JP2003284946A - 光触媒反応装置とそのユニット - Google Patents

光触媒反応装置とそのユニット

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JP2003284946A
JP2003284946A JP2002090169A JP2002090169A JP2003284946A JP 2003284946 A JP2003284946 A JP 2003284946A JP 2002090169 A JP2002090169 A JP 2002090169A JP 2002090169 A JP2002090169 A JP 2002090169A JP 2003284946 A JP2003284946 A JP 2003284946A
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Japan
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photocatalyst
unit
photocatalytic reaction
reaction
light
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JP2002090169A
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English (en)
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Yoshihiko Tagawa
良彦 田川
Hiroshi Noguchi
寛 野口
Takeshi Hanawa
剛 花輪
Original Assignee
Meidensha Corp
株式会社明電舎
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 光触媒の特徴を効率よく利用し、その酸化還
元処理能力を高める 【解決手段】 本発明は、処理対象を光触媒と反応させ
て酸化還元処理する光触媒反応装置であって、処理対象
が供給され、これと反応させる光触媒部材14を格納し
た反応セル10と、光触媒部材14に一定波長の光を照
射する照明部16と、を備える。照明部16は、板状に
形成され、反応セル10の側面に具備される。本発明の
光触媒反応ユニットは、前記光触媒反応手段を複数備え
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、光触媒の持つ酸化
力及び還元力を利用した液相系及び気相系の反応装置と
そのユニットに関するものである。
【0002】
【従来の技術】酸化チタン等の光触媒は、酸化剤の代表
であるオゾンや塩素より強力な酸化力をもつ。この酸化
力を利用した防汚、殺菌、脱臭などの様々な製品の実用
化が進む中、光触媒、特に酸化チタンによる酸化還元処
理能力を水処理に適用する試みも、長い歴史をもつ。
【0003】また、この光触媒はバイポーラー素子とも
よばれ、強力な酸化力をもつばかりでなく、発ガン性物
質と疑われている臭素酸イオンの還元分解などに適用で
きることも明らかになっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、光触媒
による酸化還元反応の特徴は、表面反応であること(光
触媒表面で反応が進むこと)や光励起が必要であること
(光を吸収することにより、はじめて強力な酸化力を生
む)などから、水環境処理に適用するには効率の良い処
理方法(処理対象を如何に表面にもってくるか、接触表
面を如何に増やすかなど)、採光方法(光触媒への光照
射方法、光触媒に与える光の種類など)など解決しなけ
ればならない問題が未だに残っている。
【0005】1960年代後半の本多藤島効果の発見以
来(本多健一、本多健一:工業化学雑誌、72,108
(1969)、A.Fujishima,K.Honda:Bull.Chem.So
c.Jpn,44,1148(1971)、A.Fujishima,
K.Honda:Nature,238,37(1972))、現在
までに様々な反応槽が提案されてきている(D.F.Olli
s,H.Al−Ekabi:PhotoCatalytic Purification and
