JP2009255081A

JP2009255081A - 液体の浄化方法および液体の浄化装置

Info

Publication number: JP2009255081A
Application number: JP2009157800A
Authority: JP
Inventors: Yuji Hayashi; 佑二林; Hiroaki Yanagida; 博明柳田; Goro Yamauchi; 五郎山内; Kanji Irie; 寛治入江
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2009-07-02
Filing date: 2009-07-02
Publication date: 2009-11-05
Anticipated expiration: 2019-12-28
Also published as: JP4915436B2

Abstract

【課題】汚染された水などの液体を浄化するにあたり、オゾンやＯＨラジカルを用いてより一層効率良く行える浄化装置を提供することを課題とする。
【解決手段】浄化原料ガスを導入し、浄化原料ガスが対向する電極に発生するプラズマによりオゾンおよびＯＨラジカルを生成させる第１の領域と、汚染液体を流し、汚染液体が流れる流路中に少なくとも一部が光触媒処理された部材を有する第２の領域と、を有し、生成されたオゾンおよびＯＨラジカルを前記第２の領域に導入し、光触媒処理された部材に、プラズマの発光に起因する光が照射されることを特徴とする浄化装置が提供される。
【選択図】図３

Description

本発明は、水分を含む空気などを原料としてオゾンやＯＨラジカルを生成させ、このオゾンやＯＨラジカルによって水などの液体の浄化を効率良く行うのに適した液体の浄化方法および液体の浄化装置に関するものである。

従来、水などの液体の浄化を行うに際しては、オゾン（Ｏ₃）を使用するのが一般的である。

このオゾンは、図５に示すように、空気中で無声放電することによって製造されており、空気の代わりに酸素を原料とした場合には設備費および電力費とも４０〜５０％節減することができる。

このようにして得られたオゾンは、上水道の殺菌，廃水処理，香料の合成，脱臭などの用途に適用される。

特開平７−３２８４２５号公報

このようなオゾンは、酸化力が強く、殺菌ないしは滅菌作用にすぐれているものの、非常に分解しやすいため、貯蔵が困難であり、安定した作業がむつかしいという問題点があった。

本発明は、このような従来の課題にかんがみてなされたものであって、汚染された水などの液体を浄化するにあたり、オゾンやＯＨラジカルを用いてより一層効率良く行えるようにすることを目的としている。

液体の浄化装置は、浄化原料ガスを導入し、前記浄化原料ガスが対向する電極に発生するプラズマによりオゾンおよびＯＨラジカルを生成させる第１の領域と、汚染液体を流し、前記汚染液体が流れる流路中に少なくとも一部が光触媒処理された部材を有する第２の領域と、を有し、前記生成されたオゾンおよびＯＨラジカルを前記第２の領域に導入し、前記光触媒処理された部材に、前記プラズマの発光に起因する光が照射されることを特徴とする。

本発明による液体の浄化装置及び浄化方法では、プラズマ作用と光触媒作用との相乗的作用により水道水等の汚染液体の液質浄化（水質浄化）をより一層高効率で行うことが可能になるという著しく優れた効果がもたらされる。

本発明による液体の浄化装置の実施の形態を示す基本的説明図である。光触媒処理した電極の構造例を示す説明図である。本発明による液体の浄化装置の第１実施例を示す概略断面説明図である。本発明による液体の浄化装置の第２実施例を示す概略断面説明図である。オゾン（Ｏ₃）の製造工程を例示する説明図である。

本発明に係わる液体の浄化方法は、少なくとも一方を光触媒処理した電極の間でプラズマを生じさせ、前記プラズマ中に酸素や水を含む浄化原料ガスを流し、前記酸素や水を前記浄化原料ガスのプラズマ化により化学励起させてオゾンやＯＨラジカルを生成すると共に、前記プラズマの発光に起因する光により光触媒反応を効率良く進行させて前記浄化原料ガス中の酸素や水からのオゾン生成やＯＨラジカル生成を促進し、前記生成されたオゾンやＯＨラジカルを汚染液体中に流してその浄化を行うようにしたものであり、このような液体の浄化方法を実施するための液体の浄化装置としては、少なくとも一方が光触媒処理された電極と、前記電極の間でプラズマを生じさせる電源と、前記プラズマ中に酸素や水を含む浄化原料ガスを流してプラズマ化する浄化原料ガス送給流路と、浄化原料ガスのプラズマ化により生成したオゾンやＯＨラジカルを汚染液体中に流出するバルブを備えたものとすることができ、プラズマと光触媒を時空間的に共存させ、常温・常圧下でプラズマの作用と光触媒の作用との相乗的作用によって高効率での処理が可能である液体の浄化装置とすることができる。

