JP2005169293A

JP2005169293A - 有機物の酸化又は分解方法

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Publication number: JP2005169293A
Application number: JP2003414239A
Authority: JP
Inventors: Hideharu Osada; 秀晴長田; Hironobu Shibamoto; 博信芝本; Shoma Osada; 尚磨長田
Original assignee: Osada Giken Co Ltd
Current assignee: Osada Giken Co Ltd
Priority date: 2003-12-12
Filing date: 2003-12-12
Publication date: 2005-06-30

Abstract

【課題】プラスチック等の処理は、従来から焼却法であった。焼却は炉内で高温で燃焼させ、二酸化炭素、その他の酸化物にすることである。しかしながら、燃焼方法では完全燃焼しない限り有毒ガスが発生する危険性がある。よって、どうしても高温で燃料を使用して燃焼させることとなる。よって、不要な燃料も焼却しているため、周囲環境を加熱し、二酸化炭素を不必要に発生していることとなる。そこで、有機物をできる限り短時間で酸化又は分解でき、高価な装置をできるだけでき軽減した方法を提供する。
【解決手段】加熱された光触媒粒子中に、有機物を導入し、加熱によって活性化された該光触媒と酸素によって、該有機物を酸化又は分解するもの。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機物の酸化又は分解方法に関するものである。

最近、プラスチック等の有機物の処理が大きな社会問題となっている。これはプラスチックがそのままでは分解しないため、埋め立てでは解決しないこと、またその埋め立て場所もなくなりつつあるということが大きな原因である。

このようなプラスチック等の処理は、従来から焼却法であった。焼却は炉内で高温で燃焼させ、二酸化炭素、その他の酸化物にすることである。

しかしながら、燃焼方法では完全燃焼しない限り有毒ガスが発生する危険性がある。よって、どうしても高温で燃料を使用して燃焼させることとなる。よって、不要な燃料も焼却しているため、周囲環境を加熱し、二酸化炭素を不必要に発生していることとなる。
更に、ダイオキシンの発生を完全に押さえることも難しい。

そこで、発明者等は、プラスチックを光触媒によって比較的低温で酸化分解させる方法を考案し特許出願もしている。
これは、プラスチック砕片を加熱した光触媒粉体と混合するものであり、低温で簡単にプラスチックが分解できる優れた方法である。
特開２００２−３６３３３７

しかしながら、この方法では紫外線等の電磁波照射装置が必須であり、その装置（ランプ）が熱に弱く、どうしても高価な石英ガラスを用いたり、光透過性の冷却パイプに入れたりしなければならなかった。

そこで、有機物をできる限り短時間で酸化又は分解でき、高価な装置をできるだけでき軽減した方法を提供する。

以上のような現状に鑑み、本発明者は鋭意研究の結果本発明有機物の酸化又は分解方法を完成したものであり、その特徴とするところは、加熱された光触媒粒子中に、有機物を導入し、加熱によって活性化された該光触媒と酸素によって、該有機物を分解する点にある。

本発明者等は、光触媒を種々実験することによって、光触媒という名称から光触媒は光（電磁波）の照射によってのみ活性化するものという常識を覆した。即ち、光触媒は電磁波の照射がなくても、加熱することによって活性化し酸化源があれば、有機物を酸化又は分解することが分かったのである。
これは前記したように紫外線ランプが熱に弱く頻繁に交換するか、高価な断熱手段が必要であったり、また光触媒が深く充填されて下層部に電磁波が届きにくい等の問題点を解消するものであり、画期的なものである。

従来は、高温の酸化触媒に対して、低温で酸化、分解ができる光触媒という利点がうたわれていたため、加熱するということ自体まったく想起しないが、光触媒に光を照射しない等ということは、まったく想像の外であった。

ここで、有機物としては、プラスチック等の固体、油脂や有機溶媒のような液体だけでなく、ＰＣＢ等の有毒物も含まれる。有機物も低分子、高分子は問わない。更に、気体でもよい。例えば、工場や養鶏場からの悪臭ガスや有機物の分解装置から出る分解ガス等でもよい。要するに、有機物であればどのようなものでもよい。

固体の場合には、分解効率からして破砕、粉砕した方が好ましいことは当然である。固体は光触媒粒子と混合攪拌しながら分解させるのが好適である。
液体の場合には、充填加熱された光触媒粒子の上から噴霧するのが好適であるが、光触媒を浮遊させた反応器内にスプレーしてもよい。
気体の場合には、加熱された光触媒粒子間を通過させるだけでよい。

光触媒は、通常酸化チタンのアナターゼ型結晶がよく知られているが、これ以外のものでもよい。要するに、電磁波（紫外線や可視光等）を受けて光酸化反応を起こすものである。
光触媒は、その粒は小さいほど効率がよいため、通常は、数ｎｍ〜数μｍが好適であるが、特別サイズは限定しない。また、微粉末では舞い上がりや、気体と同伴され系外に出るため、担体に担持させたものでもよい。

担体としては、ケイ砂等どのような粒子でもよい。また、粒子でなく繊維状のものでもよい。サイズは、特に限定はしないが、１０ｍｍ以下、好ましくは数μｍ〜６ｍｍ、更に好ましくは１０μｍ〜１ｍｍ程度が好適である。
担体への固着の方法は、分解されにくいフッ素系樹脂やシリコン系の樹脂で接着してもよい。また、接着剤としてチタンアルコキシドを使用すると全体として触媒効率が向上すると考えられる。また破砕したときにも同様である。
この接着造粒タイプのサイズも、自由であるが１０μｍ〜１０ｍｍ程度が好適である。

