JP2008049272A

JP2008049272A - ウイルス分解処理装置及びその分解処理方法

Info

Publication number: JP2008049272A
Application number: JP2006228502A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Yamaoka; 裕幸山岡; Teruaki Fujii; 輝昭藤井; Tatsumi Tano; 龍海田野
Original assignee: Ube Industries Ltd
Current assignee: Ube Corp
Priority date: 2006-08-25
Filing date: 2006-08-25
Publication date: 2008-03-06

Abstract

【課題】光触媒を利用して水中に含まれるウイルスを効果的に分解処理することが可能で、さらに長期使用しても効果が持続する水中のウイルス分解処理装置及び分解処理方法を提供することである。
【解決手段】水中に含まれるウイルスを分解処理するウイルス分解処理装置において、前記水が流動可能な流動路２と、前記水の流動方向に交わる面を有するように、該流動方向に所定の間隔をおいて前記流動路内に二以上並列させて設けられたフィルタ部材５と、を備え、前記フィルタ部材５は、シリカ成分を主体とする酸化物相（第１相）とチタンを含む金属酸化物相（第２相）との複合酸化物相からなる繊維であって、第２相を構成する金属酸化物のチタンの存在割合が繊維の表層に向かって傾斜的に増大しており、光触媒機能を有するシリカ基複合酸化物繊維の不織布から形成されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、光触媒に活性光線を照射させて、発生したラジカルによって、水中のウイルスを分解処理するウイルス分解処理装置及びその分解処理方法に関する。

近年、日本の水産業は、その漁獲量の多くを養殖に依存している。これに伴い、養殖漁業において、養殖魚介類のウイルス病の発生が大きな問題となっている。例えば、日本のクルマエビ養殖漁業は、１９８０年代に著しく発展し、生産額２００億円の産業にまで成長したが、生産量の増大に伴ってウイルス病や細菌病が発生しはじめ、大きな経済的被害をもたらした。近年においては、中国から輸入したクルマエビの種苗とともに持ち込まれたウイルスによるホワイトスポット病が全国的に拡大し、甚大な被害をもたらしている。

一方、近年、薬剤に依存しない安全・安心な養殖業が求められ、種苗生産や養殖場においては、薬剤に替わる新しい疾病対策が模索されており、例えば、低圧水銀ランプを用いた紫外線消毒が行われている。しかしながら、紫外線消毒は、ウイルスの遺伝子を損傷させるために有効であると考えられているが、紫外線照射によってＤＮＡ損傷が生じるとしても、正常なＤＮＡと損傷したＤＮＡがＰＣＲ法によって識別できないと報告されている。このため、ウイルス感染有無の判別が非常に困難となる。

こうした状況の中で、特許文献１のように光触媒を用いたウイルスの分解処理が提案されている。光触媒（主としてチタニア）の原理は、以下の通りである。光（主として紫外線）の照射によって励起し、価電子帯の電子が伝導帯へと移動する。このときチタニアの価電子帯には、正孔（ホール）が生成する。この正孔は、チタニア周囲の水から電子を奪うことにより強力な酸化力を持ったＯＨラジカルを代表とする活性酸素種を生成する。この活性酸素種が様々な有機物を酸化分解する能力を有しており、この光触媒の能力を利用すれば、ウイルスを酸化分解することが可能であり、ＤＮＡそのものも酸化分解できることから、上記紫外線消毒のようにＰＣＲ検査においてＤＮＡが検出されることを防ぐことが可能である。

特開２００４−１３０１９６号

しかしながら、励起した光触媒から生成する活性酸素種の寿命は極めて短時間であり、これら活性酸素種は、光触媒表面上にしか存在しない。したがって、光触媒を用いて水中のウイルスを効果的に分解処理するためには、ウイルスを含んだ水を光触媒に効果的に接触させることが必要である。また、水中で光触媒を用いるためには、光触媒コーティング膜の剥がれや脱落などの耐久性が大きな問題となる。特許文献１に記載されているものは、紫外線ランプの周囲に、イオンプレーティングによりＳＵＳ波箔表面をチタン被覆して円筒状にした光触媒装置を利用しており、ウイルスを含んだ水の大部分は光触媒に接触することなく通過するため、水中のウイルスを効果的に分解処理できない。また、チタン被覆した光触媒の耐久性に関する問題も残されている。

