JP2006320843A

JP2006320843A - 光触媒材並びにこれを使用する光触媒フィルタ、光触媒フィルタユニット及び光触媒浄化処理装置

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Publication number: JP2006320843A
Application number: JP2005146582A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Akune; 安博阿久根; Takeya Furuta; 健也古田; Yoko Nakayama; 陽子中山
Original assignee: Nippon Pillar Packing Co Ltd
Current assignee: Nippon Pillar Packing Co Ltd
Priority date: 2005-05-19
Filing date: 2005-05-19
Publication date: 2006-11-30
Anticipated expiration: 2025-05-19
Also published as: JP4264426B2

Abstract

【目的】良好な浄化処理能力を発揮しうる光触媒フィルタを提供する。
【構成】光触媒フィルタ６１は、フィルタ本体６１ａに光触媒材６１ｂを担持させてなる。光触媒材６１ｂは、ＴｉＯ_２光触媒粉末に、その１００部に対して１〜１０部の割合で、フラーレン類及び／又は副生炭素材料を添加混合させてなる。副生炭素材料は、フラーレン製造過程で副生する炭素材料であり、ＣｕＫα線を使用したＸ線回折測定結果における回折角３〜３０°の範囲内で最も強いピークが回折角１０〜１８°の範囲に存在し且つ回折角２３〜２７°にピークが存在せず、励起波長５１４５Åでのラマンスペクトル結果において、バンドＧ１５９０±２０ｃｍ^−１とバンドＤ１３４０±４０ｃｍ^−１にピークを有し、夫々のバンドのピーク強度をＩ（Ｇ）及びＩ（Ｄ）とした際におけるピーク強度比Ｉ（Ｄ）／Ｉ（Ｇ）が０．４〜１．０であるものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、光触媒粉末を主体とする光触媒材、この光触媒材を使用する光触媒フィルタ、この光触媒フィルタを使用する光触媒フィルタユニット及びこの光触媒フィルタユニットを使用する光触媒浄化処理装置に関するものである。

ＴｉＯ_２（二酸化チタン）等の光半導性を有する粒子状物質（光触媒）にそのバンドキャップエネルギ以上の光を照射すると、価電子帯の電子が光励起されて伝導帯に移り、伝導帯には自由電子が生成すると共に、価電子帯には正の電荷を帯びた粒子（正孔）が生成する。これらの正孔と自由電子は光半導体粒子内部を運動し、時間の経過と共に再結合して消滅する。しかし、その粒子表面に空気または水、或いはそれらの正孔や自由電子よりもエネルギの低い空順位を有する化合物やイオンが存在すると、その粒子表面を通してそれらの正孔と自由電子が化合物やイオンに移動し、その結果、正孔は粒子表面に接触する化合物やイオンを直接酸化し、或いは活性酸素の１つである水酸基ラジカルを生成する。また、電子による還元反応は主に酸素の還元であり、ＨＯ_２ラジカルなどの電子が付加された酸化性のある酸素種が生成される。こうして、光半導体微粒子は光が照射されることによって酸化性の活性表面を形成し、有機化合物の分解等に触媒として作用する（「光が関わる触媒化学−光合成から環境化学まで」季刊化学総説（Ｎｏ．２３）学会出版センター（１９９４年７月１５日））。

従来からも、このような光触媒能に着目して、ＴｉＯ_２等の光触媒又はこれをアパタイト，シリカゲル，ゼオライト，活性炭等の吸着材に担持させた光触媒材を使用して流体（空気，水等）を浄化処理（有機物の分解等）することが行われている（例えば、特許文献１〜７参照）。

特開平４−３０５０６３号公報特開平７−２９００５１号公報特開平８−２２８６３６号公報特開平１１−２９０６９５号公報特開２０００−１０２５９７公報特開２０００−２３７５３８公報特開２００２−１３６８１１公報

