JP2012006003A

JP2012006003A - 光触媒担持発泡リサイクルガラスおよびそれを用いた水処理方法

Info

Publication number: JP2012006003A
Application number: JP2010159112A
Authority: JP
Inventors: Tetsuto Nakajima; 哲人中島
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-06-28
Filing date: 2010-06-28
Publication date: 2012-01-12

Abstract

【課題】製造コストが低く、水面に浮く担持体により、太陽光の紫外線によりで、水が自然に対流し、エネルギーをあまり必要とせず、有機物や細菌を効率よく分解、殺菌、除去し、水処理費用を低く抑えることが可能な水処理方法提供する。
【解決手段】比重が水より軽い発泡リサイクルガラスに、光触媒を担持させた光触媒担持発泡リサイクルガラスを、被処理水に浮遊させて、太陽光により、前記被処理水中の有機物や細菌を効率よく分解、殺菌、除去することを特徴とする水処理方法である。

Description

本発明は、光触媒を用いた水処理方法に関し、光触媒を担持した発泡リサイクルガラスを被処理水に浮遊させ、被処理水中の有機物や細菌を効果的に分解、殺菌、除去することが可能な光触媒担持発泡リサイクルガラスおよびそれを用いた水処理方法に関する。

光触媒を担持させた固定化光触媒を用いると、繰り返し使用できる利点がある。光触媒フィルタ（例えば、特許文献１、２参照）や光触媒性粒子（特許文献３参照）の固定化光触媒が開発されているが、分解速度を上げるために、大量の水をポンプで移動させる必要があり、コストが高いという問題点があった。

この問題点を解決するために、管理費がかからない光触媒を固定化した水処理装置があるが（例えば、特許文献４参照）、紫外線ランプを照射する必要がある。

太陽光の紫外線を使用できる平板状光触媒担持多孔質体（例えば、特許文献５参照）が知られているが、シリカガラス不織布は、水より重く、水中で使用すると水に沈むので、光が届く深さが問題になり、水浴の深さに制限がある。

太陽光の紫外線を使用でき、また、導電性ダイヤモンド電極を備えたハイブリッド型水浄化装置（特許文献６）が知られているが、コストが高い。

太陽光の紫外線を使用でき、水に浮く光触媒を担持させたポリオレフィン繊維からなるプリーツ構造体（特許文献７）が知られているが、コストが高いという問題点があった。
特開平１１−３４７４１７号公報特開２００４−２３０２９６号公報特開２００７−６９１２４号公報特開平８−１５５４４５号公報特開２００６−２８９３１５号公報特開２０１０−６４０４５号公報特開２００６−１９２４２７号公報

本発明の課題は、かかる現状に鑑み、製造コストが低く、水面に浮く担持体により、太陽光の紫外線によりで、水が自然に対流し、エネルギーをあまり必要とせず、有機物を効率よく分解し、除去し、水処理費用を低く抑えることが可能な水処理方法提供することにある。

上述の課題を解決するために、本発明者が鋭意研究した結果、発泡リサイクルガラスに光触媒を担持させることが好ましいことが解明された。

発泡リサイクルガラスとは、使用済みガラスを粉砕して粉にし、アルミニウム粉などの発泡剤をまぜて、高温の７２０〜８８０℃で焼結することにより、内部に空隙が形成された多孔質の素材である（［特許文献８］特開２００６−７６８２３号公報参照）。

この解明結果に基づき、上述の課題を解決するための、本発明に係る第１の手段は、発泡リサイクルガラスに、光触媒を担持させ、被処理水に浮遊させて、光を照射することで、前記被処理水中の有機物や細菌を分解、殺菌、除去することを特徴とする光触媒担持発泡リサイクルガラスである。

第２の手段は、前記光触媒を担持した発泡リサイクルガラスの密度が０．２〜０．８ｇ／ｃｍ３で、粒径５ｍｍ〜３０ｍｍであることを特徴とする、光触媒担持発泡リサイクルガラスである。

第３の手段は、前記光触媒が酸化チタンからなる、第１〜２の手段のいずれかに記載の光触媒担持発泡リサイクルガラスである。

第４の手段は、被処理水中に、光触媒を担持した発泡リサイクルガラスを浮遊させ、光を照射することで、前記被処理水中の有機物や細菌を分解、殺菌、除去することを特徴とする光触媒を用いた水処理方法である。

第５の手段は、前記光触媒を担持した発泡リサイクルガラスの密度が０．２〜０．８ｇ／ｃｍ３で、粒径５ｍｍ〜３０ｍｍであることを特徴とする、第４の手段の光触媒を用いた水処理方法である。

