JP2006026575A

JP2006026575A - Ｔｏｃ成分除去装置およびｔｏｃ成分の除去方法

Info

Publication number: JP2006026575A
Application number: JP2004211339A
Authority: JP
Inventors: Satoru Hayashi; 哲林
Original assignee: Komatsu Denshi KK
Current assignee: Komatsu Denshi KK
Priority date: 2004-07-20
Filing date: 2004-07-20
Publication date: 2006-02-02
Anticipated expiration: 2024-07-20
Also published as: US7438819B2; US20070246432A1; US7384614B2; US20060016764A1; JP4298603B2

Abstract

【課題】ヒドロキシルラジカルを特定の場所に発生させることでパッキン等の劣化を防止するとともに、光触媒の流出防止が可能であり、更にＴＯＣの除去能力に優れたＴＯＣ成分の除去装置を提供する。
【解決手段】超純水または純水に含まれるＴＯＣ成分を除去する装置であり、前記超純水または前記純水が導入される処理タンク２と、表面が光触媒である球状の複数の触媒粒子３と、触媒粒子３を一面３１ａ上に分散保持させる板状の透光性保持体４と、透光性保持体４の近傍に配置されて波長２５４ｎｍの紫外線を照射させる紫外線光源５とから構成されることを特徴とするＴＯＣ成分除去装置１を採用する。
【選択図】図１

Description

本発明は、液体中に含まれるＴＯＣ成分の除去方法およびＴＯＣ成分除去装置に関するものであり、例えば、半導体、液晶、医薬品を製造する工程等で使用される超純水などの液体中に含まれるＴＯＣ成分を除去する技術に関するものである。

半導体、液晶、医薬品業界等においては、近年の技術革新、技術の高度化に伴い、イオン等の溶存物質や懸濁粒状物は勿論のこと、有機物、バクテリア、パイロジェン（発熱性物質）、細菌等のＴＯＣ成分を極力除去した超純水（純水）が求められている。このような超純水は、濾過装置、イオン交換装置、超濾過膜装置、逆浸透膜装置等を適宜組み合わせた超純水製造システムによって製造されている。

しかし、この超純水製造システムは、被処理対象である原水中に含まれているイオン等の溶存物質、懸濁粒状物等の除去には有効であるが、有機物、バクテリア、パイロジェン、細菌等のＴＯＣ成分の除去には余り有効でなく、５〜２０ｐｐｂのＴＯＣ成分が超純水中に残留し、このＴＯＣ成分が残留した超純水を、前述した分野で使用すると、種々の不都合が発生するおそれがあった。たとえば、前述した５〜２０ｐｐｂのＴＯＣ成分が残留する超純水をＬＳＩ等の半導体の洗浄水として使用すると、これらのＴＯＣ成分が半導体にスケールとして付着し、半導体の汚染、回路破壊等を起こして製品の歩留りを低下させる原因になっていた。

そこで、前述したような問題を解決するために、波長１８５ｎｍと２５４ｎｍの紫外線を放出するランプを純水タンク内で使用して、ＴＯＣを削減する方法が提案されている。この方法では、波長１８５ｎｍの紫外線を純水タンク内で照射させることによりタンク内の酸素分子をオゾンに変化させる。更に、このオゾンに波長２５４ｎｍの紫外線を照射させることによりヒドキシルラジカルが発生する。発生したオゾン及びヒドロキシルラジカルによってＴＯＣが酸化、分解され削減される。

また、光触媒を使用してＴＯＣを削減する方法も提案されている。この方法では、純水タンク内に光触媒と紫外線光源を設置し、水中の光触媒に波長３８０ｎｍ以下の紫外線を照射することで光触媒表面にヒドロキシルラジカルを発生させ、このヒドロキシルラジカルによってＴＯＣを酸化、分解されて削減される。
特開平１０−１５１４５０号公報「水ハンドブック」、水ハンドブック編集委員会、丸善株式会社、平成１５年３月３１日発行、ｐ．３１６−３１９、ｐ．３４５−３４７

しかし、上記の波長１８５ｎｍと２５４ｎｍの紫外線を使用する方法では、純水タンク中でのオゾン及びヒドロキシルラジカルの発生場所が不特定であるため、タンク内のゴムパッキン付近にオゾン及びヒドキシルラジカルが存在した場合には、ゴムパッキンが酸化、分解されてひび割れによる漏水の可能性があった。