Treatmentt of Waterand Air:Ed;Elsevier:Ams
terdam(1993)、O plus E,1997,6月号(新
技術コミュニケーションズ)等)が、実用に供するまで
に達したものは少なく実験室レベルを超えていないのが
現状である。
【0006】本発明は、かかる事情に鑑みなされたもの
で、その目的は、光触媒の特徴を効率よく利用し、その
酸化還元処理能力を向上させた光触媒反応装置とそのユ
ニットの提供にある。
【0007】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明は以下のことを特徴とする。
【0008】本発明の光触媒反応装置は、処理対象を光
触媒と反応させて酸化還元処理する光触媒反応装置であ
って、処理対象が供給され、これと反応させる光触媒部
材を格納した反応セルと、光触媒部材に一定波長の光を
照射する照明部と、を備え、照明部は、板状に形成さ
れ、反応セルの側面に具備したことを特徴とするもので
ある。
【0009】本発明の光触媒反応ユニットは、処理対象
を光触媒と反応させて酸化還元処理する光触媒反応手段
を複数備えた光触媒反応ユニットであって、光触媒反応
手段は、処理対象が供給され、これと反応させる光触媒
部材を格納した反応セルと、光触媒部材に一定波長の光
を照射する照明部と、を備え、照明部は、板状に形成さ
れ、反応セルの側面に具備したことを特徴とするもので
ある。
【0010】以上の発明は、液相系及び気相系並びにこ
れらの混合相系に含まれるものを処理対象とする。
【0011】光触媒部材の形状は、処理対象との接触表
面積をなるべく広く確保できるような構造にするとよ
い。例えば、ジャングルジム構造や、あるいはこれを模
倣した構造、例えば、珊瑚状のものや酸化皮膜をもつ金
属チタン網や薄板折り畳み構造とするとよい。
【0012】照明部は、導光板、拡散板を備えている。
導光板は、耐紫外光特性を有するプラスチック素材やガ
ラス素材、さらには蛍光ガラス素材等が採用される。拡
散板は、面発光の均一化を図るもので、例えば曇りガラ
スやグレーティング等が採用される。
【0013】照明部における光源としては、光触媒を励
起する光すなわち近紫外光を発す光源、例えば、ブラッ
クライト、冷陰極管、LED(発光ダイオード)等が挙
げられる。また、その他の光源としては、電飾用に多用
されるサイドライトファイバー等がある。
【0014】光源の灯式としては、例えば、導光板と拡
散板とからなる拡散バックライト部の縁部または端部に
光源を付帯した光学系や、複数の光源を導光板と拡散板
とで狭持してなるような光学系等がある。
【0015】また、導光板への紫外光の導入は、導光路
に対し直接導入するか、全反射等を利用し適度な角度で
入射を行うとよい。そのために、照明部において、光源
や拡散板と対向する面に、反射板が付帯される。反射板
には、PET(ポリエチレンテレフタレート)、PC
(ポリカーボネート)、銀境等の金属ミラー等を素材す
るものが採用される。
【0016】尚、照明部は、導光板を用いる前述の光学
系の他に、面発光LEDアレイまたは前記光源を拡散板
と反射板とで狭持した構成としてもよい。
【0017】
【発明の実施の形態】本発明の実施形態について説明す
る。
【0018】図1は、本発明の実施形態例を示した概略
構成図である。(a)は本実施形態に係る光触媒反応装
置の外観を示し、(b)は当該光触媒反応装置の概略構
成を示し、(c)も当該光触媒反応装置の概略構成を示
し、特に同装置の構成要素の一つである反応セルの概略
構成を開示している。
【0019】当該光触媒反応装置は、図1(b)に示さ
れたように、処理対象を一定時間滞留させるための反応
セル10と、反応セル10に一定波長の光を照射するた
めの照明部16とを備える。
【0020】反応セル10は、詳細には図1(c)に示
したように、光触媒部材14と、光触媒部材14を格納
する格納部11と、格納部11内に導入された処理対象
を密閉するための窓部15と、を備える。このとき、照
明部16は、脱着可能に反応セル10に具備される。
尚、格納部11には、系外から処理対象を導入するため
の導入口12と、処理した処理対象を系外に排出するた
めの排出口13と、が設けられている。
【0021】また、本発明の光触媒反応装置は、図2に
開示した光触媒反応装置のように、照明部16自体によ
って格納部11に導入した処理対象を密閉させたような
