JP2004066099A - Water purification method and apparatus using photocatalytic reaction - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水中に含有されたトリクロロエチレン，テトラクロロエチレン等の有害な有機化合物を光触媒反応で分解して浄化するための光触媒反応による水浄化方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
汚染水や土壌中に存在する有害な有機化合物を除去する方法として、光触媒反応を利用して紫外線照射下で有機化合物を無機物にまで酸化する方法が有望視されている。このような光触媒反応を利用した水処理は、一般に、光触媒粉末を懸濁させたバッチ装置や、光触媒を膜等に固定した流通系装置等が知られている。
【０００３】
光触媒反応は、光励起電子の還元力と正孔の酸化力とを同時に利用するため、有機化合物を酸化分解するためには、還元される物質すなわち電子受容体が必要である。ここで、酸素は、光励起電子とすばやく反応するとともにスーパーオキシドアニオンラジカルや水酸ラジカル等の酸化活性種を生じるので非常に好都合である。したがって、上述したバッチ装置，流通系装置のいずれにおいても十分に酸素を補給しながら光触媒反応を起こさせる必要がある。
【０００４】
ところが、水中における光触媒反応では、酸素の溶解度および酸素の溶液内拡散速度に制限があるため、光触媒反応の進行速度がそれほど速くならないという問題がある。この問題を解決して反応を早く進めるため、酸素や空気をバブリング等によって液中に十分供給し、その飽和濃度を保つようにしたり、有機化合物を水中から追い出したりして気相において光触媒反応を起こさせることが行なわれている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、トリクロロエチレン等の揮発性有機化合物を対象とする場合、前者のようにバブリングを行なうと、揮発性の有機化合物が水中から追い出されてしまい、水中での光触媒反応はほとんど起こらなくなる。一方、後者のように光触媒反応を気相で行なう場合、液相に比べて数百倍以上の体積になるため、設備が巨大化するうえ、ホスゲン等のより毒性の強い化合物ができてしまうことから、それらの有害物質を外部に漏らさないようにするために高額の設備が必要になり、余分な動力も必要で騒音も大きい。これらのような問題から、揮発性の有機化合物を気相に追い出すことなく、液相中に十分な酸素を供給しながら光触媒反応を起こさせる水浄化方法の開発が強く望まれていた。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、有機化合物を気相に追い出すことなく、液相中に十分な酸素を供給しながら光触媒反応を起こさせることができる光触媒反応による水浄化方法および装置の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の光触媒反応による水浄化方法は、光触媒反応により水中の有機物を分解して水を浄化する方法であって、浄化する水が存在する液相と酸素が存在する気相との境界に酸素透過性を有する隔膜を設置し、上記隔膜を透過して気相から液相に供給された酸素により、液相中で光触媒反応を生じさせて有機物を分解することを第１の要旨とする。
【０００８】
すなわち、本発明の第１の光触媒反応による水浄化方法は、浄化する水が存在する液相と酸素が存在する気相との境界に酸素透過性を有する隔膜を設置し、上記隔膜を透過して気相から液相に供給された酸素により、液相中で光触媒反応を生じさせて有機物を分解する。このように、隔膜を介して気相から液相に供給された酸素により液相中で光触媒反応が進行するため、従来のバブリングによる酸素供給のように有機化合物が液相から追い出されて水中での光触媒反応が進行しなくなるような問題がおこらず、隔膜を介して供給される酸素により水中で速やかに光触媒反応が進行し続ける。そして、液相で分解反応を進行させることができるため、従来の気相での光触媒反応のようにホスゲン等の毒性の強い化合物ができることもなく、装置もコンパクトですみ、安全性も高いうえ、動力や騒音も少なくてすむ。このように、特に水中に存在する揮発性の有機化合物を光触媒反応で安全かつ効率的に浄化させることができるのである。
【０００９】
また、本発明の光触媒反応による水浄化方法は、光触媒反応により水中の有機物を分解して水を浄化する方法であって、浄化する水が存在する液相と酸素が存在する気相との境界に酸素透過性を有する隔膜を設置するとともに、上記光触媒反応に利用する光触媒を液相中における隔膜近傍に配置し、液相側と気相側の少なくとも一方から光照射を行ないながら液相において浄化する水を流動させることにより、上記隔膜を透過して気相から液相に供給された溶存状態の酸素を利用して、液相中で光触媒反応を連続的に生じさせて有機物を分解することを第２の要旨とする。
【００１０】
すなわち、本発明の第２の光触媒反応による水浄化方法は、浄化する水が存在する液相と酸素が存在する気相との境界に酸素透過性を有する隔膜を設置するとともに、上記光触媒反応に利用する光触媒を液相中における隔膜近傍に配置する。そして、液相側と気相側の少なくとも一方から光照射を行ないながら液相において浄化する水を流動させることにより、上記隔膜を透過して気相から液相に供給された溶存状態の酸素を利用して、液相中で光触媒反応を連続的に生じさせて有機物を分解する。このように、隔膜を介して気相から液相に供給された溶存状態の酸素により液相中で光触媒反応が進行するため、従来のバブリングによる酸素供給のように有機化合物が液相から追い出されて水中での光触媒反応が進行しなくなるような問題がおこらず、水中で速やかに光触媒反応が進行する。また、液相で分解反応を進行させることができるため、従来の気相での光触媒反応のようにホスゲン等の毒性の強い化合物ができることもなく、装置もコンパクトですみ、安全性も高いうえ、動力や騒音も少なくてすむ。さらに、隔膜を介して供給される酸素の濃度が高い隔膜近傍に配置された光触媒に対し、流動される水が攪拌されて入れ替わりながら連続的に接触し、水中で光触媒反応が連続的かつ効率的に進行し続ける。このように、特に水中に存在する揮発性の有機化合物を光触媒反応で安全かつ極めて効率的に浄化させることができるのである。
【００１１】
本発明の光触媒反応による水浄化方法において、上記光触媒反応に利用する光触媒を担持させた担持体を隔膜近傍に配置した場合には、隔膜を介して供給される酸素の濃度が高い隔膜近傍に光触媒が配置されることとなり、その光触媒に対して水が接触し、水中で光触媒反応が効率的に進行する。しかも、担持体を交換するだけで光触媒の交換を完了できることから、メンテナンスに要する作業が極めて省力ですむ。
【００１２】
本発明の光触媒反応による水浄化方法において、液相側からの光照射と気相側からの光照射を併用するようにした場合には、隔膜を介して供給される酸素濃度が高く、活発に光触媒反応が生じる隔膜近傍に対し、液相側と気相側の双方から光を照射することにより、より効率的な反応を実現することができる。
【００１３】
また、本発明の光触媒反応による水浄化装置は、光触媒反応により水中の有機物を分解して水を浄化する装置であって、浄化する水を液相として存在させる液体槽と、酸素を気相として存在させる気体槽と、上記液相と気相の双方に介在するようその境界に設置された酸素透過性を有する隔膜と、液相側と気相側の少なくとも一方から光を照射する光照射手段とを備えたことを第１の要旨とする。
【００１４】
すなわち、本発明の第１の光触媒反応による水浄化装置は、浄化する水を液相として存在させる液体槽と、酸素を気相として存在させる気体槽と、上記液相と気相の双方に介在するようその境界に設置された酸素透過性を有する隔膜と、液相側と気相側の少なくとも一方から光を照射する光照射手段とを備えている。このため、液相と気相との境界に設置された隔膜を透過して気相から液相に供給された酸素により、液相中で光触媒反応を生じさせて有機物が分解され、液相中で光触媒反応が進行する。したがって、従来のバブリングによる酸素供給のように有機化合物が液相から追い出されて水中での光触媒反応が進行しなくなるような問題がおこらず、隔膜を介して供給される酸素により水中で速やかに光触媒反応が進行し続ける。そして、液相で分解反応を進行させることができるため、従来の気相での光触媒反応のようにホスゲン等の毒性の強い化合物ができることもなく、装置もコンパクトですみ、安全性も高いうえ、動力や騒音も少なくてすむ。このように、特に水中に存在する揮発性の有機化合物を光触媒反応で安全かつ効率的に浄化させることができるのである。
