JP2015061729A - 浄水器及び浄水システム - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の目的は、担体上に固定された光触媒の触媒性能を発揮させるとともに、太陽光が届かない場所においても浄化作用が可能な浄水システムを得ることにある。
[1]光触媒を坦持した多孔質炭化ケイ素構造材及び当該多孔質炭化ケイ素構造材の内部に配置された紫外線導光体を備える光触媒坦持炭化ケイ素フィルタと、前記紫外線導光体中に紫外線エネルギを導入可能に配置された発光ダイオード(LED)と、を有することを特徴とする浄水器。
[2]光触媒を坦持した多孔質炭化ケイ素構造材及び当該多孔質炭化ケイ素構造材の内部に配置された紫外線導光体を有する光触媒坦持炭化ケイ素フィルタを備える浄化部と、発光ダイオード(LED)により発生させた紫外線エネルギを前記浄化部の前記紫外線導光体に導入する紫外線発光部と、前記紫外線発光部に太陽電池ユニットにより発生させた電力を供給する電源部と、を備えることを特徴とする浄水システム。
本発明によれば、多孔質炭化ケイ素構造材と浄化対象物との接触面積が大きくなり、浄化処理効率を向上させる。
本発明によれば、多孔質炭化ケイ素構造材の表面に安定して坦持された光触媒が浄化対象物を効率よく分解処理する。
本発明によれば、光源を光触媒から分離し、紫外線導光体を介して太陽光が当たらない場所に紫外線エネルギを導入できる。
本発明によれば、発光ダイオード(LED)を使用し、光源の長寿命化が得られる。
本発明によれば、太陽電池パネルと蓄電池を組み込み、電源供給設置の制限等の条件が整わない場所における浄化処理が可能になる。
図1は、本実施の形態が適用される光触媒坦持炭化ケイ素フィルタの一例を説明する図である。図1に示すように、光触媒坦持炭化ケイ素フィルタ100は、光触媒30を坦持した多孔質炭化ケイ素構造材10と、多孔質炭化ケイ素構造材10の内部に配置された紫外線導光体20と、を備えている。
多孔質炭化ケイ素構造材10は、炭化ケイ素(SiC)を骨格とし、フィルタとして使用する際、浄化対象の流体が通過可能な3次元多孔質構造を有している。炭化ケイ素(SiC)の骨格は、架橋太さの平均が1mm以下、気孔率が85容量%以上である。多孔質炭化ケイ素構造材10の製造方法については後述する。
本実施の形態では、紫外線導光体20は、波長300nmの紫外線の光線透過率が70%以上である紫外線透過性材料から形成されることが好ましい。通常、光触媒30は、波長400nm以下の紫外線エネルギの照射により触媒作用を発揮することが知られている。このため、紫外線の光線透過率が高い材料を用いて紫外線導光体20を形成することにより、多孔質炭化ケイ素構造材10の内部に坦持された光触媒30が効率よく活性化される。紫外線透過性材料としては、例えば、紫外線透過性アクリル樹脂が挙げられる。このようなアクリル樹脂としては、例えば、株式会社クラレ株式会社製メタクリル樹脂パラグラス(登録商標)、住友化学株式会社製スミペックス010等の市販品が挙げられる。
多孔質炭化ケイ素構造材10の内部に坦持された光触媒30の量は特に限定されない。本実施の形態では、0.01〜99.9%の範囲で調製される。
図2(a)に示す光触媒坦持炭化ケイ素フィルタ101は、光触媒(図示せず)を坦持し、炭化ケイ素(SiC)を骨格とした3次元多孔質構造を有する多孔質炭化ケイ素構造材12aと、浄化対象となる流体の流れる方向(A)に略平行に配置された複数の紫外線導光体22aを有している。紫外線導光体22aは棒状形状を有している。そして、紫外線導光体22aの周囲が長手方向に沿って多孔質炭化ケイ素構造材12aに取り囲まれるように、多孔質炭化ケイ素構造材12aの内部に配置されている。
(多孔質炭化ケイ素構造材10の製造方法)
本実施の形態で使用する多孔質炭化ケイ素構造材10の製造方法の一例を以下に説明する。先ず、スポンジ状多孔質構造体の有形骨格に、炭素源としての樹脂とシリコン粉末を混合したスラリー(Siスラリー)を含浸させた後、約70℃で12時間程度乾燥する。このとき、スラリー液が連続気孔部を塞がない程度にスラリー液を絞ることが好ましい。
スポンジ状多孔質構造体としては、例えば、発泡ポリウレタン等が挙げられる。Siスラリーの樹脂としては、例えば、フェノール樹脂、フラン樹脂、有機金属ポリマー等が挙げられる。なお、必要に応じて炭素粉末、黒鉛粉末、カーボンブラック、骨材、酸化防止剤等の添加剤を添加する。
シリコン粉末としては、平均粒径が1μm〜10μm程度の微粉末が特に好ましい。
