JP2007050402A - 流体浄化システムと流体を浄化するための方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】流体浄化システムと、流体を浄化するための方法とを提供すること
【解決手段】流体浄化システム（２）は、処理される流体を受けるためのリアクターユニット（２１）と、リアクターユニット中に配置され、かつ第１の有機ポリマーからなる第１のファイバー成分と第２の有機ポリマー並びに光触媒粒子からなる第２のファイバー成分とを含んでいる光触媒ユニット（２３）と、光ユニット（２２）とを有している。流体を浄化するための方法は、１ないし８０ｍｍの長さを有し、かつ第１のファイバー成分と第２のファイバー成分とを有している複合ファイバーを準備することと、リアクターユニット内の流体中に複合ファイバーを加えることと、リアクターユニット内の流体中に浮遊している複合ファイバーを照射することとを有している。
【選択図】 図８
【解決手段】流体浄化システム（２）は、処理される流体を受けるためのリアクターユニット（２１）と、リアクターユニット中に配置され、かつ第１の有機ポリマーからなる第１のファイバー成分と第２の有機ポリマー並びに光触媒粒子からなる第２のファイバー成分とを含んでいる光触媒ユニット（２３）と、光ユニット（２２）とを有している。流体を浄化するための方法は、１ないし８０ｍｍの長さを有し、かつ第１のファイバー成分と第２のファイバー成分とを有している複合ファイバーを準備することと、リアクターユニット内の流体中に複合ファイバーを加えることと、リアクターユニット内の流体中に浮遊している複合ファイバーを照射することとを有している。
【選択図】 図８
Description
本発明は、流体浄化システムと流体を浄化するための方法とに関する。より詳細には、本発明は、複合ファイバーから
本出願は２００５年８月１２付けの台湾出願第０９４１２７５３４号並びに０９４１２７５３５号の優先権を主張している。
近年、光触媒の抗菌、防汚、大気浄化、並びに脱臭機能に大きな関心が払われている。上述の機能は、光触媒を紫外線、即ち太陽光にさらすことによって生成される電子並びにホールによって達成される。かくして、生成された電子並びにホールは、近くの酸素並びに水と反応して、スーパーオキシド・アニオンとヒドロキシル・ラジカルとを生成する。有機物と接触するやいなや、ヒドロキシル・ラジカルは、有機物に酸化力を生じさせ、従って、有機物の分解を引き起こす。
有機物を分解する光触媒の機能に関して、光触媒は、様々な分野で、例えば、流体浄化システムで広く使用されている。従来の流体浄化システムにおいて、光触媒は、代表的に、薄層の形状で、流体浄化システムの壁、若しくはフィルターにコーティングされている。例えば、特許文献１並びに特許文献２が、光触媒でコーティングされた複数のフィンを有したリアクターを開示している。また、特許文献３が、光触媒でコーティングされた複数の撹拌フィンが設けられた撹拌ユニットを有している、紫外線/酸化チタンの光酸化装置を開示している。さらに、光触媒は、実際の必要性に応じて、ガラスビーズ、セラミック、並びにステンレス鋼ビーズのような支持構造体の表面にコーティングされることができる。しかし、反応時間が長くなるにつれて、例えば、コーティングされた光触媒が支持構造体から剥がれたり、紫外線の不十分な吸収により、光触媒の効果が減じられたりするような問題が生じている。さらに、コーティングされた光触媒の剥離は、水質浄化システムにとって非常に深刻である。ファイバー若しくは織物のような可撓性の支持材に光触媒をコーティングする試みがなされているが、剥離の問題が依然としてある。従って、コーティングされた光触媒が支持材から剥がれるのを防止する必要がある。
一方、最良の光触媒の効果を得るために、排水中の有機物を分解するために、水質浄化装置内の排水中に光触媒粒子を直接加えるという試みがなされている。例えば、特許文献４並びに特許文献５が、汚染流体を処理するためのシステムを開示している。このシステムは、汚染流体と光触媒粒子とを受けるためのリアクタータンクを有している。市販の光触媒の流径が、数十ないし数百ナノメーターであるので、排水を光触媒反応させた後に、フィルターを使用して、処理水から光触媒を分離させる必要がある。しかし、光触媒粒子は、濾過中に、フィルターの孔を詰まらせ得る。この結果、新しいフィルターと交換するために、反応が停止される必要がある。このように、製造コストがかなり高くなり、洗浄効果が減じられる。従って、本分野において、フィルターが、光触媒粒子によってブロックされるのを防止する必要性がある。
