。
【００２７】ＴｉＯ2やＨＡＰの表面に吸着したＮＯ2や
ＨＮＯ3は、水で簡単に洗い流すことができるので、定
期的に塗布した表面を水で洗うことにより半永久的に使
用できる。吸着剤としては活性炭等も知られているが、
活性炭の場合は水洗して再使用することが困難である。
ＨＮＯ3は、水で簡単に洗い流すことができるので、定
期的に塗布した表面を水で洗うことにより半永久的に使
用できる。吸着剤としては活性炭等も知られているが、
活性炭の場合は水洗して再使用することが困難である。
【００２８】この様に、拡散スクラバ法を用いると、汚
染空気を濾過する化学フィルタの原理とは全く異なり、
一対の平行板の隙間に汚染空気を流すので通気抵抗によ
る圧力損失が非常に少なく、小さなエネルギで大容量の
汚染空気を清浄化処理できる。
染空気を濾過する化学フィルタの原理とは全く異なり、
一対の平行板の隙間に汚染空気を流すので通気抵抗によ
る圧力損失が非常に少なく、小さなエネルギで大容量の
汚染空気を清浄化処理できる。
【００２９】
【発明の実施の形態】本発明は、「拡散スクラバ法」の
原理に基づき、平行に向き合わせた一対の平行板の狭い
隙間に汚染空気を流し、その平行板の内壁面に拡散して
きたガス成分を内壁表面で除去処理する方法であり、汚
染空気を流しながら連続的に有害ガスの除去処理が行え
る。
原理に基づき、平行に向き合わせた一対の平行板の狭い
隙間に汚染空気を流し、その平行板の内壁面に拡散して
きたガス成分を内壁表面で除去処理する方法であり、汚
染空気を流しながら連続的に有害ガスの除去処理が行え
る。
【００３０】平行板は、耐蝕性に優れたステンレス鋼板
が好ましいが、ステンレス鋼板に限定されるものではな
い。平行板に塗布するＴｉＯ2超微粒子としては平均粒
径７ｎｍ程度が最も好ましい。また、ＨＡＰ微粒子とし
ては、平均粒径３μｍ程度が最も好ましい。ＴｉＯ2超
微粒子とＨＡＰ微粒子は、重量比が２：１〜１：２にな
るようにアセトン等の有機溶媒中で混合し、これにポリ
テトラフロロエチレン等のバインダを適宜加えて公知の
塗布手段、例えば、スプレーガン等により乾燥後の厚み
が１０ｍｇ／ｃｍ2（厚さ数十μｍ）程度となるように
塗布する。
が好ましいが、ステンレス鋼板に限定されるものではな
い。平行板に塗布するＴｉＯ2超微粒子としては平均粒
径７ｎｍ程度が最も好ましい。また、ＨＡＰ微粒子とし
ては、平均粒径３μｍ程度が最も好ましい。ＴｉＯ2超
微粒子とＨＡＰ微粒子は、重量比が２：１〜１：２にな
るようにアセトン等の有機溶媒中で混合し、これにポリ
テトラフロロエチレン等のバインダを適宜加えて公知の
塗布手段、例えば、スプレーガン等により乾燥後の厚み
が１０ｍｇ／ｃｍ2（厚さ数十μｍ）程度となるように
塗布する。
【００３１】この平行板（２）を２枚を用いて塗布面を
向かい合わせて、図３に示すように、５ｍｍ程度の狭い
間隔で平行に並べて平行板の両端の保持部材８を固定部
材９で固定し、平行板（２）の一端側の隙間に極細のＵ
Ｖランプ（５）を設置して隙間内に光を照射できる構造
とし、小型平行板型拡散スクラバ法による大気浄化処理
装置ユニットとする。
向かい合わせて、図３に示すように、５ｍｍ程度の狭い
間隔で平行に並べて平行板の両端の保持部材８を固定部
材９で固定し、平行板（２）の一端側の隙間に極細のＵ
Ｖランプ（５）を設置して隙間内に光を照射できる構造
とし、小型平行板型拡散スクラバ法による大気浄化処理
装置ユニットとする。
【００３２】このユニットの大きさは、本体は４４０×
１５０×３８ｍｍ、ＴｉＯ2／ＨＡＰを塗布してある通