また、上記の光触媒を用いる方法では、光触媒が二酸化チタンを主成分とした粉末であるため基材等にコーティングして使用される。光触媒は比較的コーティングしづらい材料であるため、コーティングの際にバインダーが混合される。バインダーは有機物である場合が多い。そのため、長時間水中で紫外線を受けることによりバインダーが加水分解を起こしたり、光触媒表面に発生したヒドロキシルラジカルによってバインダー自体が酸化、分解される場合がある。バインダーが分解されることで、純水タンク内の純水のＴＯＣを増加させる可能性があった。また、バインダーの分解で基材が光触媒をコーティング保持ができなくなり、光触媒が純水経路に拡散流出してしまい、光触媒によるＴＯＣの酸化、分解の効力が弱まるおそれもあった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、ヒドロキシルラジカルを特定の場所に発生させることでパッキン等の劣化を防止するとともに、光触媒の流出防止が可能であり、更にＴＯＣの除去能力に優れたＴＯＣ成分の除去装置ならびにＴＯＣ成分の除去方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。
本発明のＴＯＣ成分除去装置は、超純水または純水に含まれるＴＯＣ成分を除去する装置であり、未処理の超純水または純水が導入される処理タンクと、表面が光触媒である球状の複数の触媒粒子と、該触媒粒子を一面上に分散保持させる板状の透光性保持体と、前記透光性保持体の近傍に配置されて波長２５４ｎｍの紫外線を照射させる紫外線光源とから構成されることを特徴とする。

上記の構成によれば、紫外線が透光性保持体を介して触媒粒子に照射され、触媒粒子の表面でのみヒドロキシラジカルを発生させることができる。ヒドロキシルラジカルの酸化作用は強力だが寿命が短いので、ヒドロキシラジカルが触媒粒子表面の近傍のみに存在し、処理タンク内に広く拡散することがなく、パッキン等の劣化を防止できる。また、触媒粒子が球状なので、ヒドロキシルラジカルが発生する面積を広くすることができ、高濃度のヒドロキシルラジカルを発生させることができ、ＴＯＣ成分を効率よく処理できる。
また、透光性保持体が用いられるので、紫外線が遮られるおそれがない。これにより、触媒粒子に照射されなかった紫外線が処理タンク内全体に照射され、処理タンク内を殺菌することができ、ＴＯＣ成分の発生を抑制できる。

また本発明のＴＯＣ成分除去装置は、先に記載のＴＯＣ成分除去装置であり、前記触媒粒子が、球状の金属もしくはセラミックスからなる坦持体の表面に、光触媒が溶射法によりコーティングされてなるものであることを特徴とする。

上記の構成によれば、光触媒が溶射によりコーティングされているので、バインダー等の有機成分が用いられず、これによりバインダーの分解によるＴＯＣ成分の増加を防止できる。

また本発明のＴＯＣ成分除去装置は、先に記載のＴＯＣ成分除去装置であり、前記処理タンクの内面が鏡面とされていることを特徴とする。

上記の構成によれば、照射された紫外線が処理タンクの内面で反射され、処理タンク内の殺菌を効率よく行なうことができる。
また、触媒粒子に紫外線が照射されると、触媒粒子に影となる部分が生じ、この影の部分では光触媒作用が発現しないおそれがあるが、処理タンク内面を鏡面にすることで、反射された紫外線をこの影の部分に照射させることができる。このように上記構成によれば、触媒粒子の表面全面に紫外線を照射させることができ、ＴＯＣ成分の除去能力を高めることができる。

次に、本発明のＴＯＣ成分の除去方法は、超純水または純水に含まれるＴＯＣ成分を除去する方法であり、未処理の超純水または純水を処理タンクに導入するとともに、前記処理タンク内に、表面が光触媒である球状の複数の触媒粒子と、該触媒粒子を一面上に分散保持する板状の透光性保持体と、前記透光性保持体の近傍に配置されて波長２５４ｎｍの紫外線を照射させる紫外線光源とを配設し、前記紫外線光源から前記紫外線を前記触媒粒子と前記処理タンク内の前記超純水または純水とに照射することを特徴とする。

