JP2010022936A - Apparatus and method for producing ultrapure water - Google Patents

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Hiroyuki Yamaoka
裕幸 山岡
Yoshikatsu Harada
義勝 原田
Teruaki Fujii
輝昭 藤井
Shinichiro Otani
慎一郎 大谷
Kaku Matsunaga
格 松永
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an apparatus and method for ultrapure water which efficiently, safely, and inexpensively decompose organic materials existing in water with low energy consumption. <P>SOLUTION: The apparatus for producing ultrapure water is provided with a pretreatment device, an ion exchanger, a reverse osmosis unit, an organic material decomposition device D, a deaerator, an ion adsorption device, and an ultrafilter. The organic material decomposition device D is provided with: a fluid tank 10 for making water to be treated flow in one direction; a photocatalytic cartridge 30 provided with a flat nonwoven fabric comprising a photocatalytic fiber containing titanium oxide on the surface; and an ultraviolet lamp 20 capable of emitting ultraviolet light having a peak wavelength ranging 180-190 nm and 250-260 nm. The flat nonwoven fabric is parallel with the longitudinal direction of the ultraviolet ray lamp. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、紫外線照射下に、光触媒と有機物を含む水とを接触させて、光触媒反応により有機物を分解除去する装置を備える超純水製造装置及び超純水の製造方法に関する。   The present invention relates to an ultrapure water production apparatus and an ultrapure water production method including an apparatus for bringing a photocatalyst and water containing an organic substance into contact with each other under ultraviolet irradiation and decomposing and removing the organic substance by a photocatalytic reaction.

近年、半導体製造工場や液晶製造工場において、洗浄に用いる超純水量が著しく増加している。そのため、超純水を低いエネルギーで製造することが求められている。しかし、超純水の製造には、水に含まれる微量の溶解性有機物を紫外線照射等により分解する必要があり、このような分解には、多大なエネルギーを要している。   In recent years, the amount of ultrapure water used for cleaning has been remarkably increased in semiconductor manufacturing plants and liquid crystal manufacturing plants. Therefore, it is required to produce ultrapure water with low energy. However, in order to produce ultrapure water, it is necessary to decompose a small amount of soluble organic substances contained in water by ultraviolet irradiation or the like, and such decomposition requires a great deal of energy.

超純水製造装置としては、特許文献1には、イオン交換処理された一次処理水に紫外線を照射した後、陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂からなる混合床にて仕上げ処理する方法が記載されている。この方法によれば、一次処理水中に残存する微量の溶解性有機物が紫外線により分解されイオン化されて、このイオン化物質が混合イオン交換樹脂床にて除去されるため、有機物濃度の低い純水を製造することができる。また、特許文献2には、水に照射する紫外線の波長を180〜190nmとすることで、効率的に微量の有機物を分解除去できることが記載されている。しかし、これらの方法においても、有機物の分解には高いエネルギーを要しており、更なる高効率化が望まれる。   As an ultrapure water production apparatus, Patent Document 1 describes a method in which an ion exchange treated primary treated water is irradiated with ultraviolet rays and then subjected to a finishing treatment in a mixed bed composed of a cation exchange resin and an anion exchange resin. Has been. According to this method, a small amount of soluble organic matter remaining in the primary treated water is decomposed and ionized by ultraviolet rays, and this ionized material is removed in the mixed ion exchange resin bed, so that pure water with a low concentration of organic matter is produced. can do. Patent Document 2 describes that a trace amount of organic substances can be efficiently decomposed and removed by setting the wavelength of ultraviolet rays irradiated to water to 180 to 190 nm. However, even in these methods, high energy is required for the decomposition of organic substances, and further higher efficiency is desired.

特許文献3には、被処理水に過酸化水素又はオゾンを添加するとともに、アナターゼ型又はルチル型を含むアナターゼ型の光触媒の存在下において、254nmの波長を持つ低圧紫外線ランプ、254nmと185nmの各波長を持つ低圧紫外線ランプ、254nmと194nmと185nmの各波長を持つ低圧紫外線ランプ、及び400nm以下の連続波長を持つ中圧紫外線ランプから選ばれる1又は2以上の紫外線ランプより被処理水に対して紫外線照射を行うことにより有機物を分解することが記載されている。   In Patent Document 3, hydrogen peroxide or ozone is added to water to be treated, and in the presence of an anatase type photocatalyst including anatase type or rutile type, a low-pressure ultraviolet lamp having a wavelength of 254 nm, 254 nm and 185 nm, respectively. One or more ultraviolet lamps selected from a low-pressure ultraviolet lamp having a wavelength, a low-pressure ultraviolet lamp having a wavelength of 254 nm, 194 nm, and 185 nm, and a medium-pressure ultraviolet lamp having a continuous wavelength of 400 nm or less. It describes that organic substances are decomposed by ultraviolet irradiation.

特許文献4には、超純水製造に要するエネルギーを低減する方法として、被処理水の流路に沿って順に配置された有機質分解手段とイオン吸着手段からなる有機質除去装置を備えた超純水製造装置において、有機物分解手段が被処理水の流路となる紫外線透過材料からなる管体と、管体の被処理水と接触する側に被着された光触媒層と、管体の光触媒の被着された側と反対側に光触媒層に向けて配置された紫外線を照射する発光ダイオードを具備する超純水製造装置が記載されている。
特公昭54−19227号 特開平1−164488号 特開平10−151450号 特開2007−136372号
In Patent Document 4, as a method for reducing the energy required for the production of ultrapure water, ultrapure water provided with an organic substance removal device comprising an organic decomposition means and an ion adsorption means arranged in order along the flow path of the water to be treated. In the manufacturing apparatus, the organic substance decomposing means is a tube made of an ultraviolet light transmitting material that becomes a flow path of water to be treated, a photocatalyst layer that is deposited on a side of the tube that contacts the water to be treated, and a photocatalyst coating of the tube. There is described an ultrapure water production apparatus comprising a light emitting diode for irradiating ultraviolet rays disposed on the opposite side to the photocatalyst layer.
Japanese Patent Publication No.54-19227 JP-A-1-164488 JP-A-10-151450 JP 2007-136372 A

しかしながら、特許文献3に記載の方法においては、超純水製造に要するエネルギーは低減されているものの、過酸化水素又はオゾンという危険な毒性物質を使用しており、安全性に問題を有する。また、過酸化水素やオゾンに関するコストが別途必要となり、コスト面にも問題を有する。特許文献4に記載の方法においては、紫外線光源として長寿命の発光ダイオードを用いることにより、紫外線光源の交換コストと消費エネルギーを大きく低減することは可能となるものの、光触媒に対して照射される紫外線強度は、低圧紫外線ランプや中圧紫外線ランプと比較して著しく小さいために、有機物の分解能が著しく低いという問題を有する。また、光触媒は単に管体の表面に被着されているのみであり、光触媒と被処理水との接触効率は極めて悪く、紫外線強度を高くしたとしても十分な有機物の分解能を得ることは困難であるという問題を有する。   However, in the method described in Patent Document 3, although the energy required for the production of ultrapure water is reduced, a dangerous toxic substance such as hydrogen peroxide or ozone is used, which causes a problem in safety. Moreover, the cost regarding hydrogen peroxide and ozone is needed separately, and there exists a problem also in cost. In the method described in Patent Document 4, although a long-life light emitting diode is used as an ultraviolet light source, the replacement cost and energy consumption of the ultraviolet light source can be greatly reduced. Since the intensity is significantly smaller than that of the low-pressure ultraviolet lamp or the medium-pressure ultraviolet lamp, there is a problem that the resolution of the organic matter is extremely low. In addition, the photocatalyst is simply deposited on the surface of the tube, the contact efficiency between the photocatalyst and the water to be treated is extremely poor, and it is difficult to obtain sufficient organic matter resolution even if the ultraviolet intensity is increased. Has the problem of being.

そこで本発明は、水中に存在する有機物を低いエネルギー消費及びコストで効率的かつ安全に分解することができる超純水製造装置及び超純水製造方法を提供することを目的とする。   Then, an object of this invention is to provide the ultrapure water manufacturing apparatus and the ultrapure water manufacturing method which can decompose | disassemble the organic substance which exists in water efficiently and safely with low energy consumption and cost.

