JP3049068B2 - 有機汚染物処理用マトリックス、これを使用する方法および装置 - Google Patents
有機汚染物処理用マトリックス、これを使用する方法および装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は気体中の有機汚染物を除去し、減少させ、ま
たは無害化するためのマトリックス、これを使用する方
法および装置に関する。空気汚染物の除去などに適用さ
れる。特に、空気から有機的汚染物、例えば、ポリクロ
ロビフェニル(PCB's)、トリハロメタン、ベンゼン誘
導体、殺虫剤、下記に若干の例を詳述するその他のもの
を除去または減少せしめるためのマトリックス、これを
使用する方法および装置に関する。
たは無害化するためのマトリックス、これを使用する方
法および装置に関する。空気汚染物の除去などに適用さ
れる。特に、空気から有機的汚染物、例えば、ポリクロ
ロビフェニル(PCB's)、トリハロメタン、ベンゼン誘
導体、殺虫剤、下記に若干の例を詳述するその他のもの
を除去または減少せしめるためのマトリックス、これを
使用する方法および装置に関する。
[従来の技術および発明が解決しようとする課題] 従来から、カレイらによる「水性懸濁液中、二酸化チ
タン存在下におけるPCB類の光学的脱塩素」(ブレタン
・オブ・エンバイロンメンタル・コンタミネーション・
アンド・トキシコロジイ(Bulletin of Environmental
Contamination & Toxicology)第16巻第6号第697−70
1頁)に記載された、二酸化チタンによるPCB類の光学的
脱塩素が知られていた。カレイらは、懸濁二酸化チタン
粒子の存在下、アロクロル1254(商標)の25ppb水溶液
の波長365nmの近紫外線による照射について記載してい
る。30分後、溶液中に未反応のアロクロルは検出されな
いか、または二酸化チタンの表面に吸着されていた。同
様の実験が池のPCB類についても行なわれており、塩化
ビフェニルは消失しており、塩素イオンの生成が観察さ
れた。
タン存在下におけるPCB類の光学的脱塩素」(ブレタン
・オブ・エンバイロンメンタル・コンタミネーション・
アンド・トキシコロジイ(Bulletin of Environmental
Contamination & Toxicology)第16巻第6号第697−70
1頁)に記載された、二酸化チタンによるPCB類の光学的
脱塩素が知られていた。カレイらは、懸濁二酸化チタン
粒子の存在下、アロクロル1254(商標)の25ppb水溶液
の波長365nmの近紫外線による照射について記載してい
る。30分後、溶液中に未反応のアロクロルは検出されな
いか、または二酸化チタンの表面に吸着されていた。同
様の実験が池のPCB類についても行なわれており、塩化
ビフェニルは消失しており、塩素イオンの生成が観察さ
れた。
マチューは二酸化チタンの結晶形アナタース(anatas
e)水性懸濁液中近紫外線を照射することにより、多数
の有機化合物が二酸化炭素に変化する(「無機化作用」
と言われることがある)と報告している。研究された溶
質はベンゼン、安息香酸、安息香酸イオン、サリチル酸
イオン、フェノール、クロロベンゼン、アニリン、アニ
リンイオン、ニトロベンゼン、クロロホルムおよび蟻酸
であった(マチューら、「紫外線照射TiO2水性懸濁液中
の有機物質からの二酸化炭素の生成、溶質濃縮の結
果」、オーストリアン・ジャーナル・オブ・ケミストリ
ー(Aust.J.Chem.)、1987年、40,001−001、第1−9
頁))。同じ著者は先に安息香酸または安息香酸ナトリ
ウムについて同様の結果を報告している(「水性二酸化
チタン懸濁液の近紫外線光分解によるヒドロキシ反
応」、ジャーナル・ケミカル・ソサイェティ・ファラデ
ー・トランスアクション(J.Chem.Soc.Faraday Tran
s.)、第1部、、第80巻第457−471頁)。
