JP2005262109A - Method for oxidizing or decomposing organic matter - Google Patents
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Abstract
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。 The present invention relates to a method for oxidizing or decomposing organic matter.
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。
そこで、光触媒を熱のみで活性化させ、有機物を分解する方法も特許出願している。この方法では高価な紫外線ランプは不要であり、その点では優れている。しかし、熱だけではどうしても、完全に酸化することは難しい。
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. .
Therefore, a patent application has also been filed for a method in which the photocatalyst is activated only by heat to decompose the organic matter. This method does not require an expensive ultraviolet lamp and is excellent in that respect. However, it is difficult to oxidize completely with heat alone.
そこで、有機物をできる限り短時間で酸化又は分解でき、更に残余の未酸化物をほぼ完全に酸化又は分解する方法を提供する。 Therefore, a method is provided that can oxidize or decompose organic matter in as short a time as possible and oxidize or decompose the remaining unoxide almost completely.
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、該有機物を酸化又は分解し、更にその後工程として、酸化触媒によって、さらに酸化又は分解する点にある。 In view of the current 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. The organic substance is oxidized or decomposed by the photocatalyst and oxygen activated by heating, and further oxidized or decomposed by an oxidation catalyst as a subsequent step.
本発明者の第1の特徴は、光触媒に電磁波の照射をせず、熱のみで活性化させる点である。即ち、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かったのである。 The first feature of the present inventor is that the photocatalyst is activated only by heat without being irradiated with electromagnetic waves. That is, if activated by heating and an oxidation source is present, the organic matter is oxidized or decomposed. Conventionally, the advantage of a photocatalyst that can be oxidized and decomposed at a low temperature is expressed over a high-temperature oxidation catalyst.
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。 Here, the organic substances include not only solids such as plastics and liquids such as fats and oils 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 may be used.
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。
In the case of a solid, it is naturally preferable to crush and pulverize from the viewpoint of decomposition efficiency. It is preferable to decompose the solid with mixing and stirring with the photocatalyst particles.
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、それをできるだけ解消するため、次のような種々のタイプのものが好適である。
(1) 微粉末をバインダー(接着剤)で造粒したもの。
(2) 微粉末を焼結して造粒したもの。
(3) 微粉末又は造粒したものを担体に担持したもの。
(4) 造粒したものを破砕又は粉砕したもの。
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, since the fine powder soars and goes out of the system along with gas, the following various types are preferable in order to eliminate it as much as possible.
(1) Granulated fine powder with binder (adhesive).
(2) Sintered and granulated fine powder.
(3) A fine powder or granulated material supported on a carrier.
(4) Crushed or crushed granulated material.
微粉末をバインダー(接着剤)で造粒したものは、種々の接着剤で可能であるが、チタンアルコキシドのようなものを使用するのがよい。全体として触媒効果を発揮させるためである。 A material obtained by granulating fine powder with a binder (adhesive) can be used with various adhesives, but it is preferable to use a material such as titanium alkoxide. This is because the catalytic effect is exhibited as a whole.
微粉末を焼結して造粒したものは、強度が大きいため粉化しにくい。よって、扱いが容易である。 Sintered and granulated fine powder is difficult to powder because of its high strength. Therefore, handling is easy.
担持に使用する担体はどのようなものでもよい。例えば、ケイ砂等の粒子でもよく、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。
Any carrier may be used for carrying. For example, particles such as silica sand may be used, and fibers may be used. The size is not particularly limited, but is 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。 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.
このように加熱された光触媒によって酸化又は分解された有機物でも、すべてが完全に酸化又は分解されるとは限らない。未反応物や中間生成物がそのまま光触媒層を出ていく可能性がある。このため、本発明では、その後工程として酸化触媒によって酸化又は分解する。 Even the organic matter oxidized or decomposed by the heated photocatalyst is not completely oxidized or decomposed. There is a possibility that unreacted substances and intermediate products may leave the photocatalyst layer as they are. For this reason, in this invention, it is oxidized or decomposed | disassembled by an oxidation catalyst as a post process.