Siスラリーの分散媒には、メチルアルコール、エチルアルコール等が挙げられる。
なお、本実施の形態では、多孔質炭化ケイ素構造材10の製造において使用するシリコン粉末のシリコン(Si)とフェノール樹脂等の炭素(C)との混合の割合は、シリコン(Si)と炭素(C)との原子比がSi/C=0.05〜4になるように選ぶのが望ましい。
本実施の形態において、光触媒30は、通常、以下の手順により多孔質炭化ケイ素構造材10に坦持される。即ち、上述した製造方法により調製された多孔質炭化ケイ素構造材10を、二酸化チタン(TiO2)等の光触媒30を含有するスラリー(TiO2スラリー)に浸漬し、乾燥後、大気中において100℃〜800℃程度の温度で焼成する。尚、TiO2スラリーの分散媒として水を使用する。
本実施の形態では、TiO2スラリーには、例えば、ポリビニルアルコールの水溶液中に二酸化チタン(TiO2)等を添加、所定の粘度に調整する。ポリビニルアルコールはTiO2を多孔質炭化ケイ素構造材10の表面に固定する結着剤としても有用である。
TiO2スラリー中の二酸化チタン(TiO2)の濃度は特に限定されないが、本実施の形態では、多孔質炭化ケイ素構造材10に坦持した際に、チタン(Ti)と炭素(C)のモル比(Ti/C)が0.1〜2の範囲内になるように調整されている。
図3は、本実施の形態が適用される浄水システムの一例を説明する図である。
図3に示す浄水システムは、浄化対象としての汚水を光触媒により分解処理し浄化水とする浄水器としての浄化部Iと、浄化部Iに光触媒を活性化させる紫外線エネルギを発光ダイオード(LED)200を用いて供給する紫外線発光部IIと、紫外線発光部IIに太陽電池ユニットにより発生した電気エネルギを供給する電源部IIIと、浄化部Iに浄化対象としての汚水を供給する送液ユニットIVとから構成されている。
本実施の形態では、発光ダイオード(LED)200から発生する紫外線エネルギは、例えば、光ファイバ又は他の導光板等を介して、光触媒坦持炭化ケイ素フィルタ100の紫外線導光体20に導入する。この場合、紫外線エネルギ発生の光源を、浄化対象の汚水等の中に入れる必要が無い。
浄化部Iの光触媒坦持炭化ケイ素フィルタ100と紫外線発光部IIの発光ダイオード(LED)200とを組み合わせた構成を一個の装置とし、これを汚水等が収容された適当な容器中に配置する浄水器として用いることができる。この場合、発光ダイオード(LED)200に電力を供給する電源部IIIは、浄水器とは別体として設置する。
また、紫外線導光体20を介して、多孔質炭化ケイ素構造材10の内部に坦持された光触媒30に紫外線エネルギを照射している。このため、光触媒坦持炭化ケイ素フィルタ100の外部に紫外線エネルギを発生させる光源を設け、従来のように、光触媒30の近傍に光源を設けていない。
[1]光触媒を坦持した多孔質炭化ケイ素構造材及び当該多孔質炭化ケイ素構造材の内部に配置された紫外線導光体を備える光触媒坦持炭化ケイ素フィルタと、前記紫外線導光体中に、光ファイバを介して紫外線エネルギを導入可能に配置された発光ダイオード(LED)と、を有することを特徴とする浄水器。
[2]光触媒を坦持した多孔質炭化ケイ素構造材及び当該多孔質炭化ケイ素構造材の内部に配置された紫外線導光体を有する光触媒坦持炭化ケイ素フィルタを備える浄化部と、発光ダイオード(LED)により発生させた紫外線エネルギを前記浄化部の前記紫外線導光体に光ファイバを介して導入する紫外線発光部と、前記紫外線発光部に太陽電池ユニットにより発生させた電力を供給する電源部と、を備えることを特徴とする浄水システム。
Claims (2)
- 光触媒を坦持した多孔質炭化ケイ素構造材及び当該多孔質炭化ケイ素構造材の内部に配置された紫外線導光体を備える光触媒坦持炭化ケイ素フィルタと、
前記紫外線導光体中に紫外線エネルギを導入可能に配置された発光ダイオード(LED)と、
を有することを特徴とする浄水器。 - 光触媒を坦持した多孔質炭化ケイ素構造材及び当該多孔質炭化ケイ素構造材の内部に配置された紫外線導光体を有する光触媒坦持炭化ケイ素フィルタを備える浄化部と、
発光ダイオード(LED)により発生させた紫外線エネルギを前記浄化部の前記紫外線導光体に導入する紫外線発光部と、
前記紫外線発光部に太陽電池ユニットにより発生させた電力を供給する電源部と、
を備えることを特徴とする浄水システム。
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