以上の目的を達成するために、本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、表面に酸化チタンを含む光触媒繊維からなる平板状不織布に平行となるように設置された紫外線照射手段から平板状不織布に180〜190nm間と250〜260nm間にピーク波長を有する紫外線を照射することにより、水中に存在する有機物を低いエネルギー消費及びコストで効率的かつ安全に分解することができることを見出した。すなわち本発明は、少なくとも懸濁物質を除去する前処理装置と、アニオン及びカチオンの少なくとも一つを除去するイオン交換装置と、少なくとも微粒子及びコロイド物質を除去する逆浸透装置と、溶解性有機物を分解除去する有機物分解装置と、溶存気体を除去する脱気装置と、イオン化された物質を除去するイオン吸着装置と、少なくとも微粒子を除去する限外ろ過装置とを備えた超純水製造装置であって、前記有機物分解装置は、被処理水を一方向に流動させる流動槽と、表面に酸化チタンを含む光触媒繊維からなる平板状不織布と、180〜190nmと250〜260nmにそれぞれピーク波長を有する紫外線を照射可能な、長手方向に延びる形状を有する紫外線照射手段とを備え、前記平板状不織布の面と紫外線照射手段の長手方向とは平行であることを特徴とする超純水製造装置である。   In order to achieve the above object, the present inventors have conducted extensive research, and as a result, the ultraviolet irradiation means disposed so as to be parallel to the flat nonwoven fabric made of photocatalyst fiber containing titanium oxide on the surface has a flat shape. It has been found that by irradiating a nonwoven fabric with ultraviolet light having a peak wavelength between 180 to 190 nm and 250 to 260 nm, organic substances present in water can be efficiently and safely decomposed with low energy consumption and cost. That is, the present invention provides a pretreatment device that removes at least suspended substances, an ion exchange device that removes at least one of anions and cations, a reverse osmosis device that removes at least fine particles and colloid materials, and a decomposition of soluble organic matter. An ultrapure water production apparatus comprising: an organic substance decomposing apparatus for removing; a degassing apparatus for removing dissolved gas; an ion adsorption apparatus for removing ionized substances; and an ultrafiltration apparatus for removing at least fine particles. The organic matter decomposing apparatus comprises a flow tank for flowing the water to be treated in one direction, a flat nonwoven fabric made of photocatalytic fibers containing titanium oxide on the surface, and ultraviolet rays having peak wavelengths at 180 to 190 nm and 250 to 260 nm, respectively. An ultraviolet irradiation means having a shape extending in the longitudinal direction, the surface of the flat nonwoven fabric and the length of the ultraviolet irradiation means. Ultrapure water production apparatus which is a parallel to the direction.

また、本発明は、少なくとも懸濁物質を除去する第1工程と、アニオン及びカチオンの少なくとも一つをイオン交換により除去する第2工程と、少なくとも微粒子及びコロイド物質を除去する第3工程と、被処理水を流動させながら、表面に酸化チタンを含む光触媒繊維からなる平板状不織布を通過させ、長手方向に延びる形状を有し、該長手方向と前記平板状不織布が平行となるように設置された紫外線照射手段から前記平板状不織布に180〜190nmと250〜260nmとにそれぞれピーク波長を有する紫外線を照射し、被処理水中の溶解性有機物質を分解除去する第4工程と、溶存気体を除去する第5工程と、第4工程によってイオン化されたイオン化物質を吸着により除去する第6工程と、少なくとも微粒子を限外ろ過により除去する第7工程と、を備えることを特徴とする超純水の製造方法である。   The present invention also includes a first step for removing at least suspended substances, a second step for removing at least one of anions and cations by ion exchange, a third step for removing at least fine particles and colloidal substances, While flowing the treated water, a flat nonwoven fabric made of photocatalyst fiber containing titanium oxide was passed through the surface, and it had a shape extending in the longitudinal direction, and was installed so that the longitudinal direction and the flat nonwoven fabric were parallel to each other A fourth step of irradiating the flat nonwoven fabric with ultraviolet light having peak wavelengths of 180 to 190 nm and 250 to 260 nm from the ultraviolet irradiation means to decompose and remove soluble organic substances in the water to be treated, and to remove dissolved gas. A fifth step, a sixth step of removing the ionized substance ionized in the fourth step by adsorption, and at least fine particles by ultrafiltration A seventh step of removed by a method for producing ultrapure water, characterized in that it comprises a.

以上のように、本発明によれば、水中に存在する有機物を低いエネルギー消費及びコストで効率的かつ安全に分解することができる超純水製造装置及び超純水製造方法を提供することができる。   As described above, according to the present invention, it is possible to provide an ultrapure water production apparatus and an ultrapure water production method capable of efficiently and safely decomposing organic substances present in water with low energy consumption and cost. .

次に、本発明に係る超純水製造装置の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。図1は、本実施の形態に係る超純水製造装置の構成の一例を示すブロック図である。本実施の形態に係る超純水製造装置は、懸濁物質を除去可能な前処理装置Aと、アニオン及びカチオンを除去可能なイオン交換装置Bと、微粒子及びコロイド物質を除去可能な逆浸透装置Cと、溶解性有機物を分解除去可能な有機物分解装置Dと、溶存気体を除去可能な脱気装置Eと、前記有機物分解装置によりイオン化されたイオン化物質を除去可能なイオン吸着装置Fと、微粒子を除去可能な限外ろ過装置Gとが、被処理水の流路に沿って順に配置されている。   Next, an embodiment of the ultrapure water production apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of the ultrapure water production apparatus according to the present embodiment. The ultrapure water production apparatus according to the present embodiment includes a pretreatment apparatus A capable of removing suspended substances, an ion exchange apparatus B capable of removing anions and cations, and a reverse osmosis apparatus capable of removing fine particles and colloidal substances. C, organic substance decomposing apparatus D capable of decomposing and removing soluble organic substances, degassing apparatus E capable of removing dissolved gas, ion adsorption apparatus F capable of removing ionized substances ionized by the organic substance decomposing apparatus, and fine particles Are disposed in order along the flow path of the water to be treated.

本実施の形態に係る超純水製造装置において、前処理装置Aは、凝集ろ過装置であり、被処理水中の残留塩素などを取り除くための活性炭フィルターを備えていてもよい。イオン交換装置Bは、カチオン交換樹脂塔、脱炭酸塔、及びアニオン交換樹脂塔からなる2床3塔型イオン交換装置である。逆浸透装置Cは、RO膜モジュールを備える装置である。脱気装置Eは、窒素ガス添加方式の真空脱気装置である。イオン吸着装置Fは、アニオン及びカチオン交換樹脂塔である。限外ろ過装置Gは、限外ろ過膜を備えるろ過装置である。   In the ultrapure water production apparatus according to the present embodiment, the pretreatment apparatus A is a coagulation filtration apparatus, and may include an activated carbon filter for removing residual chlorine and the like in the water to be treated. The ion exchange apparatus B is a two-bed / three-column ion exchange apparatus including a cation exchange resin tower, a decarboxylation tower, and an anion exchange resin tower. The reverse osmosis device C is a device including an RO membrane module. The degassing device E is a nitrogen gas addition type vacuum degassing device. The ion adsorption device F is an anion and cation exchange resin tower. The ultrafiltration device G is a filtration device including an ultrafiltration membrane.

本実施の形態に係る超純水製造装置において、有機物分解装置Dは、図2に示すように、底面に形成された流入口55から上面に形成された流出口57に被処理水を流動させる流動槽10と、流動槽10内に収容され、被処理水の流動方向に対してその面が垂直に交わるように互いに平行に設置された3つの光触媒カートリッジ30と、これら光触媒カートリッジ30の間に、平板状不織布31の面と紫外線ランプ20の長手方向とが平行になるように配置された紫外線ランプ20と、流入口51から流入する被処理水にマイクロバブルを注入するマイクロバブル発生装置40とを備えている。   In the ultrapure water production apparatus according to the present embodiment, the organic matter decomposing apparatus D causes the water to be treated to flow from the inlet 55 formed on the bottom surface to the outlet 57 formed on the upper surface, as shown in FIG. Between the photocatalyst cartridge 30 and the three photocatalyst cartridges 30 which are accommodated in the fluid tank 10 and are accommodated in the fluid tank 10 and are installed in parallel to each other so that the surface of the water to be treated intersects perpendicularly. The ultraviolet lamp 20 disposed so that the surface of the flat nonwoven fabric 31 and the longitudinal direction of the ultraviolet lamp 20 are parallel to each other, and the microbubble generator 40 that injects microbubbles into the water to be treated flowing from the inlet 51 It has.