上記の構成によれば、透光性保持体を介して紫外線を触媒粒子に照射するので、触媒粒子の表面でのみヒドロキシラジカルを発生させることができる。ヒドロキシルラジカルの酸化作用は強力だが寿命が短いので、ヒドロキシラジカルが触媒粒子表面の近傍のみに存在し、処理タンク内に広く拡散することがなく、パッキン等の劣化を防止できる。また、触媒粒子が球状なので、ヒドロキシルラジカルが発生する面積を広くすることができ、高濃度のヒドロキシルラジカルを発生させることができ、ＴＯＣ成分を効率よく処理できる。
また、透光性保持体が用いられるので、紫外線が遮られるおそれがない。これにより、触媒粒子に照射されなかった紫外線が処理タンク内全体に照射され、処理タンク内を殺菌することができ、ＴＯＣ成分の発生を抑制できる。

次に、本発明のＴＯＣ成分の除去方法は、先に記載のＴＯＣ成分の除去方法であって、前記処理タンク内の内面を鏡面とし、前記紫外線を前記鏡面により反射させ、この反射紫外線を前記触媒粒子に照射することを特徴とする。

上記の構成によれば、照射された紫外線が処理タンクの内面で反射されるので、処理タンク内の殺菌を効率よく行なうことができる。
また、触媒粒子に紫外線が照射されると、触媒粒子に影となる部分が生じ、この影の部分では光触媒作用が発現しないおそれがあるが、処理タンク内面を鏡面にすることで、反射された紫外線をこの影の部分に照射させることができる。このように上記構成によれば、触媒粒子の表面全面に紫外線を照射させることができ、ＴＯＣ成分の除去能力を高めることができる。

以上説明したように、本発明のＴＯＣ成分除去装置ならびにＴＯＣ成分の除去方法によれば、ヒドロキシルラジカルを特定の場所に発生させることでパッキン等の劣化を防止することができ、光触媒の流出を防止することができ、更にＴＯＣの除去能力を向上できる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１には本実施形態のＴＯＣ成分除去装置の側面図を示し、図２には本実施形態のＴＯＣ成分除去装置の平面図を示す。
図１および図２に示すように、本実施形態のＴＯＣ成分除去装置１は、未処理の超純水または純水が導入される処理タンク２と、表面が光触媒である球状の複数の触媒粒子３と、該触媒粒子３を一面上に分散保持させる板状の透光性保持体４と、前記透光性保持体４の近傍に配置されて波長２５４ｎｍの紫外線を照射させる紫外線光源５とから概略構成されている。

処理タンク２は、タンク本体１１と、タンク本体１１の上部に装着されるタンク蓋１２とから構成されている。タンク本体１１およびタンク蓋１２は、例えばステンレス等で構成されている。またタンク本体１１には、循環水流入口１１ａと循環水流出口１１ｂと未処理水導入口１１ｃとが設けられている。更に処理タンク２の内面２ａは鏡面処理が施されており、紫外線を反射できるように構成されている。

またタンク本体１１には、超純水または純水の循環機構６が接続されている。循環機構６は、循環ポンプ２１、イオン交換樹脂２２、ウルトラファインフィルター２３、ＴＯＣ成分量を計測する水質計２４、三方弁２５が循環路２６を介して接続されて構成されている。そして、循環路２６の両末端がそれぞれ、タンク本体１１の循環水流入口１１ａと循環水流出口１１ｂとに接続されている。また、三方弁２５には、ＴＯＣ成分を除去した処理済みの循環水を採水するための採水路２７が接続されている。
また、タンク本体１１の未処理水導入口１１ｃには、ＴＯＣ成分を除去する前の未処理水をタンク内部に導入するための図示略の導入路が接続されている。

触媒粒子３は、処理タンク２の内部に収納されており、球状の金属もしくはセラミックスからなる坦持体の表面に、光触媒が溶射法によりコーティングされて構成されている。坦持体は例えば、直径が３ｍｍ以上６ｍｍ以下程度のステンレス、アルミナセラミックス等からなる球状の粒子が用いられる。また光触媒は、波長２５４ｎｍの紫外線でヒドロキシルラジカルを発生できるものが良く、例えばＴｉＯ_２、Ａｇ（銀）等から構成される。また、光触媒は、坦持体の表面に３０μｍ以上７０μｍ以下程度の厚みでコーティングされていることが望ましい。光触媒を坦持体にコーティングするには、光触媒の構成材料を溶融させて坦持体に高速で叩き付ける溶射法が好適に用いられる。溶射法でコーティングすることにより、バインダー等の有機樹脂を光触媒に混合する必要なくなる。