第６の手段は、前記光触媒が酸化チタンからなる、第４〜５の手段のいずれかに記載の光触媒を用いた水処理方法

以下、本発明の実施の形態について説明する。
本発明に用いる発泡リサイクルガラスとしては、被処理水に浮遊させるために、密度が０．８ｇ／ｃｍ３よりも小さいものを使用する。より好ましくは、密度が０．２ｇ／ｃｍ３から０．３ｇ／ｃｍ３のものを使用する。

発泡リサイクルガラスの粒径は、３ｍｍから５０ｍｍのものを使用する。より好ましくは、１０ｍｍから２０ｍｍのものを使用する。

発泡リサイクルガラスは、事前に、水に浮くことを確かめる。当初浮いていても、太陽光に当たる室外で、１週間から２週間経過すると、水中に沈んでしまう物がある。原因は発泡リサイクルガラスの内部に閉じこめられた空孔の部分に、水が浸透するからである。

発泡リサイクルガラスの内部の空孔の部分にヒビが入っているために、水が浸透する。発泡リサイクルガラスにヒビが生じる原因は、高温で製造した後、急激に冷却すると、ガラスにヒビが内部まで進行する。冷やす時に、徐々に冷却する。また、１０ｍｍから２０ｍｍの粒径に篩いを使って型抜きするときに、圧力が内部に伝わって、ヒビが入る。ヒビが入るのを避けるために、篩いを使って型抜きするときに、ゆっくり行って作った発泡リサイクルガラスを使用する。

発泡リサイクルガラスに光触媒を担持する方法としては、光触媒ゾル液を用いる。発泡リサイクルガラスを容器に入れ、光触媒ゾル液を注ぐ。液から浮いてくるので、上から押さえて、液につける。容器を傾けて、光触媒ゾル液を取り出す。

光触媒ゾル液を付着させた発泡リサイクルガラスを電気炉で焼結することにより、担持させる。焼結温度は２００℃から４５０℃で、焼結は１時間から３時間行う。焼結時に発泡リサイクルガラスにヒビが入らないように、昇温は時間をかけ、好ましくは５時間から１０時間行う。降温も時間をかけ、好ましくは５時間から１０時間、除々に温度を下げる。

内部にヒビのない、光触媒を担持させた発泡リサイクルガラスは、水に入れた場合に、水面に浮くため、効率よく光を照射でき、光触媒作用により、水を浄化できる。

また、発泡リサイクルガラスは、肉眼で見て、表面に凸凹が観察できる。水が懸濁している場合に、発泡リサイクルガラスの凹の部分に、懸濁物が付着されやすくい。このことにより、水の透明度を上げ、有機物や細菌を分解、殺菌、除去することができる効果があり、水質が改善される。

以下、実施例を参照しながら、本発明を具体的に説明する。

実施例１
株式会社アベックスの比重０．３の発泡リサイクルガラスを使用した。ガラス瓶をパウダー状になるまで粉砕した後、発泡材を配合した混合粉体を約８５０度で焼成・発泡して生産したものである。

（光触媒酸化チタンの発泡リサイクルガラスへの担持）
１５ｍｍの篩いの方で砕いたものを、１Ｌビーカーに入れた。質量は３００ｇであった。光触媒酸化チタンのゾル液（石原産業株式会社ＳＴＳ−０１）を水で２倍に薄めた液を注いで、吸収させた。

発泡リサイクルガラスが液から浮いてくるので、上から押さえて、液につけた。１Ｌビーカーを傾けて、光触媒酸化チタンゾル液を取り出した。

光触媒酸化チタンゾル液が付いた発泡リサイクルガラスを、陶器の入れ物に入れて電気炉で焼結した。室温から３００℃に昇温に１０時間かけ、３００℃で４時間維持し、８時間かけて除々に室温に戻した。焼結後の質量増加量は、４．９ｇであった。

（色素溶液の分解実験）
光触媒酸化チタンを付けた発泡リサイクルガラスの光触媒効果をメチレンブルーの色素を使って確認した。

３．７Ｌのパット（３２０×２３０×５０ｍｍ）に６００ｍＬの光触媒酸化チタンを付けた発泡リサイクルガラスを入れた。２．０ｍｇ／Ｌのメチレンブルーの水溶液を１．５Ｌ入れた。１５Ｗのブラックライト４本を照射し、送液ポンプで４００ｍＬ／分の速さで水溶液を循環させた。紫外線の照射強度は液面で０．５ｍＷ／ｃｍ２であった。照射後の水溶液について、６６４ｎｍ吸光度を分光光度計で測定し、吸光度より濃度を求め、メチレンブルーの濃度が減少する様子を測定した。光触媒酸化チタンによる吸着の影響があるので、光触媒作用を確認するため、光照射しない暗状態と光照射した状態を比較した。当該実験結果を表１に示す。