紫外線ランプ20の外表面を構成するカバー部材は、円柱状に形成され、250〜260nmだけでなく、180〜190nmのピーク波長を透過する材質からなる。このカバー部材の材質としては、例えば、合成石英が挙げられる。一般的な低圧水銀ランプは、本来、185nmと254nmの2つの波長を有するが、通常のカバー部材の素材であるガラスが短波長の紫外線を透過しないため、254nmの波長のみを照射する。本実施の形態に係る超純水製造装置において、紫外線ランプ20は、上述のようにカバー部材の素材を特殊なものとすることによって、180〜190nmと250〜260nmにピーク波長を有する紫外線を照射可能に構成されている。紫外線照射ランプ20から照射される紫外線は、180〜190nm、好ましくは185nmにピーク波長を有し、かつ、250〜260nm、好ましくは254nmにピーク波長を有する。各紫外線ランプ20は、各光触媒カートリッジ30の間に2本ずつ、計4本配置されており、各光触媒カートリッジ30の間に配置することにより、光触媒カートリッジが備える平板状不織布31の両面に紫外線が照射可能となっている。紫外線ランプ20は、それぞれ平行に、かつその軸方向が光触媒カートリッジ30に平行となるように配置されている。なお、本実施の形態において、紫外線照射ランプ20のカバー部材は、円柱状に形成したが、それに限定されず、長手方向に延びる形状であればよい。紫外線照射ランプ20の数は、求められる水質や処理水中に含まれる不要な有機物の量等に応じて決定される。   The cover member constituting the outer surface of the ultraviolet lamp 20 is formed in a cylindrical shape and is made of a material that transmits not only 250 to 260 nm but also a peak wavelength of 180 to 190 nm. An example of the material of the cover member is synthetic quartz. A general low-pressure mercury lamp originally has two wavelengths of 185 nm and 254 nm. However, since glass, which is a material of a normal cover member, does not transmit short-wave ultraviolet light, it irradiates only a wavelength of 254 nm. In the ultrapure water production apparatus according to the present embodiment, the ultraviolet lamp 20 irradiates ultraviolet rays having peak wavelengths at 180 to 190 nm and 250 to 260 nm by making the material of the cover member special as described above. It is configured to be possible. The ultraviolet rays irradiated from the ultraviolet irradiation lamp 20 have a peak wavelength at 180 to 190 nm, preferably 185 nm, and a peak wavelength at 250 to 260 nm, preferably 254 nm. Each ultraviolet lamp 20 is disposed between each photocatalyst cartridge 30, two in total, and a total of four are disposed between each photocatalyst cartridge 30, so that ultraviolet rays are emitted from both sides of the flat nonwoven fabric 31 provided in the photocatalyst cartridge 30. Irradiation is possible. The ultraviolet lamps 20 are arranged in parallel so that their axial directions are parallel to the photocatalyst cartridge 30. In the present embodiment, the cover member of the ultraviolet irradiation lamp 20 is formed in a cylindrical shape, but is not limited thereto, and may be any shape that extends in the longitudinal direction. The number of ultraviolet irradiation lamps 20 is determined according to the required water quality, the amount of unnecessary organic substances contained in the treated water, and the like.

マイクロバブル発生装置40は、被処理水中の溶存酸素濃度を増大するための溶存酸素濃度増大手段である。溶存酸素濃度増大手段とは、水中に空気又は酸素を吹き込むことにより水中の溶存酸素濃度を増大させる機構であり、例えばマイクロバブル発生装置、及びエアレーション(気泡発生装置)が挙げられ、マイクロバブル発生装置が好ましい。マイクロバブル発生装置40は、逆浸透装置により処理された被処理液を貯留する貯留槽42と、マイクロバブル発生部44とからなる。貯留槽42には、被処理水を貯留槽42内に流入可能な流入路51と貯留槽42内の被処理水を流出可能な流出路53が設けられている。貯留槽42とマイクロバブル発生部44とは、流入路46及び流出路48によって接続され、被処理水が循環可能な循環構造になっている。マイクロバブル発生部44は、粒子の直径50μm以下、好ましくは30μm以下のマイクロバブルを発生可能な装置である。マイクロバブルは、通常の気泡とは異なった特性を示し、例えば、気泡の上昇速度が通常の気泡よりも非常に遅い、自己加圧効果により気体の水中への過飽和溶解が可能であるなどの性質を持つ。マイクロバブルの発生方法としては、加圧溶解式、エジェクタ式、キャビテーション式、及び旋回式が挙げられ、マイクロバブルの特性は生成した気泡の直径と生成量に左右されるため、比較的大量かつ微細な気泡を生成できる加圧溶解式が好ましい。マイクロバブルは、一般に空気のバブルであるが、酸素を用いればより効果的である。   The microbubble generator 40 is a dissolved oxygen concentration increasing means for increasing the dissolved oxygen concentration in the water to be treated. The dissolved oxygen concentration increasing means is a mechanism for increasing the dissolved oxygen concentration in water by blowing air or oxygen into the water, and examples thereof include a microbubble generator and aeration (bubble generator). Is preferred. The microbubble generator 40 includes a storage tank 42 that stores the liquid to be processed that has been processed by the reverse osmosis device, and a microbubble generator 44. The storage tank 42 is provided with an inflow path 51 through which treated water can flow into the storage tank 42 and an outflow path 53 through which treated water within the storage tank 42 can flow out. The storage tank 42 and the microbubble generator 44 are connected by an inflow path 46 and an outflow path 48, and have a circulation structure in which treated water can be circulated. The microbubble generator 44 is an apparatus capable of generating microbubbles having a particle diameter of 50 μm or less, preferably 30 μm or less. Microbubbles exhibit different properties from normal bubbles, for example, the bubbles are rising at a much slower rate than normal bubbles, and the self-pressurization effect enables supersaturated dissolution of gas in water. have. Examples of microbubble generation methods include pressure dissolution type, ejector type, cavitation type, and swivel type, and the characteristics of microbubbles depend on the diameter and amount of bubbles generated, so they are relatively large and fine. The pressure dissolution type capable of generating simple bubbles is preferable. Microbubbles are generally air bubbles, but are more effective when oxygen is used.

各光触媒カートリッジ30は、図3に示すように平板状不織布31と一対の金網32とからなり、平板状不織布31が一対のステンレス製の金網32に挟持されている。このように金網32をサポート材として用いてカートリッジ状にすることにより、光触媒機能が劣化した平板状不織布31を容易に取り換えることができる。多段の光触媒カートリッジを枠体等を用いて連結構造とすることにより、脱着を容易にすることもできる。本実施の形態においては、平板状不織布31を3個としたが、求められる水質等に応じて、任意にその数を決定することができ、例えば1〜50個とすることができる。また、本実施の形態においては、光触媒カートリッジ30として平板状不織布31を流動槽10に固定したが、他の手段により設置してもよい。また、本実施の形態において、各光触媒カートリッジ30は、その面が水の流動方向に垂直に交わるように設置したが、流動する水が効率良く平板状不織布31を通過すれば良く、例えば流動方向に対して10°前後、好ましくは5°前後、傾いて設置されても良い。   As shown in FIG. 3, each photocatalyst cartridge 30 includes a flat nonwoven fabric 31 and a pair of wire meshes 32, and the flat nonwoven fabric 31 is sandwiched between a pair of stainless steel wire meshes 32. Thus, by using the wire mesh 32 as a support material and making it into a cartridge shape, the flat nonwoven fabric 31 with a deteriorated photocatalytic function can be easily replaced. Desorption can be facilitated by providing a multi-stage photocatalyst cartridge with a connecting structure using a frame or the like. In the present embodiment, the number of the flat nonwoven fabrics 31 is three, but the number can be arbitrarily determined according to the required water quality and the like, for example, 1 to 50. Moreover, in this Embodiment, although the flat nonwoven fabric 31 was fixed to the flow tank 10 as the photocatalyst cartridge 30, you may install by another means. Further, in the present embodiment, each photocatalyst cartridge 30 is installed such that its surface intersects perpendicularly with the flow direction of water, but it is sufficient that the flowing water passes through the flat nonwoven fabric 31 efficiently. May be installed at an angle of around 10 °, preferably around 5 °.

平板状不織布31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シリカ基複合酸化物繊維であって、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いる光触媒繊維からなる。   The flat nonwoven fabric 31 is a silica-based composite oxide fiber composed of a composite oxide phase of an oxide phase (first phase) mainly composed of a silica component and a metal oxide phase (second phase) containing titanium. The photocatalyst fiber in which the abundance ratio of titanium of the metal oxide constituting the second phase increases in a gradient toward the surface layer of the fiber.

光触媒繊維の表面は、必要に応じて白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、亜鉛(Zn)、ガリウム(Ga)、ゲルマニウム(Ge)、インジウム(In)及びスズ(Sn)のうちの1以上が担持されていてもよい。担持方法は、特に限定されないが、前記担持される金属イオンが含まれる液と光触媒繊維とを接触させながら、第2相を構成する金属酸化物のバンドギャップに相当するエネルギー以上のエネルギーを有する光を照射することによって、担持させることができる。   The surface of the photocatalytic fiber may be platinum (Pt), palladium (Pd), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), iron (Fe), if necessary. One or more of nickel (Ni), zinc (Zn), gallium (Ga), germanium (Ge), indium (In), and tin (Sn) may be supported. The supporting method is not particularly limited, but light having an energy equal to or higher than the energy corresponding to the band gap of the metal oxide constituting the second phase while contacting the liquid containing the supported metal ions and the photocatalytic fiber. Can be carried by irradiation.

第1相は、シリカ成分を主体とする酸化物相であり、非晶質であっても結晶質であってもよく、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よい。シリカと固溶体を形成し得る金属元素(A)としては、例えば、チタン等が挙げられる。シリカと固溶体を形成し得る金属酸化物の金属元素(B)としては、例えば、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、及び鉄等が挙げられる。   The first phase is an oxide phase mainly composed of a silica component, and may be amorphous or crystalline, and may be a metal element or metal oxide capable of forming a solid solution or a eutectic compound with silica. It may contain. Examples of the metal element (A) that can form a solid solution with silica include titanium. Examples of the metal element (B) of the metal oxide that can form a solid solution with silica include aluminum, zirconium, yttrium, lithium, sodium, barium, calcium, boron, zinc, nickel, manganese, magnesium, and iron. It is done.