次に、透光性保持体４は、触媒粒子３とともに処理タンク２の内部に収納されており、紫外線を透過する板状の部材から構成されている。図１および図２に示す透光性保持体４は、板状の底部３１と、この底部３１の周辺部から立設された側壁部３２とから概略構成されている。そして、板状の底部３１の一面３１ａに、複数の触媒粒子３が分散配置されている。触媒粒子３は、相互に接触しないように間隔を空けて配置することが好ましい。また透光性保持体４の材質は、紫外線を透過するものであれば良く、例えば石英ガラス、軟質ガラス、紫外線透過アクリル等で構成することができる。

次に、紫外線光源５は、波長２５４ｎｍの紫外線を照射させるものであり、透光性保持体４の底部３１の他面３１ｂ側に配置されている。紫外線光源５から発生された紫外線は、触媒粒子４および処理タンク２内の循環水に照射される。

また処理タンク２内には、処理タンク２内の水位を検出するためのフロートスイッチ４１が２つ備えられている。処理タンンク２の底部にあるフロートスイッチ４１ａは枯れ水検出用とされ、処理タンク２の上部にあるフロートスイッチ４１ｂは満水検出用とされている。

次に、上記のＴＯＣ成分処理装置１を用いた超純水中のＴＯＣ成分の処理方法を説明する。
まず、逆浸透膜およびイオン交換樹脂を通過させた未処理水を、未処理水導入口１１ａから処理タンク２内に導入する。未処理水は、逆浸透膜により微小の浮遊物質が除去されるとともに、イオン交換樹脂により溶存する陽イオン及び陰イオンが除去された水である。ただし、ＴＯＣ成分は除去されていない。

次に、未処理水で処理タンクが満たされた後、未処理水の供給を停止し、循環ポンプ２１を駆動させて未処理水を処理タンク２および循環機構６の間で循環させる。このとき、三方弁２５は採水路２７に対して「閉」状態になっている。

次に、紫外線光源５から波長２５４ｎｍの紫外線を発生させる。発生した紫外線の一部は、透光性保持体４を透過して触媒粒子３に照射される。触媒粒子３の表面には光触媒がコーティングされており、この光触媒に紫外線が照射されることによってヒドロキシルラジカルが発生する。発生したヒドロキシルラジカルによって、未処理水中のＴＯＣ成分が酸化分解される。

また、紫外線光源５から発生した紫外線の残部は、処理タンク２内の未処理水に直接照射される。これにより、未処理水が殺菌され、細菌増加によるＴＯＣ成分の上昇を未然に防止できる。また、透光性保持体４は紫外線に対して透過性を示すので、透光性保持体４によって紫外線が遮られることがなく、処理タンク２の内部全体に紫外線を照射させることができる。

更に、処理タンク２の未処理水に直接照射された紫外線は、処理タンク２の内面で鏡面反射されるので、未処理水の殺菌効果を更に高めることができる。

また、触媒粒子３と紫外線光源５との位置関係から、触媒粒子３には紫外線光源５から直接に紫外線が照射されない影となる部分が生じる。具体的には、図１中、触媒粒子３の図中上側が紫外線光源５に対して影になる。この影の部分の光触媒が有効に利用されないおそれがある。しかし、本実施形態のＴＯＣ成分処理装置１においては、処理タンク２内の内面が鏡面とされ、未処理水に直接照射された紫外線が鏡面反射されるので、この鏡面反射された紫外線の一部が光触媒の影となる部分にも照射される。これにより、紫外線光源５から影となる部分においてもヒドロキシルラジカルを発生させることができ、ヒドロキシルラジカルの濃度を向上させることができ、ＴＯＣ成分を効率よく除去することができる。

以上のように、未処理水の循環を続けながら紫外線照射を連続して行なうことにより、未処理水中のＴＯＣ成分が徐々に減少する。ＴＯＣ成分の濃度が規定の値を下回った時点で、三方弁２５を作動させて採水路２７を「開」とし、処理済みの超純水または純水を採水する。処理タンク２内および循環機構６内部の循環水量が低下したら、再度未処理水導入口１１ａから未処理水を供給する。