気流路面は３５０×１００ｍｍ（面積、３５０ｃｍ2）
である。このユニットを単体または所定枚数を組み合わ
せて大気浄化処理装置とし、これを空調設備等に付設
し、汚染空気を平行板（２）の隙間に流し、ＵＶランプ
（５）によって光触媒面に紫外線を照射すると、ＮＯX
が内壁表面のＴｉＯ2／ＨＡＰによって酸化、吸着除去
される。
１５０×３８ｍｍ、ＴｉＯ2／ＨＡＰを塗布してある通
気流路面は３５０×１００ｍｍ（面積、３５０ｃｍ2）
である。このユニットを単体または所定枚数を組み合わ
せて大気浄化処理装置とし、これを空調設備等に付設
し、汚染空気を平行板（２）の隙間に流し、ＵＶランプ
（５）によって光触媒面に紫外線を照射すると、ＮＯX
が内壁表面のＴｉＯ2／ＨＡＰによって酸化、吸着除去
される。
【００３３】図１に原理を示した様に、紫外線の照射下
でＴｉＯ2／ＨＡＰ上で、窒素酸化物（ＮＯ、ＮＯ2）
は、ＮＯ2またはＨＮＯ3に酸化され、吸着除去される。
その後、水を注入して洗浄することによってＴｉＯ2／
ＨＡＰ上で酸化・吸着された窒素酸化物をＮＯ2 -、ＮＯ
3 -イオンとして水で簡単に回収することができる。
でＴｉＯ2／ＨＡＰ上で、窒素酸化物（ＮＯ、ＮＯ2）
は、ＮＯ2またはＨＮＯ3に酸化され、吸着除去される。
その後、水を注入して洗浄することによってＴｉＯ2／
ＨＡＰ上で酸化・吸着された窒素酸化物をＮＯ2 -、ＮＯ
3 -イオンとして水で簡単に回収することができる。
【００３４】水で回収されたＮＯ2 -、ＮＯ3 -イオンは、
イオン交換樹脂により簡単に処理できる。そして、水に
よる洗浄後、空気を流しＴｉＯ2／ＨＡＰ表面が乾燥す
れば、繰り返して窒素酸化物（ＮＯ、ＮＯ2）の除去処
理を行うことができる。この様にして、本発明の除去処
理装置は長期間に亘り水を循環処理しながら窒素酸化物
（ＮＯ、ＮＯ2）を除去処理することが可能である。
イオン交換樹脂により簡単に処理できる。そして、水に
よる洗浄後、空気を流しＴｉＯ2／ＨＡＰ表面が乾燥す
れば、繰り返して窒素酸化物（ＮＯ、ＮＯ2）の除去処
理を行うことができる。この様にして、本発明の除去処
理装置は長期間に亘り水を循環処理しながら窒素酸化物
（ＮＯ、ＮＯ2）を除去処理することが可能である。
【００３５】
【実施例】実施例１
ＴｉＯ2粉末（和光純薬工業、平均粒径１００ｎｍ）と
ＨＡＰ粉末（信州セラミックス、平均粒径３０μｍ）を
３３．３重量％：３３．３重量％の割合で３３．３重量
％のテトラフロロエチレン樹脂バインダ（ＴｉＯ2：Ｈ
ＡＰ：ＰＴＦＥ＝１：１：１）とアセトン等の有機溶媒
中で混合し、スプレーガンによりステンレス鋼板表面に
塗布し、乾燥した。このステンレス鋼板を用いて実施態
様に記載した図３に示すユニットを製作した。ＵＶラン
プとしては、外径、４ｍｍφのもの（東芝冷陰極蛍光ラ
ンプ）を用いた。
ＨＡＰ粉末（信州セラミックス、平均粒径３０μｍ）を
３３．３重量％：３３．３重量％の割合で３３．３重量
％のテトラフロロエチレン樹脂バインダ（ＴｉＯ2：Ｈ
ＡＰ：ＰＴＦＥ＝１：１：１）とアセトン等の有機溶媒
中で混合し、スプレーガンによりステンレス鋼板表面に
塗布し、乾燥した。このステンレス鋼板を用いて実施態
様に記載した図３に示すユニットを製作した。ＵＶラン
プとしては、外径、４ｍｍφのもの（東芝冷陰極蛍光ラ
ンプ）を用いた。
【００３６】このユニットについて、下記により評価試
験を行った。ＮＯの標準ガスボンベより供給されたＮＯ
ガスを、清浄空気により数ｐｐｍの濃度レベルに適宜希
釈し、この希釈されたＮＯガスをＵＶランプ（５）を点