しかし、このような従来の光触媒材は浄化処理能力が不十分なものであったため、光触媒材を使用する浄化処理手段として実用的に満足できるものは提案されていないのが実情であった。特に、水処理（例えば、メカニカルシールから排出されるクエンチング水やフラッシング水の浄化処理）を行う場合には、到底使用できるものではなかった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、水等に対しても良好な浄化処理能力を発揮しうる光触媒材を提供すると共に、この光触媒材を使用した実用的な光触媒フィルタ、光触媒フィルタユニット及び光触媒浄化処理装置を提供することを目的とするものである。

本発明は、ＴｉＯ_２光触媒粉末に、この光触媒粉末１００部に対して１〜１０部の割合で、フラーレン類及び／又はフラーレン製造過程で副生する炭素材料（以下「副生炭素材料」という）を添加混合させてなることを特徴とする光触媒材を提案する。フラーレン類としては、化学式Ｃ_２ｎ（ｎは３０以上の整数）で表される閉核構造をなすフラーレン（例えばサッカボール形，ラグビーボール形の分子構造をなすフラーレンＣ_６０，Ｃ_７０，Ｃ_７６，Ｃ_７８，Ｃ_８０，Ｃ_８２，Ｃ_８４，Ｃ_８６，Ｃ_８８，Ｃ_９０，Ｃ_９４，Ｃ_９６等）、フラーレンを化学修飾した水酸化フラーレン，水素化フラーレン等のフラーレン誘導体又はこれらの混合物が使用される。また、副生炭素材料としては、特願２００４−９１３１２公報に開示される如く、ＣｕＫα線を使用したＸ線回折測定結果における回折角３〜３０°の範囲内で最も強いピークが回折角１０〜１８°の範囲に存在し且つ回折角２３〜２７°にピークが存在せず、励起波長５１４５Åでのラマンスペクトル結果において、バンドＧ１５９０±２０ｃｍ^−１とバンドＤ１３４０±４０ｃｍ^−１にピークを有し、夫々のバンドのピーク強度をＩ（Ｇ）及びＩ（Ｄ）とした際におけるピーク強度比Ｉ（Ｄ）／Ｉ（Ｇ）が０．４〜１．０である炭素材料が使用される。フラーレン類又は副生炭素材料としては、具体的には、フロンティアカーボン（株）製の「ナノムミックス」「ナノムスペクトラ」「ナノムブラックＦＢ」「ナノムブラックＦＢ−Ｘ」等が好適する。
ＴｉＯ_２光触媒としては、一般に、アナターゼ型又はルチル型のものが使用されるが、これに添加混合させるフラーレン類又は副生炭素材料は、予め、２００〜４００℃で酸化熱処理しておくことが好ましい。酸化熱処理したフラーレン類又は副生炭素材料を添加させることにより、光触媒活性の更なる向上を図ることができ、光触媒材による浄化処理能力（特に、水の液体に対する浄化処理能力）がより効果的に発揮されることになる。なお、ＴｉＯ_２光触媒には、上記したフラーレン類及び副生炭素材料から選択した２種以上の混合物を加添混合させておくことも可能である。

また、本発明は、上記した光触媒材を、水等の流体が通過しうる多孔質構造をなすフィルタ本体に担持させてなることを特徴とする光触媒フィルタを提案する。フィルタ本体としては、耐熱性，耐久性等を考慮して、セラミックス製のものを使用することが好ましい。

また、本発明は、上記した光触媒フィルタとそのフィルタ本体に担持された光触媒材を光励起する光照射器とを具備してなる光触媒フィルタユニットを提案する。光照射器としては、ＴｉＯ_２光触媒のバンドギャップエネルギ以上の光（紫外線）を照射する紫外線ランプ，ブラックライト，発光ダイオード等が使用される。なお、光照射器は、光触媒フィルタを通過する水等流体との直接的な接触を避ける等のために、紫外線透過性に優れる材料（石英，紫外線透過性樹脂等）で構成した保護管等で囲繞しておくことが好ましい。