そこで、本発明は、光触媒を利用して水中に含まれるウイルスを効果的に分解処理することが可能で、さらに長期使用しても効果が持続する水中のウイルス分解処理装置及び分解処理方法を提供することを目的とする。

以上の目的を達成するため、本発明は、水中に含まれるウイルスを分解処理するウイルス分解処理装置において、前記水が流動可能な流動路と、前記水の流動方向に交わる面を有するように、該流動方向に所定の間隔をおいて前記流動路内に二以上並列させて設けられたフィルタ部材と、を備え、前記フィルタ部材は、シリカ成分を主体とする酸化物相（第１相）とチタンを含む金属酸化物相（第２相）との複合酸化物相からなる繊維であって、第２相を構成する金属酸化物のチタンの存在割合が繊維の表層に向かって傾斜的に増大しており、光触媒機能を有するシリカ基複合酸化物繊維の不織布から形成されていることを特徴とする。

また、本発明は、水中に含まれるウイルスを分解処理するウイルス分解処理方法において、シリカ成分を主体とする酸化物相（第１相）とチタンを含む金属酸化物相（第２相）との複合酸化物相からなる繊維であって、第２相を構成する金属酸化物のチタンの存在割合が繊維の表層に向かって傾斜的に増大しており、光触媒機能を有するシリカ基複合酸化物繊維の不織布から形成され、ウイルスが含まれている水の流動方向に沿って所定の間隔をおいて二以上並列させて設けられたフィルタ部材に、前記光触媒を活性化させる活性光線を照射するとともに、前記水を流動させて水に含まれているウイルスと前記光触媒を接触させることによって、ウイルスを分解処理することを特徴とする。

本発明に係るウイルス分解処理装置及びその分解処理方法において、フィルタ部材を構成する不織布は、繊維一本一本がある程度の空隙を有して分散した構造になっているため、流動する水がその隙間を通り、その水中のウイルスと光触媒との接触面積が非常に大きくなる。また、本発明に係るウイルス分解処理装置及びその分解処理方法において、光触媒が含まれたフィルタ部材は、繊維状となっているので、光触媒が剥がれたり、脱落することはなく、耐久性に優れている。

以上のように、本発明によれば、光触媒を利用して水中に含まれるウイルスを効果的に分解処理することが可能で、さらに長期使用しても効果が持続する水中のウイルス分解処理装置及び分解処理方法を提供することができる。

本発明に係るウイルス分解処理装置は、前記フィルタ部材に前記光触媒を活性化させる活性光線を照射させる活性光線照射部をさらに備えていることが好ましく、この活性光線照射部は、前記フィルタ部材の併設方向に亘って設けられていることが好ましい。前記活性光線としては、紫外線などがある。

また、本発明に係るウイルス分解処理装置において、前記フィルタ部材は、円錐状、中空円錐台状又は円盤状に形成されていることが好ましく、前記フィルタ部材は、枠体内に二以上設けられ、該枠体が前記流動路内に脱着自在に設けられていることが好ましい。

さらに、本発明に係るウイルス分解処理装置において、前記フィルタ部材は、表面と裏面を貫通する開口部を少なくとも１個有することが好ましく、前記フィルタ部材は、前記流動方向に対して垂直方向に交わるように設けられていることが好ましい。

前記フィルタ部材の繊維全体に対する第１相の存在割合は、９８〜４０重量％、第２相の存在割合が２〜６０重量％であることが好ましく、前記フィルタ部材の第２相を構成する金属酸化物のチタンの存在割合の傾斜は、繊維表面から５〜５００ｎｍの深さで存在することが好ましい。また、前記フィルタ部材の第２相の金属酸化物がチタニアであり、その結晶粒径が１５ｎｍ以下であることが好ましい。

光触媒（主としてチタニア）の原理は、上述のように、光（主として紫外線）の照射により励起し、価電子帯の電子が伝導帯へと移動する。このときチタニアの価電子帯には、正孔（ホール）が生成する。この正孔は、チタニア周囲の水から電子を奪うことにより強力な酸化力を持ったＯＨラジカルを代表とする活性酸素種を生成する。この活性酸素種は、ウイルスに対して極めて有効であり、本発明に係るウイルス分解処理装置を用いることによって、ウイルスが完全分解され、ＤＮＡそのものを酸化分解するため、例えば、魚介類の養殖に本発明に係るウイルス分解処理装置を利用することによって、魚介類へのウイルスの感染を効果的に防止するだけでなく、紫外線消毒のように、ＰＣＲ検査においてＤＮＡが検出されることを防ぐことが可能であり、感染の有無を明確に識別することも可能となる。