e)水性懸濁液中近紫外線を照射することにより、多数
の有機化合物が二酸化炭素に変化する(「無機化作用」
と言われることがある)と報告している。研究された溶
質はベンゼン、安息香酸、安息香酸イオン、サリチル酸
イオン、フェノール、クロロベンゼン、アニリン、アニ
リンイオン、ニトロベンゼン、クロロホルムおよび蟻酸
であった(マチューら、「紫外線照射TiO2水性懸濁液中
の有機物質からの二酸化炭素の生成、溶質濃縮の結
果」、オーストリアン・ジャーナル・オブ・ケミストリ
ー(Aust.J.Chem.)、1987年、40,001−001、第1−9
頁))。同じ著者は先に安息香酸または安息香酸ナトリ
ウムについて同様の結果を報告している(「水性二酸化
チタン懸濁液の近紫外線光分解によるヒドロキシ反
応」、ジャーナル・ケミカル・ソサイェティ・ファラデ
ー・トランスアクション(J.Chem.Soc.Faraday Tran
s.)、第1部、、第80巻第457−471頁)。
また、チェン−ユン・ヒシアウらは、不均一光反応触
媒TiO2によるクロロメタンのCO2およびHClへの無機化作
用を報告している(不均一光反応触媒:照射TiO2光反応
触媒によるクロロメタン(CH2Cl2)、クロロホルム(CH
3Cl)および4塩化炭素(CCl4)の希釈溶液の分解、ジ
ャーナル・オブ・カタリスト(Journal of Catalys
t)、第82巻、第418−423頁(1983年))。
媒TiO2によるクロロメタンのCO2およびHClへの無機化作
用を報告している(不均一光反応触媒:照射TiO2光反応
触媒によるクロロメタン(CH2Cl2)、クロロホルム(CH
3Cl)および4塩化炭素(CCl4)の希釈溶液の分解、ジ
ャーナル・オブ・カタリスト(Journal of Catalys
t)、第82巻、第418−423頁(1983年))。
同様の反応はTiO2に限らない。他の金属半導体、Zn
O、CdO、WO3およびSnO2なども光触媒工程による環境汚
染物の分解に利用することができる(セルポーンら、
「ガラス基質吸着TiO2上の光反応触媒反応」、ソーラー
・エネルギー・マテリアルズ(Solar Energy Material
s)第14巻第121−127頁(1986年)、アムステルダ
ム)。
O、CdO、WO3およびSnO2なども光触媒工程による環境汚
染物の分解に利用することができる(セルポーンら、
「ガラス基質吸着TiO2上の光反応触媒反応」、ソーラー
・エネルギー・マテリアルズ(Solar Energy Material
s)第14巻第121−127頁(1986年)、アムステルダ
ム)。
上記のように文献中に記載された実験室反応の多く
は、毒性のない副産物に変化するべき有機的汚染物を含
む水中にTiO2粒子(または他の金属半導体)の懸濁液を
製造するものである。この工程は水の工業的精製には実
用的でない。なぜならTiO2粒子は後に水を使用する時に
は除去しなければならず、これは不可能であるか、また
は法外な経費を必要とする。
は、毒性のない副産物に変化するべき有機的汚染物を含
む水中にTiO2粒子(または他の金属半導体)の懸濁液を
製造するものである。この工程は水の工業的精製には実
用的でない。なぜならTiO2粒子は後に水を使用する時に
は除去しなければならず、これは不可能であるか、また
は法外な経費を必要とする。
[発明の構成] 本発明はマトリックスの構造を改良することによって
この問題を解決した。
この問題を解決した。
本発明は、気体中の有機汚染物を除去し、減少させ、
または無害化するための方法の実施に用いるマトリック
スにおいて、マトリックスは基質および光反応性金属半
導体物質の組合せであり、光反応性金属半導体物質が基
質の表面および/または表面中に結合しており、基質は
基材を組み立てたものであり、基材はフィラメント状、
繊維状またはストランド状の材料自体であり、基質は基
材を、網目があり光を通過させ得る網状とし、その網目