【００１５】
また、本発明の光触媒反応による水浄化装置は、光触媒反応により水中の有機物を分解して水を浄化する装置であって、浄化する水を液相として存在させる液体槽と、酸素を気相として存在させる気体槽と、上記液相と気相の双方に介在するよう設置されて気相から液相に対して溶存状態で酸素を供給するための酸素透過性を有する隔膜と、上記液相中における隔膜近傍に配置された光触媒と、上記液相において浄化する水を流動させる流動手段と、液相側と気相側の少なくとも一方から光を照射し、上記溶存状態の酸素を利用して液相中で光触媒反応を連続的に生じさせて有機物を分解させるための光照射手段とを備えたことを第２の要旨とする。
【００１６】
すなわち、本発明の第２の光触媒反応による水浄化装置は、浄化する水を液相として存在させる液体槽と、酸素を気相として存在させる気体槽と、上記液相と気相の双方に介在するよう設置されて気相から液相に対して溶存状態で酸素を供給するための酸素透過性を有する隔膜と、上記液相中における隔膜近傍に配置された光触媒と、上記液相において浄化する水を流動させる流動手段と、液相側と気相側の少なくとも一方から光を照射し、上記溶存状態の酸素を利用して液相中で光触媒反応を連続的に生じさせて有機物を分解させるための光照射手段とを備えている。このため、上記隔膜を透過して気相から液相に供給された溶存状態の酸素を利用して、液相中で光触媒反応を連続的に生じさせて有機物が分解され、液相中で光触媒反応が進行する。したがって、従来のバブリングによる酸素供給のように有機化合物が液相から追い出されて水中での光触媒反応が進行しなくなるような問題がおこらず、水中で速やかに光触媒反応が進行する。また、液相で分解反応を進行させることができるため、従来の気相での光触媒反応のようにホスゲン等の毒性の強い化合物ができることもなく、装置もコンパクトですみ、安全性も高いうえ、動力や騒音も少なくてすむ。さらに、隔膜を介して供給される酸素濃度が高い隔膜近傍に配置された光触媒に対し、流動される水が攪拌されて入れ替わりながら連続的に接触し、水中で光触媒反応が連続的かつ効率的に進行し続ける。このように、特に水中に存在する揮発性の有機化合物を光触媒反応で安全かつ極めて効率的に浄化させることができるのである。
【００１７】
本発明の光触媒反応による水浄化装置において、上記光触媒反応に利用する光触媒を担持させた担持体を隔膜近傍に配置した場合には、隔膜を介して供給される酸素濃度が高い隔膜近傍に光触媒が配置されることとなり、その光触媒に対して水が接触し、水中で光触媒反応が効率的に進行する。しかも、担持体を交換するだけで光触媒の交換を完了できることから、メンテナンスに要する作業が極めて省力ですむ。
【００１８】
本発明の光触媒反応による水浄化装置において、液相側から光照射を行なう第１光照射手段と、気相側から光照射を行なう第２光照射手段とを備えた場合には、隔膜を介して供給される酸素濃度が高く、活発に光触媒反応が生じる隔膜近傍に対し、液相側と気相側の双方から光を照射することにより、より効率的な反応を実現することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明の実施の形態を詳しく説明する。
【００２０】
図１は、本発明の一実施の形態の光触媒反応を利用した水浄化装置を示す図である。
【００２１】
この水処理装置は、光触媒反応により水中の有機物を分解する装置本体２０と、上記装置本体２０によって浄化する水を貯留するリザーブタンク１０とを備えている。
【００２２】
上記装置本体２０は、浄化する水を液相１１として存在させる液体槽１と、酸素を含む気体を気相１２として存在させる気体槽２とを備え、上記気相１２から液相１１に対して溶存状態で酸素を供給するための酸素透過性を有する隔膜３が、上記液相１１と気相１２の双方に介在するよう設置されている。
【００２３】
上記液相１１中には、その隔膜３の近傍に、光触媒を担持させた担持体７が配置されている。また、装置本体２０には、本発明の光照射手段である液相１１側の第１ライト５および気相１２側の第２ライト６が備わっている。そして、上記第１および第２ライト５，６から光を照射し、上記隔膜３を介して気相１２から液相１１に供給された溶存状態の酸素を利用して液相１１中で光触媒反応を連続的に生じさせ、有機物を分解させるようになっている。
【００２４】
上記リザーブタンク１０に貯留された水は、本発明の流動手段であるポンプ９で装置本体２０の液体槽１に供給され、液体槽１内を流動しながら浄化され、浄化処理された水がリザーブタンク１０に戻されて循環しながら浄化を行なうようになっている。
【００２５】
より詳しく説明すると、上記液体槽１は、図示の左右にそれぞれ液導入口１３と液導出口１４が設けられた円筒状に形成されている。上記液導入口１３にポンプ９を介してリザーブタンク１０内の水が導入され、液体槽１内の液相１１で浄化処理されて液導出口１４からリザーブタンク１０に戻されるようになっている。
【００２６】
上記気体槽２は、図示の左右にそれぞれガス導入口１５とガス導出口１６が設けられた円筒状に形成されている。上記ガス導入口１５から酸素を含むガス（例えば、純酸素でもよいし空気でもよい）が導入され、気体槽２内で気相１２として存在したのちガス導出口１６から排出される。
【００２７】
ガス導入口１５から導入されるガスは、純酸素であればボンベ等から供給され、空気であればブロア等により供給される（いずれも図示せず）。また、ガス導出口１６から排出されるガスは、大気中に放出してもよいし、回収して再利用してもよい。
【００２８】
上記液体槽１と気体槽２は、開口部を合致させるように同軸状に位置決めされ、両開口部に挟まれるように隔膜３が配置されている。この隔膜３は、酸素透過性を有する材質のものが用いられる。
【００２９】
上記隔膜３を構成する材質としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ；酸素透過係数４．９），テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ），テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ），テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体（ＥＴＦＥ），ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ），クロロトリフルオロエチレン−エチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ），ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ），ポリビニルフルオライド（ＰＶＦ）等のフッ素樹脂をあげることができる。
【００３０】
また、上記フッ素樹脂以外で使用できるものとしては、例えば、「医用酸素富化膜」と称されるもので、例えば、ポリジメチルシロキサン（通称シリコーンゴム；酸素透過係数６０５），ポリジメチルシロキサンの誘導体，ポリカーボネート−ポリジメチルシロキサンブロック共重合体，ポリビニルフェノール−ポリジメチルシロキサン−ポリスルホンブロック共重合体等があげられる。さらに、ポリ（４−メチルペンテン−１）（酸素透過係数３２），天然ゴム（酸素透過係数１７．７），エチルセルロース（酸素透過係数１５），ポリ（２，６−ジメチルフェニレンオキシド）（酸素透過係数１５），ポリジメチルシロキサン−ポリ（４−メチルペンテン−１）やエチルセルロースあるいはポリ（２，６−ジメチルフェニレンオキシド）の、多孔質のポリプロピレン、ポリスルホン、ポリフッ化ビニリデンを支持体とする複合膜等をあげることができる。
【００３１】
なお、本発明の隔膜３として使用できるのは、これらに限定するものではなく、酸素透過係数が１以上の膜であれば、各種の材質のものを用いることができる。ここで、酸素透過係数とは、「１０−１０ｃｍ３（標準状態）ｃｍ−１ ｓ−１ ｃｍＨｇ−１」であらわされたものである（日本化学会編「化学便覧 応用化学編ＩＩ 材料編」丸善（１９８６）第１１７７頁）。