酸化触媒とは、一般的に無触媒時より低い温度で且つ短時間で酸化、分解反応を起こすものである。200〜400℃で十分である。このような酸化触媒は従来から種々のものが知られ、市販もされている。
例えば、白金、パラジウム、コバルト、マンガン等の金属触媒や種々の合金触媒等がある。これらの粉体を種々の形状の担体に固着して使用するのが一般的である。担体の形状としては、ハニカムタイプ、ペレットタイプ、金属発泡体タイプ等があり、本発明ではどれも使用できる。
An oxidation catalyst generally causes oxidation and decomposition reactions at a lower temperature and in a shorter time than when no catalyst is used. 200-400 ° C is sufficient. Various types of such oxidation catalysts are conventionally known and commercially available.
For example, there are metal catalysts such as platinum, palladium, cobalt, manganese and various alloy catalysts. In general, these powders are fixed to various types of carriers. Examples of the shape of the carrier include a honeycomb type, a pellet type, and a metal foam type, and any of them can be used in the present invention.
特に、ハニカム状の白金触媒が好適であった。自動車の排気ガスの酸化用でマフラー等に入れて使用するタイプのものがよい。サイズは装置の有機物の処理量その他の条件で決めればよい。 In particular, a honeycomb-shaped platinum catalyst was suitable. A type that is used in an exhaust or the like for oxidation of automobile exhaust gas is preferable. The size may be determined by the amount of organic matter processed by the apparatus and other conditions.
この酸化触媒は、一酸化炭素や炭化水素のような未燃物の酸化に対して大きな効果を有するもので、酸素とある程度の温度があれば直ちに、且つほとんどが酸化される。一酸化炭素ならば二酸化炭素に、水素ならば水に、炭化水素ならば二酸化炭素と水になる。 This oxidation catalyst has a great effect on the oxidation of unburned substances such as carbon monoxide and hydrocarbons, and is almost immediately oxidized if there is a certain temperature with oxygen. Carbon monoxide is converted to carbon dioxide, hydrogen is converted to water, and hydrocarbon is converted to carbon dioxide and water.
このように本発明は光触媒による酸化、分解と、酸化触媒による酸化、分解とを組み合わせているため、光触媒によって主として炭素炭素結合を切断し分子を小さくし、酸化触媒によって主として酸素と結合するという反応が起こっているものと考えられる。 As described above, the present invention combines the oxidation and decomposition by the photocatalyst with the oxidation and decomposition by the oxidation catalyst. Therefore, the photocatalyst mainly cuts the carbon-carbon bond to reduce the molecule, and the oxidation catalyst mainly binds to oxygen. Seems to be happening.
この光触媒による酸化、分解と、酸化触媒による酸化、分解とは、同じ反応器内で行なってもよい。即ち、光触媒による反応部分よりも下流側に酸化触媒を設けておく方式である。また、別の反応器で反応させてもよい。別の反応器で行なう方が温度管理や酸素(空気等)の量の管理が容易である。
酸化触媒反応の手前で酸素(空気等)を導入してもよい。
The oxidation and decomposition by the photocatalyst and the oxidation and decomposition by the oxidation catalyst may be performed in the same reactor. In other words, this is a system in which an oxidation catalyst is provided downstream of the photocatalytic reaction portion. Moreover, you may make it react with another reactor. It is easier to manage the temperature and the amount of oxygen (air, etc.) by using another reactor.
Oxygen (air or the like) may be introduced before the oxidation catalyst reaction.
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.
また、上記した2つの必須工程(光触媒による酸化分解と、酸化触媒による酸化分解)の間に、他の処理工程を設けてもよい。例えば、光触媒を充填又は固着した層を設ける、他の触媒層を設ける、単なるフィルターを設ける等である。
これらは、光触媒による酸化分解工程から、分解固形分(タール等)が排出されたり、光触媒自体が排出された場合に、この部分で分解したり、キャッチ(吸着)するためのものである。勿論、下流に酸化触媒工程があるため、完全分解等する必要はない。また、これらは簡単に交換できるようにしたり、高温で再生できるようにしてもよい。
Moreover, you may provide another process process between the above-mentioned two essential processes (oxidative decomposition by a photocatalyst, and oxidative decomposition by an oxidation catalyst). For example, a layer filled or fixed with a photocatalyst is provided, another catalyst layer is provided, or a simple filter is provided.