さらに、本発明は、上記した光触媒フィルタユニットと、流体の流入出口を有して当該ユニットの光触媒フィルタを内装する処理容器とを具備して、流入口から流入した流体が、当該ユニットの光照射器により光照射された状態の光触媒フィルタを通過して流出口から流出するように構成された光触媒浄化処理装置を提案する。流入口から流入させる流体つまり浄化処理すべき流体としては、空気等の気体の他、メカニカルシールから排出されたクエンチング水又はフラッシシング水等の水を選択することができる。好ましい実施の形態にあっては、本発明の光触媒浄化処理装置はメカニカルシールからの廃水（クエンチング水，フラッシシング水等）等を浄化処理（水処理）するものとして提案される。

本発明の光触媒材は、ＴｉＯ_２光触媒粉末やこれをアパタイト，シリカゲル，ゼオライト，活性炭等の吸着材に担持させた従来の光触媒材に比して、光触媒能を含む浄化処理能力の大幅な向上を実現できるものであり、従来の光触媒材によっては適用することが困難であった水処理（例えば、クエンチング水等のメカニカルシール廃水、上下水道、農業排水、食品加工水又は染色水等の浄化処理）にも好適に使用することができ、光触媒用途の大幅な拡大を図ることができる。

また、本発明によれば、このような光触媒材を使用することによって、水処理手段としても極めて効果的で実用性に富む光触媒フィルタ、光触媒フィルタユニット及び光触媒浄化処理装置を提供することができる。

図１は本発明に係る光触媒浄化処理装置の一例を示した縦断正面図であり、この光触媒浄化処理装置はメカニカルシールから排出されるクエンチング水やフラッシング水等の廃水を浄化処理するものである。すなわち、メカニカルシールにおいては、一般に、クエンチングやフラッシング（例えば、両密封環の相対回転部分やその近傍領域に、これらを冷却，清掃，温度管理する等のために、清水，スチーム等を供給する）等が行われ、シール条件（被密封流体の性状等）によっては、メカニカルシールから排出されるクエンチング水やフラッシング水等の廃水には有機物質等の汚染物質が含まれることがある。かかる場合、廃水をそのまま廃棄するにしても、メカニカルシールに再供給（循環）させるにしても、廃水を浄化処理しておく必要がある。図１に示す光触媒浄化処理装置１は、このようなメカニカルシール２から排出される廃水３を浄化処理するためのものであり、メカニカルシールから導かれた廃水路４の適所に配設されており、処理容器５と光触媒フィルタユニット６とからなる。

処理容器５は、図１〜図３に示す如く、円筒状の周壁５ａとその上下端部を閉塞する上下壁５ｂ，５ｃとからなる密閉容器であり、周壁５ａの下端部には流入口５１が形成されており、周壁５ａの上端部には排出口５２が形成されている。流入口５１には、廃水路４の上流側部分４ａが接続されていて、メカニカルシール１から排出された廃水（被処理水）４が流入される。流出口５２には、廃水路４の下流側部分４ｂが接続されていて、浄化処理された廃水（処理水）３ａを当該下流側部分４ｂへ排出する。なお、廃水路４の下流側部分４ｂは、適当な廃水処理部に導かれるか又はクエンチング，フラッシング用流体のメカニカルシールへの供給ライン，供給源に接続されている。後者の場合、処理水３ａはクエンチング，フラッシング用流体として再使用され、メカニカルシール２に循環供給される。

フィルタユニット６は、図１に示す如く、処理容器５内に装填された円筒状の光触媒フィルタ６１と、処理容器５の上下壁５ｂ，５ｃに取り付けられた保護管６２と、保護管６２に挿通された光照射器６３とからなる。