本発明に係るウイルス分解処理装置のフィルタ部材において、シリカ成分を主体とする酸化物相（第１相）とは、非晶質であっても結晶質であっても良く、またシリカと固溶体あるいは共融点化合物を形成し得る金属元素あるいは金属酸化物を含有しても良い。シリカと固溶体を形成し得る金属元素（A）あるいはその酸化物がシリカと特定組成の化合物を形成し得る金属元素（B）としては特に限定されるものではないが、例えば（A）としてチタン、また（B）としてアルミニウム、ジルコニウム、イットリウム、リチウム、ナトリウム、バリウム、カルシウム、ホウ素、亜鉛、ニッケル、マンガン、マグネシウム、鉄等があげられる。

この第１相は、本発明で得られる繊維の内部相を形成しており、力学的特性を負担する重要な役割を演じている。繊維全体に対する第１相の存在割合は９８〜４０重量％であることが好ましく、目的とする第２相の機能を十分に発現させ、なお且つ高い力学的特性をも発現させるためには、第１相の存在割合を５０〜９５重量％の範囲内に制御することが好ましい。

一方、第２相を構成するチタニアは、本発明に係るウイルス分解処理装置においては、目的とする光触媒機能を発現させる上で重要な役割を演じるものである。金属酸化物相を構成する金属としては、チタンがあげられる。この金属酸化物は、単体でも良いし、その共融点化合物やある特定元素により置換型の固溶体を形成したものでも良い。この繊維の表層部を構成する第２相の存在割合は、２〜６０重量％が好ましく、その機能を十分に発現させ、また高強度をも同時に発現させるには５〜５０重量％の範囲内に制御することが好ましい。また、第２相のチタンを含む金属酸化物の結晶粒径は１５ｎｍ以下、特に１０ｎｍ以下が好ましい。

この第２相を構成する金属酸化物のチタンの存在割合は、繊維の表面に向かって傾斜的に増大しており、その組成の傾斜が明らかに認められる領域の厚さは５〜５００ｎｍの範囲に制御することが好ましいが、繊維直径の約１／３に及んでも良い。尚、本発明において、第１相及び第２相の「存在割合」とは、第１相を構成する金属酸化物と第２相を構成する金属酸化物全体、即ち繊維全体に対する第１相の金属酸化物及び第２相の金属酸化物の重量％を意味している。

また、本発明に係るウイルス分解処理装置に用いられるフィルタ部材は、光触媒機能を有すると同時に優れた耐熱性を有している。例えば、加熱空気中に１時間保持した後に元の繊維強度の９０％以上残存する温度が１０００℃である。

次に、本発明に係るウイルス分解処理装置に用いられるフィルタ部材の製造方法について説明する。このフィルタ部材は、以下の第１工程乃至第４工程に示すように、主として化１で表される主鎖骨格を有する数平均分子量が２００〜１０，０００のポリカルボシランを、チタンを含む有機金属化合物で修飾した構造を有する変性ポリカルボシラン、或いは変性ポリカルボシランとチタンを含む有機金属化合物との混合物を溶融紡糸し、不融化処理後、空気中又は酸素中で焼成することにより、シリカ基複合酸化物繊維を製造することができる。

第１工程は、シリカ基複合酸化物繊維を製造するための出発原料として使用する数平均分子量が１，０００〜５０，０００の変性ポリカルボシランを製造する工程である。上記変性ポリカルボシランの基本的な製造方法は、特開昭５６−７４１２６号に極めて類似しているが、本発明においては、その中に記載されている官能基の結合状態を注意深く制御する必要がある。これについて以下に概説する。

出発原料である変性ポリカルボシランは、主として化２で表される主鎖骨格を有する数平均分子量が２００〜１０，０００のポリカルボシランと、一般式、Ｍ（ＯＲ‘）ｎ或いはＭＲ’’ｍ（Ｍは少なくともチタン、Ｒ’は炭素原子数１〜２０個を有するアルキル基またはフェニル基、Ｒ”はアセチルアセトナート、ｍとｎは１より大きい整数）を基本構造とするチタンを含む有機金属化合物（以下、単に有機金属化合物という）とから誘導されるものである。

