JP2004089953A

JP2004089953A - ガス中に含まれる有機物質の連続的な分解除去方法

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Publication number: JP2004089953A
Application number: JP2002258045A
Authority: JP
Inventors: Taizo Sano; 佐野　泰三; Nobuaki Negishi; 根岸　信彰; Hiroshi Takeuchi; 竹内　浩士
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2002-09-03
Filing date: 2002-09-03
Publication date: 2004-03-25

Abstract

【課題】有害な有機物質を含むガスを浄化処理するに当たり、長期に亘って触媒活性を持続させ、有害な有機物質を安定して連続的に分解除去する方法を提供する。
【解決手段】有害な有機物質を含有するガスを、光照射下に加熱しながら金属担持光触媒と接触させることを特徴とするガス中に含まれる有機物質の連続的な分解除去方法である。その加熱条件としては、触媒温度が４０〜２５０℃の範囲であることが好ましい。
【選択図】　　　なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス中に含まれる有害物質を安定かつ連続的に分解除去する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自然環境の浄化対策として、各種の排ガスや排液中に含まれる有害物質を除去する方法に関する数多くの研究開発が行われている。なかでも、排ガス中或いは大気環境や室内環境中に含まれる有害な有機物質を分解除去する方法として、光触媒を利用した方法が提案（例えば、特許文献１、２参照）されており、低濃度の有害物質を除去する目的では、既に実用化されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−３３３３０４号公報
【特許文献２】
特開２００１−２４６２４７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、分解処理すべき有害物質量が増加すると、コーキングなどの発生により光触媒上に徐々に中間物質が堆積して光触媒は失活してしまうことから、触媒の再生処理を行う必要がある。この失活した光触媒を再生させる方法として、白金を担持した光触媒を用い、清浄空気内で加熱するか、紫外光照射する方法などが考えられているが、安定した連続的な処理は困難であるという欠点があった。
【０００５】
本発明は、従来の技術における上記した実状に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、有害な有機物質を含むガスを浄化処理するに当たり、長期に亘って触媒活性を持続させ、有害な有機物質を安定して連続的に分解除去する方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、有害な有機物質を含有するガスを、光照射下に加熱しながら金属担持光触媒と接触させることを特徴とするガス中に含まれる有機物質の連続的な分解除去方法である。その加熱としては、触媒温度が４０〜２５０℃の範囲であることが好ましい。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明は、大気中に排出される各種ガス流中に含まれている有害な有機物質を酸化分解させて無害化処理するために、金属担持光触媒を、ヒートアシスト状態で、すなわち４０℃以上の温度に加熱しながら光照射して光触媒反応を進行させることにより、金属微粒子の電極作用及び熱触媒作用により有機物質の完全酸化が促進されて、コーキングによる触媒の失活が抑制されて触媒活性が持続され、有機物質の分解能を大幅に向上させることができるものと考えられる。また、この方法によると、触媒寿命が延長されることから、触媒の使用量を削減できるほか、多量の有機物質の分解による無害化を効率的に行うことができる。
【０００８】
本発明に用いられる金属担持光触媒としては、揮発性の有機化合物を光分解させて無害な二酸化炭素及び水を生成する反応に使用される金属微粒子を担持した酸化チタン系物質であれば使用可能であって、酸化チタン系物質としては、市販の酸化チタン、含水酸化チタン、酸化チタン水和物、水酸化チタン、メタチタン酸、オルトチタン酸などが挙げられ、また、酸化チタンの結晶構造としては、アナターゼ型、ルチル型またはこれらの混合物のいずれでもよい。
【０００９】
また、金属担持酸化チタン系物質としては、酸化チタンに光触媒作用を向上させる金属を担持させたものが用いられ、その金属としては、Ｖ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｐｔ、Ａｕなどが挙げられるが、なかでも、Ｐｔ、Ｐｄなどの貴金属が好ましい。
これらの金属を酸化チタンに担持させる方法としては、公知方法が適用され、例えば水、有機溶媒或いはこれらの混合溶媒に溶解する金属化合物、金属錯体の溶液中に酸化チタンを添加することにより行うことができる。さらに、その溶液に光を照射する（光電着法、光還元法）か、または乾燥させた後、水素還元する方法（含浸法）、加熱還流する方法などにより金属担持酸化チタン系触媒が得られる。
【００１０】
本発明における光分解反応において、光触媒の加熱温度としては、４０℃以上であるが、好ましくは７０〜２５０℃、より好ましくは１３０〜２００℃である。
この加熱に用いる熱の供給方法としては、太陽光を集光して用いる方法、電気や燃焼などの人為的なエネルギーを用いる方法などを適宜採用できる。また、照射する光の波長としては、紫外光を含む光であれば使用可能であるが、酸化チタンの吸収帯を含む波長２００〜５００ｎｍのものが好ましい。