ＵＳ５，７９０，９３４
ＵＳ６，０６３，３４３
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従って、本発明の目的は、従来技術の上記の欠点を克服し得る流体浄化システムと、流体を浄化するための方法とを提供することである。
本発明の一態様において、流体浄化システムは、処理される流体を受けるためのリアクターユニットと、処理される流体に接触するようにリアクターユニット内に配置され、かつ第１の有機ポリマーからなる第１のファイバー成分と第２の有機ポリマー並びに光触媒粒子からなる第２のファイバー成分とを有している複合ファイバーを含んでいる光触媒ユニットと、光触媒粒子を活性化させるために光触媒を照射するための光ユニットとを有している。
本発明の他の態様において、流体を浄化するための方法は、１ないし８０ｍｍの長さを有し、かつ第１の有機ポリマーからなる第１のファイバー成分と第２の有機ポリマー並びに光触媒粒子からなる第２のファイバー成分とを含んでいる複合ファイバーを準備することと、この複合ファイバーが、流体中で自由に浮遊されるように、リアクターユニット内の流体に複合ファイバーを加えることと、リアクターユニット内の流体中に浮遊されている複合ファイバーを照射することとを有している。
本発明の他の特徴並びに効果は、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態の以下の詳細な説明で明らかになるであろう。
本発明に従った複合ファイバーは、第１の有機ポリマーからなる第１のファイバー成分と、第２の有機ポリマーと光触媒粒子とからなる第２のファイバー成分とを有している。光触媒粒子は、第２の有機ポリマー中に分散されている。
前記第１の有機ポリマーと第２の有機ポリマーとは、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリエチレン、ポリオレフィン、ポリアクリラート、ポリビニルアルコール、塩化ポリエチレン、フッ化ポリエチレン、ポリスチレン、並びにこれらの組合せからなるグループから夫々別々に選択されている。例えば、フルオロポリマー、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、並びにポリスチレンのような、十分な光透過率を有する光学ポリマーが、第１の有機ポリマー、並びに第２の有機ポリマーとして使用された場合、光触媒の活性は、向上されることができる。好ましくは、第１の有機ポリマーと第２の有機ポリマーとは、ポリエチレンテレフタレート、若しくはポリメチルメタクリレート(PMMA)である。
図１は、本発明に従った複合ファイバー１の好ましい第１の実施形態を示している。この実施形態において、前記第１のファイバー成分１１と第２のファイバー成分１２とは、並列配列で同時押出し成形されている。第１のファイバー成分１１は、体積で２０ないし８０％(vol%)存在し、第２のファイバー成分１２は、体積で２０ないし８０％存在している。好ましくは、第１のファイバー成分１１と第２のファイバー成分１２との各々は、体積で５０％存在している。
図２は、本発明に従った複合ファイバー１の好ましい第２の実施形態を示している。この実施形態において、第１のファイバー成分１１と第２のファイバー成分１２とは、コアとシースとの配列で同時押出し成形されている。第１のファイバー成分１１は、コア部分を形成し、第２のファイバー成分１２は、シース部分を形成している。第１のファイバー成分１１は、体積で４０ないし９０％存在し、第２のファイバー成分１２は、体積で１０ないし６０％存在している。好ましくは、第１のファイバー成分１１は、体積で７０ないし９０％存在し、第２のファイバー成分１２は、体積で１０ないし３０％存在している。上述された範囲は、一例であって、本発明の範囲を限定すると解釈されるべきでない。詳細には、第２のファイバー成分１２の量は、第１のファイバー成分１１の表面エリアを完全にカバーするのに十分な量である。