ここで、本発明の傾斜組成を有する繊維を製造するには、上記有機金属化合物の一部のみがポリカルボシランと結合を形成する緩慢な反応条件を選択する必要がある。その為には２８０℃以下、好ましくは２５０℃以下の温度で不活性ガス中で反応させる必要がある。この反応条件では、上記有機金属化合物はポリカルボシランと反応したとしても、１官能性重合体として結合（即ちペンダント状に結合）しており、大幅な分子量の増大は起こらない。この有機金属化合物が一部結合した変性ポリカルボシランは、ポリカルボシランと有機金属化合物の相溶性を向上させる上で重要な役割を演じる。

なお、２官能以上の多くの官能基が結合した場合は、ポリカルボシランの橋掛け構造が形成されると共に顕著な分子量の増大が認められる。この場合は、反応中に急激な発熱と溶融粘度の上昇が起こる。一方、上記１官能しか反応せず未反応の有機金属化合物が残存している場合は、逆に溶融粘度の低下が観察される。

本発明では、未反応の有機金属化合物を意図的に残存させる条件を選択することが望ましい。本発明では、主として上記変性ポリカルボシランと未反応状態の有機金属化合物或いは２〜３量体程度の有機金属化合物が共存したものを出発原料として用いるが、変性ポリカルボシランのみでも、極めて低分子量の変性ポリカルボシラン成分が含まれる場合は、同様に本発明の出発原料として使用できる。

第２工程においては、前記第１工程で得られた変性ポリカルボシラン、或いは変性ポリカルボシランと低分子量の有機金属化合物の混合物（以下前駆体ポリマーという）を溶融させて紡糸原液を造り、場合によってはこれをろ過してミクロゲル、不純物等の紡糸に際して有害となる物質を除去し、これを通常用いられる合成繊維紡糸用装置により紡糸する。紡糸する際の紡糸原液の温度は原料の変性ポリカルボシランの軟化温度によって異なるが、５０〜２００℃の温度範囲が有利である。上記紡糸装置において、必要に応じてノズル下部に加湿加熱筒を設けても良い。尚、繊維径は、ノズルからの吐出量と紡糸機下部に設置された高速巻き取り装置の巻き取り速度を変えることにより調整される。また、メルトブロー法あるいはスパンボンド法により、ノズルから吐出した繊維を巻き取らずに直接不織布形状に成型してもよい。

第２工程は、前記溶融紡糸の他に、前記第１工程で得られた前駆体ポリマーを、例えばベンゼン、トルエン、キシレンあるいはその他該変性ポリカルボシランと低分子量有機金属化合物を溶融することのできる溶媒に溶解させ、紡糸原液を造り、場合によってはこれをろ過してマクロゲル、不純物等紡糸に際して有害な物質を除去した後、前記紡糸原液を通常用いられる合成繊維紡糸装置により乾式紡糸法により紡糸し、巻き取り速度を制御して目的とする繊維を得ることができる。

これらの紡糸工程において、必要ならば、紡糸装置に紡糸筒を取り付け、その筒内の雰囲気を前記溶媒のうち少なくとも１つの気体との混合雰囲気とするか、或いは空気、不活性ガス、熱空気、熱不活性ガス、スチーム、アンモニアガス、炭化水素ガス、有機ケイ素化合物ガスの雰囲気とすることにより、紡糸筒中の繊維の固化を制御することができる。

第３工程においては、前記紡糸繊維を酸化雰囲気中で、張力または無張力の作用の下で予備加熱を行い、前記紡糸繊維の不融化を行う。この工程は、後工程の焼成の際に繊維が溶融せず、且つ隣接繊維と接着しないことを目的として行うものである。処理温度並びに処理時間は、組成により異なり、特に規定しないが、一般に５０〜４００℃の範囲内で、数時間〜３０時間の処理上条件が選択される。また、上記酸化雰囲気中には、水分、窒素酸化物、オゾン等、紡糸繊維の酸化力を高めるものが含まれていても良く、酸素分圧を意図的に変えても良い。