【００１１】
本発明において、有害な有機物質を分解させて二酸化炭素及び水などの無害化物質を生成させる光分解反応の被処理ガスとしては、大気中に放散される各種ガス中に有害な揮発性有機物質が含まれる排ガスであれば適用でき、例えば、揮発性の有機溶剤を含む工場、廃棄物処理場、研究所などからの放出ガス、車両などの排ガス、家屋などの有機溶剤から発生するガスなどが挙げられる。また、その揮発性有機物質としては、有害な揮発性の有機化合物であれば適用可能であって、具体的には、ベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素、エチレン、プロピレン、ブタジエンなどの不飽和炭化水素、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒドなどのアルデヒド類が挙げられる。
【００１２】
また、上記の光分解反応に用いる反応装置としては、酸化チタンの吸収帯を含む主として波長２００〜５００ｎｍ程度の発光領域を有する太陽光、キセノンランプ、水銀（高圧、低圧、超高圧）ランプ、ブラックライトなどを配置し、固−気相流通系、ガス循環系、バッチ型リアクターなどの光反応に使用されている公知の装置であれば、いずれも使用可能であって、その触媒層は、固定床型、流動層型のいずれの方式のものでもよい。
【００１３】
【実施例】
以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。
実施例１
ＴｉＯ_２（アナターゼＰ２５）１．０ｇをＨ_２ＰｔＣｌ_６・Ｈ_２Ｏ水溶液７５ｃｍ^３に懸濁させた溶液を、ｐＨ６．８で窒素ガスを流しながら紫外光（λ＜４００ｎｍ）を３０分間照射し、白金微粒子（重量比０．２％）を表面に析出させたＰｔ−ＴｉＯ_２からなる光触媒を調製した（光電着法）。
得られた光触媒０．１ｇをパイレックス（登録商標）ガラス管（外径１２ｍｍ）の表面に塗布し乾燥させ、表面に光触媒の被膜層が形成された光触媒管を得た。また、その光触媒管の内部にはヒーターを配置した。
次に、円筒形のパイレックス（登録商標）製反応容器（内径２８ｍｍ×長さ４２５ｍｍ）内に、上記の光触媒管を設置し、また反応容器の外部には、反応容器と平行に６本のブラックライト（各１０Ｗ）を配置した。
上記した反応触媒管内を、ヒーターでそれぞれ５０〜３００℃の範囲の一定の温度に加熱する温度調節を行い、各ブラックライトから紫外光を照射しながら、反応容器の一端から、空気中に１５ｐｐｍのトルエンを含有するガスを２００ｍｌ／分の流速で通して分解反応を行い、他端から流出するガス中の未反応トルエン及び生成炭酸ガスの濃度をガスクロマトグラフを用いて測定した。得られた結果を図１に示す。図中の□印はトルエンの分解率であり、■印は炭酸ガスの生成率である。
【００１４】
比較例１
実施例１に用いたＰｔ−ＴｉＯ_２からなる光触媒をＴｉＯ_２（Ｐ２５）単独の光触媒に代えたこと以外は、実施例１と全く同様にして分解反応を行い、他端から流出するガス中の未反応トルエン及び生成炭酸ガスの濃度をガスクロマトグラフを用いて測定した。得られた結果を図１に示す。図中の○印はトルエンの分解率であり、●印は炭酸ガスの生成率である。
【００１５】
図１は、反応開始６０分後のトルエンの分解率及びＣＯ_２の生成率（縦軸）と、ヒーターによる光触媒管内の加熱温度（横軸）との関係を示すグラフである。図１中の加熱温度である５０℃、１００℃、２００℃及び３００℃は、それぞれ触媒温度では４０℃、７０℃、１３０℃及び１９０℃に相当する。また、図中の暗条件のものは、紫外光照射を行わないで反応を行ったものであり、◇印はトルエンの分解率、◆印は炭酸ガスの生成率である。
図１によると、Ｐｔ−ＴｉＯ_２触媒及びＴｉＯ_２触媒は、ともに紫外光照射下でトルエンを分解してＣＯ_２を生成した。室温におけるＴｉＯ_２触媒のトルエン分解率は９６％であるが、ＣＯ_２の生成率は５８％であり、部分酸化生成物を生成していることが推察される。また、温度上昇に伴いトルエン分解率及びＣＯ_２生成率は減少し、光触媒の反応効率の低下を示した。一方、室温におけるＰｔ−ＴｉＯ_２触媒のトルエン分解率はＴｉＯ_２触媒と同じである。温度上昇とともにトルエン分解率及びＣＯ_２生成率は増大し、２００℃以上ではＴｉＯ_２触媒よりも高生成率を示した。２００℃における暗条件でのＣＯ_２生成率は６％に過ぎないが、紫外線照射下の生成率は５０％と比較して１６％増加した。これらによれば、Ｐｔの熱触媒効果と酸化チタンの光触媒効果が複合的に作用し、反応速度が増大したものと推察される。
さらに、通常の酸化チタンでは３時間の稼働で分解性能が５０％に低下してしまう条件（トルエン濃度、ガス流量）下でも、１３０℃で白金を担持した酸化チタンを用いると２０時間の稼働後でも分解性能に変化はなかった。
【００１６】
【発明の効果】
本発明によれば、加熱条件下で光触媒反応を行うことにより、ガス中の有機物質の酸化反応が促進されてＣＯ_２の生成が増大するから、光触媒の失活を防止でき、有害な有機物質を連続的に安定して分解除去できる。また、使用する触媒の活性が長期にわたり保持されるから有機物質の分解量を増加できるとともに、触媒の再生を抑制できるから排ガス処理の低コスト化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光触媒反応中のヒーターによる光触媒管内の加熱温度（横軸）と、トルエンの分解率及びＣＯ_２の生成率（縦軸）との関係を示すグラフである。

Claims

有害な有機物質を含有するガスを、光照射下に加熱しながら金属担持光触媒と接触させることを特徴とするガス中に含まれる有機物質の連続的な分解除去方法。
前記加熱は、触媒温度が４０〜２５０℃の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の分解除去方法。