JP2005169293A5 - - Google Patents
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Description
本発明は、固体以外の有機物の酸化又は分解方法に関するものである。 The present invention relates to a method for oxidizing or decomposing organic substances other than solids .
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。 Recently, the treatment of organic substances such as plastics has become a major social problem. This is mainly because plastic does not decompose as it is, it cannot be solved by landfill, and the landfill site is disappearing.
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。 Such processing of plastics and the like has conventionally been an incineration method. Incineration is burning at high temperature in a furnace to produce carbon dioxide and other oxides.
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。
However, in the combustion method, there is a risk that toxic gas is generated unless complete combustion is performed. Therefore, the fuel is inevitably burned at a high temperature. Therefore, since unnecessary fuel is also incinerated, the surrounding environment is heated and carbon dioxide is unnecessarily generated.
Furthermore, it is difficult to completely suppress the generation of dioxins.
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。
In this method, plastic fragments are mixed with heated photocatalyst powder, which is an excellent method for easily decomposing plastics at low temperatures.
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。 However, in this method, an electromagnetic wave irradiation device such as ultraviolet rays is indispensable, and the device (lamp) is vulnerable to heat, and it has been necessary to use expensive quartz glass or put it in a light-transmitting cooling pipe. .
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。 Therefore, a method is provided in which an organic substance can be oxidized or decomposed in as short a time as possible, and an expensive apparatus can be reduced as much as possible.
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、固体以外の有機物を導入し、加熱によって活性化された該光触媒と酸素によって、該固体以外の有機物を分解する点にある。 In view of the present situation as described above, the present inventor has completed the method for oxidizing or decomposing the organic matter of the present invention as a result of intensive research, and the feature thereof is that the heated photocatalyst particles include organic matter other than solid. introduced by the photocatalyst and the oxygen activated by heating lies in decomposing the organic substances other than the solid.
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。
The inventors of the present invention have overturned the common knowledge that the photocatalyst is activated only by irradiation with light (electromagnetic waves) from the name photocatalyst by conducting various experiments on the photocatalyst. In other words, it was found that the photocatalyst is activated by heating even if it is not irradiated with electromagnetic waves, and oxidizes or decomposes organic matter if there is an oxidation source.
This solves the problems such as the ultraviolet lamp is weak and often exchanged as described above, or expensive heat insulation means is necessary, or the photocatalyst is deeply filled and the electromagnetic wave does not easily reach the lower layer. It is a breakthrough.
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。 Conventionally, the advantage of a photocatalyst that can be oxidized and decomposed at a low temperature compared to a high-temperature oxidation catalyst has been praised. It was outside.
ここで、固体以外の有機物としては、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、固体以外ならばどのような有機物でもよい。 Here, organic substances other than solids include not only liquids such as fats and oils and organic solvents, but also toxic substances such as PCBs. The organic matter is not limited to low molecules and polymers. Further, a gas may be used. For example, malodorous gases from factories and poultry farms, or cracked gases from organic matter decomposing devices may be used. In short, any organic material other than solid may be used.
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。
In the case of a liquid, it is preferable to spray from the top of the photocatalyst particles heated and filled, but it may be sprayed into a reactor in which the photocatalyst is suspended.
In the case of gas, it is only necessary to pass between heated photocatalyst particles.
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。
As the photocatalyst, anatase type crystals of titanium oxide are generally well known, but other photocatalysts may be used. In short, it undergoes a photo-oxidation reaction upon receiving electromagnetic waves (such as ultraviolet rays and visible light).
The smaller the particle, the better the efficiency of the photocatalyst. Therefore, usually several nm to several μm are suitable, but the special size is not limited. In addition, the fine powder soars or comes out of the system with the gas, so it may be supported on a carrier.
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。
The carrier may be any particles such as silica sand. Moreover, not a particle but a fibrous thing may be sufficient. The size is not particularly limited, but is preferably 10 mm or less, preferably several μm to 6 mm, and more preferably about 10 μm to 1 mm.
As a method of fixing to the carrier, adhesion may be made with a fluorine-based resin or a silicon-based resin that is not easily decomposed. Moreover, it is thought that the catalyst efficiency improves as a whole when titanium alkoxide is used as an adhesive. The same applies when crushing.
The size of this adhesive granulation type is also free but is preferably about 10 μm to 10 mm.
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。
Further, both a water-based resin (water-soluble resin or emulsion-type resin) and cement (all those cured by a hydraulic reaction) may have a photocatalyst fixed to a carrier.