ところで、原料中に含まれる低分子量物の割合によっては、紡糸繊維の軟化温度が５０℃を下回る場合もあり、その場合は、あらかじめ上記処理温度よりも低い温度で、繊維表面の酸化を促進する処理を施す場合もある。尚、同第３工程並びに第２工程の際に、原料中に含まれている低分子量化合物の繊維表面へのブリードアウトが進行し、目的とする傾斜組成の下地が形成されるものと考えている。

第４工程においては、前記不融化した繊維を、張力または無張力下で、５００〜１８００℃の温度範囲で酸化雰囲気中において焼成し、目的とする、シリカ成分を主体とする酸化物相（第１相）とチタンを含む金属酸化物相（第２相）との複合酸化物相からなり、表層に向かって第２相を構成する金属酸化物のチタンの存在割合が傾斜的に増大するシリカ基複合酸化物繊維を得る。この工程において、不融化繊維中に含まれる有機物成分は基本的には酸化されるが、選択する条件によっては、炭素や炭化物として繊維中に残存する場合もある。このような状態でも、目的とする機能に支障を来さない場合はそのまま使用されるが、支障を来す場合は、更なる酸化処理が施される。その際、目的とする傾斜組成並びに結晶構造に問題が生じない温度、処理時間が選択されなければならない。

本発明においては、上記製法により得られた光触媒機能を有するシリカ基複合酸化物繊維を短繊維にした後、ニードルパンチを行うことにより不織布とする。不織布の目付けや厚みについては特に限定は無いが通常、目付けが５０〜５００ｇ／ｍ^２、厚みが０．５〜２０ｍｍのものが用いられるが、必要に応じてこの不織布を必要な厚みになるように積層しても良い。

また、本発明において、シリカ基複合酸化物繊維の不織布は、メルトブロー法を用いて、前記前駆体ポリマーを溶融し、溶融物を紡糸ノズルから吐出すると共に、前記紡糸ノズルの周囲から加熱窒素ガスを噴出させて紡糸し、紡糸ノズルの下部に配置した受器に紡糸繊維を捕集することにより不織布を形成させ、次いで、該不織布を不融化処理後、酸化雰囲気中で焼成することにより製造することができる。

紡糸ノズルの直径は通常１００〜５００μｍ程度のものを用いる。窒素ガス噴出速度は３０〜３００ｍ／ｓ程度であり、速度が速いほど細い繊維が得られる。また、窒素ガスの加熱温度は、所望の紡糸繊維が得られれば、特に制限はないが、通常５００℃程度に加熱した窒素ガスを噴出させる。従来、一般的なメルトブロー法では、噴出ガスとして空気が用いられているが、前記前駆体ポリマーを紡糸するには窒素を用いる必要がある。噴出ガスとして窒素を用いることにより、安定して紡糸を行うことができる。

また、前記前駆体ポリマーを紡糸し、紡糸ノズルの下部に配置した受器に紡糸繊維を捕集する際、吸引可能な受器を用いて、受器の下側から吸引しながら行うことが好ましい。吸引することにより、繊維が効果的にからまり、高強度の不織布を得ることができる。吸引速度は２〜１０ｍ／ｓ程度の範囲が好ましい。

次に、得られた不織布に上記溶融紡糸の場合と同様の不融化処理及び焼成を行うことにより、本発明に係るウイルス分解処理装置に用いられるシリカ基複合酸化物繊維からなるフィルタ部材を得ることができる。上記メルトブロー法により製造されるシリカ基複合酸化物繊維は、平均直径が１〜２０μｍ、好ましくは、１〜８μｍ、より好ましくは、２〜６μｍと、溶融紡糸法で製造される繊維に比べてより細いものとすることができる。これにより、繊維の表面積も大きくでき、触媒活性が増大する。また、メルトブロー法により製造される不織布は、溶融紡糸法で製造された長さ４０〜５０ｍｍ程度の短繊維をニードルパンチ法で不織布としたものに比べて、繊維が長いものとなる。その結果、不織布は強度が高く（引張強度２Ｎ以上）、フィルタ等に加工する際に、十分なプリーツ加工性を有する。

次いで、上記により得られた不織布を所望の形状に成形し、得られたフィルタ部材を例えば筒状の枠体内に所定の間隔をおいて、二以上並列させて充填することにより、反応容器内に着脱可能な光触媒カートリッジを得ることができる。成形方法については、特に制限はないが、例えばステンレス製の円筒状の金属棒に充填することによって特定の形状に成形することができる。