These are for decomposing or catching (adsorbing) at this portion when decomposed solids (tar or the like) are discharged from the oxidative decomposition step by the photocatalyst, or when the photocatalyst itself is discharged. Of course, since there is an oxidation catalyst process downstream, there is no need for complete decomposition or the like. These may be easily exchanged or may be regenerated at a high temperature.
この処理工程も単独の容器や装置で行っても、他の反応器内で行なってもよい。また、バイパスラインを設けて、不要なときにはそこを通らないようにしてもよい。温度やその他の条件は上流の反応器のままでもよいが、ここだけ変えてもよい。 This treatment step may be carried out in a single container or apparatus or in another reactor. Further, a bypass line may be provided so as not to pass therethrough when unnecessary. The temperature and other conditions may remain in the upstream reactor, but may be changed only here.
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、且つ未酸化、未分解物は下流の酸化触媒部分で酸化、分解される。よって、ほとんど未酸化物が残らない。
(2) 光触媒と酸化触媒の両方を用いているため、それぞれが効率よく起こす反応が組み合わされ、非常に効率がよい。光触媒だけでは完全酸化は難しく、酸化触媒だけでは炭素炭素結合を切断するのは難しい。
(3) 非常に簡単な装置で実施でき、プラスチックその他の有機物が簡単に分解できる。
The method of the present invention has the following great advantages.
(1) The photocatalyst can efficiently oxidize or decompose, and unoxidized and undecomposed products are oxidized and decomposed at the downstream oxidation catalyst portion. Thus, almost no unoxide remains.
(2) Since both the photocatalyst and the oxidation catalyst are used, the reactions that occur efficiently are combined, which is very efficient. Complete oxidation is difficult with photocatalyst alone, and it is difficult to break carbon-carbon bonds with oxidation catalyst alone.
(3) It can be carried out with a very simple device and can easily decompose plastics and other organic substances.
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。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。接触効率向上のため攪拌装置5を設けて回転させている。
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.
下方にはバーナー6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7、空気導入口8、排出口9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
反応器2内の上部には、酸化触媒層10が設けられている。この例では、ハニカム状の白金触媒である。この例では1段であるが多段式でもよい。ほとんどガスのみが通過するため、目は細かくてもよい。
An
まず、有機物導入口7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5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℃)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。ガスとしては二酸化炭素、一酸化炭素、炭化水素、その他であり、そのまま酸化触媒層10に接触する。そこで、一酸化炭素等の未酸化物が酸化される。排出口9以降は大気開放でも、他の処理工程でもよい。
First, an organic substance (here, a crushed piece of plastic) is introduced from the organic substance introduction port 7. At the same time, air is introduced. The catalyst and the organic substance are mixed and stirred by the stirring
上記の装置に光触媒(酸化チタン)の造粒粒子(1〜5mm程度のサイズ)を100kg入れ、そこにポリエチレンの破砕物(1〜10mm程度のサイズ)を10kg入れて400℃に加熱した。よく攪拌しつつ分解させ、分解してガス化したものを白金の触媒層に通過させた。
白金層の前では、一酸化炭素が0.1%程度含まれていたが、白金層の下流では、数ppmであった。
100 kg of granulated particles (size of about 1 to 5 mm) of photocatalyst (titanium oxide) were put into the above apparatus, and 10 kg of crushed polyethylene (size of about 1 to 10 mm) was put therein and heated to 400 ° C. The mixture was decomposed with good stirring and decomposed and gasified and passed through a platinum catalyst layer.
In front of the platinum layer, about 0.1% of carbon monoxide was contained, but it was several ppm downstream of the platinum layer.
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 攪拌装置
6 バーナー
7 有機物導入口
8 空気導入口
9 排出口
10 酸化触媒層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Organic substance decomposition apparatus 2
Claims (4)
The method for oxidizing or decomposing an organic substance according to claim 1, wherein the oxidation catalyst is a honeycomb-shaped catalyst having platinum supported thereon.
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JP2004079460A JP2005262109A (en) | 2004-03-19 | 2004-03-19 | Method for oxidizing or decomposing organic matter |
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-
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CN102144023A (en) * | 2008-07-07 | 2011-08-03 | 株式会社For-C | Method for refining natural oil |
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