そして、本発明の実施態様においては、例えば、図１に示すように、上部のみを示す外壁Ｗ内において、少なくとも一方を光触媒処理した対向電極（中心有孔電極Ｅ₀と、外部電極Ｅ₁と、電極本体Ｅ上に光触媒層Ｃをそなえた有孔リング電極Ｅ₂）のうち少なくとも一部の間でプラズマＰを生じさせ、前記プラズマＰ中に酸素や水を含む浄化原料ガスを導入弁Ｖ₁を介して流入させ、前記酸素や水を前記浄化原料ガスのプラズマ化により化学励起させてオゾンやＯＨラジカルを生成すると共に、前記プラズマの発光に起因する光により光触媒層Ｃによる光触媒反応を効率良く進行させて前記浄化原料ガス中の酸素や水からのオゾン生成やＯＨラジカル生成を促進し、前記生成したオゾンやＯＨラジカルを排出弁Ｖ₂を介して例えば間欠的に排出するようにし、液体中でＯＨ^-を生成させて水質の浄化を行うものとすることができる。

本発明に係わる液体の浄化方法および液体の浄化装置において、浄化原料ガスはオゾンやＯＨラジカルの生成源となる水分を含む空気であるものとし、汚染液体は汚染された水であるものとすることができる。

また、光触媒処理された電極は、光触媒としてＴｉＯ₂を有しているものとすることができ、この場合に、光触媒処理した電極は、Ｔｉと前記Ｔｉよりも酸化傾向の小さい金属（例えばＮｉ）とを合金化させて合金中のＴｉのみを酸化させることにより光触媒性ＴｉＯ₂、例えばアナターゼ型ＴｉＯ₂を形成したものとすることができる。このとき、Ｔｉ量は０．０１〜３０ａｔ％が好適であり、図２に示すように光触媒性ＴｉＯ₂をＮｉ−Ｔｉ系合金の表面または内部に層状ないしは粒子状に形成したものであるようになすことが可能であって、このような光触媒は波長が４００ｎｍ以下の紫外線の光励起で触媒活性を発揮するものとなり、プラズマからの発光により励起された光触媒によるオゾンやＯＨラジカルの生成が促進されるものとなる。

そしてまた、電極は、対向配置した内筒電極と外筒電極をそなえ、内筒電極の外周と外筒電極の内周との間でプラズマを生じさせると共に、相互に固定ないしは相対回転可能としたものであるようにしたり、あるいはまた、対向電極は、対向配置したディスク電極をそなえ、対向配置したディスク電極の対向面間でプラズマを生じさせると共に、相互に固定ないしは相対回転可能としたものであるようにしたり、さらにまた、電極は、対向配置した中心電極と外部電極と光触媒処理したリング電極をそなえ、対向電極間の少なくとも一部でプラズマを生じさせるものとしたりすることができる。

以下、本発明の実施例について説明するが、本発明はこのような実施例のみに限定されないことはいうまでもない。

（実施例１）
図３は本発明による液体の浄化装置の第１実施例を示すものであって、この図３に示す液体の浄化装置１１は、対向配置した一方の電極である内筒電極１２と他方の電極である外筒電極１３をそなえ、内筒電極１２および外筒電極１３が共に固定設置したものとなっている。

そして、外筒電極１３は電極本体部の内側に光触媒層としてアナターゼ型ＴｉＯ₂層１３Ｃを有しているものとなっている。

さらに、内筒電極１２と外筒電極１３との間には高圧電源が接続してあると共に外筒電極１３を支持しているガラス管１４の両端にそれぞれ浄化原料ガス送給流路１５と浄化用ガス送給流路１６とをそなえたものとなっている。

このような構成をもつ液体の浄化装置１１において、内筒電極１２と外筒電極１３との間に高圧電源により高電圧を印加すると、この内筒電極１２の外周と外筒電極１３の内周との間でかつガラス管２４の内部でプラズマＰが発生する。

この状態において、浄化原料ガス送給流路１５より浄化原料ガスとして水分を含む空気を送給すると、プラズマＰにおいて浄化原料ガスである空気がプラズマ化することにより、オゾンやＯＨラジカルが生成される。このとき、プラズマの発光に起因する光によって外筒電極１３の内周面（ＴｉＯ₂層１３Ｃ）上で光触媒反応が効率良く進行することにより浄化原料ガス中の酸素や水からのオゾン生成やＯＨラジカル生成が促進されることとなる。