例えば、本発明に係るウイルス分解処理装置の第１の実施の形態を図１に示す。第１の実施の形態に係るウイルス分解処理装置は、反応容器２と、反応容器２内に設けられたフィルタ部材５と、反応容器２内に設けられ、フィルタ部材５を照射する紫外線ランプ３と、を備えている。

反応容器２は、上端と下端が塞がれた円筒状に形成され、下端面２Ａには、ウイルスが含まれている水を流入させる流入口７が形成され、上端面２Ｂには、反応容器２内を流動した水を流出させる流出口８が形成されている。

フィルタ部材５は、中央頂点に開口が形成された中空円錐台状に成型され、筒状の枠体１０内に５枚所定の間隔をおいて充填されることによって、光触媒カートリッジ１を形成している。枠体１０の外径は、反応容器２の内径と同一に形成され、光触媒カートリッジ１が反応容器２内に着脱可能に収容される。

紫外線ランプ３は、棒状に形成されており、紫外線を透過可能な保護菅４に収容され、全てのフィルタ部材５の開口を通って、反応容器２の中心軸と平行な状態で反応容器２内に収容されている。

第１の実施の形態に係るウイルス分解処理装置において、流入口７から供給された水は、フィルタ部材５を形成する繊維一本一本の隙間を通過して、流出口８から排出される。その際、フィルタ部材５には、紫外線ランプ３から紫外線が照射され、光触媒から活性酸素種が生成され、この活性酸素種に接したウイルスは、分解される。

また、本発明に係るウイルス分解処理装置の第２の実施の形態を図２及び図３に示す。第２の実施の形態に係るウイルス分解処理装置において、フィルタ部材５は、約円盤状に形成されており、その一端部が切り欠かれている。このフィルタ部材５は、その外縁の形状に沿って形成された２枚の枠板９によって挟持され、その枠板９を連結棒６によって４枚のフィルタ部材５を支持することによって光触媒カートリッジ１を形成している。この際、各フィルタ部材５の切り欠き部分は、重ならないように交互に配置されている。

第２の実施の形態に係るウイルス分解装置において、流入口７は、反応容器２の底部の外周面に形成され、流出口８は、反応容器２の上部の外周面の流入口７の反対側に形成されている。また、第２の実施の形態に係るウイルス分解装置において、紫外線ランプ３は、反応容器２の外側に反応容器２の中心線と平行な状態で２本配置されている。反応容器２の流入口７から供給された水は、フィルタ部５の切り欠きによって形成された開口部を経て、フィルタ部材５と接触しながら、反応容器２の流出口８から排出される。

不織布からなるフィルタ部材としては、通常金網等の支持部材の両面に不織布を固着したもの、あるいは金網等の支持部材で不織布を挟み込んだものが使用される。

以下、本発明を実施例により説明する。
参考例１
５リットルの三口フラスコに無水トルエン２．５リットルと金属ナトリウム４００ｇとを入れ窒素ガス気流下でトルエンの沸点まで加熱し、ジメチルジクロロシラン１リットルを１時間かけて滴下した。滴下終了後、１０時間加熱還流し沈殿物を生成させた。この沈殿をろ過し、まずメタノールで洗浄した後、水で洗浄して、白色粉末のポリジメチルシラン４２０ｇを得た。ポリジメチルシラン２５０ｇを水冷還流器を備えた三口フラスコ中に仕込み、窒素気流下、４２０℃で３０時間加熱反応させて数平均分子量が１２００のポリカルボシランを得た。

合成されたポリカルボシラン１６ｇにトルエン１００ｇとテトラブトキシチタン６４ｇを加え、１００℃で１時間予備加熱させた後、１５０℃までゆっくり昇温してトルエンを留去させてそのまま５時間反応させ、さらに２５０℃まで昇温して５時間反応して変性ポリカルボシランを合成した。この変性ポリカルボシランに意図的に低分子量の有機金属化合物を共存させる目的で５ｇのテトラブトキシチタンを加えて、変性ポリカルボシランと低分子量有機金属化合物の混合物を得た。

この変性ポリカルボシランと低分子量有機金属化合物の混合物をトルエンに溶解させた後、メルトブロー紡糸装置に仕込み、内部を十分に窒素置換してから昇温してトルエンを留去させて、１８０℃で紡糸を行った。紡糸した不織布を、空気中、段階的に１５０℃まで加熱し不融化させた後、１２００℃の空気中で１時間焼成を行い、チタニア／シリカ繊維不織布を得た。

