JP2005296859A - 有害物質の分解方法および有害物質分解装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 廃棄物量が少なく有害物質の分解除去効率の高い有害物質の分解技術を提供する。
【解決手段】 光触媒を担持した部材であるセラミックフィルタ４、５の表面同士を対向配置し、これらの表面間に設置した光源であるランプ３により前記光触媒を光照射して当該光触媒により有害物質を分解する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、臭気などの有害ガスを捕集して脱臭などの無害化を行う技術に係り、特に、光触媒を用いた技術に関するものである。

酸化チタン等に代表される光触媒にその光触媒が持つバンドギャップ以上のエネルギーを有する光が照射されると光触媒内部で正孔、電子が発生する。これらの正孔、電子が光触媒表面に拡散して、光触媒表面に吸着した物質、あるいは光触媒表面の近傍に存在する物質と反応する。この光触媒の性質を利用した空気浄化装置等が数多く製品化され、また特許出願も数多くなされている。

例えば、図３はオゾンと光触媒とを併用した空気清浄器の平面図である。被処理流体である空気の流路の上流から下流へ向けて、順にフィルタ部、オゾン発生部、光触媒装置および活性炭部を備え光触媒装置は空気の流路を形成するケース部材と、ケース部材の内部に設けられた多数の空孔を有する基体に光触媒機能層を担持させてなる光触媒フィルタと、光触媒フィルタを照射する紫外線照射手段とを有し、処理される空気の全量が光触媒フィルタを透過して流れるように光触媒フィルタが配置されている(例えば、特許文献１参照。)。

また、図４は活性炭、ゼオライトの少なくとも１種を含む吸着剤と光触媒とを併用した空気浄化装置の縦断面図である。光触媒を含む筒状の脱臭フィルタと、脱臭フィルタの上流側に脱臭フィルタに近接して励起光源を配置するとともに、脱臭フィルタを励起光源からの光の照射位置が変化するように回転させる構成とすることにより、脱臭フィルタ全体に吸着したガスを処理分解することができるので脱臭フィルタの再生率を向上させることができ、初期の優れた性能を長期間持続させる構成となっている(例えば、特許文献２参照。)。

前記のように光触媒にバンドギャップ以上のエネルギーを持つ光を照射すると、光触媒の価電子帯から伝導帯に電子が励起され、正孔、電子が生成し、この正孔及び励起電子が光触媒表面に拡散し、光触媒表面に吸着した有害ガスや光触媒表面に拡散してきた有害ガスと反応して無害化する。光触媒の中でも、酸化力の強さ、化学的安定性に優れる等の理由から酸化チタン光触媒が最も多く利用されている。酸化チタン光触媒は、約４００nm以下の波長の光を吸収することで前記のような光触媒反応が進行する。
特開２００２−２７２８２４号公報 特開２００２−２６３１７５号公報

一方、光触媒反応は光触媒の表面あるいは光触媒の表面付近でのみ進行する。このため、ｐｐｍまたはｐｐｂレベルの極めて希薄な濃度の有害ガスを光触媒により分解浄化する場合には、有害ガスが光触媒表面に拡散する過程が分解浄化反応の律速段階となりやすい。特に、光触媒に対しての吸着性が小さい有害ガスを分解浄化の対象とする場合には、分解浄化速度が顕著に遅くなるという問題がある。

この点について、前記特許文献１においては、オゾンとの併用が示されているが、オゾンとの併用による浄化遠度の向上は必ずしも明確にされていない。

また、前記特許文献２においては、光触媒の他に、活性炭、ゼオライトのうち少なくとも１種を含む吸着剤との併用が記載されているが、吸着剤では吸着飽和に達した後には浄化作用がなくなり、吸着剤の交換が必要となる。使用済みの吸着剤は一般廃棄物や産業廃棄物となり、廃棄物増加の点から問題があった。