構成としてもよい。このように、照明部16を窓部とし
て機能させることにより、装置システムのコンパクト化
が図れる。
【0022】光触媒部材14は、パウダー状あるいは薄
膜状の光触媒を用い、例えば、金属製若しくはガラス製
の坦体の表面などに固定して成る。光触媒は、二酸化チ
タン若しくはこれを主成分とし既知の金属酸化物等を適
宜添加したものが採用される。光触媒にパウダー状のも
のを採用する場合、これを坦体に固定させるためのバイ
ンダーとしては、例えばSiアルコシド、Alアルコシ
ド、Tiアルコシド等の無機系バインダーが用いられ
る。また、その他の固定方法としては、ゾルゲル法、P
VD法またはCVD法等の成膜法が採られる。尚、光触
媒部材の反応セルに対する充填率は、処理対象の負荷量
等に応じて定まる。
【0023】光触媒を固定する坦体は、処理対象との接
触効率を高めるために、接触表面積が広く確保されるよ
うに形成される。当該坦体の具体的な形態としては、例
えば図8に示した珊瑚のようなランダム空孔を有する構
造体がある。当該坦体は、360度ランダムな方向に空
孔を有する。空孔の大きさは、単位面積当たりの空孔数
で定義され、7〜10dpi(dot per inch)である
が、これは用途に応じて適宜定まる。当該構造体は、空
孔がランダムに開いているため、処理対象を通す方向と
光を照射する方向を分離することが可能となる。そし
て、このことにより、処理対象による照射光吸収等の光
触媒光励起の妨げとなる状況を回避することが可能とな
るので、光触媒と照射光との接触効率が高まり、光触媒
による酸化還元反応の反応速度が向上することとなる。
【0024】光触媒の坦体の材料としては、例えばアル
ミナ(Al23)あるいは炭化ケイ素(SiC)等が採
用される。尚、坦体のその他の形態としては、例えば図
9に示したようなジャングルジム構造のものも挙げられ
る。
【0025】また、坦体に金属チタン綱を用いた場合、
金属チタンを陽極酸化して二酸化チタンの被膜を金属チ
タン綱の表面に形成する電極法等が採られる。酸化皮膜
を持つ金属チタン綱としては、例えば、イールド社製の
もの(Titanystar)がある。金属チタン綱の構造として
は、例えば図10に開示したような、平板網状構造のも
の(a)、薄板折りたたみ構造のもの(b−1,2,
3)、または前述のようなジャングルジム構造のもの
(b−4)等が挙げられる。
【0026】照明部16は、以下の留意点に基づき構成
される。 (1)光触媒表面に対しては均一照射が望ましい。 (2)処理対象による妨害をできるだけ避けることが望
ましい。例えば、処理対象が水の場合、水による光量減
衰をできるだけ防ぐ。 (3)処理対象の流れを防止する形で組み込むことが望
ましい。例えば、処理対象が水の場合、乱流による泡の
発生を防ぐようにする。また、照明系の発熱による処理
対象の温度上昇を抑制する。
【0027】図11は、本発明における照明部の実施形
態例の概略を示したもので、(a)は照明部(一灯式、
二灯式)の概観を示し、(b)は二灯式照明部の一例で
その側面の概略構成を示し、(c)は一灯式照明部の一
例でその側面の概略構成を示し、(d)も一灯式照明部
の一例でその側面の概略構成を示す。
【0028】本発明において、照明部50は、拡散バッ
クライト部50と光源51とを備え、光触媒反応を生起
しさらにこれを維持させるための最適採光を考慮した拡
散光学系を実現させている。
【0029】光源51は、光触媒を光励起するための光
源である。具体的な光源としては、例えば、ブラックラ
イト、冷陰極管(中心波長:360nm)または紫色L
ED(中心波長:380nm)のような、光触媒吸収端
近傍の近紫外光光源が挙げられる。光源51の照射光量
は、処理対象の負荷量等に応じて適宜調整される。
【0030】拡散バックライト部50は、反射板53と
拡散板54と導光板55とから構成される。
【0031】反射板53は、光の有効利用及び均一照射
を目的とした板状若しくはシート状の部材で、基本材料
としては、例えば、PET(ポリエチレンテレフタレー
ト)やPC(ポリカーボネート)または銀境等の金属ミ
ラー等を採用している。
【0032】拡散板54は、面発光を均一化させるため
の板状若しくはシート状部材で、例えば、曇りガラスや
グレーティング等からなる。
【0033】導光板55は、近紫外光を伝搬させる耐紫
外線性を保つ光透過性の材料からなる板状若しくはシー