得られた繊維（平均直径：５μｍ）は、Ｘ線回折の結果、非晶質シリカとアナターゼのチタニアからなっており、繊維全体のＴｉ／Ｓｉ（モル比）は０．１７であった。また、ＥＰＭＡによる構成原子の分布状態を調べたところ、最外周部から０．５μｍの領域でＴｉ／Ｓｉ（モル比）＝０．９０、最外周から１〜２μｍの領域でＴｉ／Ｓｉ（モル比）＝０．１２、中心部でＴｉ／Ｓｉ（モル比）＝０．０４と、表面に向かってチタンが増大する傾斜組成になっていることを確認した。同繊維の引張強度は１．８ＧＰaで、従来知られているゾルゲル法により得られたアナターゼ型チタニア／シリカ繊維に比べて極めて高強度を示すものだった。

得られた不織布の目付けは１００ｇ／ｍ^２、厚みは１ｍｍであった。

実施例１
参考例１で得られたチタニア／シリカ繊維不織布を２枚積層し、約２ｍｍの厚みとし、これをステンレス製の金網（線径１ｍｍ、３メッシュ）を支持部材として直径約８５ｍｍ、高さ１３０ｍｍで中央部に直径２０ｍｍの穴を開けた中空円錐台状成形物を作成した。これを図１に示すように反応容器２に多段で配置してウイルス分解処理装置を作成した。

反応容器の直径は約８５ｍｍとし、４０Ｗの紫外線ランプを用いた。この装置を用いて、ＷＳＶ（ホワイトスポット病ウイルス）を１００個／μＬの濃度になるように添加した海水を３ｍ^３／ｈの速度で処理した。処理後の海水を５０Ｌ採取し、この海水中でクルマエビ１７尾を１０日間飼育した。１０日後、斃死したクルマエビは０であり、全て生存していた。生存したクルマエビをＰＣＲ法で検査したしたところ、全て陰性であり、ウイルスの感染は皆無であった。

比較例１
実施例１に示すウイルス分解処理装置において、中空円錐台状成形物を取り外して紫外線殺菌装置を作成した。この装置を用いて、実施例１と同様に、ＷＳＶ（ホワイトスポット病ウイルス）を１００個／μＬの濃度になるように添加した海水を３ｍ^３／ｈの速度で処理した。処理後の海水を５０Ｌ採取し、この海水中でクルマエビ１７尾を１０日間飼育した。１０日後、斃死したクルマエビは５尾であった。斃死したクルマエビをＰＣＲ法で検査した結果、全て陽性であった。また、生存したクルマエビをＰＣＲ法で検査したしたところ、生存していた１２尾中、４尾が陽性であった。

比較例２
実施例１に示すウイルス分解処理装置において、中空円錐台状成形物を取り外し、その代わりに特許文献４に記載されているように、イオンプレーティングによりSUS波箔表面をチタン被覆して円筒状にした光触媒を挿入した構造のウイルス分解処理装置を作成した。この装置を用いて、実施例１と同様に、ＷＳＶ（ホワイトスポット病ウイルス）を１００個／μＬの濃度になるように添加した海水を３ｍ^３／ｈの速度で処理した。処理後の海水を５０Ｌ採取し、この海水中でクルマエビ１７尾を１０日間飼育した。１０日後、斃死したクルマエビは３尾であった。斃死したクルマエビをＰＣＲ法で検査した結果、全て陽性であった。また、生存したクルマエビをＰＣＲ法で検査したしたところ、生存していた１４尾中、２尾が陽性であった。

実施例２
実施例１で作成したウイルス分解処理装置に、３ｍ^３／ｈの速度で海水を６ヶ月間流し続けた後、実施例１の場合と同様に、ＷＳＶ（ホワイトスポット病ウイルス）を１００個／μＬの濃度になるように添加した海水を３ｍ^３／ｈの速度で処理した。処理後の海水を５０Ｌ採取し、この海水中でクルマエビ１７尾を１０日間飼育した。１０日後、斃死したクルマエビは０であり、全て生存していた。生存したクルマエビをＰＣＲ法で検査したしたところ、全て陰性であり、ウイルスの感染は皆無であった。このように６ヶ月間使用した後も初期のウイルス処理性能が維持されていた。