【００３２】
これらのなかでも、上記隔膜３としては、機械的強度や耐久性，光触媒反応に対する耐性等の性質を要求されるため、ＰＴＦＥに代表されるフッ素系樹脂が好適に用いられる。
【００３３】
上記隔膜３の厚みとしては、機械的強度と酸素透過性をともに確保できれば、特に限定するものではないが、酸素透過性の観点から上限は５ｍｍ程度、機械的強度および生産性やコストの観点から下限は０．１μｍ程度に設定される。
【００３４】
上記液体槽１の液相１１内の隔膜３の近傍には、光触媒反応に用いられる光触媒を担持させた担持体７が配置されている。このように、担持体７を隔膜３近傍に配置することにより、隔膜３を介して供給される酸素の濃度が高い隔膜３近傍に光触媒が配置されることとなり、液相１１での光触媒反応が効率的に進行する。しかも、担持体７を交換するだけで光触媒の交換を完了できることから、メンテナンスに要する作業量が極めて省力ですむ。
【００３５】
上記担持体７としては、液相１１の水が容易に通過して、ポンプ９の流動作用によって隔膜３近傍で容易に水が流動して入れ替わるものが好適に用いられる。このようにすることにより、隔膜３近傍の酸素と光触媒で光触媒反応が起こったときに、上記水の流動により、生成された分解生成物が隔膜３近傍から移動するとともに、隔膜３を介して新たに供給された酸素も流動して光触媒反応が連続的に効率よく生じるようになる。上記担持体７には、例えば、ステンレス製のメッシュ等を用いることができるが、これに限定するものではなく、セラミックスやゼオライト等各種の材質からなるものを用いることができる。
【００３６】
上記光触媒としては、光触媒反応に対する触媒であれば、特に限定するものではなく、各種のものを用いることができる。例えば、周期表第１族から第１４族元素単独あるいは２種以上の元素が複合したものと、周期表第１５族および第１６族の元素単独あるいは２種以上の元素が複合したものの化合物、第１４族の単体、これらの混合物、これらに第１族から第１６族元素の単体およびその化合物を混合したものを用いることができる。具体的には、例えば、酸化チタン，酸化タングステン，酸化亜鉛，酸化スズ，チタン酸ストロンチウム，ケイ素，硫化亜鉛，リン化インジウム，酸化チタン−窒化チタン混合物，白金担持酸化チタン等をあげることができ、これらは単独でもしくは併せて用いることができる。
【００３７】
一方、気体槽２における気相１２内の隔膜３の近傍には、液相１１の水圧によって気相１２側に膨らもうとする隔膜３を気相１２側から支持し、隔膜３の変形や破裂を防止する支持体８が設けられている。上記支持体８は、気相１２から液相１１への酸素の透過の妨げにならないよう、気体が容易に流通するものが用いられる。上記支持体８には、例えば、ステンレス製のメッシュ等を用いることができるが、これに限定するものではなく、酸素透過の妨げにならず、隔膜３を支持できるものであれば、不織布や織物等をはじめ、各種のものを用いることができる。
【００３８】
上記液体槽１および気体槽２の隔膜３側の開口部近傍には、それぞれ担持体７および支持体８を隔膜３近傍の位置に保持する保持突起１７が設けられている。
【００３９】
上記液体槽１および気体槽２の隔膜３とは反対側の開口部には、それぞれ透明の窓板４がはめ込まれている。液体槽１の窓板４は、内部の水が漏れるのを防止するために液密状に取り付けられる。また、気体槽２の窓板４は、内部の酸素ガス等の漏れを防止して酸素濃度の低下を防止するため、気密状に取り付けるのが好ましい。１８は上記窓板４を固定する枠部である。
【００４０】
上記液相１１側の窓板４の近傍には、光触媒反応が起こる隔膜３近傍に光を照射する第１ライト５が設けられている。また、気相１２側の窓板４の近傍にも、隔膜３を透して光触媒反応が起こる隔膜３近傍に光を照射する第２ライト６が設けられている。このように、隔膜３を介して供給される酸素の濃度が高く、活発に光触媒反応が生じる隔膜３近傍に対し、液相１１側と気相１２側の双方から光を照射することにより、より効率的な反応を実現することができる。
【００４１】
また、気相１２側から光を照射する第２ライト６が設けられているため、液相１１が濁っていて液相側からの光を散乱させてしまう場合や、光触媒を励起させる波長の光を液相１１が吸収してしまうような場合でも第２ライト６が照射する光により光触媒反応を生じさせることができるので、有効に水の浄化を実現することができる。
【００４２】
特に、気相１２側から隔膜３を透して光触媒反応が起こる隔膜３近傍に光を照射する場合には、隔膜３を光が透過しやすいよう、隔膜３の厚みをできるだけ薄く設定するのが好ましい。
【００４３】
上記第１ライト５および第２ライト６には、照射される光を隔膜３の近傍に集光する集光手段（図示せず）を設けるのが好ましい。このようにすることにより、より効率的な光触媒反応を実現できて浄化効率が向上するとともに、エネルギー効率も向上する。上記集光手段としては、例えば、反射板や集光レンズ等を用いることができる。
【００４４】
上記第１ライト５および第２ライト６としては、照射する光の少なくとも一部が、使用する光触媒の種類に応じ、その光触媒を励起するに足りるエネルギーを持つ波長の範囲にある光を照射しうるものが好適に用いられる。また、上記の波長範囲に加えて１８５ｎｍ〜２００ｎｍの低波長の紫外線を照射可能な光源を利用すれば、液中に溶存した酸素のオゾン化や有害物質の直接酸化分解が可能となるため、より効果的に液相分解を進行できることもある。なお、使用できる光源としては、超高圧水銀灯，高圧水銀灯，中圧水銀灯，低圧水銀灯，メタルハライド灯，キセノン灯，ブラックライト，冷陰極線ランプ，熱陰極線ランプ等をあげることができる。
【００４５】
上記水浄化装置を用い、本発明の水浄化方法は、例えばつぎのようにして行なうことができる。
【００４６】
まず、リザーブタンク１０に貯留された汚染水は、ポンプ９で装置本体２０の液体槽１に供給される。液体槽１内では、液導入口１３から導入された水が、ポンプ９の流動作用により常に流動し、液導出口１４から導出されてリザーブタンク１０に戻され、循環する。
【００４７】
気体槽２では、酸素を含むガスがガス導入口１５から供給され、酸素は隔膜３を透過して溶存状態で液相１１に連続的に供給され、光触媒が担持された担持体７の近傍でその濃度をあげる。このとき、第１および第２ライト５，６からの紫外線照射により光触媒反応が生じ、水中の有機化合物が酸化分解されるのである。
【００４８】
このとき、ポンプ９の流動作用によって隔膜３近傍で水が流動し、生成された分解生成物を含む水が隔膜３近傍から移動して汚染水と入れ替わるとともに、隔膜３を介して新たに供給された酸素も流動して光触媒反応が連続的に効率よく生じ、連続的に水浄化が行なわれる。そして、水はリザーブタンク１０と装置本体２０を循環しながら浄化が進行する。
【００４９】
このように、上記水浄化装置および方法によれば、隔膜３を透過して気相１２から液相１１に供給された溶存状態の酸素を利用して、液相１１中で光触媒反応を連続的に生じさせて有機物が分解される。したがって、従来のバブリングによる酸素供給のように有機化合物が液相１１から追い出されて水中での光触媒反応が進行しなくなるような問題がおこらず、水中で速やかに光触媒反応が進行する。また、液相１１で分解反応を進行させることができるため、従来の気相１２での光触媒反応のようにホスゲン等の毒性の強い化合物ができることもなく、装置もコンパクトですみ、安全性も高いうえ、動力や騒音も少なくてすむ。さらに、隔膜３を介して供給される酸素の濃度が高い隔膜３近傍に配置された光触媒に対し、流動される水が攪拌されて入れ替わりながら連続的に接触し、水中で光触媒反応が連続的かつ効率的に進行し続ける。このように、特に水中に存在する揮発性の有機化合物を光触媒反応で安全かつ極めて効率的に浄化させることができるのである。
【００５０】
上記水浄化方法および装置を適用できる汚染媒体としては、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、１，１，１−トリクロロエタン、四塩化炭素、ジクロロメタン、ジクロロエタン、クロロホルム、ポリ塩化ビフェニール（ＰＣＢ）等の有機ハロゲン化合物、ＢＴＸ、フェノール等の芳香族化合物、さらには有機溶剤、農薬、界面活性剤、色素、細菌微生物等による汚染水あるいはこれらが揮発してできる汚染ガスを挙げることができる。その中でも揮発性の高い有機ハロゲン化合物やＢＴＸを含んだものが最も効果的に処理できる。