さらに、使用される光触媒は、ＴｉＯ２、ＺｎＯ、ＳｎＯ、ＷＯ、Ｆｅ２Ｏ３のような市販品である。光触媒粒子の直径は、実際の必要性に応じて変更されることができる。第２の有機ポリマー中に分散されている光触媒は、アナターゼクリスタルの形態の二酸化チタンであることが好ましい。光触媒の直径は、１０ｎｍないし９００ｎｍ、好ましくは１０ｎｍないし５００ｎｍ、より好ましくは１０ｎｍないし２００ｎｍ、最も好ましくは１０ｎｍないし１００ｎｍである。
本発明に従った複合ファイバー１の断面の直径、長さ、並びに形状は、実際の必要性に応じて変更されることができる。複合ファイバー１の断面の直径は、５μｍないし２ｍｍ、好ましくは１０ないし１００μｍである。また、複合ファイバー１の長さは、１ｍｍないし８０ｍｍである。
図３ないし７に示されているように、前記複合ファイバーは、さらに、ファイバーバンドル、バルキーファイバー(bulky fibers)、織物、不織物、並びにブレードファイバー(braided fiber)のようなファイバー集合体に処理されることができる。
前記ファイバーバンドルは、複合ファイバーを集合、固定、そして切断することによって形成されている。バルキーファイバーは、複合ファイバーを捲縮、集合、固定、そして切断することによって形成されている。不織物は、開成工程、カーディング工程、ラッピング工程、並びに圧密工程を経て製造されている。かくして、形成された不織物は、図６に示されたもののような、比較的丈夫な不織物を得るために、さらに構造的に補強、例えば、結合され、次に、所望のディメンションに切断されることができる。ブレードファイバーは、編み工程と切断工程とによって製造されることができる。
図８は、本発明に従った流体浄化装置、即ち水質浄化装置２の好ましい第１の実施形態を示している。この水質浄化装置２は、処理される排水を受けるためのリアクターユニット２１と、処理される排水に接触するようにこのリアクターユニット２１内に位置され、かつ本発明の複合ファイバー２３１を含んでいる光触媒ユニット２３と、光触媒粒子を活性化させるために、この光触媒ユニット２３を照射するための複数の光ユニット２２とを有している。
前記リアクターユニット２１は、入口２１１と出口２１２とを有している。前記光ユニット２２は、紫外線ランプ２２１を有し、また、リアクターユニット２１の両側に夫々配置されている。前記光触媒ユニット２３の複合ファイバー２３１は、リアクターユニット２１内で自由に浮遊されている。
この水質浄化装置２は、さらに、前記リアクターユニット２１内の排水を撹拌させ、従って排水と複合ファイバー２３１との接触を向上させるための撹拌ユニット２４を、前記入口２１１近くに有している。さらに、水質浄化装置２は、前記出口２１２への処理水の排出の前に、処理水から複合ファイバーを分離させるためのフィルター２５をさらに有している。
動作において、浄化される排水が、入口２１１を通ってリアクターユニット２１中に入れられ、光触媒ユニット２３の複合ファイバー２３１に接触する。前記光ユニット２２によって発生される紫外線が、リアクターユニット２１中に案内され、複合ファイバー２３１の光触媒を活性化させる。反応後に、浄化水が、前記フィルター２５によって複合ファイバー２３１から分離され、出口２１２を通ってリアクターユニット２１から排出される。
図９は、本発明に従った流体浄化装置、即ち水質浄化装置の好ましい第２の実施形態を示している。この水質浄化装置は、処理される排水を受けるためのリアクターユニット３１と、処理される排水に接触するようにリアクターユニット３１内に位置され、後述される実施例２から得られるファイバーバンドル３３１（図１０を見よ）を含み、かつ光触媒を収容しているファイバーユニット３３と、光触媒粒子を活性化するための、光触媒を収容しているファイバーユニット３３を照射するための光ユニット３２とを有している。
前記リアクターユニット３１は、入口３１１と出口３１２とを有している。前記光ユニット３２は、リアクターユニット３１の両側に配置された複数の紫外線ランプ３２１を有している。図１０に示されているように、複数のファイバーバンドル３３１が、互いに並行にリアクターユニット３１内に位置され、かつ、ファイバーバンドル３３１の両側に樹脂を塗布することによって一緒にまとめられている。光触媒を収容しているファイバーユニット３３は、光ユニット３２の紫外線ランプ３２１から照射される光を、光触媒を含んでいるファイバーユニット３３のファイバーバンドル３３１中へと案内するような導光面３３３を、ファイバーバンドル３３１の両側に設けている。