そして、ここで生成されたオゾンやＯＨラジカルは、浄化用ガス送給流路１６を介して適宜（例えば、バルブ１６Ｖ等により間欠的に）汚染液体中に送給され、水などの汚染液体の浄化に供されることとなる。

（実施例２）
図４は本発明の第２実施例を示すものであって、この図４に示す液体の浄化装置２１は、水道管２１Ｐの内部でガラス管２１Ｇが同心状態で設けてあり、このガラス管２１Ｇの内側の一部には一方の電極である中心電極２２が設けてあると共に、ガラス管２１Ｇの外側の一部には他方の電極である有孔外部電極２３が設けてあり、さらには水道管２１Ｐの内側の一部には同じく他方の電極である光触媒分散リング電極２４が設けてあって、中心電極２２と有孔外部電極２３との間には高圧電源が接続してある。

また、ガラス管２１Ｇの図示右側部分には分岐した二つの空気導入部（浄化原料ガス送給流路）２５Ａ，２５Ｂが設けてあると共に、ガラス管２１Ｇの図示左側部分には浄化用ガス送給流路２６およびガス放出用電磁弁２６Ｖが設けてあり、このガス放出用電磁弁２６Ｖの近傍にある水道管２１Ｐの外周部分には電磁弁駆動コイル２７が設けてある。

このような構成をもつ液体の浄化装置２１において、中心電極２２と有孔外部電極２３との間に高圧電源により高電圧を印加すると、この中心電極２２と有孔外部電極２３との間でかつガラス管２１Ｇの内部においてプラズマＰが発生する。

この状態において、空気導入部である浄化原料ガス送給流路２５Ａ，２５Ｂから水分を含む空気が導入されると、前記プラズマ中において水分を含む空気がプラズマ化することにより化学励起されてオゾンやＯＨラジカルが発生する。

そして、このオゾンやＯＨラジカルは浄化用ガス送給流路２６に流れ、ガス放出用電磁弁駆動コイル２７の駆動によりガス放出用電磁弁２６Ｖが開くことにより水中に間欠的に放出され、汚染された水の浄化に作用するものとなる。

また、上記プラズマの発光に起因する光によって光触媒分散リング電極２４の内周面（ＴｉＯ₂層２４Ｃの表面）上で光触媒反応が効率良く進行することにより水質の浄化がより効果的に行えるようになる。

１１，２１液体の浄化装置
１２，２２一方の電極
１３，２３，２４他方の電極
１３Ｃ，２４Ｃアナターゼ型ＴｉＯ₂層（光触媒層）
１５，２５Ａ，２５Ｂ浄化原料ガス送給流路
１６，２６浄化用ガス送給流路
１６Ｖ，２６Ｖバルブ

Claims

少なくとも一方を光触媒処理した電極の間でプラズマを生じさせ、前記プラズマ中に酸素や水を含む浄化原料ガスを流し、前記酸素や水を前記浄化原料ガスのプラズマ化により化学励起させてオゾンやＯＨラジカルを生成すると共に、前記プラズマの発光に起因する光により光触媒反応を効率良く進行させて前記浄化原料ガス中の酸素や水からのオゾン生成やＯＨラジカル生成を促進し、前記オゾンやＯＨラジカルを汚染液体中に流してその浄化を行うことを特徴とする液体の浄化方法。
浄化原料ガスは水分を含む空気であり、液体は汚染された水であることを特徴とする請求項１に記載の液体の浄化方法。
少なくとも一方が光触媒処理された電極と、前記電極の間でプラズマを生じさせる電源と、前記プラズマ中に酸素や水を含む浄化原料ガスを流してプラズマ化する浄化原料ガス送給流路と、浄化原料ガスのプラズマ化により生成したオゾンやＯＨラジカルを汚染液体中に流出するバルブを備えたことを特徴とする液体の浄化装置。
浄化原料ガスは水分を含む空気であり、液体は汚染された水であることを特徴とする請求項３に記載の液体の浄化装置。
光触媒処理された電極は、光触媒としてＴｉＯ₂を有していることを特徴とする請求項３または４に記載の液体の浄化装置。
光触媒処理した電極は、Ｔｉと前記Ｔｉよりも酸化傾向の小さい金属とを合金化させて合金中のＴｉのみを選択酸化することによりその一部に光触媒性ＴｉＯ₂を形成したものである請求項５に記載の液体の浄化装置。
電極は、対向配置した中心電極と外部電極と光触媒処理したリング電極をそなえ、対向電極間の少なくとも一部でプラズマを生じさせることを特徴とする請求項３ないし６のいずれかに記載の液体の浄化装置。