第1相は、シリカ基複合酸化物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。シリカ基複合酸化物繊維全体に対する第1相の存在割合は40〜98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さらに好ましい。   The first phase forms the internal phase of the silica-based composite oxide fiber and plays an important role in bearing the mechanical properties. The ratio of the first phase to the entire silica-based composite oxide fiber is preferably 40 to 98% by weight, and the desired function of the second phase is sufficiently expressed, and high mechanical properties are also expressed. For this purpose, it is more preferable to control the ratio of the first phase within the range of 50 to 95% by weight.

一方、第2相は、チタンを含む金属酸化物相であり、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。金属酸化物を構成する金属としては、チタンが挙げられる。この金属酸化物は、単体でもよいし、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等でもよいが、チタニアであることが好ましい。第2相は、シリカ基複合酸化物繊維の表層相を形成しており、シリカ基複合酸化物繊維の第2相の存在割合は、金属酸化物の種類により異なるが、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さらに好ましい。第2相のTiを含む金属酸化物の結晶粒径は15nm以下が好ましく、特に10nm以下が好ましい。   On the other hand, the second phase is a metal oxide phase containing titanium and plays an important role in developing the photocatalytic function. An example of the metal constituting the metal oxide is titanium. The metal oxide may be a simple substance, or may be a co-melting compound or a substance in which a substitutional solid solution is formed with a specific element, but is preferably titania. The second phase forms the surface layer phase of the silica-based composite oxide fiber, and the proportion of the second phase of the silica-based composite oxide fiber varies depending on the type of metal oxide, but is 2 to 60% by weight. Preferably, it is more preferably controlled within a range of 5 to 50% by weight in order to sufficiently exhibit its function and to simultaneously exhibit high strength. The crystal grain size of the metal oxide containing Ti of the second phase is preferably 15 nm or less, particularly preferably 10 nm or less.

第2相に含まれる金属酸化物のチタンの存在割合は、シリカ基複合酸化物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表層から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に及んでもよい。尚、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、即ちシリカ基複合酸化物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%を示している。   The proportion of titanium in the metal oxide contained in the second phase increases in a gradient toward the surface of the silica-based composite oxide fiber, and the thickness of the region where the composition gradient is clearly recognized is the surface layer. From 5 to 500 nm, but may be about 1/3 of the fiber diameter. The “existence ratio” of the first phase and the second phase refers to the first phase with respect to the metal oxide constituting the first phase and the entire metal oxide constituting the second phase, that is, the entire silica-based composite oxide fiber. % By weight and the second phase metal oxide.

有機物分解装置において、平板状不織布上の平均紫外線強度は、1〜10mW/cmであることが好ましく、さらに2〜8mW/cmの範囲であることが好ましい。平板状不織布表面での紫外線強度が1〜10mW/cmであると、2つの紫外線成分による水処理を高効率に行うことができる。このような範囲にするには、紫外線照射手段と平板状不織布との距離等を適当な範囲になるようにすればよい。ここで、平均紫外線強度は、不織布表面の中央部から端部までの複数個所の紫外線強度を測定し、それらの値を平均して平均紫外線強度とすることができる。 In organic decomposition apparatus, the average UV intensity on flat nonwoven is preferably is preferably 1~10mW / cm 2, a further range of 2~8mW / cm 2. When the ultraviolet intensity on the surface of the flat nonwoven fabric is 1 to 10 mW / cm 2 , water treatment with two ultraviolet components can be performed with high efficiency. In order to make such a range, the distance between the ultraviolet irradiation means and the flat nonwoven fabric may be set to an appropriate range. Here, the average ultraviolet intensity can be obtained by measuring the ultraviolet intensity at a plurality of locations from the center to the end of the nonwoven fabric surface and averaging the values to obtain the average ultraviolet intensity.

次に、傾斜構造を有する光触媒繊維の製造方法について説明する。   Next, the manufacturing method of the photocatalyst fiber which has an inclination structure is demonstrated.

(溶融紡糸法)
光触媒繊維は、主として一般式
(Melt spinning method)
Photocatalytic fibers are mainly of the general formula

Figure 2010022936
Figure 2010022936

(但し、式中のRは水素原子、低級アルキル基又はフェニル基を示す。)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、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、あるいは変性ポリカルボシランと有機金属化合物との混合物を得る第A工程、溶融紡糸する第B工程、不融化処理する第C工程、及び空気中又は酸素中で焼成する第D工程により製造することができる。 (However, R in the formula represents a hydrogen atom, a lower alkyl group or a phenyl group.) A polycarbosilane having a main chain skeleton represented by the following formula is modified with an organometallic compound. A process for obtaining a modified polycarbosilane having the above structure or a mixture of a modified polycarbosilane and an organometallic compound, a process B for melt spinning, a process C for infusible treatment, and firing in air or oxygen It can manufacture by the D process to do.

第A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、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。   Step A is a step of producing a modified polycarbosilane having a number average molecular weight of 1,000 to 50,000 used as a starting material for producing a silica-based composite oxide fiber. The basic method for producing the modified polycarbosilane is very similar to JP-A-56-74126, but it is necessary to carefully control the bonding state of the functional groups described therein.

変性ポリカルボシランは、主として上記化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と、一般式、M(OR’)nあるいは、MR”m(Mは金属元素、R’は炭素原子数1〜20個を有するアルキル基又はフェニル基、R”はアセチルアセトナート、mとnは1より大きい整数)を基本構造とする有機金属化合物とから誘導されるものである。   The modified polycarbosilane is mainly composed of a polycarbosilane having a main chain skeleton represented by the above chemical formula 1 having a number average molecular weight of 200 to 10,000 and a general formula of M (OR ′) n or MR ″ m (M Is a metal element, R ′ is an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms or a phenyl group, R ″ is acetylacetonate, and m and n are integers greater than 1). Is.

傾斜構造を有する光触媒繊維を製造するには、前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、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。   In order to produce a photocatalytic fiber having an inclined structure, it is necessary to select a slow reaction condition in which only a part of the organometallic compound forms a bond with polycarbosilane. For this purpose, it is necessary to react in an inert gas at a temperature of 280 ° C. or lower, preferably 250 ° C. or lower. Under these reaction conditions, even if the organometallic compound reacts with polycarbosilane, it is bonded as a monofunctional polymer (that is, bonded in a pendant form), and no significant increase in molecular weight occurs. The modified polycarbosilane partially bonded with the organometallic compound plays an important role in improving the compatibility between the polycarbosilane and the organometallic compound.

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、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。   In addition, when many functional groups more than bifunctional couple | bond together, the bridge | crosslinking structure of polycarbosilane is formed and the remarkable increase in molecular weight is recognized. In this case, a sudden exotherm and a rise in melt viscosity occur during the reaction. On the other hand, when only one function reacts and an unreacted organometallic compound remains, conversely, a decrease in melt viscosity is observed.

傾斜構造を有する光触媒繊維を製造するには、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。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あるいは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、同様に出発原料として使用できる。   In order to produce a photocatalytic fiber having an inclined structure, it is desirable to select conditions that intentionally leave an unreacted organometallic compound. Mainly, the modified polycarbosilane and the unreacted organometallic compound or the organic metal compound of about 2 to 3 mer are used as starting materials. However, the modified polycarbosilane alone has a very low molecular weight modified polycarbosilane. If a silane component is included, it can be used as a starting material as well.

第B工程においては、第A工程で得られた変性ポリカルボシラン、ある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、前駆体という場合がある。)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よい。なお、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。   In step B, the modified polycarbosilane obtained in step A or a mixture of modified polycarbosilane and a low molecular weight organometallic compound (hereinafter sometimes referred to as a precursor) is melted to prepare a spinning dope. In some cases, this is filtered to remove substances that are harmful when spinning, such as microgel and impurities, and this is spun by a commonly used synthetic fiber spinning device. The temperature of the spinning dope during spinning varies depending on the softening temperature of the raw material modified polycarbosilane, but a temperature range of 50 to 200 ° C. is advantageous. In the above spinning apparatus, a humidification heating cylinder may be provided below the nozzle as necessary. The fiber diameter is adjusted by changing the discharge amount from the nozzle and the winding speed of a high-speed winding device installed at the lower part of the spinning machine.

前記紡糸の他に、第A工程で得られた変性ポリカルボシラン、ある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巻き取り速度を制御しながら紡糸してもよい。   In addition to the spinning, the modified polycarbosilane obtained in Step A, or a mixture of the modified polycarbosilane and a low molecular weight organometallic compound is used, for example, benzene, toluene, xylene or other modified polycarbosilane and other low molecular weight compounds. Synthetic fibers that are usually used after dissolving the organometallic compound in a solvent that can be melted to prepare a spinning stock solution, and in some cases filtering it to remove harmful substances such as macrogel and impurities. Spinning may be performed while controlling the winding speed by a dry spinning method with a spinning device.