灯していない状態で、小型平行板型拡散スクラバ除去装
置へ導入し、装置通過後のガスのＮＯ濃度を測定した。
除去装置の入口、出口のＮＯ濃度が一致したのを確認し
た後にＵＶランプ（５）を点灯し、ランプ点灯後の除去
装置出口のＮＯ濃度の変化から除去装置によるＮＯの除
去効率を算出した。除去効率は前述した式によって求め
た。
験を行った。ＮＯの標準ガスボンベより供給されたＮＯ
ガスを、清浄空気により数ｐｐｍの濃度レベルに適宜希
釈し、この希釈されたＮＯガスをＵＶランプ（５）を点
灯していない状態で、小型平行板型拡散スクラバ除去装
置へ導入し、装置通過後のガスのＮＯ濃度を測定した。
除去装置の入口、出口のＮＯ濃度が一致したのを確認し
た後にＵＶランプ（５）を点灯し、ランプ点灯後の除去
装置出口のＮＯ濃度の変化から除去装置によるＮＯの除
去効率を算出した。除去効率は前述した式によって求め
た。
【００３７】通気流量４Ｌ／ｍｉｎ、ＮＯ濃度６７３ｐ
ｐｂの条件で空気を処理した場合の汚染空気処理のＮＯ
濃度変化およびＮＯX除去効率の経時変化を図４に示
す。図４より、ＵＶランプ（５）を点灯すると６７３ｐ
ｐｂのＮＯ濃度が急激に下がり７５ｐｐｂ以下となり、
時間とともに除去装置を通過後のＮＯ濃度が僅かづつ上
昇してくることが判る。これは、ＴｉＯ2に付着したＨ
ＮＯ3がＴｉＯ2に光が当たるのを阻害しているためであ
る。しかしながら、約７時間経過しても除去効率の大幅
な低下は認められず、その後、ＵＶランプを消灯すると
ＮＯ濃度がランプ点灯前の６７３ｐｐｂに戻った。図４
より、この実施例１においては、ＮＯXを８０％以上の
高い除去効率で除去できることが確認された。
ｐｂの条件で空気を処理した場合の汚染空気処理のＮＯ
濃度変化およびＮＯX除去効率の経時変化を図４に示
す。図４より、ＵＶランプ（５）を点灯すると６７３ｐ
ｐｂのＮＯ濃度が急激に下がり７５ｐｐｂ以下となり、
時間とともに除去装置を通過後のＮＯ濃度が僅かづつ上
昇してくることが判る。これは、ＴｉＯ2に付着したＨ
ＮＯ3がＴｉＯ2に光が当たるのを阻害しているためであ
る。しかしながら、約７時間経過しても除去効率の大幅
な低下は認められず、その後、ＵＶランプを消灯すると
ＮＯ濃度がランプ点灯前の６７３ｐｐｂに戻った。図４
より、この実施例１においては、ＮＯXを８０％以上の
高い除去効率で除去できることが確認された。
【００３８】実施例２
実施例１と同じ装置を用いて、通気流量４Ｌ／ｍｉ
ｎ、ＮＯ濃度２７０５ｐｐｂ、通気流量１０Ｌ／ｍｉ
ｎ、ＮＯ濃度２６４５ｐｐｂの各条件で空気を処理した
ところ、除去効率は、表１に示すとおり、が８３．０
％、が４６．０％であった。の条件で汚染空気を処
理した場合のＮＯ濃度の経時変化を図５に示す。
ｎ、ＮＯ濃度２７０５ｐｐｂ、通気流量１０Ｌ／ｍｉ
ｎ、ＮＯ濃度２６４５ｐｐｂの各条件で空気を処理した
ところ、除去効率は、表１に示すとおり、が８３．０
％、が４６．０％であった。の条件で汚染空気を処
理した場合のＮＯ濃度の経時変化を図５に示す。
【００３９】
【表１】
【００４０】実施例３
ＴｉＯ2として、平均粒径７ｎｍ（石原産業ＳＴ−０
１）、ＨＡＰとして平均粒径３μｍ（富田製薬）とした
以外は実施例１と同じ装置で、通気流量４Ｌ／ｍｉ
ｎ、ＮＯ濃度３２０５ｐｐｂ、通気流量１０Ｌ／ｍｉ
ｎ、ＮＯ濃度３３４１ｐｐｂ、通気流量１５Ｌ／ｍｉ
ｎ、ＮＯ濃度３２２２ｐｐｂの各条件で汚染空気を処理
したところ、除去効率は、表１に示すとおり、が１０
０．０％、が９５．７％、が８９．０％と非常に高