は光が複数の層に行きわたるように粗い形態とし、複数
重ね合わせた層に組み立てられており、マトリックス中
を気体が浸透・流通し、かつ気体に乱流を生じさせ、該
気体と該光反応性金属半導体物質との接触を最大にしう
るようにしたことを特徴とするマトリックスを提供す
る。
または無害化するための方法の実施に用いるマトリック
スにおいて、マトリックスは基質および光反応性金属半
導体物質の組合せであり、光反応性金属半導体物質が基
質の表面および/または表面中に結合しており、基質は
基材を組み立てたものであり、基材はフィラメント状、
繊維状またはストランド状の材料自体であり、基質は基
材を、網目があり光を通過させ得る網状とし、その網目
は光が複数の層に行きわたるように粗い形態とし、複数
重ね合わせた層に組み立てられており、マトリックス中
を気体が浸透・流通し、かつ気体に乱流を生じさせ、該
気体と該光反応性金属半導体物質との接触を最大にしう
るようにしたことを特徴とするマトリックスを提供す
る。
本発明のマトリックスは、TiO2または他の金属半導体
(以下、「光反応物質」と称する)でコーチングするた
めの大きな表面積性を有し、処理されるべき気体が被覆
表面に充分に接触できる多孔性構造を有し、触媒的また
は光反応効果が起るに適切なエネルギーレベルで全被覆
表面が光を享受し得るに充分な透過性を有する性質を持
った基質の表面と、表面へ、または表面の中へしっかり
と結合させるものである。
(以下、「光反応物質」と称する)でコーチングするた
めの大きな表面積性を有し、処理されるべき気体が被覆
表面に充分に接触できる多孔性構造を有し、触媒的また
は光反応効果が起るに適切なエネルギーレベルで全被覆
表面が光を享受し得るに充分な透過性を有する性質を持
った基質の表面と、表面へ、または表面の中へしっかり
と結合させるものである。
ここで使用する用語を明確に理解をするために、「基
材」の語は実際の材料自体、例えば、グラスファイバー
を言い、「基質」はこの材料を組み立てたもの、例え
ば、網のようなものを言う。一方、「マトリックス」は
基質とそれに結合した光反応物質の組み合わせを言うこ
ととする。
材」の語は実際の材料自体、例えば、グラスファイバー
を言い、「基質」はこの材料を組み立てたもの、例え
ば、網のようなものを言う。一方、「マトリックス」は
基質とそれに結合した光反応物質の組み合わせを言うこ
ととする。
基質として用いられる基材の好ましい形態としては、
筒状の、幾重にも重なった渦巻状の多層スリーブを有す
る一定の長さのグラスファイバー網である。
筒状の、幾重にも重なった渦巻状の多層スリーブを有す
る一定の長さのグラスファイバー網である。
グラスファイバーは使用される波長、すなわち、300
から425nm、においてわずかなパーセントしか光を吸収
せず、従ってそのような網は実質的には透明である。ス
リーブは好ましくは、一つの渦巻の網の孔がつぎの渦巻
の孔とずれるように配置する。典型的な網の大部分は孔
の部分であることと、網の繊維は通過する光をわずかし
か吸収しないことから、このような孔の部分を一致させ
ていない配列は光を比較的わずか減少させるだけで多層
の渦巻を通過させ得る。その結果、円筒状のランプの回
りに配置された網のスリーブは、外側の渦巻上にコーチ
ングされた光反応物質によって受ける光の強さを不適当
な程度に減少させることなく何重にも層になった渦巻に
することができる。マトリックスを形成するための基質
として多層の網状スリーブを使用できることがコンパク
トな配置を可能にする。
から425nm、においてわずかなパーセントしか光を吸収
せず、従ってそのような網は実質的には透明である。ス
リーブは好ましくは、一つの渦巻の網の孔がつぎの渦巻
の孔とずれるように配置する。典型的な網の大部分は孔
の部分であることと、網の繊維は通過する光をわずかし
か吸収しないことから、このような孔の部分を一致させ
ていない配列は光を比較的わずか減少させるだけで多層