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、あるいは空気、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、又は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。   In these spinning processes, if necessary, a spinning cylinder is attached to the spinning device, and the atmosphere in the cylinder is mixed with at least one gas of the solvent, or air, inert gas, hot air, By setting the atmosphere of heat inert gas, steam, ammonia gas, hydrocarbon gas, or organosilicon compound gas, solidification of fibers in the spinning cylinder can be controlled.

第C工程においては、第B工程で得られた紡糸繊維を酸化雰囲気中で、張力又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。第C工程は、第D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、特に限定されないが、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。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よく、酸素分圧を意図的に変えてもよい。   In Step C, the spun fiber obtained in Step B is preheated in an oxidizing atmosphere under the action of tension or no tension to infusibilize the spun fiber. The C step is performed for the purpose of preventing the fibers from melting and adhering to adjacent fibers during the firing of the D step. The treatment temperature and treatment time vary depending on the composition and are not particularly limited, but generally, a treatment condition of several hours to 30 hours is selected within a range of 50 to 400 ° C. The oxidizing atmosphere may contain moisture, nitrogen oxides, ozone, or the like that increases the oxidizing power of the spun fiber, and the oxygen partial pressure may be changed intentionally.

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。なお、第C工程並びに第B工程の際に、原料中に含まれる低分子量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られる。   By the way, depending on the ratio of the low molecular weight substance contained in the raw material, the softening temperature of the spun fiber may be lower than 50 ° C. In this case, the fiber surface oxidation is promoted at a temperature lower than the treatment temperature in advance. In some cases, processing is performed. In addition, it is thought that the bleed-out to the fiber surface of the low molecular weight substance contained in a raw material advances in the C process and the B process, and the base | substrate of the target gradient composition is formed.

第D工程においては、第C工程により不融化された繊維を、張力又は無張力下で、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光触媒繊維を得る。第D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きたさない場合はそのまま使用されるが、支障をきたす場合は、更なる酸化処理が施される。その際、目的とする傾斜組成及び結晶構造に問題が生じない温度、及び処理時間が選択される。   In Step D, the fiber infusible in Step C is baked in an oxidizing atmosphere at a temperature range of 500 to 1800 ° C. under tension or no tension, and the target is an oxidation mainly composed of a silica component. It consists of a composite oxide phase of a physical phase (first phase) and a metal oxide phase containing titanium (second phase), and the proportion of titanium in the metal oxide that constitutes the second phase toward the surface layer is inclined. The photocatalytic fiber that increases to a maximum In Step D, the organic component contained in the infusible fiber is basically oxidized, but depending on the conditions selected, it may remain in the fiber as carbon or carbide. Even in such a state, when the target function is not hindered, it is used as it is. However, when the target function is hindered, further oxidation treatment is performed. At that time, a temperature at which no problem occurs in the target gradient composition and crystal structure and a processing time are selected.

なお、光触媒繊維を平板状不織布とするには、上記製法により得られた光触媒機能を有する光触媒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平板状不織布とするとすることができる。   In addition, in order to make a photocatalyst fiber into a flat nonwoven fabric, after making the photocatalyst fiber which has a photocatalyst function obtained by the said manufacturing method into a short fiber, it can be set as a flat nonwoven fabric by performing a needle punch.

(メルトブロー法)
平板状不織布は、メルトブロー法を用いて、第A工程で得られた前駆体を溶融し、溶融物を紡糸ノズルから吐出するとともに、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もできる。
(Melt blow method)
The flat nonwoven fabric melts the precursor obtained in Step A using a melt blow method, discharges the melt from the spinning nozzle, and spouts heated nitrogen gas from the periphery of the spinning nozzle. The nonwoven fabric can be formed by collecting the spun fibers in a receiver arranged at the lower part of the spinning nozzle, and then the nonwoven fabric is infusible and then fired in an oxidizing atmosphere.

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。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、第A工程で得られた前記前駆体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。   The diameter of the spinning nozzle is usually about 100 to 500 μm. Nitrogen gas ejection speed is about 30 to 300 m / s, and the higher the speed, the thinner the fiber. The heating temperature of nitrogen gas is not particularly limited as long as a desired spun fiber can be obtained, but nitrogen gas heated to about 500 ° C. is usually ejected. Conventionally, in a general melt-blowing method, air is used as the jet gas, but nitrogen needs to be used to spin the precursor obtained in the step A. Spinning can be performed stably by using nitrogen as the jet gas.

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紡糸することが好ましい。吸引することにより、繊維が効果的にからまり、高強度の不織布が得られる。吸引速度は2〜10m/s程度の範囲が好ましい。   When collecting the spun fiber in a receiver disposed at the lower part of the spinning nozzle, it is preferable to perform spinning while sucking from the lower side of the receiver using a suckable receiver. By sucking, the fibers are effectively entangled and a high-strength nonwoven fabric is obtained. The suction speed is preferably in the range of about 2 to 10 m / s.

得られた不織布は、上記溶融紡糸法の場合と同様の不融化処理及び焼成(第C工程及び第D工程)を行うことにより、光触媒繊維からなる不織布が得られる。メルトブロー法により製造される光触媒繊維は、平均繊維径が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平板状不織布は、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)、フィルター等に加工する際に十分なプリーツ加工性を有する。   The obtained nonwoven fabric is subjected to the same infusibilization treatment and firing (step C and step D) as in the melt spinning method, whereby a nonwoven fabric made of photocatalytic fibers is obtained. The photocatalyst fiber produced by the melt blowing method has an average fiber diameter of 1 to 20 μm, preferably 1 to 8 μm, more preferably 2 to 6 μm, and is thinner than the fiber produced by the melt spinning method. be able to. Thereby, the surface area of a fiber can also be enlarged and catalyst activity increases. Moreover, the flat nonwoven fabric manufactured by a melt blow method has a long fiber compared with the short fiber manufactured by the melt spinning method about 40-50 mm in length made into the nonwoven fabric by the needle punch method. As a result, the nonwoven fabric has high strength (tensile strength of 2N or more) and has sufficient pleatability when processed into a filter or the like.

平板状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、厚みは0.5〜20mmであることが好ましい。厚みは、必要に応じて不織布を積層することにより調整できる。厚みは、0.5mmよりも薄い場合には、光触媒量そのものが少なすぎて水の浄化効果が十分に得られない。20mmよりも厚い場合は平板状不織布が抵抗となり、圧力損失が増大し、水処理が難しくなる。平板状不織布の形状は特に制限はないが、平板状不織布を挿入する流動槽の形状に合わせて、丸型、角型などにすることができ、平板状不織布の表面積を大きくするために波板状にすることもできる。 The basis weight and thickness of the flat nonwoven fabric are not particularly limited, but it is usually preferable that the basis weight is 50 to 500 g / m 2 and the thickness is 0.5 to 20 mm. The thickness can be adjusted by laminating a nonwoven fabric as necessary. If the thickness is less than 0.5 mm, the amount of photocatalyst itself is too small to obtain a sufficient water purification effect. When it is thicker than 20 mm, the flat nonwoven fabric becomes resistance, pressure loss increases, and water treatment becomes difficult. The shape of the flat nonwoven fabric is not particularly limited, but can be round, square, etc. according to the shape of the flow tank into which the flat nonwoven fabric is inserted, and corrugated to increase the surface area of the flat nonwoven fabric. It can also be made into a shape.

上記のような平板状不織布31の製造方法によれば、繊維同士のブリッジングが全く無く、一本一本の繊維表面にチタニアを始めとする光触媒成分が緻密に析出した構造の光触媒繊維からなる平板状不織布31が得られる。また、この光触媒繊維は、従来のコーティングという手法によらないため、繊維表面の光触媒成分が脱落するという問題がない。さらにこの繊維からなる平板状不織布31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に、処理流体と光触媒との接触面積が非常に大きくなる。一般に、光触媒の機能を十分に引き出すためには、光触媒への光の照射効率と処理流体との接触効率を高めることが必要である。   According to the manufacturing method of the flat nonwoven fabric 31 as described above, there is no bridging between fibers, and the photocatalyst fiber has a structure in which photocatalytic components such as titania are densely deposited on the surface of each fiber. A flat nonwoven fabric 31 is obtained. Moreover, since this photocatalyst fiber does not depend on the conventional technique of coating, there is no problem that the photocatalyst component on the fiber surface falls off. Furthermore, since the flat nonwoven fabric 31 made of the fibers has a structure in which each fiber is dispersed with a certain amount of voids, the contact area between the processing fluid and the photocatalyst becomes very large. Generally, in order to fully exploit the function of the photocatalyst, it is necessary to increase the light irradiation efficiency to the photocatalyst and the contact efficiency with the processing fluid.

次に、本実施の形態に係る超純水の製造方法について説明する。   Next, a method for producing ultrapure water according to the present embodiment will be described.