本発明は、かかる事情に鑑みなされたもので、その目的は、上記課題を解決した、廃棄物量が少なく有害物質の分解除去効率の高い有害物質の分解技術を提供することにある。

上記課題を解決するため、光触媒を塗布したセラミックフィルタ等の光触媒を担持した部材と光触媒反応を励起するための光源を組み合わせ、光源からの光が外部に漏れないように、例えば、２枚のセラミックフィルタ等の光触媒を担持した部材の間に光源を配置し、臭気ガス等の有害物質を含んだ空気がセラミックフィルタ等の光触媒を担持した部材の光照射強度が最も高い面を最初に通過するように、２枚セラミックフィルタ等の光触媒を担持した部材の間に気体を導入してからセラミックフィルタ等の光触媒を担持した部材を通過させるようにする。

その理由は、通常、住空間で発生する匂い物質の濃度はｐｐｂから数ｐｐｍのオーダーであり、このような希薄濃度のガスを分解する場合には、ガスの分解速度はガス濃度に比例して大きくなることが知られている。また、光強度と分解速度の関係においても、通常、ブラックライトや光触媒用の冷陰極ランフから発せられる数ｍＷ／ｃｍ²オーダーの光強度の場合には、光強度が強いほど分解速度が高くなる。これらのことから、光強度およびガス濃度が強いほど分解速度が高くなり、脱臭効果等の有害物質除去効果が強くなることが帰結される。従って、光触媒を塗布したセラミックフィルタ等の光触媒を担持した部材と光源から構成される脱臭装置等の有害物質の分解装置においては、臭気ガス等の有害物質を含んだ空気がセラミックフィルタ等の光触媒を担持した部材の光源側の面から流入するような配置にすることで、臭気ガス等の有害物質を含んだ空気は、ガス濃度の最も高い状態で光強度の最も高いセラミックフィルタ等の光触媒を担持した部材面を通過して接触することになるので、反応効率を最も高くすることが可能となる。

さらに、光触媒に照射された光は、その全てが光触媒に吸収され反応に寄与するのではなく、光の一部または大部分は光触媒層で反射して外部へ漏れていく。外部に漏れた光は脱臭反応に寄与できなくなるので、その分だけエネルギーが無駄に消費されることになる。このような消費をできるだけ少なくするため、光源からの光が外部に漏れにくくなるような構造をとることが必要になる。その一つの方法として、例えば、光源を２枚のセラミックフィルタ等の光触媒を担持した部材で挟み込んだ配置とする方法がある。光源を２枚のセラミックフィルタ等の光触媒を担持した部材で挟み込むことで、片方のセラミックフィルタ等の光触媒を担持した部材で反射して光は反対側のセラミックフィルタ等の光触媒を担持した部材に入射することになり、その表面にコートされた光触媒上で光触媒反応を進行させるのに利用することができ光の利用効率を高くすることが可能となる。

これらは以下に示すようにして具体的に実現できる。

請求項１に記載の有害物質の分解方法は、光触媒を担持した部材の表面同士を当該表面に照射された光が他の前記表面に反射するように配置し、これらの表面に囲まれる領域に設置した光源により前記光触媒を光照射して当該光触媒により有害物質を分解することを特徴とする。

請求項２に記載の有害物質の分解方法は、光触媒を担持した部材の表面同士を対向配置し、これらの表面間に設置した光源により前記光触媒を光照射して当該光触媒により有害物質を分解することを特徴とする。

請求項３に記載の有害物質の分解方法は、光触媒を担持した筒状部材の内部に光源を設置して、当該光源により前記光触媒を光照射して当該光触媒により有害物質を分解することを特徴とする。

請求項４に記載の有害物質の分解方法は、請求項１〜３において、前記光触媒を担持した部材または筒状部材がフィルタ状または多孔質その他の気体を通過させることができる部材であることを特徴とする。