光触媒フィルタ６１は、図１に示す如く、処理容器６内の上下部に流入出口５１，５２に連通する流入出室５３，５４が形成される状態で、処理容器６内に装填された円筒状のフィルタ本体６１ａと、このフィルタ本体６１ａに担持させた光触媒材６１ｂとからなる。

フィルタ本体６１ａは、流体（廃水３）及び光が通過しうる連続孔を有するセラミックス製の多孔質構造体である。かかるセラミックス製のフィルタ本体６１ａとしては、例えば、フィルタ本体対応形状のスポンジに炭化珪素粉末スラリを含浸し、これを余剰スラリを除去した上で乾燥，焼成して得られる多孔質構造体や、特開２００１−２２６１７４，特開２００３−１１９０８５公報、特開２００４−１８９５７６公報又はＷＯ２００３／０３５５７７公報に開示される多孔質構造体等、公知のセラミックス製多孔質構造体を使用条件等に応じて任意に使用することができる。

光触媒材６１ｂは、アナターゼ型ＴｉＯ_２光触媒粉末にフラーレン類及び／又は副生炭素材料を添加混合させたものであり、当該フラーレン類及び／又は副生炭素材料は、光触媒粉末１００部に対して１〜１０部の割合で添加する。フラーレン類としては、化学式Ｃ_２ｎ（ｎは３０以上の整数）で表される閉核構造をなすフラーレン（例えばサッカボール形，ラグビーボール形の分子構造をなすフラーレンＣ_６０，Ｃ_７０，Ｃ_７６，Ｃ_７８，Ｃ_８０，Ｃ_８２，Ｃ_８４，Ｃ_８６，Ｃ_８８，Ｃ_９０，Ｃ_９４，Ｃ_９６等）若しくはフラーレンを化学修飾した水酸化フラーレン，水素化フラーレン等のフラーレン誘導体又はこれらの混合物が使用される。また、副生炭素材料としては、特願２００４−９１３１２公報に開示される如く、ＣｕＫα線を使用したＸ線回折測定結果における回折角３〜３０°の範囲内で最も強いピークが回折角１０〜１８°の範囲に存在し且つ回折角２３〜２７°にピークが存在せず、励起波長５１４５Åでのラマンスペクトル結果において、バンドＧ１５９０±２０ｃｍ^−１とバンドＤ１３４０±４０ｃｍ^−１にピークを有し、夫々のバンドのピーク強度をＩ（Ｇ）及びＩ（Ｄ）とした際におけるピーク強度比Ｉ（Ｄ）／Ｉ（Ｇ）が０．４〜１．０である炭素材料が使用される。何れのフラーレン類及び／又は副生炭素材料を添加する場合にも、これらを予め２００〜４００℃で酸化熱処理しておくことが好ましい。酸化熱処理は、熱処理しようとするフラーレン類又は副生炭素材料の熱分析測定により酸化減量開始温度を把握して、その温度付近で行うことが好ましい。光触媒材６１ｂのフィルタ本体６１ａへの担持は、ゾルゲル法により或いはバインダを使用することによる等、公知の担持方法により行うことができる。

保護管６２は、図１に示す如く、光触媒フィルタ６１の中心孔を貫通して処理容器５の上下壁５ｂ，５ｃに取り付けられた薄肉円筒管であり、上端部は処理容器５の上壁５ｂを貫通して開口されている。保護管６２は、後述する光照射器６３を保護するためのもので、紫外線透過性に優れる石英ガラス，フッ素樹脂管等で構成されている。保護管６２を設けることにより、当該保護管６２と処理容器５の周壁５ａと間には流入出口５１，５２に連通する円筒状空間が形成されるが、この円筒状空間の中間領域（流入出室５３，５４を除く領域）にフィルタ本体６１ａが充填されている。