【００５１】
図２は、本発明の第２の実施の形態の光触媒反応を利用した水浄化装置を示す図である。
【００５２】
この装置では、装置本体２０は、中心の空洞部分に第１ライト５が配置された円筒状の液体槽１と、上記液体槽１の外側に同軸状に配置された円筒状の気体槽２と、上記液体槽１と気体槽２の間に配置された円筒状の隔膜３とを備えている。
【００５３】
上記液体槽１の内周部には、内側の透明管４ａが配置され、気体槽２の外周部には、外側の透明管４ｂが配置されている。上記内側の透明管４ａの内部には、液相側の第１ライト５が配置され、上記外側の透明管４ｂの外周部には、気相側の第２ライト６が複数配置されている。また、担持体７は円筒状の隔膜３の内側の液相１１内に円筒状に配置され、支持体８も円筒状の隔膜３の外側に円筒状に配置されている。
【００５４】
上記液体槽１には、その円筒状の両端部にそれぞれ液導入口１３と液導出口１４が設けられ、上記気体槽２の円筒状の両端部には、それぞれガス導入口１５とガス導出口１６が設けられている。それ以外は、上記第１の実施例と同様であり、同様の部分には同じ符号を付している。
【００５５】
この装置によれば、円筒状の液体槽１と、この液体槽１の外側に同軸状に配置された円筒状の気体槽２と、上記液体槽１と気体槽２の間に配置された円筒状の隔膜３とを備え、中心の空洞部分に液相側の第１ライト５が配置されているため、液相側から光を効率的に照射することができる。それ以外は、上記第１の実施例と同様の作用効果を奏する。
【００５６】
上記装置において、上記液体槽１の両端部に設けられる液導入口１３と液導出口１４を、円筒状の径方向で離隔させた配置とすることもできる。このようにすることにより、円筒状の液体層１内で水がらせん状に流動し、攪拌効果が高くなって効果的に反応を進行させることができる。同様の理由により、液導入口１３と液導出口１４の少なくともいずれかを長手方向に対して斜めになるよう取り付けてもよい。
【００５７】
なお、上記各実施の形態では、第１ライトと第２ライトの双方を併用して光を照射するようにしたが、これに限定するものではなく、液相側だけから照射するようにしてもよい。この場合は、隔膜３による光の損失が起こらなくなるため、光の効率がよくなる。なお、気相側だけから光を照射することを排除する趣旨ではない。
【００５８】
また、上記各実施の形態では、光触媒を担持体７に担持させるようにしたが、これに限定するものではなく、隔膜３の液相側面に直接担持させても良いし、液相１１内に懸濁させてもよい。また、上記各実施の形態では、流動手段としてポンプ９を使用するようにしたが、これに限定するものではなく、液体槽１内に攪拌装置を設けるようにしてもよい。
【００５９】
つぎに、実施例について説明する。
【００６０】
【実施例】
図１に示す装置を用いて光触媒反応により水浄化実験を行なった。隔膜３として厚み１５μｍのＰＴＦＥ膜を使用し、光触媒として酸化チタン（Ｄｅｇｕｓｓａ Ｐ−２５）を担持させたステンレスメッシュ製の担持体７を使用した。また、リザーブタンク１０内に処理水をアルゴンでバブリングするためのバブリング装置を設けた。気体槽２内の気相雰囲気を酸素雰囲気とアルゴン雰囲気を切り換えて制御できるようボンベと切換弁を連結した。
【００６１】
照射する光としては、ブラックライトにより２９０ｎｍ以上の紫外線を一定エネルギーで照射を行なった。有機化合物として２−プロパノールを用い、この２−プロパノールと、光触媒反応による反応生成物であるアセトン等をガスクロマトグラフィーにより測定し、リザーブタンク１０内の処理水中の酸素濃度を溶存酸素計を用いて測定した。
【００６２】
図３に、光触媒反応の反応生成物であるアセトンの生成量の変化を示す。ここで、時間帯Ａ，Ｂ，Ｃにおける実験条件は、下記のとおりとした。
時間帯 Ａ Ｂ Ｃ
光照射 なし あり あり
リザーブタンクバブリング Ａｒ Ａｒ Ａｒ
気体槽の気相雰囲気 Ａｒ Ａｒ Ｏ２
【００６３】
時間帯Ａでは、リザーブタンク１０内をアルゴンガスでバブリングすることにより処理水中の溶存酸素の追い出しを行なった。このとき、気相雰囲気もアルゴンとし、隔膜３からの酸素供給は無い状態であり、光照射もないので、光触媒反応は起こらず、アセトンは生成されなかった。
【００６４】
時間帯Ｂでは、気相雰囲気をアルゴンとして隔膜３からの酸素供給は無い状態を継続しながら光照射を行なった。光照射を開始してからしばらくすると、若干のアセトンが生成されたのち、その生成が停止した。これは、処理水中の溶存酸素の追い出しが完全でなかったため、残存していた溶存酸素により若干光触媒反応が起こった後、酸素が消費しつくされて反応停止したものと考えられる。
【００６５】
時間帯Ｃでは、光照射を継続しながら気相雰囲気を酸素に切り換えた。その結果、隔膜３を介して気相１２から液相１１に酸素が供給され、光触媒反応が飛躍的に進行してアセトンが生成されたことがわかる。
【００６６】
つぎに、図４に、同様の実験を行なった結果を示す。ここで、時間帯Ｄ，Ｅ，Ｆにおける実験条件は、下記のとおりとした。
時間帯 Ｄ Ｅ Ｆ
光照射 なし あり あり
リザーブタンクバブリング Ａｒ Ａｒ Ａｒ
気体槽の気相雰囲気 Ｏ２ Ｏ２ Ａｒ
【００６７】
時間帯Ｄでは、気相雰囲気を酸素としたが、光照射を行なわない状態で維持した。このとき、光照射がないので、光触媒反応は起こらず、アセトンは生成されなかった。
【００６８】
時間帯Ｅでは、気相雰囲気が酸素である状態を継続しながら、光照射を行なった。その結果、隔膜３を介して気相１２から液相１１に酸素が供給され、光触媒反応が飛躍的に進行してアセトンが生成されたことがわかる。
【００６９】
時間帯Ｆでは、光照射を継続したまま気相雰囲気をアルゴンに切り換えた。その結果、隔膜３を介しての酸素供給が停止し、光触媒反応が急激に速度低下し、アセトンが生成されなくなったことがわかる。
【００７０】
【発明の効果】
以上のように、本発明の第１の光触媒反応による水浄化方法によれば、隔膜を介して気相から液相に供給された酸素により液相中で光触媒反応が進行するため、従来のバブリングによる酸素供給のように有機化合物が液相から追い出されて水中での光触媒反応が進行しなくなるような問題がおこらず、隔膜を介して供給される酸素により水中で速やかに光触媒反応が進行し続ける。そして、液相で分解反応を進行させることができるため、従来の気相での光触媒反応のようにホスゲン等の毒性の強い化合物ができることもなく、装置もコンパクトですみ、安全性も高いうえ、動力や騒音も少なくてすむ。このように、特に水中に存在する揮発性の有機化合物を光触媒反応で安全かつ効率的に浄化させることができるのである。
【００７１】
また、本発明の第２の光触媒反応による水浄化方法によれば、隔膜を介して気相から液相に供給された溶存状態の酸素により液相中で光触媒反応が進行するため、従来のバブリングによる酸素供給のように有機化合物が液相から追い出されて水中での光触媒反応が進行しなくなるような問題がおこらず、水中で速やかに光触媒反応が進行する。また、液相で分解反応を進行させることができるため、従来の気相での光触媒反応のようにホスゲン等の毒性の強い化合物ができることもなく、装置もコンパクトですみ、安全性も高いうえ、動力や騒音も少なくてすむ。さらに、隔膜を介して供給される酸素の濃度が高い隔膜近傍に配置された光触媒に対し、流動される水が攪拌されて入れ替わりながら連続的に接触し、水中で光触媒反応が連続的かつ効率的に進行し続ける。このように、特に水中に存在する揮発性の有機化合物を光触媒反応で安全かつ極めて効率的に浄化させることができるのである。
【００７２】
また、本発明の第１の光触媒反応による水浄化装置によれば、液相と気相との境界に設置された隔膜を透過して気相から液相に供給された酸素により、液相中で光触媒反応を生じさせて有機物が分解され、液相中で光触媒反応が進行する。したがって、従来のバブリングによる酸素供給のように有機化合物が液相から追い出されて水中での光触媒反応が進行しなくなるような問題がおこらず、隔膜を介して供給される酸素により水中で速やかに光触媒反応が進行し続ける。そして、液相で分解反応を進行させることができるため、従来の気相での光触媒反応のようにホスゲン等の毒性の強い化合物ができることもなく、装置もコンパクトですみ、安全性も高いうえ、動力や騒音も少なくてすむ。このように、特に水中に存在する揮発性の有機化合物を光触媒反応で安全かつ効率的に浄化させることができるのである。
【００７３】