前記水質浄化装置３は、さらに、前記リアクターユニット３１内の排水を撹拌させるための撹拌ユニット３４を、前記入口３１１近くに有している。
光触媒を含んだ複合ファイバーは、清浄な空気、若しくは水に使用されることができる。本発明において、水は、説明のための一例として使用されている。
実施例１
第１の成分としての、体積で７０％のポリエチレンテレフタレートと、第２の成分としての、ポリエチレンテレフタレート並びにＴｉＯ２（９９：１重量％）の体積で３０％の混合物とが、直径０．２ｍｍの複合ファイバーを得るために複合紡績工程(bicomponent spinning process)にかけられた。かくして、形成された複合ファイバーは、５ｍｍの長さに切断された。
第１の成分としての、体積で７０％のポリエチレンテレフタレートと、第２の成分としての、ポリエチレンテレフタレート並びにＴｉＯ２（９９：１重量％）の体積で３０％の混合物とが、直径０．２ｍｍの複合ファイバーを得るために複合紡績工程(bicomponent spinning process)にかけられた。かくして、形成された複合ファイバーは、５ｍｍの長さに切断された。
かくして、得られた複合ファイバーは、次に、２０ｍｌの１０ｐｐｍのメチレンブルー溶液中に分散され、メチレンブルー溶液の色の変化を観察するために、紫外線で照射された。反応の１８時間後に、メチレンブルー溶液の色は、青から無色に変わった。本発明の複合ファイバーが、光触媒の効果を示していることは明らかである。
実施例２
第１の成分としての、体積で８０％のポリメチルメタクリレートと、第２の成分としての、ポリメチルメタクリレート並びに酸化チタン（９９：１重量％）の、体積で２０％の混合物とが、直径０．２ｍｍの複合ファイバーを得るために、複合紡績工程にかけられた。かくして、得られた複合ファイバーは、長さ１０ｃｍのファイバーバンドルを形成するために、束ね工程と切断工程とにかけられた。
第１の成分としての、体積で８０％のポリメチルメタクリレートと、第２の成分としての、ポリメチルメタクリレート並びに酸化チタン（９９：１重量％）の、体積で２０％の混合物とが、直径０．２ｍｍの複合ファイバーを得るために、複合紡績工程にかけられた。かくして、得られた複合ファイバーは、長さ１０ｃｍのファイバーバンドルを形成するために、束ね工程と切断工程とにかけられた。
かくして、得られた複合ファイバーは、次に、２０ｍｌの１０ｐｐｍのメチレンブルー溶液中に分散され、メチレンブルー溶液の色の変化を観察するために紫外線で放射された。反応の２０時間後、メチレンブルー溶液の色は、ブルーから無色に変わった。本発明の複合ファイバーが、光触媒の効果を示したことは明らかである。
本発明の複合ファイバーの第２のファイバー成分が、最初に、光触媒と第２の有機ポリマーとを混合させ、次に、この混合物を押出し成形することによって成形されているので、廃水処理の間の、従来技術に関連し、前述された剥離の課題は解消されることができる。
本発明は、最も現実的で好ましい実施形態と考えられるものに関連して説明されており、本発明が、開示された実施形態に限定されず、最も広い解釈の精神並びに範囲内に含まれる様々なアレンジと、同等のアレンジとを補うことが意図されている。
１，２３１・・・複合ファイバー、２，３・・・流体浄化システム、１１・・・第１のファイバー成分、１２・・・第２のファイバー成分、２１，３１・・・リアクターユニット、２２，３２・・・光ユニット、２３，３３・・・光触媒ユニット
Claims (19)
- 処理される流体を受けるためのリアクターユニット（２１，３１）と、
前記処理される流体に接触するように前記リアクターユニット（２１，３１）内に位置され、かつ、第１の有機ポリマーからなる第１のファイバー成分（１１）と、第２の有機ポリマーと光触媒粒子とからなる第２のファイバー成分（１２）とを有している複合ファイバー（１，２３１）を含んでいる光触媒ユニット（２３，３３）と、
前記光触媒粒子を活性化させるために、前記光触媒ユニット（２３，３３）を照射するための光ユニット（２２，３２）とによって特徴付けられている流体浄化システム（２，３）。 - 前記リアクターユニット（２１，３１）内の前記流体を撹拌させるための撹拌ユニット（２４，３４）をさらに具備していることを特徴とする請求項１の流体浄化システム。（２，３）