光照射器６３は、図１に示す如く、光触媒材６１ｂを光励起する棒状のブラックライト等であって、保護管６２内にその上端開口部から挿入されていて、フィルタ本体６１ａにその上下面及び中心孔の内周面から紫外線を照射するものである。照射光はフィルタ本体６１ａの内部にまで透過して、これに担持された光触媒材６１ｂを光励起するが、照射効率（励起効率）を高めるために処理容器５の内周面（周壁５ａの内周面及び上下壁５ｂ，５ｃの対向面）は反射面に構成しておくことが好ましい。例えば、処理容器５が金属製のものである場合には、その内周面を鏡面加工しておく。また、処理容器５が金属以外の樹脂等で構成される場合には、容器内周面に高反射率の材料によるコーティング膜を形成しておく。

而して、かかる光触媒浄化処理装置１によれば、メカニカルシール１から排出される廃水３が流入口５１から処理容器５の流入室５３に流入して、流入室５３から光触媒フィルタ６１（フィルタ本体６１ａ）を通過して流出室５４を経て流出口５２から排出される。廃水３に含まれる有機物質等の汚染物質は、光フィルタ６１を通過する間において、光触媒材６１ｂの光励起による光触媒作用等により浄化処理（有機物質の分解等）されることになり、流出室５４には浄化処理された廃水つまり処理水３ａが流出されることになる。このとき、光触媒材６１ｂがＴｉＯ_２光触媒粉末とフラーレン類又は副生炭素材料との混合材であり、光触媒活性が高いものであるから、廃水３の浄化処理が効果的に行われる。特に、ＴｉＯ_２光触媒粉末に添加混合させるフラーレン類又は副生炭素材料を上記した如く酸化熱処理しておくことにより、光触媒活性の更なる向上を図ることができ、廃水３の浄化処理を極めて良好に行うことができる。したがって、廃水路４に上記した光触媒浄化処理装置１を配設しておくことにより、メカニカルシール２をクリーンな環境で運転させることができ、食品，薬品等の分野においても好適に使用できるメカニカルシールを提供することができる。

なお、光触媒材６１ｂ、光触媒フィルタ６１、光触媒フィルタユニット６及び光触媒浄化処理装置１の構成は、上記した実施の形態に限定されず、本発明の基本原理を逸脱しない範囲において、適宜に改良，変更することができる。例えば、処理容器５を紫外線透過性に優れるフッ素樹脂等で構成して、光照射器６３を処理容器５外に配置するようにすることも可能である。

実施例１として、一次粒子径２０ｎｍ，比表面積５０ｍ^２／ｇのアナターゼ型ＴｉＯ_２光触媒粉末１ｇに、フラーレン類Ａ１を添加混合させて本発明に係る光触媒材Ｎｏ．１，Ｎｏ．２，Ｎｏ．３を得た。フラーレン類Ａ１としては、フロンティアカーボン（株）製の「ナノムミックス」を使用した。これは、フラーレンＣ_６０：約６０％とフラーレンＣ_７０：約２５％と他の高次フラーレン類：残部とからなるフラーレン混合物である。

フラーレン類Ａ１は光触媒粉末１００部に対して１〜１０部の割合で添加されており、表１に示す如く、光触媒材Ｎｏ．１及びＮｏ．２においては０．１ｇ（１０部）のフラーレン類Ａ１を添加し、光触媒材Ｎｏ．３においては０．０１ｇ（１部）のフラーレン類Ａ１を添加した。また、光触媒材Ｎｏ．２及びＮｏ．３においては、フラーレンＡ１を電気炉で４００℃，１時間の条件で酸化熱処理した上で、光触媒粉末に添加混合させた。