い除去効率が得られた。の条件で汚染空気を処理した
場合のＮＯ濃度と除去効率の経時変化を図６に示す。
１）、ＨＡＰとして平均粒径３μｍ（富田製薬）とした
以外は実施例１と同じ装置で、通気流量４Ｌ／ｍｉ
ｎ、ＮＯ濃度３２０５ｐｐｂ、通気流量１０Ｌ／ｍｉ
ｎ、ＮＯ濃度３３４１ｐｐｂ、通気流量１５Ｌ／ｍｉ
ｎ、ＮＯ濃度３２２２ｐｐｂの各条件で汚染空気を処理
したところ、除去効率は、表１に示すとおり、が１０
０．０％、が９５．７％、が８９．０％と非常に高
い除去効率が得られた。の条件で汚染空気を処理した
場合のＮＯ濃度と除去効率の経時変化を図６に示す。
【００４１】実施例４
実施例１と同じ装置を用いて、ＴｉＯ2：ＨＡＰの比を
１：２に変えて実施例２のの条件で汚染空気を処理し
た場合のＮＯ濃度の経時変化を実施例２のの条件の場
合と比較して図５に示す。図５より、初期のＮＯ除去効
率は、実施例２のＴｉＯ2：ＨＡＰ＝１：１の場合が若
干優れているが、ＮＯの除去容量については実施例４の
ＴｉＯ2：ＨＡＰ＝１：２の方が優れていた。
１：２に変えて実施例２のの条件で汚染空気を処理し
た場合のＮＯ濃度の経時変化を実施例２のの条件の場
合と比較して図５に示す。図５より、初期のＮＯ除去効
率は、実施例２のＴｉＯ2：ＨＡＰ＝１：１の場合が若
干優れているが、ＮＯの除去容量については実施例４の
ＴｉＯ2：ＨＡＰ＝１：２の方が優れていた。
【００４２】実施例５
図３に示した小型平行板型拡散スクラバによる窒素酸化
物除去装置ユニットを５０枚束ねた直方体の装置を製作
した。ステンレス鋼板に５０×５０ｃｍのエリアで酸化
チタン超微粒子光触媒（石原産業ＳＴ−０１、平均粒径
７ｎｍ）とヒドロキシアパタイト微粒子（富田製薬、平
均粒径３μｍ）をテトラフロロエチレン樹脂バインダを
用いて塗布した。この装置により小型平行板型拡散スク
ラバ式窒素酸化物除去装置ユニットの２５０倍の窒素酸
化物ＮＯXの除去処理能力を有し、毎分２．５ｍ3（１５
０ｍ3／ｈ）の空気を処理することができた。
物除去装置ユニットを５０枚束ねた直方体の装置を製作
した。ステンレス鋼板に５０×５０ｃｍのエリアで酸化
チタン超微粒子光触媒（石原産業ＳＴ−０１、平均粒径
７ｎｍ）とヒドロキシアパタイト微粒子（富田製薬、平
均粒径３μｍ）をテトラフロロエチレン樹脂バインダを
用いて塗布した。この装置により小型平行板型拡散スク
ラバ式窒素酸化物除去装置ユニットの２５０倍の窒素酸
化物ＮＯXの除去処理能力を有し、毎分２．５ｍ3（１５
０ｍ3／ｈ）の空気を処理することができた。
【００４３】
【発明の効果】本発明の大気浄化浄処理装置は、光触
媒を塗布した平行板による単純な構造の処理装置である
こと、空気中の粒子は平行板の除去装置を原理的に通
過し、平行板の内壁表面に付着しないので粒子による除
去装置への汚れの影響は少ないこと、単なる水を洗浄
液として用いて除去した有害ガス成分のＮＯXをＮＯ2 -
およびＮＯ3 -として簡単に回収でき、除去装置を乾燥す
れば繰り返し連続して使用できること、洗浄液の再生
処理も既存のイオン交換樹脂を使用でき、省エネルギ・
ランニングコストの面で優れていること、フィルタに
よる濾過捕集とは異なり通気抵抗が小さく空気の処理量
が極めて大きいこと、除去装置の構造がシンプルであ
り、移動でき、又、トンネル、屋内駐車場等の既存の空
調設備等にも簡単に組み込めること等実用的な価値が高
い。
媒を塗布した平行板による単純な構造の処理装置である
こと、空気中の粒子は平行板の除去装置を原理的に通
過し、平行板の内壁表面に付着しないので粒子による除