比較例３
比較例２で作成したウイルス分解処理装置に、実施例２と同様に、３ｍ^３／ｈの速度で海水を６ヶ月間流し続けた後、実施例１の場合と同様に、ＷＳＶ（ホワイトスポット病ウイルス）を１００個／μＬの濃度になるように添加した海水を３ｍ^３／ｈの速度で処理した。処理後の海水を５０Ｌ採取し、この海水中でクルマエビ１７尾を１０日間飼育した。１０日後、斃死したクルマエビは５尾であった。斃死したクルマエビをＰＣＲ法で検査した結果、全て陽性であった。また、生存したクルマエビをＰＣＲ法で検査したしたところ、生存していた１２尾中、４尾が陽性であった。このように６ヶ月間使用した後では、初期と比較してウイルス処理性能が低下しており、紫外線殺菌装置と同程度の効果しか認められなかった。

本発明に係るウイルス分解処理装置の第１の実施の形態の正面断面図である。本発明に係るウイルス分解処理装置の第２の実施の形態の正面断面図である。図２のＡ−Ａ´線に沿った断面図である。

符号の説明

１光触媒カートリッジ
２反応容器
３紫外線ランプ
４保護管
５フィルタ部材
６連結棒
７流入口
８流出口
９枠板
１０枠体

Claims

水中に含まれるウイルスを分解処理するウイルス分解処理装置において、
前記水が流動可能な流動路と、
前記水の流動方向に交わる面を有するように、該流動方向に所定の間隔をおいて前記流動路内に二以上並列させて設けられたフィルタ部材と、を備え、
前記フィルタ部材は、シリカ成分を主体とする酸化物相（第１相）とチタンを含む金属酸化物相（第２相）との複合酸化物相からなる繊維であって、第２相を構成する金属酸化物のチタンの存在割合が繊維の表層に向かって傾斜的に増大しており、光触媒機能を有するシリカ基複合酸化物繊維の不織布から形成されていることを特徴とするウイルス分解処理装置。
前記フィルタ部材に前記光触媒を活性化させる活性光線を照射させる活性光線照射部をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載のウイルス分解装置。
前記フィルタ部材は、円錐状、中空円錐台状又は円盤状に形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のウイルス分解処理装置。
前記フィルタ部材は、枠体内に二以上設けられ、該枠体が前記流動路内に脱着自在に設けられていることを特徴とする請求項１乃至３いずれか記載のウイルス分解処理装置。
前記フィルタ部材は、表面と裏面を貫通する開口部を少なくとも１個有することを特徴とする請求項２乃至４いずれか記載のウイルス分解処理装置。
前記フィルタ部材は、前記流動方向に対して垂直方向に交わるように設けられていることを特徴とする請求項１乃至４記載のウイルス分解処理装置。
前記活性光線照射部は、前記フィルタ部材の併設方向に亘って設けられていることを特徴とする請求項２記載のウイルス分解処理装置。
前記フィルタ部材の繊維全体に対する第１相の存在割合が９８〜４０重量％、第２相の存在割合が２〜６０重量％であることを特徴とする請求項１記載のウイルス分解処理装置。
前記フィルタ部材の第２相を構成する金属酸化物のチタンの存在割合の傾斜が、繊維表面から５〜５００ｎｍの深さで存在することを特徴とする請求項１記載のウイルス分解処理装置。
前記フィルタ部材の第２相の金属酸化物がチタニアであり、その結晶粒径が１５ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１記載のウイルス分解処理装置。
水中に含まれるウイルスを分解処理するウイルス分解処理方法において、シリカ成分を主体とする酸化物相（第１相）とチタンを含む金属酸化物相（第２相）との複合酸化物相からなる繊維であって、第２相を構成する金属酸化物のチタンの存在割合が繊維の表層に向かって傾斜的に増大しており、光触媒機能を有するシリカ基複合酸化物繊維の不織布から形成され、ウイルスが含まれている水の流動方向に沿って所定の間隔をおいて二以上並列させて設けられたフィルタ部材に、前記光触媒を活性化させる活性光線を照射するとともに、前記水を流動させて水に含まれているウイルスと前記光触媒を接触させることによって、ウイルスを分解処理することを特徴とするウイルス分解処理方法。