- 前記リアクターユニット（２１）内に位置され、前記流体を前記光触媒ユニット（２３）から分離させるための濾過ユニット（２５）をさらに具備していることを特徴とする請求項１もしくは２の流体浄化システム（２）。
- 前記複合ファイバー（１）は、前記リアクターユニット（２１）内の前記流体中で自由に浮遊されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１の流体浄化システム（２）。
- 前記複合ファイバーは、複数のファイバーバンドル（３３１）の形態であり、これらファイバーバンドル（３３１）は、互いに並行に配置されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１の流体浄化システム（３）。
- 前記光触媒粒子は、前記第２の有機ポリマー中に分散されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１の流体浄化システム（２，３）。
- 前記第１のファイバー成分（１１）と前記第２のファイバー成分（１２）とは、並列配列で同時押出し成形されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１の流体浄化システム（２，３）。
- 前記第１のファイバー成分（１１）と前記第２のファイバー成分（１２）とは、コアとシースとの配列で同時押出し成形されていることを特徴とする請求項１ないし６の流体浄化システム（２，３）。
- 前記第１の有機ポリマーと前記第２の有機ポリマーとは、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリオレフィン、ポリアクリラート、ポリビニルアルコール、塩化ポリエチレン、フッ化ポリエチレン、ポリスチレン、並びにこれらの組合せからなるグループから夫々別々に選択されていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１の流体浄化システム（２，３）。
- 前記第１の有機ポリマーと前記第２の有機ポリマーとは、ポリエチレンテレフタレートであることを特徴とする請求項９の流体浄化システム（２，３）。
- 前記第１の有機ポリマーと前記第２の有機ポリマーとは、ポリメチルメタクリレート(PMMA)であることを特徴とする請求項９の流体浄化システム（２，３）。
- 前記光触媒粒子は、前記第２のファイバー成分の０．５ないし８重量％存在していることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１の流体浄化システム（２，３）。
- 前記光触媒粒子は、酸化チタンであることを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか１の流体浄化システム（２，３）。
- 前記光触媒粒子の直径は、１０ｎｍないし１００ｎｍであることを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか１の流体浄化システム（２，３）。
- 前記複合ファイバー（１，２３１）は、５μｍないし２ｍｍの直径を有していることを特徴とする請求項１ないし１４のいずれか１の流体浄化システム（２，３）。
- １ないし８０ｍｍの長さを有し、かつ第１の有機ポリマーからなる第１のファイバー成分（１１）と、第２の有機ポリマーと光触媒粒子とからなる第２のファイバー成分（１２）とを含んでいる複合ファイバー（１，２３１）を準備することと、
この複合ファイバー（１，２３１）が、流体中で自由に浮遊されるように、リアクターユニット（２１）内の前記流体中に、前記複合ファイバー（１，２３１）を加えることと、
前記リアクターユニット（２１）内の流体中で浮遊されている前記複合ファイバー（１，２３１）を照射することとによって特徴付けられている、流体を浄化するための方法。 - 前記光触媒粒子は、前記第２の有機ポリマー中に分散されていることを特徴とする請求項１６の方法。
- 前記第１のファイバー成分（１１）と前記第２のファイバー成分とは、並列配列で同時押出し成形されていることを特徴とする請求項１６もしくは１７の方法。
- 前記第１のファイバー成分（１１）と前記第２のファイバー成分（１２）とは、コアとシースとの配列で同時押出し成形されていることを特徴とする請求項１６の方法。
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