以上説明したように、本実施形態のＴＯＣ成分処理装置およびＴＯＣ成分の処理方法によれば、触媒粒子３の表面でのみヒドロキシラジカルを発生させることができ、ＴＯＣ成分を分解除去することができる。また、ヒドロキシルラジカルの酸化作用は強力だが寿命が短いので、ヒドロキシラジカルが触媒粒子３の表面の近傍のみに存在し、処理タンク２内に広く拡散することがなく、パッキン等の劣化を防止できる。更に、触媒粒子３が球状なので、ヒドロキシルラジカルが発生する面積を広くすることができ、高濃度のヒドロキシルラジカルを発生させることができ、ＴＯＣ成分を効率よく処理できる。
また、紫外線に対して透過性を示す透光性保持体４が用いられるので、紫外線が遮られるおそれがない。これにより、触媒粒子３に照射されなかった残りの紫外線が処理タンク２全体に照射され、処理タンク２内を殺菌することができ、ＴＯＣ成分の発生を抑制できる。

また、光触媒が溶射によりコーティングされているので、バインダー等の有機成分が用いられず、これによりバインダーの分解によるＴＯＣ成分の増加を防止できる。
更に、照射された紫外線が処理タンク２の内面で鏡面反射されるので、処理タンク２内の殺菌を効率よく行なうことができる。
また、触媒粒子３に紫外線が照射されると、触媒粒子３に影となる部分が生じ、この影の部分では光触媒作用が発現しないおそれがあるが、処理タンク２内面を鏡面にすることで、反射された紫外線をこの影の部分にも照射させることができる。これにより、触媒粒子３の表面全面に紫外線を照射させることができ、ＴＯＣ成分の除去能力を高めることができる。

なお、本発明は上記の実施形態の内容に限定されるものではなく、種々の変更を加えてもよい。例えば、紫外線光源の配置場所は、透光性保持体の下部に限らず、透光性保持体の上部、すなわち触媒粒子の上方に配置してもよい。また、紫外線光源や、触媒粒子を備えた透光性保持体は、処理タンク内の１カ所に限らず、複数箇所に配置してもよい。

本発明は、半導体、液晶、医薬品を製造する工程等で使用される超純水などの液体中に含まれるＴＯＣ成分を除去する技術に関する。

本実施形態のＴＯＣ成分除去装置の側面図。本実施形態のＴＯＣ成分除去装置の平面図。

符号の説明

１…ＴＯＣ成分除去装置、２…処理タンク、２ａ…内面、３…触媒粒子、３１ａ…一面、４…透光性保持体、５…紫外線光源

Claims

超純水または純水に含まれるＴＯＣ成分を除去する装置であり、
未処理の超純水または純水が導入される処理タンクと、表面が光触媒である球状の複数の触媒粒子と、該触媒粒子を一面上に分散保持させる板状の透光性保持体と、前記透光性保持体の近傍に配置されて波長２５４ｎｍの紫外線を照射させる紫外線光源とから構成されることを特徴とするＴＯＣ成分除去装置。
前記触媒粒子が、球状の金属もしくはセラミックスからなる坦持体の表面に、光触媒が溶射法によりコーティングされてなるものであることを特徴とする請求項１に記載のＴＯＣ成分除去装置。
前記処理タンクの内面が鏡面とされていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＴＯＣ成分除去装置。
超純水または純水に含まれるＴＯＣ成分を除去する方法であり、
未処理の超純水または純水を処理タンクに導入するとともに、前記処理タンク内に、表面が光触媒である球状の複数の触媒粒子と、該触媒粒子を一面上に分散保持する板状の透光性保持体と、前記透光性保持体の近傍に配置されて波長２５４ｎｍの紫外線を照射させる紫外線光源とを配設し、前記紫外線光源から前記紫外線を前記触媒粒子と前記処理タンク内の前記超純水または純水とに照射することを特徴とするＴＯＣ成分の除去方法。
前記処理タンク内の内面を鏡面とし、前記紫外線を前記鏡面により反射させ、この反射紫外線を前記触媒粒子に照射することを特徴とする請求項４に記載のＴＯＣ成分の除去方法。