実施例２として、一次粒子径２０ｎｍ，比表面積５０ｍ^２／ｇのアナターゼ型ＴｉＯ_２光触媒粉末１ｇに、副生炭素材料Ａ２を添加混合させて本発明に係る光触媒材Ｎｏ．４，Ｎｏ．５，Ｎｏ．６を得た。副生炭素材料Ａ２としては、フロンティアカーボン（株）製の「ナノムブラックＦＢ」を使用した。これは、フラーレン含有煤を分離，精製して得られるものであり、ＣｕＫα線を使用したＸ線回折測定結果における回折角３〜３０°の範囲内で最も強いピークが回折角１０〜１８°の範囲に存在し且つ回折角２３〜２７°にピークが存在せず、励起波長５１４５Åでのラマンスペクトル結果において、バンドＧ１５９０±２０ｃｍ^−１とバンドＤ１３４０±４０ｃｍ^−１にピークを有し、夫々のバンドのピーク強度をＩ（Ｇ）及びＩ（Ｄ）とした際におけるピーク強度比Ｉ（Ｄ）／Ｉ（Ｇ）が０．４〜１．０である炭素材料（特願２００４−９１３１２公報参照）である。

副生炭素材料Ａ２は光触媒粉末１００部に対して１〜１０部の割合で添加されており、表１に示す如く、光触媒材Ｎｏ．４及びＮｏ．５においては０．１ｇ（１０部）の副生炭素材料Ａ２を添加し、光触媒材Ｎｏ．６においては０．０１ｇ（１部）の副生炭素材料Ａ２を添加した。また、光触媒材Ｎｏ．５及びＮｏ．６においては、副生炭素材料Ａ２を電気炉で３００℃，１時間の条件で酸化熱処理した上で、光触媒粉末に添加混合させた。

実施例３として、一次粒子径２０ｎｍ，比表面積５０ｍ^２／ｇのアナターゼ型ＴｉＯ_２光触媒粉末１ｇに、副生炭素材料Ａ３を添加混合させて本発明に係る光触媒材Ｎｏ．７，Ｎｏ．８，Ｎｏ．９を得た。副生炭素材料Ａ３としては、フロンティアカーボン（株）製の「ナノムブラックＦＢ−Ｘ」を使用した。これは、粉体ＰＨを３程度とした副生炭素原料Ａ２（ナノムブラックＦＢ）の表面処理品である。

副生炭素材料Ａ３は光触媒粉末１００部に対して１〜１０部の割合で添加されており、表１に示す如く、光触媒材Ｎｏ．７及びＮｏ．８においては０．１ｇ（１０部）の副生炭素材料Ａ３を添加し、光触媒材Ｎｏ．９においては０．０１ｇ（１部）の副生炭素材料Ａ３を添加した。また、光触媒材Ｎｏ．８及びＮｏ．９においては、副生炭素材料Ａ３を電気炉で３００℃，１時間の条件で酸化熱処理した上で、光触媒粉末に添加混合させた。

而して、各光触媒材Ｎｏ．１〜Ｎｏ．９の光触媒能を含む浄化処理能力を確認するために、次のような脱色試験を行った。

すなわち、脱色試験は、７．５ｐｐｍのメチレンブルー水溶液２００ｍＬを収容したビーカ（容積：３００ｍＬ）をスターラ上に載置すると共にビーカ上にブラックライト（２０Ｗ）を配置した試験装置を使用して行ったもので、各光触媒材Ｎｏ．１〜Ｎｏ．９をメチレンブルー水溶液中に投入させると共に、スターラにより光触媒材とメチレンブルー水溶液とを攪拌させつつ、ビーカ内の液面に向けてブラックライト光を照射させた。そして、光触媒材投入後、メチレンブルー水溶液が脱色されるまでの時間（脱色時間）を測定した。その結果は、表１に示す通りであった。なお、メチレンブルー水溶液が脱色された時点は、当該水溶液が完全に透明になったことを目視確認することによって判断した。また、ブラックライトからビーカの液面までの鉛直距離は１００ｍｍに設定した。