また、本発明の第２の光触媒反応による水浄化装置によれば、上記隔膜を透過して気相から液相に供給された溶存状態の酸素を利用して、液相中で光触媒反応を連続的に生じさせて有機物が分解され、液相中で光触媒反応が進行する。したがって、従来のバブリングによる酸素供給のように有機化合物が液相から追い出されて水中での光触媒反応が進行しなくなるような問題がおこらず、水中で速やかに光触媒反応が進行する。また、液相で分解反応を進行させることができるため、従来の気相での光触媒反応のようにホスゲン等の毒性の強い化合物ができることもなく、装置もコンパクトですみ、安全性も高いうえ、動力や騒音も少なくてすむ。さらに、隔膜を介して供給される酸素濃度が高い隔膜近傍に配置された光触媒に対し、流動される水が攪拌されて入れ替わりながら連続的に接触し、水中で光触媒反応が連続的かつ効率的に進行し続ける。このように、特に水中に存在する揮発性の有機化合物を光触媒反応で安全かつ極めて効率的に浄化させることができるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の水浄化装置の一実施の形態を示す構成図である。
【図２】本発明の水浄化装置の第２の実施の形態を示す構成図である。
【図３】本発明による光触媒反応の状態を示す線図である。
【図４】本発明による光触媒反応の状態を示す線図である。
【符号の説明】
１ 液体槽
２ 気体槽
３ 隔膜
４ 窓板
４ａ 透明管（内側）
４ｂ 透明管（外側）
５ 第１ライト（液相側）
６ 第２ライト（気相側）
７ 担持体
８ 支持体
９ ポンプ
１０ リザーブタンク
１１ 液相
１２ 気相
１３ 液導入口
１４ 液導出口
１５ ガス導入口
１６ ガス導出口
１７ 保持突起
１８ 枠部
２０ 装置本体[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a photocatalytic water purification method and apparatus for decomposing and purifying harmful organic compounds such as trichloroethylene and tetrachloroethylene contained in water by photocatalytic reaction.
[0002]
[Prior art]
As a method for removing harmful organic compounds present in contaminated water and soil, a method of oxidizing an organic compound to an inorganic substance under ultraviolet irradiation using a photocatalytic reaction is considered to be promising. As the water treatment utilizing such a photocatalytic reaction, generally, a batch apparatus in which a photocatalyst powder is suspended, a distribution apparatus in which a photocatalyst is fixed to a membrane or the like is known.
[0003]
Since the photocatalytic reaction simultaneously utilizes the reducing power of photoexcited electrons and the oxidizing power of holes, a substance to be reduced, that is, an electron acceptor, is required to oxidatively decompose an organic compound. Here, oxygen is very convenient because it reacts quickly with photoexcited electrons and generates oxidizing species such as superoxide anion radicals and hydroxyl radicals. Therefore, it is necessary to cause a photocatalytic reaction while sufficiently replenishing oxygen in any of the above-mentioned batch apparatus and distribution system apparatus.
[0004]
However, in the photocatalytic reaction in water, there is a problem that the progress rate of the photocatalytic reaction is not so high because the solubility of oxygen and the diffusion rate of oxygen in the solution are limited. In order to solve this problem and advance the reaction quickly, oxygen and air are sufficiently supplied into the liquid by bubbling etc. to maintain the saturation concentration, or the organic compound is driven out of the water to perform the photocatalytic reaction in the gas phase. Waking is being done.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, when a volatile organic compound such as trichlorethylene is targeted, if the bubbling is performed as in the former case, the volatile organic compound is driven out of the water, and the photocatalytic reaction in the water hardly occurs. On the other hand, when the photocatalytic reaction is performed in the gas phase as in the latter, the volume becomes several hundred times or more as compared with the liquid phase, so that the equipment becomes large and more toxic compounds such as phosgene are produced. Therefore, expensive equipment is required in order to prevent such harmful substances from leaking to the outside, extra power is required, and noise is large. From these problems, there has been a strong demand for the development of a water purification method that causes a photocatalytic reaction while supplying sufficient oxygen to the liquid phase without driving the volatile organic compound into the gas phase.