(第1工程)
まず、凝集ろ過装置により、被処理水である水道水や地下水等に含まれる懸濁物質を除去する。これにより、後段におけるイオン交換装置や逆浸透装置の負荷を軽減することができる。前処理装置により処理された被処理水は、イオン交換装置に供給される。
(First step)
First, suspended substances contained in tap water, ground water, etc., which are to-be-treated water, are removed by a coagulation filtration device. Thereby, the load of the ion exchange apparatus and reverse osmosis apparatus in a back | latter stage can be reduced. The treated water treated by the pretreatment device is supplied to the ion exchange device.

(第2工程)
イオン交換装置に供給された被処理水は、イオン交換により、被処理水中に含まれる無機成分の多くが除去される。イオン交換装置により処理された被処理水は、逆浸透装置に供給される。
(Second step)
Most of the inorganic components contained in the water to be treated are removed from the water to be treated supplied to the ion exchange device by ion exchange. The treated water treated by the ion exchange device is supplied to the reverse osmosis device.

(第3工程)
逆浸透装置に供給された被処理水は、RO膜モジュールを通過させられ、有機物分解装置に供給される。逆浸透装置で処理された水は、TOC(有機物濃度)が20ppb程度であり、原水のTOC(水道水の場合で1ppm程度)と比較すると大部分の有機物が除去されているが、半導体や液晶の製造工程で使用される超純水のTOCは1ppb以下であることが要求されるため、残存する微量の有機物は、次の有機物分解装置で分解除去される。
(Third step)
The treated water supplied to the reverse osmosis device is passed through the RO membrane module and supplied to the organic matter decomposition device. The water treated with the reverse osmosis device has a TOC (organic concentration) of about 20 ppb, and most of the organic matter is removed compared to the TOC of raw water (about 1 ppm in the case of tap water). Since the TOC of ultrapure water used in the manufacturing process is required to be 1 ppb or less, the remaining trace amount of organic matter is decomposed and removed by the following organic matter decomposing apparatus.

(第4工程)
逆浸透装置において処理された被処理水は、図2に示されるように、流入路51から貯留槽42に供給させる。マイクロバブル発生部44は、マイクロバブルを発生させ、エアレーションにより被処理水とマイクロバブルとを接触させて、被処理水にマイクロバブルを注入する。貯留槽42は、流入路46及び流出路48を介してマイクロバブル発生部44との間を循環しているので、そこに貯留される被処理水にマイクロバブルが注入され、溶存酸素濃度が増大する。流動槽10に供給される被処理液の溶存酸素濃度は、飽和率で80〜150%であることが好ましい。マイクロバブルの特性である自己加圧効果によって溶存酸素の飽和量以上の酸素を溶存させることができる。
(4th process)
The to-be-processed water processed in the reverse osmosis apparatus is supplied to the storage tank 42 from the inflow path 51, as FIG. 2 shows. The microbubble generating unit 44 generates microbubbles, brings the water to be treated and microbubbles into contact with each other by aeration, and injects the microbubbles into the water to be treated. Since the storage tank 42 circulates between the microbubble generator 44 via the inflow path 46 and the outflow path 48, the microbubbles are injected into the water to be treated stored therein, and the dissolved oxygen concentration increases. To do. The dissolved oxygen concentration of the liquid to be treated supplied to the fluid tank 10 is preferably 80 to 150% in terms of saturation. Oxygen exceeding the saturation amount of dissolved oxygen can be dissolved by the self-pressurizing effect that is a characteristic of microbubbles.

マイクロバブルが注入された被処理水が供給路53を介して流入口55から流動槽10に供給される。不要な有機物を含む処理水を浄化するには、まず、流動槽10の流入口55から被処理水が流し込まれる。流し込まれた被処理水は、流動槽10内を通って流出口57から排出される。平板状不織布31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に、水が通過する際、光触媒との接触面積が非常に大きい。このため、光触媒機能を有する平板状不織布31によって効率的にラジカルが発生し、不要な有機物を分解する。光触媒繊維からなる平板状不織布31の表面及び裏面の両面に紫外線が照射されることにより、さらに効率的にラジカルを発生させることができる。また、185nmの紫外線が直接水に照射されることにより、不要な有機物が分解される。   The treated water into which the microbubbles are injected is supplied from the inlet 55 to the fluid tank 10 through the supply path 53. In order to purify the treated water containing unnecessary organic substances, first, the treated water is poured from the inlet 55 of the fluidized tank 10. The treated water that has been poured is discharged from the outlet 57 through the fluid tank 10. Since the flat nonwoven fabric 31 has a structure in which each fiber has a certain amount of voids and is dispersed, the contact area with the photocatalyst is very large when water passes through. For this reason, radicals are efficiently generated by the flat nonwoven fabric 31 having a photocatalytic function, and unnecessary organic substances are decomposed. Radiation can be generated more efficiently by irradiating both the front and back surfaces of the flat nonwoven fabric 31 made of photocatalytic fibers with ultraviolet rays. Moreover, unnecessary organic substances are decomposed by directly irradiating water with 185 nm ultraviolet rays.

通常、チタニア光触媒を利用した有機物分解装置においては、紫外線ランプは、波長351nmのブラックライト蛍光ランプ又は波長254nmの殺菌ランプが用いられる。チタニア光触媒は、387nm以下の波長であれば励起することができ、又これらのランプは製品として入手しやすいためである。有機物分解装置Dにおいては、従来用いられなかった紫外線を利用し、かつ光触媒を所定の配置構造にすることにより、高い分解効率を得ることができる。すなわち、本発明に係る超純水製造装置においては、光触媒繊維からなる平板状不織布と、この平板状不織布と平行になるように設置され、180〜190nmと250〜260nmとにピーク波長を有する紫外線を照射する紫外線照射手段とを有するので、上記光触媒への光照射効率と処理流体との接触効率を維持しながら、180〜190nmの紫外線が光触媒によって遮断されることはない。このため、250〜260nmの紫外線を平板状不織布に照射することにより光触媒を励起し、発生するOHラジカルによって有機物を分解し、180〜190nmの紫外線により水中の有機物を直接分解することができ、分解効果を高く維持することができる。このような分解の効率は、被処理水の溶存酸素濃度が高い方が有利である。有機物分解装置Dによる上記処理によって、TOCは1ppb以下までにすることができる。有機物分解装置により処理された被処理水は、脱気装置に供給される。   Usually, in an organic matter decomposing apparatus using a titania photocatalyst, a ultraviolet light lamp is a black light fluorescent lamp having a wavelength of 351 nm or a sterilizing lamp having a wavelength of 254 nm. This is because titania photocatalysts can be excited at wavelengths of 387 nm or less, and these lamps are easily available as products. In the organic matter decomposing apparatus D, high decomposition efficiency can be obtained by using ultraviolet rays that have not been used in the past and making the photocatalyst have a predetermined arrangement structure. That is, in the ultrapure water production apparatus according to the present invention, a flat nonwoven fabric made of photocatalytic fibers and an ultraviolet ray having peak wavelengths at 180 to 190 nm and 250 to 260 nm, which are installed in parallel with the flat nonwoven fabric. Therefore, ultraviolet light of 180 to 190 nm is not blocked by the photocatalyst while maintaining the light irradiation efficiency to the photocatalyst and the contact efficiency with the processing fluid. For this reason, it is possible to excite the photocatalyst by irradiating the flat nonwoven fabric with ultraviolet rays of 250 to 260 nm, decompose organic substances with generated OH radicals, and directly decompose organic substances in water with ultraviolet rays of 180 to 190 nm. The effect can be kept high. The efficiency of such decomposition is advantageous when the concentration of dissolved oxygen in the water to be treated is high. By the above processing by the organic matter decomposing apparatus D, the TOC can be reduced to 1 ppb or less. The treated water treated by the organic matter decomposing apparatus is supplied to the deaeration apparatus.

(第5工程)
脱気装置に供給された被処理水からは、溶存酸素等の溶存気体が除去される。脱気装置により処理された被処理水は、イオン吸着装置に供給される。
(5th process)
Dissolved gas such as dissolved oxygen is removed from the water to be treated supplied to the deaerator. The water to be treated treated by the deaeration device is supplied to the ion adsorption device.

(第6工程)
イオン吸着装置に供給された被処理水からは、前記有機物分解装置において、有機物が完全分解されず、イオン化物質として微量に残存するイオン化物質が除去される。例えば、イソプロピルアルコール(IPA)は、大部分は二酸化炭素と水に完全分解されるが、極微量が、不完全分解物として酢酸や蟻酸などの有機酸(イオン化物質)として水中に残存する場合がある。イオン吸着装置は、こうしたイオン化物質を吸着・除去し、TOCをさらに低減する上で非常に重要な役割を果たす。イオン吸着装置により処理された被処理水は、限外ろ過装置に供給される。
(Sixth step)
From the water to be treated supplied to the ion adsorbing device, the organic matter is not completely decomposed in the organic matter decomposing device, and the ionized substance remaining in a minute amount as the ionized substance is removed. For example, isopropyl alcohol (IPA) is mostly completely decomposed into carbon dioxide and water, but a trace amount may remain in water as an incompletely decomposed product such as an organic acid (ionized substance) such as acetic acid or formic acid. is there. The ion adsorption apparatus plays a very important role in adsorbing and removing such ionized substances and further reducing the TOC. The treated water treated by the ion adsorption device is supplied to the ultrafiltration device.