さらに、公知の光触媒材Ｎｏ．１０〜Ｎｏ．１３を比較例として、これらの光触媒材Ｎｏ．１０〜Ｎｏ．１４についても同一の脱色試験を行った。すなわち、上記試験装置を使用して、１ｇの各光触媒材Ｎｏ．１０〜Ｎｏ．１４をメチレンブルー水溶液中に投入させると共に、スターラにより光触媒材とメチレンブルー水溶液とを攪拌させつつ、ビーカ内の液面に向けてブラックライト光を照射させ、メチレンブルー水溶液が完全に透明に脱色されるまでの時間（脱色時間）を測定した。その結果は、表１に示す通りであった。なお、光触媒材Ｎｏ．１０は実施例１〜３で使用した市販の光触媒粉末（日本アエロジル（株）製「Ｐ２５」）であり、光触媒材Ｎｏ．１１はＴｉＯ_２光触媒粉末をアパタイトに担持させたもの（太平化学産業（株）製「ＰＣＡＰ−１００」）であり、光触媒材Ｎｏ．１２はＴｉＯ_２光触媒粉末をゼオライトに担持させたもの（ライオン（株）製「ＰＣ−３０１Ｐ」）であり、光触媒材Ｎｏ．１３はＴｉＯ_２光触媒粉末をシリカゲル（粒状）に担持させたもの（新東Ｖセラックス（株）製「ＨＱＣ２１」）である。

而して、表１の脱色試験結果から明らかなように、本発明に係る光触媒材Ｎｏ．１〜Ｎｏ．９については、何れも、比較例の光触媒材Ｎｏ．１０〜Ｎｏ．１３に比して脱色時間が大幅に短縮されており、極めて優れた浄化処理能力（メチレンブルーの分解能力）を有するものであることが確認された。このことから、光触媒材Ｎｏ．１〜Ｎｏ．９は効果的な水処理を行い得るものであることが理解される。

また、浄化処理能力（脱色時間）は、添加混合材料（フラーレン類又は副生炭素材料）の種類及び添加混合材料の酸化熱処理の有無によっても顕著な差が認められる。すなわち、添加混合材料の種類については、酸化熱処理をすると否とに拘わらず、添加量が同じであれば、浄化処理能力は、副生炭素材料Ａ２を添加したものが最も高く、副生炭素材料Ａ３を添加したものがこれに続く。フラーレン類Ａ１を添加したものは、光触媒に添加混合材料を添加したものの中では浄化処理能力が最低であるが、従来公知の光触媒材Ｎｏ．１０〜Ｎｏ．１３に比しては極めて高い浄化処理能力を有している。また、添加混合材料を酸化熱処理したものと酸化熱処理をしないものとを比較した場合、添加混合材料がフラーレン類であると副生炭素材料であるとに拘わらず、酸化熱処理をすることにより浄化処理能力が大幅に向上している。特に、添加混合材料を酸化熱処理した場合、副生炭素材料Ａ３を添加したものでは極めて高い浄化処理能力が得られ、副生炭素材料Ａ２を添加したものでは更に高い浄化処理能力が発揮される。

したがって、浄化処理能力上、フラーレン類又は副生炭素材料を酸化熱処理しておくことが好ましく、特に酸化熱処理した副生炭素材料Ａ２を添加しておくのが最適であることが理解される。フラーレン類又は副生炭素材料の微量添加により浄化処理能力（メチレンブルーの分解能力）が飛躍的に向上する理由は、第１に、直径０．７ｎｍ程度のナノ粒子による何等かの表面反応が生じている可能性があることによるものと考えられる。第２に、一般的にフラーレン類又は副生炭素材料はラジカル捕捉作用があるといわれており、ＵＶ光によりＴｉＯ_２表面に生成される活性酸素であるヒドロキシラジカルを捕捉，消失させることにより光触媒反応を遅速化させる虞れがあるが、フラーレン類又は副生炭素材料はその比表面積が活性炭等に比して小さいにも拘らず非常に大きな吸着能力を示すものであること及びヒドロキシラジカルの存在が極く短時間（一般に、１０^−６秒程度といわれている）であることによりフラーレン類又は副生炭素材料がラジカル捕捉をするよりもＵＶ照射により次々と発生するヒドロキシラジカルの量が圧倒的に多いことによるものと考えられる。また、フラーレン類又は副生炭素材料を酸化熱処理することにより浄化処理能力が更に向上する点については、前述した如くフラーレン類又は副生炭素材料の酸化熱処理をその酸化減量開始温度付近で行うことにより、末端基に酸素が付加され水との濡れ性が改善されること或いは酸化により表面に微細凹凸が生じて吸着能力が増大することによるものと考えられる。