請求項５に記載の有害物質の分解方法は、請求項１〜４において、有害物質を含有する気体が前記光触媒を担持した部材または筒状部材の光照射強度が最も高い面を最初に通過するように前記気体を前記光触媒を担持した部材または筒状部材に導入することを特徴とする。

請求項６に記載の有害物質の分解方法は、請求項１〜５において、前記光触媒を担持した部材または筒状部材がセラミックであることを特徴とする。

請求項７に記載の有害物質分解装置は、前記請求項１〜６いずれか１項に記載の有害物質の分解方法により有害物質を分解することを特徴とする。

請求項８に記載の有害物質分解装置は、請求項７において、前記有害物質分解装置内の気体の流路に整流板を設置したことを特徴とする。

請求項１においては、光触媒を担持した部材の表面に照射された光は光触媒反応に寄与するか、反射したとしても他の光触媒を担持した部材の表面に照射されることになるため光エネルギーの利用効率を向上させることができる。

請求項２においては、請求項１と同様の作用を奏するが、請求項２では光触媒を担持した部材の表面同士を対向配置させている。

請求項３においては、請求項１と同様の作用を奏するが、請求項２では筒状部材を用いている。

請求項４においては、フィルタ状または多孔質その他の気体を通過させることができる部材を用いており、有害物質はこの部材を通過するときに分解除去される。また、多孔質を用いた場合には、部材の表面積が大きくなるので光触媒の存在量も大きくなり有害物質の分解除去効率が増大する。なお、フィルタ状または多孔質の部材以外のものでも、有害物質が通過できるものであれば本発明に適用できる。

請求項５においては、有害物質を含有する気体が前記光触媒を担持した部材または筒状部材の光照射強度が最も高い面を最初に通過するように前記気体を前記光触媒を担持した部材または筒状部材に導入するので、効率よく有害物質を分解除去することができる。

請求項６においては、水洗浄による性能回復が可能となり、フィルタ交換が不要となる。

請求項７においては、前記請求項１〜６により有害物質を分解除去できる装置を実現できる。

請求項８においては、整流板を取り付けることで、空気の流通抵抗が大きくなり、空気流量が少ない場合でも光触媒を担持した部材全体に空気を流通させることができ、有害物質と光触媒との接触効率が高くなり、有害物質の分解除去効果を向上させることができる。

本発明によれば、光触媒を用いた有害物質分解において、光エネルギーの利用率を高くすることができ、同時に有害物質分解効率を高くすることができる。

また、コンパクトで高性能な有害物質の分解装置を提供することができる。

さらに、フィルタの交換が不要で廃棄物のない有害物質の分解方法および装置を提供することができる。

(第１実施形態)
図１に第１実施形態に用いる脱臭装置の構成図を示す。図１において、(ａ)は断面図で、(ｂ)は側面図である。

この脱臭装置は、光触媒を塗布したセラミックフィルタと光触媒反応を励起させるための光源を組合せて、光源からの光が外部に漏れないように２枚のセラミックフィルタ間に光源を配置し、臭気ガスを含んだ空気がセラミックフィルタの光照射強度が最も高い面を最初に通過するように２枚のセラミックフィルタの間に気体を導入してからセラミックフィルタを通過する構造を持つ。

具体的には、図１に示すように、脱臭装置の下部に設置された気体を導入する吸気口１と、吸気口１の上部に設置された気体導入の駆動力であるファン２と、脱臭装置内において縦に平行に設置された光源である複数のランプ３と、このランプ３を挟むようにして設置された２枚のセラミックフィルタ４、５と、セラミックフィルタ４、５のに隣接された側室６、７と、この側室６、７と接続しており気体を排気口に導入するための側室８、９と、この側室８、９に接続しており気体を排気するための排気口１０、１１とを有している。