[0006]
The present invention has been made in view of such circumstances, and a water purification method by a photocatalytic reaction capable of causing a photocatalytic reaction while supplying sufficient oxygen to a liquid phase without driving an organic compound into a gas phase. And the provision of equipment.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a water purification method by a photocatalytic reaction of the present invention is a method of purifying water by decomposing organic substances in water by a photocatalytic reaction, wherein there is a liquid phase and oxygen in which the water to be purified exists. A barrier having oxygen permeability is provided at the boundary with the gas phase, and oxygen supplied to the liquid phase from the gas phase through the diaphragm causes a photocatalytic reaction in the liquid phase to decompose organic substances. This is the first gist.
[0008]
That is, the first method for purifying water by a photocatalytic reaction of the present invention is to provide a diaphragm having oxygen permeability at a boundary between a liquid phase in which water to be purified is present and a gas phase in which oxygen is present. The oxygen supplied from the gas phase to the liquid phase causes a photocatalytic reaction in the liquid phase to decompose organic substances. As described above, since the photocatalytic reaction proceeds in the liquid phase by the oxygen supplied from the gas phase to the liquid phase through the diaphragm, the organic compound is expelled from the liquid phase and is discharged in water as in the conventional oxygen supply by bubbling. The problem that the photocatalytic reaction does not proceed does not occur, and the photocatalytic reaction continues to proceed promptly in water by oxygen supplied through the diaphragm. And since the decomposition reaction can proceed in the liquid phase, there is no formation of highly toxic compounds such as phosgene as in the conventional photocatalytic reaction in the gas phase, the equipment is compact, the safety is high, and Less power and noise. Thus, volatile organic compounds present in water in particular can be purified safely and efficiently by a photocatalytic reaction.
[0009]
Further, the water purification method by photocatalytic reaction of the present invention is a method of purifying water by decomposing organic matter in water by photocatalytic reaction, wherein a boundary between a liquid phase in which water to be purified exists and a gas phase in which oxygen exists. In addition to installing a membrane having oxygen permeability, a photocatalyst used for the above photocatalytic reaction is arranged near the membrane in the liquid phase, and the liquid phase is purified while irradiating light from at least one of the liquid phase side and the gas phase side. The dissolved water supplied from the gaseous phase to the liquid phase through the above-mentioned diaphragm by flowing the water flowing therethrough to continuously generate a photocatalytic reaction in the liquid phase to decompose organic substances. Is the second gist.
[0010]
That is, the water purification method by the second photocatalytic reaction of the present invention installs an oxygen-permeable diaphragm at the boundary between the liquid phase in which the water to be purified is present and the gas phase in which oxygen is present. The photocatalyst to be used is arranged near the diaphragm in the liquid phase. Then, by flowing water to be purified in the liquid phase while irradiating light from at least one of the liquid phase side and the gas phase side, dissolved oxygen supplied from the gas phase to the liquid phase through the diaphragm is passed through the diaphragm. Utilizing this, a photocatalytic reaction is continuously generated in a liquid phase to decompose organic substances. As described above, since the photocatalytic reaction proceeds in the liquid phase due to dissolved oxygen supplied from the gas phase to the liquid phase through the diaphragm, the organic compound is expelled from the liquid phase as in the conventional oxygen supply by bubbling. As a result, the photocatalytic reaction does not proceed in water, and the photocatalytic reaction proceeds quickly in water. In addition, since the decomposition reaction can proceed in the liquid phase, there is no formation of highly toxic compounds such as phosgene as in the conventional photocatalytic reaction in the gas phase, the equipment is compact, the safety is high, and Less power and noise. Furthermore, the flowing water continuously contacts the photocatalyst arranged near the diaphragm where the concentration of oxygen supplied through the diaphragm is high while being stirred, and the photocatalytic reaction in water is continuous and efficient. Keep going. Thus, volatile organic compounds present in water in particular can be purified safely and very efficiently by a photocatalytic reaction.
[0011]
In the method for purifying water by a photocatalytic reaction according to the present invention, when the carrier supporting the photocatalyst used for the photocatalytic reaction is disposed near the diaphragm, the photocatalyst is located near the diaphragm where the concentration of oxygen supplied through the diaphragm is high. Is disposed, and water comes into contact with the photocatalyst, and the photocatalytic reaction proceeds efficiently in water. In addition, since the replacement of the photocatalyst can be completed only by replacing the carrier, the work required for maintenance is extremely labor-saving.
[0012]
In the water purification method by the photocatalytic reaction of the present invention, when light irradiation from the liquid phase side and light irradiation from the gas phase side are used in combination, the oxygen concentration supplied through the diaphragm is high, and the By irradiating light from both the liquid phase side and the gas phase side to the vicinity of the diaphragm where the photocatalytic reaction occurs, a more efficient reaction can be realized.
[0013]
Further, the water purification device by photocatalytic reaction of the present invention is a device for purifying water by decomposing organic matter in water by photocatalytic reaction, a liquid tank in which water to be purified is present as a liquid phase, and oxygen as a gas phase. A gas tank to be present, an oxygen-permeable diaphragm installed at the boundary so as to be interposed in both the liquid phase and the gas phase, and a light irradiating means for irradiating light from at least one of the liquid phase side and the gas phase side The first point is to provide the above.
[0014]
That is, the first photocatalytic water purification device of the present invention comprises a liquid tank in which water to be purified is present as a liquid phase, a gas tank in which oxygen is present as a gas phase, and a gas tank interposed in both the liquid phase and the gas phase. And a light irradiating means for irradiating light from at least one of the liquid phase side and the gas phase side. For this reason, the oxygen that has passed through the diaphragm installed at the boundary between the liquid phase and the gaseous phase and supplied from the gaseous phase to the liquid phase causes a photocatalytic reaction in the liquid phase to decompose the organic substances, thereby causing the organic phase to decompose. The photocatalytic reaction proceeds. Therefore, the problem that the organic compound is expelled from the liquid phase and the photocatalytic reaction in water does not proceed as in the conventional oxygen supply by bubbling does not occur, and the photocatalyst is promptly produced in water by the oxygen supplied through the diaphragm. The reaction continues to progress. And since the decomposition reaction can proceed in the liquid phase, there is no formation of highly toxic compounds such as phosgene as in the conventional photocatalytic reaction in the gas phase, the equipment is compact, the safety is high, and Less power and noise. Thus, volatile organic compounds present in water in particular can be purified safely and efficiently by a photocatalytic reaction.
[0015]
Further, the water purification device by photocatalytic reaction of the present invention is a device for purifying water by decomposing organic matter in water by photocatalytic reaction, a liquid tank in which water to be purified is present as a liquid phase, and oxygen as a gas phase. A gas tank to be made to exist, a diaphragm installed to be interposed in both the liquid phase and the gaseous phase and having oxygen permeability to supply oxygen in a dissolved state from the gaseous phase to the liquid phase; A photocatalyst disposed in the vicinity of the diaphragm, a flow means for flowing water to be purified in the liquid phase, and irradiating light from at least one of a liquid phase side and a gas phase side, and using the dissolved oxygen to form a liquid. A second gist is provided with light irradiation means for continuously generating a photocatalytic reaction in a phase to decompose an organic substance.