本発明に係る光触媒浄化処理装置の一例を示す縦断正面図である。図１のII−II線に沿う横断平面図である。図１のIII −III 線に沿う横断平面図である。

符号の説明

１光触媒浄化処理装置
３被処理水（流体）
３ａ処理水（流体）
５処理容器
６光触媒フィルタユニット
５１流入口
５２流出口
６１光触媒フィルタ
６１ａフィルタ本体
６１ｂ光触媒材

Claims

ＴｉＯ_２光触媒粉末に、この光触媒粉末１００部に対して１〜１０部の割合で、フラーレン類を添加混合させてなることを特徴とする光触媒材。
ＴｉＯ_２光触媒粉末に、この光触媒粉末１００部に対して１〜１０部の割合で、フラーレン製造過程で副生する炭素材料であって、ＣｕＫα線を使用したＸ線回折測定結果における回折角３〜３０°の範囲内で最も強いピークが回折角１０〜１８°の範囲に存在し且つ回折角２３〜２７°にピークが存在せず、励起波長５１４５Åでのラマンスペクトル結果において、バンドＧ１５９０±２０ｃｍ^−１とバンドＤ１３４０±４０ｃｍ^−１にピークを有し、夫々のバンドのピーク強度をＩ（Ｇ）及びＩ（Ｄ）とした際におけるピーク強度比Ｉ（Ｄ）／Ｉ（Ｇ）が０．４〜１．０である炭素材料を添加混合させてなることを特徴とする光触媒材。
ＴｉＯ_２光触媒粉末に、この光触媒粉末１００部に対して１〜１０部の割合で、フラーレン類及び請求項２に記載する炭素材料を添加混合させてなることを特徴とする光触媒材。
フラーレン類が化学式Ｃ_２ｎ（ｎは３０以上の整数）で表される閉核構造を有するフラーレンであることを特徴とする、請求項１又は請求項３に記載する光触媒材。
フラーレン類が２００〜４００℃で酸化熱処理されたものであることを特徴とする、請求項１、請求項３又は請求項４に記載する光触媒材。
炭素材料が２００〜４００℃で酸化熱処理されたものであることを特徴とする、請求項２又は請求項３に記載する光触媒材。
請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５又は請求項６に記載する光触媒材を、流体が通過しうる多孔質構造をなすフィルタ本体に担持させてなることを特徴とする光触媒フィルタ。
フィルタ本体がセラミックスで構成されたものであることを特徴とする、請求項７に記載する光触媒フィルタ。
請求項７又は請求項８に記載する光触媒フィルタと光触媒材を励起する光照射器とを具備してなることを特徴とする光触媒フィルタユニット。
請求項９に記載する光触媒フィルタユニットと、流体の流入出口を有して当該ユニットの光触媒フィルタを内装する処理容器とを具備して、流入口から流入した流体が、当該ユニットの光照射器により光照射された状態の光触媒フィルタを通過して流出口から流出するように構成されていることを特徴とする光触媒浄化処理装置。
流入口から流入する流体が水であることを特徴とする、請求項１０に記載する光触媒浄化処理装置。
流入口から流入する流体が、メカニカルシールから排出されたクエンチング水又はフラッシシング水であることを特徴とする、請求項１０に記載する光触媒浄化処理装置。