去装置への汚れの影響は少ないこと、単なる水を洗浄
液として用いて除去した有害ガス成分のＮＯXをＮＯ2 -
およびＮＯ3 -として簡単に回収でき、除去装置を乾燥す
れば繰り返し連続して使用できること、洗浄液の再生
処理も既存のイオン交換樹脂を使用でき、省エネルギ・
ランニングコストの面で優れていること、フィルタに
よる濾過捕集とは異なり通気抵抗が小さく空気の処理量
が極めて大きいこと、除去装置の構造がシンプルであ
り、移動でき、又、トンネル、屋内駐車場等の既存の空
調設備等にも簡単に組み込めること等実用的な価値が高
い。
【図１】図１は、ＴｉＯ2超微粒子とヒドロキシアパタ
イト微粒子の混合物を用いた平行板型拡散スクラバによ
る窒素酸化物除去処理装置の原理を示す模式図である。
イト微粒子の混合物を用いた平行板型拡散スクラバによ
る窒素酸化物除去処理装置の原理を示す模式図である。
【図２】図２は、Ｇｏｒｍｌｅｙ−Ｋｅｎｎｅｄｙ理論
式より算出した大気中窒素酸化物の理論効率と実験値と
の比較を示すグラフである。
式より算出した大気中窒素酸化物の理論効率と実験値と
の比較を示すグラフである。
【図３】図３は、本発明の平行板型拡散スクラバ法を用
いた窒素酸化物除去処理装置の斜視図である。
いた窒素酸化物除去処理装置の斜視図である。
【図４】図４は、実施例１における汚染空気処理のＮＯ
濃度変化およびＮＯX 除去効率を示すグラフである。
濃度変化およびＮＯX 除去効率を示すグラフである。
【図５】図５は、実施例２および実施例４における汚染
空気処理のＮＯ濃度変化を示すグラフである。
空気処理のＮＯ濃度変化を示すグラフである。
【図６】図６は、実施例４における汚染空気処理のＮＯ
濃度変化およびＮＯX 除去効率を示すグラフである。
濃度変化およびＮＯX 除去効率を示すグラフである。
【図７】図７は、Ｇｏｒｍｌｅｙ−Ｋｅｎｎｅｄｙ理論
式に基づく大気中ガス成分の除去効率の算出式のための
拡散スクラバ法の模式図である。
式に基づく大気中ガス成分の除去効率の算出式のための
拡散スクラバ法の模式図である。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 藤井 雅則
東京都千代田区有楽町１−４−１ 三機工
業株式会社内
(72)発明者 飯嶋 和明
東京都千代田区有楽町１−４−１ 三機工
業株式会社内
Ｆターム(参考） 4D048 AA06 BA02X BA07X BA39X
BA41X BA44X BB03 CC40
CC57 EA01
4G069 AA03 BA04A BA04B BA18
BA48A BB14B BC09B CA13
EA11 EE07
Claims (3)
- 【請求項１】 平行に向き合わせた一対の平行板と、そ
の狭い隙間に汚染空気を流し、拡散係数の小さい粒子は
平行板をそのまま通過して平行板の出口から排出され、
平行板の内壁面に拡散してきた汚染空気中の有害ガス成
分を内壁表面で除去処理する装置において、平行板の内
壁表面に光触媒からなる塗布層を設けるとともに該隙間
内に光を照射できる構造としたことを特徴とする拡散ス
クラバ法による大気浄化処理装置。 - 【請求項２】 空調装置の空気流路または排気ガス処理
装置のガス流路に付設されて用いられることを特徴とす
る請求項１記載の大気浄化処理装置。 - 【請求項３】 一般家庭での可搬型空気清浄装置として
使用することを特徴とする請求項１記載の大気浄化処理
装置。
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