In the fixing method, first, an aqueous resin is applied to the carrier, and then the cement and the photocatalyst are fixed. First, the cement or photocatalyst is fixed by the initial adhesive strength of the water-based resin. And if a cement hardens | cures, even if an aqueous resin is decomposed | disassembled by the oxidizing power by a photocatalyst, it will be hold | maintained by the cement.
The amount to be attached is arbitrary and does not depend on the method of attachment, but it is usually about 1% to 10% of the weight of the carrier due to the difference in size with the carrier.
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。 Photocatalyst particles can be filled in a reactor, in a mesh-like container and installed in the reactor, supported by a filter, or suspended in the reactor. Good.
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。 The filter here simply means that the passage is a large number of small holes. Therefore, any material such as particles, cloth, non-woven fabric, sponge, porous material, etc. may be used. This filter carries a photocatalyst. As a supporting method, a fluorine-based resin or a silicon-based resin which is not easily decomposed may be used, or may be fixed with an inorganic adhesive. Further, it may be fixed with both the aqueous resin and cement. The shape can be freely selected, for example, a block or plate made of a net filled with photocatalyst-supporting particles, or a frame in which photocatalyst particles are fixed to the cloth or nonwoven fabric described above.
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。 The heating temperature is determined by the type of organic matter to be decomposed and the shape and size of the photocatalyst. Usually, it is 50-600 degreeC, However, 100-450 degreeC, Especially 150-350 degreeC is suitable. This is due to the balance between decomposition efficiency, heating costs and other factors.
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。 Any heating method may be used as long as the photocatalyst particle layer can be heated. Electric heaters, gas burners, etc. It is preferable to control the temperature by providing a temperature control device.
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。 There is no problem as long as oxygen (air) is sufficient to oxidize organic matter in the container filled with the photocatalyst. However, if it seems to be insufficient, it is introduced separately from the air introduction pipe. If oxygen is included, it does not have to be air.
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。 Oxidation is a reaction in which ammonia becomes nitric oxide, and decomposition here means that a polymer becomes a low molecule. One or both of these occur and the organic matter changes. The changed products are mostly carbon dioxide and water, but naturally nitrogen and sulfur oxides are also generated if the raw material contains nitrogen and sulfur. These may be processed in a later step.
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。 Moreover, it is not necessary to completely oxidize or decompose organic substances by the method of the present invention. That is, there is no problem even if undecomposed or unoxidized material remains. Therefore, you may employ | adopt as a rough decomposition method of the pre-processing of another processing apparatus. In particular, since the present invention is simple and the apparatus can be inexpensive, such a pretreatment method is very excellent.
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。 The oxidation or decomposition method of the present invention can be carried out either continuously or batchwise. Further, when a tar-like material or carbon adheres to the surface of the used photocatalyst, it may be discarded or regenerated, but is not directly related to the present invention.
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。
The method of the present invention has the following great advantages.
(1) The photocatalyst can be efficiently oxidized or decomposed.
(2) Despite the use of a photocatalyst, an electromagnetic wave irradiation device (such as an ultraviolet lamp) is unnecessary.
(3) It can be implemented with a very simple device.
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。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on preferred examples.
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。ここでは、分解する有機物として、固体を用いるが固体が分解できれば液体や気体はより容易である。なぜならば、固体も一旦は液体や気体になってから酸化又は分解すると考えられるためである。
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。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of an apparatus 1 for carrying out the organic substance oxidation or decomposition method of the present invention. Here, a solid is used as the organic substance to be decomposed, but a liquid or gas is easier if the solid can be decomposed. This is because the solid is considered to be oxidized or decomposed once it becomes liquid or gas.
Photocatalyst particles 3 are packed in the reactor 2. The particle 3 is obtained by granulating fine powder into a size of 0.5 mm. A cooling coil 4 is installed in the photocatalyst layer. In this, air or water passes through the inside, and the catalyst layer is cooled. This is for cooling when the temperature rises excessively due to the oxidation reaction.
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。 A burner 5 is provided below. This is also temperature controllable. The reactor 2 is provided with an organic substance inlet 6, an air inlet 7, and an outlet 8. These may be opened continuously or intermittently.
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。 First, an organic substance (here, a crushed piece of plastic) is introduced from the organic substance inlet 6. At the same time, air is introduced. The catalyst and the organic substance are mixed and stirred by a stirring device (not shown) in the catalyst layer. Since the catalyst is heated (in this example, 400 ° C.) and activated, it reacts with oxygen and the plastic is decomposed into a low molecular gas.
排出口8以降は大気開放でも、他の処理工程でもよい。 After the discharge port 8, the atmosphere may be released or another processing step may be performed.
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
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