[0016]
That is, the second water purification apparatus using a photocatalytic reaction of the present invention includes a liquid tank in which water to be purified is present as a liquid phase, a gas tank in which oxygen is present as a gas phase, and a gas tank interposed in both the liquid phase and the gas phase. A diaphragm having oxygen permeability for supplying oxygen in a dissolved state from the gas phase to the liquid phase, a photocatalyst disposed near the diaphragm in the liquid phase, and purifying in the liquid phase Flow means for flowing water, and irradiate light from at least one of the liquid phase side and the gas phase side, and continuously generate a photocatalytic reaction in the liquid phase using the dissolved oxygen to decompose organic substances. Light irradiating means. Therefore, by utilizing dissolved oxygen supplied from the gas phase to the liquid phase through the diaphragm, a photocatalytic reaction is continuously caused in the liquid phase to decompose the organic matter, and the photocatalyst is formed in the liquid phase. The reaction proceeds. Therefore, there is no problem that the organic compound is expelled from the liquid phase and the photocatalytic reaction in water does not proceed as in the conventional oxygen supply by bubbling, and the photocatalytic reaction proceeds quickly in water. In addition, since the decomposition reaction can proceed in the liquid phase, there is no formation of highly toxic compounds such as phosgene as in the conventional photocatalytic reaction in the gas phase, the equipment is compact, the safety is high, and Less power and noise. Furthermore, the flowing water is continuously contacted while being stirred and exchanged with the photocatalyst disposed near the diaphragm where the oxygen concentration supplied through the diaphragm is high, and the photocatalytic reaction in water is continuously and efficiently performed. Keep going. Thus, volatile organic compounds present in water in particular can be purified safely and very efficiently by a photocatalytic reaction.
[0017]
In the water purification apparatus by the photocatalytic reaction of the present invention, when the carrier supporting the photocatalyst used for the photocatalytic reaction is disposed near the diaphragm, the photocatalyst is near the diaphragm where the oxygen concentration supplied through the diaphragm is high. As a result, water is brought into contact with the photocatalyst, and the photocatalytic reaction proceeds efficiently in water. In addition, since the replacement of the photocatalyst can be completed only by replacing the carrier, the work required for maintenance is extremely labor-saving.
[0018]
When the water purification apparatus using a photocatalytic reaction of the present invention includes first light irradiation means for irradiating light from the liquid phase side and second light irradiation means for irradiating light from the gas phase, By irradiating light from both the liquid phase side and the gas phase side to the vicinity of the diaphragm where the oxygen concentration supplied is high and the photocatalytic reaction actively occurs, a more efficient reaction can be realized.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described in detail.
[0020]
FIG. 1 is a diagram showing a water purification apparatus using a photocatalytic reaction according to one embodiment of the present invention.
[0021]
This water treatment apparatus includes an apparatus
[0022]
The apparatus
[0023]
In the
[0024]
The water stored in the
[0025]
More specifically, the liquid tank 1 is formed in a cylindrical shape provided with a
[0026]
The
[0027]
The gas introduced from the
[0028]
The liquid tank 1 and the
[0029]
Examples of the material constituting the diaphragm 3 include polytetrafluoroethylene (PTFE; oxygen permeability coefficient 4.9), tetrafluoroethylene-perfluoroalkylvinyl ether copolymer (PFA), and tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer. Polymer (FEP), tetrafluoroethylene-ethylene copolymer (ETFE), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), chlorotrifluoroethylene-ethylene copolymer (ECTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinyl fluoride Fluorine resin such as ride (PVF) can be used.
[0030]
Examples of materials other than the above-mentioned fluororesins include those called "medical oxygen-enriched membranes", such as polydimethylsiloxane (commonly known as silicone rubber; oxygen permeability coefficient 605), and derivatives of polydimethylsiloxane. , Polycarbonate-polydimethylsiloxane block copolymer, polyvinylphenol-polydimethylsiloxane-polysulfone block copolymer, and the like. Furthermore, poly (4-methylpentene-1) (oxygen transmission coefficient 32), natural rubber (oxygen transmission coefficient 17.7), ethyl cellulose (oxygen transmission coefficient 15), poly (2,6-dimethylphenylene oxide) (oxygen transmission coefficient) Coefficient 15), composite membrane of polydimethylsiloxane-poly (4-methylpentene-1), ethylcellulose or poly (2,6-dimethylphenylene oxide) using porous polypropylene, polysulfone, or polyvinylidene fluoride as a support Can be given.
[0031]
Note that the material that can be used as the diaphragm 3 of the present invention is not limited to these, and various materials can be used as long as the film has an oxygen permeability coefficient of 1 or more. Here, the oxygen permeability coefficient is “10-10cm3(Standard condition) cm-1S-1CmHg-1(Chemical Handbook {Applied Chemistry Edition II} Materials Edition, edited by The Chemical Society of Japan, Maruzen (1986), p. 1177).
[0032]
Among these, since the diaphragm 3 is required to have properties such as mechanical strength, durability, and resistance to photocatalytic reaction, a fluororesin represented by PTFE is preferably used.
[0033]
The thickness of the diaphragm 3 is not particularly limited as long as both mechanical strength and oxygen permeability can be ensured, but the upper limit is about 5 mm from the viewpoint of oxygen permeability, and from the viewpoint of mechanical strength and productivity and cost. The lower limit is set to about 0.1 μm.
[0034]
In the vicinity of the diaphragm 3 in the
[0035]
As the carrier 7, a carrier in which the water in the
[0036]
The photocatalyst is not particularly limited as long as it is a catalyst for the photocatalytic reaction, and various types can be used. For example, compounds of compounds of the Periodic Table Group 1 to Group 14 elements alone or in combination of two or more elements, and compounds of
[0037]
On the other hand, in the vicinity of the diaphragm 3 in the
[0038]
In the vicinity of the openings of the liquid tank 1 and the
[0039]
[0040]
In the vicinity of the
[0041]
In addition, since the second light 6 for irradiating light from the
[0042]
In particular, when light is irradiated from the
[0043]
It is preferable that the
[0044]
As the
[0045]
Using the above water purification device, the water purification method of the present invention can be performed, for example, as follows.
[0046]
First, the contaminated water stored in the
[0047]
In the
[0048]
At this time, water flows near the diaphragm 3 due to the flow action of the pump 9, and the water containing the generated decomposition products moves from the vicinity of the diaphragm 3 to replace the contaminated water, and is newly supplied through the diaphragm 3. The oxygen that has flowed also causes the photocatalytic reaction to occur continuously and efficiently, and the water is continuously purified. Then, purification proceeds while the water circulates through the
[0049]
As described above, according to the water purification device and the water purification method, the photocatalytic reaction is continuously performed in the
[0050]
Examples of the contaminated medium to which the above-mentioned water purification method and apparatus can be applied include organic halogen compounds such as trichloroethylene, tetrachloroethylene, 1,1,1-trichloroethane, carbon tetrachloride, dichloromethane, dichloroethane, chloroform, polychlorinated biphenyl (PCB), BTX, Aromatic compounds such as phenol, and organic solvents, pesticides, surfactants, pigments, contaminated water caused by bacterial microorganisms, and the like, or contaminated gas generated by volatilization of these can be given. Among them, those containing highly volatile organic halogen compounds or BTX can be treated most effectively.
[0051]
FIG. 2 is a diagram showing a water purification device using a photocatalytic reaction according to a second embodiment of the present invention.