暗状態で、吸着の影響がみられた。光照射により、光触媒作用を確認できた。また、濃度の対数を縦軸に、横軸を照射時間にしたグラフにすると、ほぼ直線関係が得られることから、光触媒による分解反応が一次反応であることがわかった。

実施例２
（光触媒酸化チタンの発泡リサイクルガラスへの担持）
株式会社アベックスの比重０．３の発泡リサイクルガラスを使用した。１５ｍｍの篩いの方で砕いたものを、１Ｌビーカーに入れた。質量は３００ｇであった。光触媒酸化チタンのゾル液（石原産業株式会社ＳＴＳ−０１）を水で４倍に薄めた液を注いで、吸収させた。

光触媒酸化チタンゾル液が付いた発泡リサイクルガラスを、陶器の入れ物に入れて電気炉で焼結した。室温から３００℃に昇温に１０時間かけ、３００℃で４時間維持し、８時間かけて除々に室温に戻した。焼結後の質量増加量は、２．５ｇであった。

焼結後、再度、光触媒酸化チタンゾル液を付け、電気炉で焼結した。室温から３００℃に昇温に１０時間かけ、３００℃で４時間維持し、８時間かけて除々に室温に戻した。焼結後の質量増加量は、２．５ｇであった。２回の質量増加量は、全体で５．０ｇであった。

（懸濁液の浄化実験）
光触媒酸化チタンを付けた発泡リサイクルガラスの水浄化作用を、懸濁液を使って確認した。

５３Ｌの大型水槽（Ｗ５８０×Ｄ２７０×Ｈ３４０ｍｍ）２個にそれぞれ、手賀沼の水３０Ｌを入れ、水深が２０ｃｍになった。片方の水槽（Ａ）に光触媒を付けた発泡リサイクルガラスを１．６Ｌ入れた。屋上に設置し、太陽光が当たるようにした。濁りが沈殿しないように、ポンプで空気を入れて自然に対流するようにした。さらにマグネチックスターラーで沈殿しないように攪拌した。光触媒を入れない水槽（Ｂ）で対照実験を行った。
実験開始後と６日後と１０日後に、それぞれＣＯＤを測定した。

対照の水槽のＣＯＤは少しずつ減少した。これは、やはり浮遊物が沈殿したためである。光触媒を入れた方の水槽のＣＯＤは、対照と比較してさらに減少していた。光触媒の効果が確かめられた。

発泡リサイクルガラスをよく観察すると、発泡した凸凹部分に、濁りである浮遊物が付着していた。浮遊物がリサイクルガラスで除去されたため、濁りが減ったことがわかった。

本発明に係る光触媒を担持した発泡リサイクルガラスおよびそれを用いた水処理方法は、生活排水、下水処理場排水、廃棄物処理施設排水、農業排水等の有機物や細菌を分解、殺菌、除去処理に好適であり、汚濁した湖沼の水の処理に好適なものである。

Claims

発泡リサイクルガラスに、光触媒を担持させ、被処理水に浮遊させて、光を照射することで、前記被処理水中の有機物や細菌を分解、殺菌、除去することを特徴とする光触媒担持発泡リサイクルガラス。
前記光触媒を担持した発泡リサイクルガラスの密度が０．２〜０．８ｇ／ｃｍ３で、粒径５ｍｍ〜３０ｍｍであることを特徴とする、光触媒担持発泡リサイクルガラス。
前記光触媒が酸化チタンからなる、請求項１〜２のいずれかに記載の光触媒担持発泡リサイクルガラス。
被処理水中に、光触媒を担持した発泡リサイクルガラスを浮遊させ、光を照射することで、前記被処理水中の有機物や細菌を分解、殺菌、除去することを特徴とする光触媒を用いた水処理方法。
前記光触媒を担持した発泡リサイクルガラスの密度が０．２〜０．８ｇ／ｃｍ３で、粒径５ｍｍ〜３０ｍｍであることを特徴とする、請求項４に記載の光触媒を用いた水処理方法。
前記光触媒が酸化チタンからなる、請求項４〜５のいずれかに記載の光触媒を用いた水処理方法。