ト状部材で、基本材料としては、例えば、石英ガラスや
高ケイ酸ガラス等の耐熱ガラスや、ポリイミド系プラス
チック等の耐紫外線プラスチックスを採用している。
尚、耐紫外線プラスチックスとしては、例えばZeonex
(日本ゼオン製)等がある。
【0034】照明部には、図11(b)に示したよう
に、二灯式のものがある。当該照明部は、拡散バックラ
イト部50の両端に円筒状の光源51を備える。光源5
1には、発した光を効率良くバックライト部50の導光
板55に供給させるために、全反射ミラー52が付帯さ
れる。拡散バックライト部50は、導光板55におい
て、一方の面に拡散板54を備え、他方の面には反射板
53を備えている。
【0035】また、照明部には、図11(c)に示した
ような一灯式のものがある。当該照明部は、拡散バック
ライト部50の一端に円筒状の光源51を備え、他の一
端には反射板53を備える。光源51は、先の照明部と
同様に、発した光を効率良く導光板55に供給させるた
めの全反射ミラー52を付帯している。尚、当該実施形
態における拡散バックライト部50も、先の照明部と同
様に、導光板55において、一方の面に拡散板54を、
他方の面には反射板53を備えている。
【0036】さらに、一灯式の照明部は、図11(d)
に示したような構成としてもよい。当該形態では、拡散
バックライト部50の一端に円筒状の光源51を備えて
いる。拡散バックライト部50は、導光板55におい
て、一方の面に拡散板54を備え、これと対向した面は
湾曲加工している。尚、光源51も、先の照明部と同様
の趣旨で、全反射ミラー52を付帯している。
【0037】照明部は、さらに図12に示したような構
成としてもよい。図12(a)は当該照明部の概観を示
し、図12(b)は当該照明部側面の概略構成を示す。
当該照明部は、複数の円筒状の光源51を拡散板54と
反射板53とで狭持したような構成となっている。光源
51の設置数は、処理対象の負荷量等に応じて定まる。
【0038】また、図3(a)〜(m)に、本発明の光
触媒反応装置の様々な実施形態を示した。ここでは、特
に照明部の設置形態を開示している。
【0039】(a)及び(b)記載の光触媒反応装置に
おける照明部の実施形態は、図11(c)及び(d)記
載の照明部の形態と略同じ構成となっている。尚、図1
1と同様に、光源31と対向する面には、反射ミラー3
3が適宜付帯される(以下、図3(c)〜(m)記載の
照明部においても同じ)。
【0040】(c)〜(f)記載の光触媒反応装置にお
ける照明部は一灯式であって、光源31は拡散バックラ
イト部32の縁部に具備される。(c)及び(d)記載
の照明部における光源31は反応セル30側の縁部に設
置され、(e)及び(f)記載の照明部における光源3
1は反応セル30側とは反対の縁部に設置されている。
【0041】(g)記載の光触媒反応装置における照明
部は、図3(b)記載の照明部の形態と略同じ構成とな
っている。
【0042】(h)及び(i)記載の光触媒反応装置に
おける照明部は、二灯式の照明部であって、光源31は
拡散バックライト部32の縁部に具備される。(h)記
載の照明部における光源31は反応セル30側の縁部に
設置され、(i)記載の照明部における光源31は反応
セル30側とは反対の縁部に設置されている。
【0043】(j)記載の光触媒反応装置における照明
部は、図12記載の照明部と略同じ構成となっている。
【0044】(k)〜(m)記載の光触媒反応装置にお
いて、(k)は二灯式の一例で、(l)及び(m)は一
灯式の一例であり、拡散バックライト部32が光源31
を共有した構成となっている。
【0045】このように、本発明の光触媒反応装置は、
光触媒反応系において拡散バックライト光学系を実現し
たことで、処理対象による光量減衰を抑制しながら、光
触媒部材に光触媒を励起する光を均一に照射することが
できるので、光触媒による酸化還元処理速度が高まり、
装置として従来のものよりも、酸化還元処理能力が向上
したものとなる。そして、このことにより、光触媒反応
系における処理対象の滞留時間の短縮化が可能となるの
で、装置及びこれを備えたユニットとして小型化できる
と共に、今まで困難とされてきた大量処理の可能性が高
まる。
【0046】特に、照明部は、光触媒部材に対して光を
均一に供しながら、処理対象や光触媒部材と分離配置で
きるため、処理環境の温度上昇を抑えることができ、こ