(第7工程)
イオン吸着装置に供給された被処理水は、限外ろ過装置により処理される。以上の処理を経て、TOCの低い超純水が得られる。
(Seventh step)
The treated water supplied to the ion adsorption device is treated by the ultrafiltration device. Through the above treatment, ultrapure water having a low TOC is obtained.

以下、本発明を実施例により説明する。   Hereinafter, the present invention will be described with reference to examples.

(製造例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。
(Production Example 1)
A 5-liter three-necked flask was charged with 2.5 liters of anhydrous toluene and 400 g of metallic sodium, heated to the boiling point of toluene under a nitrogen gas stream, and 1 liter of dimethyldichlorosilane was added dropwise over 1 hour. After completion of the dropwise addition, the mixture was heated to reflux for 10 hours to form a precipitate. The precipitate was filtered, washed with methanol and then with water to obtain 420 g of white powder of polydimethylsilane. Polydimethylsilane (250 g) was charged into a three-necked flask equipped with a water-cooled reflux condenser, and heated and reacted at 420 ° C. for 30 hours under a nitrogen stream to obtain polycarbosilane having a number average molecular weight of 1200.

上記方法により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、更に250℃まで昇温して5時間反応させ、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。   To 100 g of polycarbosilane synthesized by the above method, 100 g of toluene and 64 g of tetrabutoxytitanium are added, preheated at 100 ° C. for 1 hour, then slowly heated to 150 ° C. to distill off the toluene and reacted for 5 hours. The mixture was further heated to 250 ° C. and reacted for 5 hours to synthesize modified polycarbosilane. In order to intentionally allow the low molecular weight organometallic compound to coexist with the modified polycarbosilane, 5 g of tetrabutoxytitanium was added to obtain a mixture of the modified polycarbosilane and the low molecular weight organometallic compound.

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、ガラス製の紡糸装置に仕込み、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℃で溶融紡糸を行った。紡糸繊維を空気中、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、光触媒繊維としてチタニア/シリカ繊維を得た。   After the mixture of the modified polycarbosilane and the low molecular weight organometallic compound was dissolved in toluene, the mixture was charged into a glass spinning apparatus, the interior was sufficiently purged with nitrogen, and the temperature was raised to distill off the toluene. Melt spinning was carried out at 0 ° C. The spun fiber was heated to 150 ° C. in the air stepwise to be infusible, and then fired in air at 1200 ° C. for 1 hour to obtain a titania / silica fiber as a photocatalyst fiber.

製造例1によって得られた光触媒繊維は、第1相の存在割合が80重量%、第2相の存在割合が20重量%であった。存在割合は、蛍光X線分析によって求めた。第2相に含まれるチタニアの結晶粒子は、8nmであった。粒子径は、TEM(透過型電子顕微鏡観察)によって求めた。光触媒繊維表面から、300nmの深さで金属酸化物のチタンの存在割合が傾斜していた。傾斜の深さは、オージェ電子分光分析によって求めた。   In the photocatalyst fiber obtained in Production Example 1, the proportion of the first phase was 80% by weight and the proportion of the second phase was 20% by weight. The abundance ratio was determined by fluorescent X-ray analysis. The titania crystal particles contained in the second phase were 8 nm. The particle diameter was determined by TEM (transmission electron microscope observation). From the surface of the photocatalyst fiber, the existing ratio of titanium metal oxide was inclined at a depth of 300 nm. The inclination depth was determined by Auger electron spectroscopy.

(実施例1)
製造例1により得られたチタニア/シリカ繊維を平板状不織布とし、それを備える光触媒カートリッジとし、図4に示される有機物分解装置を作製した。紫外線ランプの出力は60Wであり、24本を使用した。紫外線ランプの波長は254nmと185nmの両方を放射する。紫外線ランプと平板状不織布の距離は90mmとし、平板状不織布表面の平均紫外線強度は2mW/cmであった。上水を公知の凝集ろ過装置、2床3塔型イオン交換装置、逆浸透膜装置で処理した後、この有機物分解装置で処理し、続けて公知の脱気装置、イオン吸着装置、及び限外ろ過装置で処理することにより超純水を得た。処理速度は、最終的に得られる超純水のTOCが0.5ppb程度になるように調整した。この場合の処理速度は6.5m/h、有機物分解装置に係る消費エネルギーは0.32kwh/mであった。
Example 1
The titania / silica fiber obtained in Production Example 1 was used as a flat nonwoven fabric, and a photocatalyst cartridge including the same was produced, and the organic matter decomposing apparatus shown in FIG. 4 was produced. The output of the ultraviolet lamp was 60 W, and 24 lamps were used. The wavelength of the ultraviolet lamp emits both 254 nm and 185 nm. The distance between the ultraviolet lamp and the flat nonwoven fabric was 90 mm, and the average ultraviolet intensity of the flat nonwoven fabric surface was 2 mW / cm 2 . Water is treated with a known coagulation filtration device, a two-bed three-column ion exchange device, and a reverse osmosis membrane device, and then treated with this organic matter decomposition device, followed by a known deaeration device, ion adsorption device, and ultrafiltration device. Ultrapure water was obtained by processing with a filtration device. The treatment speed was adjusted so that the finally obtained TOC of ultrapure water was about 0.5 ppb. In this case, the processing speed was 6.5 m 3 / h, and the energy consumption related to the organic matter decomposition apparatus was 0.32 kwh / m 3 .

(実施例2)
有機物分解装置がマイクロバブル発生部を備え、処理水中の溶存酸素濃度を7.5ppm(マイクロバブル発生機なしの場合:6.0ppm)とした以外は実施例1の場合と同様の処理を行った。処理速度は、最終的に得られる超純水のTOCが0.5ppb程度になるように調整した。この場合の処理速度は7.5m/h、有機物分解装置に係る消費エネルギーは0.27kwh/mであった。
(Example 2)
The organic substance decomposition apparatus was equipped with a microbubble generator, and the same treatment as in Example 1 was performed except that the dissolved oxygen concentration in the treated water was 7.5 ppm (in the case of no microbubble generator: 6.0 ppm). . The treatment speed was adjusted so that the finally obtained TOC of ultrapure water was about 0.5 ppb. In this case, the processing speed was 7.5 m 3 / h, and the energy consumption related to the organic matter decomposition apparatus was 0.27 kwh / m 3 .

(実施例3)
有機物分解装置がマイクロバブル発生部を備え 、処理水中の溶存酸素濃度を8.7ppm(マイクロバブル発生機なしの場合:6.0ppm)とした以外は実施例1の場合と同様の処理を行った。処理速度は、最終的に得られる超純水のTOCが0.5ppb程度になるように調整した。この場合の処理速度は8.7m/hであり、有機物分解装置に係る消費エネルギーは0.24kwh/mであった。
(Example 3)
The organic substance decomposition apparatus was equipped with a microbubble generator, and the same treatment as in Example 1 was performed except that the dissolved oxygen concentration in the treated water was 8.7 ppm (in the case of no microbubble generator: 6.0 ppm). . The treatment speed was adjusted so that the finally obtained TOC of ultrapure water was about 0.5 ppb. The processing speed in this case was 8.7 m 3 / h, and the energy consumption related to the organic matter decomposition apparatus was 0.24 kwh / m 3 .

(比較例1)
特開平10−151450の実施例に記載の方法を参考に、直径250mm、長さ1500mmのステンレス製の筒に、254nmと194nmと184nmの各波長を放射する65Wの低圧紫外線ランプ24本を内蔵した有機物分解装置を作製した。光触媒は、アナターゼ型チタニアを透光性アルミナ板材に担持したものを有機物分解装置の内部に挿入した。有機物分解装置の内容積に対する光触媒の重量は80ppmとした。有機物分解装置以外は、実施例1と同様に、上水を公知の凝集ろ過装置、2床3塔型イオン交換装置、逆浸透膜装置、脱気装置で処理した後、この有機物分解装置で処理し、続けて公知のイオン吸着装置および限外ろ過装置で処理することにより超純水を得た。処理速度は、最終的に得られる超純水のTOCが0.5ppb程度になるように調整した。この場合の処理速度は4.7m/hであり、有機物分解装置に係る消費エネルギーは0.47kwh/mであった。
(Comparative Example 1)
With reference to the method described in the example of Japanese Patent Laid-Open No. 10-151450, 24 stainless steel tubes having a diameter of 250 mm and a length of 1500 mm each include 24 low-pressure ultraviolet lamps of 65 W that emit wavelengths of 254 nm, 194 nm, and 184 nm. An organic matter decomposition apparatus was produced. As the photocatalyst, anatase titania supported on a translucent alumina plate was inserted into the organic matter decomposing apparatus. The weight of the photocatalyst with respect to the internal volume of the organic substance decomposition apparatus was 80 ppm. In the same manner as in Example 1, except for the organic matter decomposing apparatus, the treated water was treated with a known coagulation filtration device, a two-bed three-column ion exchange device, a reverse osmosis membrane device, and a degassing device, and then treated with this organic matter decomposing device Subsequently, ultrapure water was obtained by treating with a known ion adsorption device and ultrafiltration device. The treatment speed was adjusted so that the finally obtained TOC of ultrapure water was about 0.5 ppb. The processing speed in this case was 4.7 m 3 / h, and the energy consumption related to the organic matter decomposition apparatus was 0.47 kwh / m 3 .