[0052]
In this device, the device
[0053]
An inner
[0054]
The liquid tank 1 is provided with a
[0055]
According to this apparatus, a cylindrical liquid tank 1, a
[0056]
In the above device, the
[0057]
In each of the above embodiments, the light is emitted using both the first light and the second light. However, the present invention is not limited to this, and the light may be emitted only from the liquid phase side. Good. In this case, no light is lost due to the diaphragm 3, and the light efficiency is improved. It is not intended to exclude light irradiation only from the gas phase side.
[0058]
Further, in each of the above embodiments, the photocatalyst is supported on the support 7. However, the present invention is not limited to this, and the photocatalyst may be directly supported on the liquid phase side surface of the diaphragm 3, or may be provided in the
[0059]
Next, examples will be described.
[0060]
【Example】
A water purification experiment was performed by a photocatalytic reaction using the apparatus shown in FIG. A PTFE membrane having a thickness of 15 μm was used as the diaphragm 3, and a support 7 made of a stainless steel mesh supporting titanium oxide (Degussa P-25) was used as a photocatalyst. Further, a bubbling device for bubbling the treated water with argon in the
[0061]
As light to be irradiated, ultraviolet light having a wavelength of 290 nm or more was irradiated by a black light at a constant energy. Using 2-propanol as an organic compound, this 2-propanol and acetone or the like, which is a reaction product of a photocatalytic reaction, are measured by gas chromatography, and the oxygen concentration in the treated water in the
[0062]
FIG. 3 shows a change in the amount of acetone, which is a reaction product of the photocatalytic reaction. Here, the experimental conditions in the time zones A, B, and C were as follows.
Time zone A B C
With or without light irradiation
Reserve tank bubbling Ar Ar Ar
Gas-phase atmosphere of gas tank {Ar} Ar} O2
[0063]
In the time zone A, the dissolved oxygen in the treated water was expelled by bubbling the inside of the
[0064]
In the time zone B, light irradiation was performed while the gas phase atmosphere was argon and oxygen was not supplied from the diaphragm 3. Some time after the start of the light irradiation, a slight amount of acetone was produced, and then the production was stopped. This is presumably because the dissolved oxygen in the treated water was not completely expelled, so that a slight photocatalytic reaction was caused by the remaining dissolved oxygen, and then the oxygen was consumed and stopped.
[0065]
In time zone C, the gas phase atmosphere was switched to oxygen while the light irradiation was continued. As a result, it can be seen that oxygen was supplied from the
[0066]
Next, FIG. 4 shows the results of a similar experiment. Here, the experimental conditions in the time zones D, E, and F were as follows.
Time zone D E F
With or without light irradiation
Reserve tank bubbling Ar Ar Ar
Gas phase atmosphere of gas tank 槽 O2O2Ar
[0067]
In time zone D, the gaseous phase atmosphere was oxygen, but the state was not irradiated with light. At this time, since there was no light irradiation, no photocatalytic reaction occurred and no acetone was generated.
[0068]
In time zone E, light irradiation was performed while the state in which the gas phase atmosphere was oxygen was continued. As a result, it can be seen that oxygen was supplied from the
[0069]
In time zone F, the gas phase atmosphere was switched to argon while light irradiation was continued. As a result, it can be seen that the supply of oxygen through the diaphragm 3 was stopped, the photocatalytic reaction rapidly decreased in speed, and acetone was not generated.
[0070]
【The invention's effect】
As described above, according to the first water purification method by the photocatalytic reaction of the present invention, the photocatalytic reaction proceeds in the liquid phase by the oxygen supplied from the gas phase to the liquid phase through the diaphragm. The problem that the organic compound is expelled from the liquid phase and the photocatalytic reaction in water does not proceed as in the case of oxygen supply by water does not occur, and the photocatalytic reaction continues to proceed rapidly in water by oxygen supplied through the diaphragm. . And since the decomposition reaction can proceed in the liquid phase, there is no formation of highly toxic compounds such as phosgene as in the conventional photocatalytic reaction in the gas phase, the equipment is compact, the safety is high, and Less power and noise. Thus, volatile organic compounds present in water in particular can be purified safely and efficiently by a photocatalytic reaction.
[0071]
According to the second water purification method by photocatalytic reaction of the present invention, the photocatalytic reaction proceeds in the liquid phase by the dissolved oxygen supplied from the gas phase to the liquid phase through the diaphragm. The problem that the organic compound is expelled from the liquid phase and the photocatalytic reaction in water does not proceed as in the case of oxygen supply by water does not occur, and the photocatalytic reaction proceeds quickly in water. In addition, since the decomposition reaction can proceed in the liquid phase, there is no formation of highly toxic compounds such as phosgene as in the conventional photocatalytic reaction in the gas phase, the equipment is compact, the safety is high, and Less power and noise. Furthermore, the flowing water continuously contacts the photocatalyst arranged near the diaphragm where the concentration of oxygen supplied through the diaphragm is high while being stirred, and the photocatalytic reaction in water is continuous and efficient. Keep going. Thus, volatile organic compounds present in water in particular can be purified safely and very efficiently by a photocatalytic reaction.
[0072]
Further, according to the first water purification device using a photocatalytic reaction of the present invention, oxygen supplied to the liquid phase from the gas phase through the diaphragm provided at the boundary between the liquid phase and the gas phase causes Causes a photocatalytic reaction to decompose organic substances, and the photocatalytic reaction proceeds in the liquid phase. Therefore, the problem that the organic compound is expelled from the liquid phase and the photocatalytic reaction in water does not proceed as in the conventional oxygen supply by bubbling does not occur, and the photocatalyst is promptly produced in water by the oxygen supplied through the diaphragm. The reaction continues to progress. And since the decomposition reaction can proceed in the liquid phase, there is no formation of highly toxic compounds such as phosgene as in the conventional photocatalytic reaction in the gas phase, the equipment is compact, the safety is high, and Less power and noise. Thus, volatile organic compounds present in water in particular can be purified safely and efficiently by a photocatalytic reaction.
[0073]
Further, according to the second water purification apparatus by photocatalytic reaction of the present invention, the photocatalytic reaction is continuously performed in the liquid phase by utilizing dissolved oxygen supplied from the gas phase to the liquid phase through the diaphragm. The organic matter is decomposed to cause a photocatalytic reaction in the liquid phase. Therefore, there is no problem that the organic compound is expelled from the liquid phase and the photocatalytic reaction in water does not proceed as in the conventional oxygen supply by bubbling, and the photocatalytic reaction proceeds quickly in water. In addition, since the decomposition reaction can proceed in the liquid phase, there is no formation of highly toxic compounds such as phosgene as in the conventional photocatalytic reaction in the gas phase, the equipment is compact, the safety is high, and Less power and noise. Furthermore, the flowing water is continuously contacted while being stirred and exchanged with the photocatalyst disposed near the diaphragm where the oxygen concentration supplied through the diaphragm is high, and the photocatalytic reaction in water is continuously and efficiently performed. Keep going. Thus, volatile organic compounds present in water in particular can be purified safely and very efficiently by a photocatalytic reaction.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing one embodiment of a water purification device of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram showing a second embodiment of the water purification device of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a state of a photocatalytic reaction according to the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a state of a photocatalytic reaction according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1 liquid tank
2 Gas tank
3 diaphragm
4 window board
4a transparent tube (inside)
4b transparent tube (outside)
5 1st light (liquid side)
6 @ 2nd light (gas phase side)
7 Carrier
8 support
9 pump
10 reserve tank
11 liquid phase
12 gas phase
13 liquid inlet
14 liquid outlet
15 Gas inlet
16 Gas outlet
17 holding projection
18mm frame
20 device body
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