れにより、光触媒の酸化還元能力低減や含水物質の異常
揮散の抑制が図れる。
【0047】尚、本発明の光触媒反応装置は、液相環境
処理に限定されず、気相環境さらには液相及び気相を含
んだ環境処理にも適用できる。このことは以下に述べる
光触媒反応ユニットにおいても同様である。
【0048】図4は、本発明の実施形態の一例で、光触
媒反応ユニットの概観を示す。
【0049】光触媒反応ユニットは、本発明の光触媒反
応装置を複数備え、光照射の効率化と処理対象の大量処
理を図るものである。光触媒反応装置としては、先の図
3記載の光触媒反応装置等がある。光触媒反応装置の設
置数は、被処理ガスの流入量や負荷量等に応じて定ま
る。
【0050】図4記載の光触媒反応ユニットは、5台の
光触媒反応装置を備えている。(a)記載の光触媒反応
ユニットは、一灯式の照明部16を付帯した光触媒反応
装置を5台横列配置するように備えている。(b)記載
の光触媒反応ユニットは、二灯式の照明部16を付帯し
た光触媒反応装置を5台備え、隣接する光触媒反応装置
は照明部16の一つを共有した構成となっている。
【0051】図5も、本発明の光触媒反応ユニットの実
施形態例((a)〜(i))を示し、特に照明部の設置
形態を開示している。当該ユニットは、光触媒反応装置
を3台横列配置するように備え、隣接する光触媒反応装
置は照明部16の一つを共有した構成となっている。
尚、図6記載の光触媒反応装置と同様に、照明部16に
おいて光源及びこれと対向する面に反射ミラーが適宜付
帯される。
【0052】(a)〜(c)及び(i)記載の光触媒反
応ユニットにおける照明部16は、一灯式の照明部であ
って光源は拡散バックライト部の端部若しくは縁部に具
備されている。
【0053】(d)〜(f)及び(h)記載の光触媒反
応ユニットにおける照明部16は、二灯式の照明部であ
って光源は拡散バックライト部の端部若しくは縁部に具
備されている。
【0054】(g)記載の光触媒反応装置における照明
部16は、図4記載の照明部と略同じ構成となってい
る。
【0055】図6も、本発明の光触媒反応ユニットの実
施形態例を示し、(a)はユニットを構成する光触媒反
応装置の概観を、(b)はユニット上面の概観を示す。
ここでは、二灯式の照明部16を備えた光触媒反応装置
を12個放射状配置するように備えている。尚、光触媒
反応装置の設置数及び照明部の灯光形式がこれに限定さ
れるものではないことは、これまでの説明から明らかで
ある。
【0056】図7も、本発明の光触媒反応ユニットの実
施形態例を示し、(a)〜(d)は各実施形態における
ユニット上面の概観を示す。ここでは、光触媒反応装置
の照明部16は一灯式のものを採用し、光源41及び反
射ミラー42を隣接する光触媒反応装置と共有してい
る。(a)記載の光触媒反応ユニットは、2個の光触媒
反応装置を縦列配置するようにして備えている。(b)
記載の光触媒反応ユニットは、8個の光触媒反応装置を
放射状配置するように備えている。(c)記載の光触媒
反応ユニットは、3個の光触媒反応装置を放射状配置す
るように備えている。(d)記載の光触媒反応ユニット
は、4個の光触媒反応装置を放射状配置するように備え
ている。尚、図4,5及び6記載の光触媒反応ユニット
と同様に、本実施形態において光触媒反応装置の設置数
がこれに限定されないことは明らかである。
【0057】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の光触媒反応装置とそのユニットによれば、光触媒の特
徴を効率よく利用し、その酸化還元処理能力を向上させ
た光触媒反応装置とそのユニットの提供が可能となる。
【0058】すなわち、処理対象による照射光吸収等の
光触媒励起の妨げになる状況を回避しながら、光触媒部
材に光触媒を励起する光を均一に照射することができる
ので、光触媒による酸化還元処理速度が高まり、装置と
して従来のものよりも、酸化還元処理能力が向上したも
のとなる。
【0059】そして、このことにより、光触媒反応系に
おける処理対象の滞留時間の短縮化が可能となるので、
装置及びこれを備えたユニットの小型化が実現できると
共に、今まで困難とされてきた大量処理の可能性が高ま
る。
【0060】特に、本発明における照明部は、光触媒部
材に対して光を均一に供しながら、処理対象や光触媒部
材と分離配置できるため、処理環境の温度上昇を抑える