純水製造装置の構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a structure of a pure water manufacturing apparatus. 有機物分解装置の概念図である。It is a conceptual diagram of an organic matter decomposition | disassembly apparatus. 光触媒カートリッジの拡大図である。It is an enlarged view of a photocatalyst cartridge. 実施例において用いられた有機物分解装置の概念図である。It is a conceptual diagram of the organic substance decomposition | disassembly apparatus used in the Example.

符号の説明Explanation of symbols

D 有機物分解装置
10 流動槽
20 紫外線ランプ
30 光触媒カートリッジ
31 平状板不織布
32 金網
40 マイクロバブル発生装置
42 貯留槽
44 マイクロバブル発生部
D Organic matter decomposing apparatus 10 Fluid tank 20 Ultraviolet lamp 30 Photocatalyst cartridge 31 Flat sheet nonwoven fabric 32 Wire mesh 40 Microbubble generator 42 Storage tank 44 Microbubble generator

Claims (13)

少なくとも懸濁物質を除去する前処理装置と、アニオン及びカチオンの少なくとも一つを除去するイオン交換装置と、少なくとも微粒子及びコロイド物質を除去する逆浸透装置と、溶解性有機物を分解除去する有機物分解装置と、溶存気体を除去する脱気装置と、イオン化された物質を除去するイオン吸着装置と、少なくとも微粒子を除去する限外ろ過装置とを備えた超純水製造装置であって、
前記有機物分解装置は、
被処理水を一方向に流動させる流動槽と、
表面に酸化チタンを含む光触媒繊維からなる平板状不織布と、
180〜190nmと250〜260nmにそれぞれピーク波長を有する紫外線を照射可能な、長手方向に延びる形状を有する紫外線照射手段とを備え、
前記平板状不織布の面と紫外線照射手段の長手方向とは平行であることを特徴とする超純水製造装置。
A pretreatment device for removing at least suspended substances, an ion exchange device for removing at least one of anions and cations, a reverse osmosis device for removing at least fine particles and colloidal materials, and an organic matter decomposition device for decomposing and removing soluble organic matter And an ultrapure water production apparatus comprising a degassing device for removing dissolved gas, an ion adsorption device for removing ionized substances, and an ultrafiltration device for removing at least fine particles,
The organic matter decomposition apparatus is
A fluid tank for flowing the water to be treated in one direction;
A flat nonwoven fabric composed of photocatalytic fibers containing titanium oxide on the surface;
An ultraviolet irradiation means having a shape extending in the longitudinal direction capable of irradiating ultraviolet rays having peak wavelengths of 180 to 190 nm and 250 to 260 nm, respectively.
An apparatus for producing ultrapure water, wherein the surface of the flat nonwoven fabric is parallel to the longitudinal direction of the ultraviolet irradiation means.
前記平板状不織布の面が、被処理水の流動方向に対して垂直になるように配置されていることを特徴とする請求項1記載の超純水製造装置。   The ultrapure water production apparatus according to claim 1, wherein the flat nonwoven fabric is disposed so that a surface thereof is perpendicular to a flow direction of the water to be treated. 前記有機物分解装置が、被処理水の溶存酸素濃度を増大させる溶存酸素濃度増大手段をさらに備えることを特徴とする請求項1又は2記載の超純水製造装置。   The ultrapure water production apparatus according to claim 1 or 2, wherein the organic matter decomposition apparatus further comprises a dissolved oxygen concentration increasing means for increasing the dissolved oxygen concentration of the water to be treated. 前記溶存酸素濃度増大手段が、マイクロバブル発生手段であることを特徴とする請求項3記載の超純水製造装置。   4. The apparatus for producing ultrapure water according to claim 3, wherein the dissolved oxygen concentration increasing means is microbubble generating means. 前記光触媒繊維が、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シリカ基複合酸化物繊維であって、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いることを特徴とする請求項1乃至4いずれか記載の超純水製造装置。   The photocatalytic fiber is a silica-based composite oxide fiber composed of a composite oxide phase of an oxide phase (first phase) mainly composed of a silica component and a metal oxide phase containing titanium (second phase), The ultrapure water production apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein an abundance ratio of titanium of the metal oxide constituting the second phase increases in a slope toward the surface layer of the fiber. 前記平板状不織布の両面に紫外線が照射可能であることを特徴とする請求項1乃至5いずれか記載の超純水製造装置。   The ultrapure water production apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein both surfaces of the flat nonwoven fabric can be irradiated with ultraviolet rays. 前記平板状不織布は、前記流動槽から着脱可能であることを特徴とする請求項1乃至6いずれか記載の超純水製造装置。   The ultrapure water production apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein the flat nonwoven fabric is detachable from the fluidized tank. 前記光触媒繊維全体に対する前記第1相の存在割合が98〜40重量%、前記第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5に記載の超純水製造装置。   6. The apparatus for producing ultrapure water according to claim 5, wherein the existence ratio of the first phase with respect to the entire photocatalytic fiber is 98 to 40% by weight, and the existence ratio of the second phase is 2 to 60% by weight. . 前記光触媒繊維表面から5〜500nmの深さで前記第2相を構成する金属酸化物のチタンの存在割合が傾斜していることを特徴とする請求項5又は8記載の超純水製造装置。   The ultrapure water production apparatus according to claim 5 or 8, wherein the titanium oxide of the metal oxide constituting the second phase is inclined at a depth of 5 to 500 nm from the surface of the photocatalyst fiber. 前記第2相に含まれる金属酸化物がチタニアであり、該チタニアの結晶粒径が15nm以下であることを特徴とする請求項5、8、又は9記載の超純水製造装置。   The ultrapure water production apparatus according to claim 5, 8, or 9, wherein the metal oxide contained in the second phase is titania, and the crystal grain size of the titania is 15 nm or less. 少なくとも懸濁物質を除去する第1工程と、
アニオン及びカチオンの少なくとも一つをイオン交換により除去する第2工程と、
少なくとも微粒子及びコロイド物質を除去する第3工程と、
被処理水を流動させながら、表面に酸化チタンを含む光触媒繊維からなる平板状不織布を通過させ、長手方向に延びる形状を有し、該長手方向と前記平板状不織布が平行となるように設置された紫外線照射手段から前記平板状不織布に180〜190nmと250〜260nmとにそれぞれピーク波長を有する紫外線を照射し、被処理水中の溶解性有機物質を分解除去する第4工程と、
溶存気体を除去する第5工程と、
第4工程によってイオン化されたイオン化物質を吸着により除去する第6工程と、
少なくとも微粒子を限外ろ過により除去する第7工程と、を備えることを特徴とする超純水の製造方法。
A first step of removing at least suspended matter;
A second step of removing at least one of an anion and a cation by ion exchange;
A third step of removing at least particulates and colloidal material;
While flowing the water to be treated, a flat nonwoven fabric made of photocatalyst fiber containing titanium oxide is passed through the surface, and has a shape extending in the longitudinal direction, and the longitudinal direction and the flat nonwoven fabric are installed in parallel. A fourth step of irradiating the flat nonwoven fabric with ultraviolet light having a peak wavelength at 180 to 190 nm and 250 to 260 nm from the ultraviolet irradiation means to decompose and remove soluble organic substances in the water to be treated;
A fifth step of removing dissolved gas;
A sixth step of removing the ionized substance ionized by the fourth step by adsorption;
And a seventh step of removing at least fine particles by ultrafiltration.
前記第4工程において、前記平板状不織布の面に対して垂直方向に前記被処理水を流動させることを特徴とする請求項11記載の超純水の製造方法。   The method for producing ultrapure water according to claim 11, wherein in the fourth step, the water to be treated is caused to flow in a direction perpendicular to the surface of the flat nonwoven fabric. 前記第4工程において、前記光触媒繊維が、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シリカ基複合酸化物繊維であって、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いることを特徴とする請求項11又は12記載の超純水の製造方法。
In the fourth step, the photocatalytic fiber is a silica-based composite oxidation comprising a composite oxide phase of an oxide phase (first phase) mainly composed of a silica component and a metal oxide phase (second phase) containing titanium. The ultrapure water according to claim 11 or 12, wherein the presence ratio of titanium of the metal oxide constituting the second phase is inclined toward the surface layer of the fiber. Production method.
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