この脱臭装置においてファン２を駆動させると吸気口１から気体が導入されて光源であるランプ３が設置された脱臭装置の中央部に到達する。そしてランプ３の両端のセラミックフィルタ４、５を通過するが、この通過の際にセラミックフィルタ４、５表面の光照射された光触媒と接触して空気中の臭気成分ガスが分解される。セラミックフィルタ４、５を通過して臭気成分ガスが分解除去された空気は側室６、７を経て側室８、９に至り、排気口１０、１１から排気される。

なお、光源であるランプ３はセラミックフィルタ４、５を均一に光照射できれば縦に平行に設置されてなくてもよく、複数ではなく１個でもよい。

また、セラミックフィルタに塗布する光触媒には酸化チタンが最も好ましいが、酸化亜鉛、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、またはこれらの光触媒を適宜組み合わせた化合物等、光触媒機能を有するものを使用することができる。

また、セラミックフィルタは２枚に限定されるものではなく、照射された光が他のセラミックフィルタに反射されるような位置関係であれば何枚でも設置してよい。その他にも、円筒状などの筒状のセラミックフィルタの内部に光源のランプ３を設置してもよい。

(第２実施形態)
図２に第２実施形態に用いる脱臭装置の構成図を示す。図１において、(ａ)は断面図で、 (ｂ)は側面図である。

この脱臭装置は前記第１実施形態の脱臭装置において、側室６、７に整流板１２を上方に移動する空気に対して垂直になるように複数枚取り付けたものである。

この整流板１２を取り付けることで、空気の流通抵抗が大きくなり、空気流量が少ない場合でも側室６、７に均一に空気が流れるようにすることができる。この作用によりセラミックフィルタ４、５全体に空気を流通させることができ、臭気成分ガスと光触媒との接触効率が高くなり、脱臭効果を向上させることができる。

なお、整流板１２は、上記の効果を得ることが出来きるものであれば、上方に移動する空気に対して垂直でなくてもよく、また、各側室６、７に一枚ずつでもよい。

本発明における脱臭装置の構成図。 本発明における脱臭装置の構成図。 オゾンと光触媒との併用による空気清浄器の平面図。 活性炭、ゼオライトの少なくとも１種を含む吸着剤と光触媒とを併用した空気浄化装置の縦断面図。

符号の説明

１…吸気口
２…ファン
３…ランプ
４…セラミックフィルタ
５…セラミックフィルタ
６…側室
７…側室
８…側室
９…側室
１０…排気口
１１…排気口
１２…整流板

Claims (8)

1. 光触媒を担持した部材の表面同士を当該表面に照射された光が他の前記表面に反射するように配置し、これらの表面に囲まれる領域に設置した光源により前記光触媒を光照射して当該光触媒により有害物質を分解することを特徴とする有害物質の分解方法。
2. 光触媒を担持した部材の表面同士を対向配置し、これらの表面間に設置した光源により前記光触媒を光照射して当該光触媒により有害物質を分解することを特徴とする有害物質の分解方法。
3. 光触媒を担持した筒状部材の内部に光源を設置して、当該光源により前記光触媒を光照射して当該光触媒により有害物質を分解することを特徴とする有害物質の分解方法。
4. 前記光触媒を担持した部材または筒状部材がフィルタ状または多孔質その他の気体を通過させることができる部材であることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項に記載の有害物質の分解方法。
5. 有害物質を含有する気体が前記光触媒を担持した部材または筒状部材の光照射強度が最も高い面を最初に通過するように前記気体を前記光触媒を担持した部材または筒状部材に導入することを特徴とする請求項１〜４いずれか１項に記載の有害物質の分解方法。
6. 前記光触媒を担持した部材または筒状部材がセラミックであることを特徴とする請求項１〜５いずれか1項に記載の有害物質の分解方法。
7. 前記請求項１〜６いずれか１項に記載の有害物質の分解方法により有害物質を分解することを特徴とする有害物質分解装置。
8. 前記有害物質分解装置内の気体の流路に整流板を設置したことを特徴とする請求項７に記載の有害物質分解装置。

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