ことができ、これにより、光触媒の酸化還元能力低減や
含水物質の異常揮散の抑制が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態例を示した概略構成図。
(a)は本実施形態に係る光触媒反応装置の外観を、
(b)は当該光触媒反応装置の概略構成を、(c)は特
に当該光触媒反応装置の構成要素の一つである反応セル
の概略構成を示す。
【図2】本発明の実施形態例を示した概略構成図。
(a)は本実施形態に係る光触媒反応装置の外観を示
し、(b)は当該光触媒反応装置の概略構成を示す。
【図3】本発明の実施形態例を示した概略構成図。
(a)〜(m)は特に照明部の設置形態を示す。
【図4】本発明の実施形態の一例で、光触媒反応ユニッ
トの概観を示す概観図。
【図5】本発明の光触媒反応ユニットの実施形態例を示
した概略構成図。(a)〜(i)は特に照明部の設置形
態の概略を示す。
【図6】本発明の光触媒反応ユニットの実施形態例を示
した概観図。(a)はユニットを構成する光触媒反応装
置の概観を、(b)はユニット上面の概観を示す。
【図7】本発明の光触媒反応ユニットの実施形態例を示
した概略構成図。(a)〜(d)は特に各実施形態にお
けるユニット上面の概観を示す。
【図8】本発明における光触媒部材の実施形態例を示し
た概略構成図。
【図9】本発明における光触媒部材の実施形態例を示し
た概略構成図。
【図10】本発明における光触媒部材の実施形態例を示
した概略構成図。(a)は平板網状構造のもの、(b−
1,2,3)は薄板折りたたみ構造のもの、(b−4)
は前述のようなジャングルジム構造のものを示す。
【図11】本発明における照明部の実施形態例を示した
概略構成図。(a)は照明部(一灯式、二灯式)の概観
を、(b)は二灯式照明部の一例でその側面の概略構成
を、(c)は一灯式照明部の一例でその側面の概略構成
を、(d)は一灯式照明部の一例でその側面の概略構成
を示す。
【図12】本発明における照明部の実施形態例を示した
概略構成図。(a)は当該照明部の概観を示し、(b)
は当該照明部側面の概略構成を示す。
【符号の説明】
10,30…反応セル、11…格納部、14…光触媒部
材、15…窓部 16,32…照明部 31,41,51…光源 33,42,52…全反射ミラー 50…拡散バックライト部、53…反射板、54…拡散
板、55…導光板
───────────────────────────────────────────────────── 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 ZAB C02F 1/72 ZAB (72)発明者 花輪 剛 東京都品川区大崎2丁目1番17号 株式会 社明電舎内 Fターム(参考) 4D037 AA11 BA18 CA12 4D050 AA12 BB01 BC04 BC09 BD02 4G069 AA03 AA08 BA01B BA04B BA48A BB15B BD05B CA05 DA06 EA11 EA12 EB11 FA01 FA02 FA04 FB01 FB08 FB15 FB42 4G075 AA37 BA04 BA06 BC01 BC04 CA33 CA54 EA01 EB31 EB33 EE01 FA14 FB02 FB06 FB12 FC04

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 処理対象を光触媒と反応させて酸化還元
    処理する光触媒反応装置であって、処理対象が供給さ
    れ、これと反応させる光触媒部材を格納した反応セル
    と、光触媒部材に一定波長の光を照射する照明部と、を
    備え、照明部は、板状に形成され、反応セルの側面に具
    備したことを特徴とする光触媒反応装置。
  2. 【請求項2】 処理対象を光触媒と反応させて酸化還元
    処理する光触媒反応手段を複数備えた光触媒反応ユニッ
    トであって、光触媒反応手段は、処理対象が供給され、
    これと反応させる光触媒部材を格納した反応セルと、光
    触媒部材に一定波長の光を照射する照明部と、を備え、
    照明部は、板状に形成され、反応セルの側面に具備した
    ことを特徴とする光触媒反応ユニット。
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