更に、水系樹脂（水溶性樹脂やエマルジョンタイプ樹脂）とセメント（水硬反応で硬化するものすべて）の両方で、担体に光触媒を固着したものでもよい。
固着の方法は、まず担体に水系樹脂を塗布し、次いでセメント、及び光触媒を固着するものである。最初に水系樹脂の初期接着力によりセメントや光触媒を固着する。そして、セメントが硬化すれば、光触媒による酸化力で水系樹脂が分解されてもセメントによって保持されているのである。
付着させる量は、自由であり、付着の方法にはよらないが担体との大きさの差により、通常は担体の重量の１％から１０％程度がよい。

光触媒粒子は、単に反応器に充填しても、メッシュ状の容器に充填してそれを反応器に設置しても、フィルターに担持させても、反応器内で浮遊させる等どのような状態でもよい。

ここでいうフィルターは、単に通路が多数の小さい孔になっているという程度の意味である。よって、粒を充填したもの、布、不織布、スポンジ、多孔物質等どのようなものでもよい。このフィルターに光触媒が担持されているのである。担持の方法は、分解されにくいフッ素系樹脂やシリコン系の樹脂を用いても、無機系の接着剤で固着してもよい。更に前記した水系樹脂とセメントの両方で固着したものでもよい。形状としては、網で構成したブロックや板状体に光触媒担持粒子を充填したもの、前記した布や不織布に光触媒粒子を固着して枠を付けたもの等自由である。

加熱温度は、分解すべき有機物の種類と、光触媒の形体やサイズによって決まる。通常は、５０〜６００℃であるが、１００〜４５０℃、なかでも１５０〜３５０℃が好適である。これは、分解効率と加熱経費やその他の兼ね合いからである。

加熱の方法は、光触媒粒子層を加熱できればどのようなものでもよい。電気ヒーター、ガスバーナー等である。温度制御装置を設けて温度コントロールするのが好適である。

酸素は光触媒が充填されている容器内に有機物を酸化する程度の酸素（空気）があれば問題はない。しかし、不足するようであれば別途空気導入管から導入する。酸素が含まれていれば空気でなくともよい。

酸化とは、アンモニアが酸化窒素になるような反応であり、ここで分解とは高分子が低分子になることをいう。このうち一方又は両方が起って有機物が変化する。変化した生成物は二酸化炭素と水がほとんどであるが、原料に窒素やイオウが含まれていれば、窒素やイオウの酸化物も当然発生する。これらは後の工程で処理すればよい。

また、本発明方法で有機物を完全に酸化又は分解する必要はない。即ち、未分解や未酸化のものが残っていても問題はない。よって、他の処理装置の前処理のラフな分解方法として採用してもよい。特に本発明は簡単で装置も安価なものでできるため、このような前処理法としても非常に優れている。

本発明酸化又は分解方法は、連続式でもバッチ式でも実施可能である。また、使用した光触媒の表面にタール状物やカーボン等が付着した場合には、廃棄しても再生してもよいが、本発明には直接関係はない。

本発明方法には、次のような大きな利点がある。
（１）光触媒によって効率よく酸化又は分解ができる。
（２）光触媒を用いているにもかかわらず、電磁波照射装置（紫外線ランプ等）が不要である。
（３）非常に簡単な装置で実施できる。

以下好適な実施例に基づいて本発明をより詳細に説明する。

図１は、本発明有機物の酸化又は分解方法を実施する装置１の１例を示す概略断面図である。
反応器２内に光触媒粒子３が充填されている。この粒子３は、微粉末を０．５ｍｍサイズに造粒したものである。光触媒層には、冷却コイル４が設置されている。これは、内部に空気又は水が通過し、触媒層を冷却するものである。酸化反応によって過剰に温度が上昇した場合に冷却するためのものである。

下方にはバーナー５が設けられている。これも温度制御可能なものである。反応器２には、有機物導入口６、空気導入口７、排出口８が設けられている。これらは、連続的に開放でも、断続的に開放してもよい。

まず、有機物導入口６から有機物（ここではプラスチックの破砕片）を導入する。同時に空気も導入する。触媒層中の攪拌装置（図示略）によって、触媒と有機物が混合攪拌される。触媒は加熱され（この例では４００℃）て活性化しているため、酸素と反応しプラスチックは分解され低分子のガスとなる。

排出口８以降は大気開放でも、他の処理工程でもよい。

本発明方法を実施する装置の１例を示す概略断面図である。

符号の説明

１有機物分解装置
２反応器
３光触媒粒子
４冷却コイル
５バーナー
６有機物導入口
７空気導入口
８排出口

Claims

加熱された光触媒粒子中に、有機物を導入し、加熱によって活性化された該光触媒と酸素によって、該有機物を酸化又は分解することを特徴とする有機物の酸化又は分解方法。
該加熱温度は、５０℃〜６００℃である請求項１記載の有機物の酸化又は分解方法。
該光触媒粒子は、光触媒微粒子を接着剤によって造粒したものである請求項１記載の有機物の酸化又は分解方法。