の渦巻を通過させ得る。その結果、円筒状のランプの回
りに配置された網のスリーブは、外側の渦巻上にコーチ
ングされた光反応物質によって受ける光の強さを不適当
な程度に減少させることなく何重にも層になった渦巻に
することができる。マトリックスを形成するための基質
として多層の網状スリーブを使用できることがコンパク
トな配置を可能にする。
網はかならずしもスリーブとして巻き込む必要はな
い。上記の渦巻は他の物理的形態である重ね合わせた
層、例えば、一連の同心円表面によって代替することが
できる。例えば、コーチングフィルムを巻いて同軸管と
し、あるいは、異なる直径のコーチングガラス(例えば
半溶融または多孔性ガラス)管を順にはめ込み一連の同
軸円表面を生ぜしめることもできる。
い。上記の渦巻は他の物理的形態である重ね合わせた
層、例えば、一連の同心円表面によって代替することが
できる。例えば、コーチングフィルムを巻いて同軸管と
し、あるいは、異なる直径のコーチングガラス(例えば
半溶融または多孔性ガラス)管を順にはめ込み一連の同
軸円表面を生ぜしめることもできる。
さらに、網は必ずしもグラスファイバーである必要は
ない。光に対して十分透過性のある他の組み合わせ材料
を使用することができる。そのような組み合わせは、透
過性をその構造、例えば、非常に大きな網目によってで
も、またはそれ自身固有の性質の、いずれからでも得る
ことが可能である。例えば、ステンレススチールのよう
な材料もそれ自体は光に対して透過性がないが、もし、
十分に網目が大きければ、すなわち基質全体が十分に透
明であれば使用することができる。基質の十分な透過性
を構成するものは何層(渦巻)重ね合わせられるかによ
って異なる。
ない。光に対して十分透過性のある他の組み合わせ材料
を使用することができる。そのような組み合わせは、透
過性をその構造、例えば、非常に大きな網目によってで
も、またはそれ自身固有の性質の、いずれからでも得る
ことが可能である。例えば、ステンレススチールのよう
な材料もそれ自体は光に対して透過性がないが、もし、
十分に網目が大きければ、すなわち基質全体が十分に透
明であれば使用することができる。基質の十分な透過性
を構成するものは何層(渦巻)重ね合わせられるかによ
って異なる。
他の材料の使用も不可能ではないが、現時点で利用で
きる材料のうちでは、グラスファイバーは安価、軽量、
取り扱いが簡便、比較的高い透明性および反応物質に対
して不活性であるという点で通常は優れた選択である。
きる材料のうちでは、グラスファイバーは安価、軽量、
取り扱いが簡便、比較的高い透明性および反応物質に対
して不活性であるという点で通常は優れた選択である。
さらに、本発明は光反応物質を他の基質にコーチング
結合する場合にも適用できる。また、基質はフィラメン
ト状グラスファイバー、すなわち、不織絶縁体型材料、
織ったまたは紡いだガラスウールの網状の形態を採るこ
ともできる。
結合する場合にも適用できる。また、基質はフィラメン
ト状グラスファイバー、すなわち、不織絶縁体型材料、
織ったまたは紡いだガラスウールの網状の形態を採るこ
ともできる。
基質は半導体物質が光反応反応する波長の光に対して
透過性がある。
透過性がある。
上記に示したように、マトリックスが広範な種々の物
理的形態を採り得る一方で、本質的な実用的価値は気体
が容易に浸透し、気体が十分にすべての表面に接触し得
るという性質のマトリックスにある。このために、マト
リックスがそれ自体に気体の乱流を生ぜしめることがで
き、これはグラスファイバー網の巻き上げスリーブによ
って十分達成される効果の一つである。
理的形態を採り得る一方で、本質的な実用的価値は気体
が容易に浸透し、気体が十分にすべての表面に接触し得
るという性質のマトリックスにある。このために、マト
リックスがそれ自体に気体の乱流を生ぜしめることがで
き、これはグラスファイバー網の巻き上げスリーブによ
って十分達成される効果の一つである。
また、本発明は、気体中の有機汚染物を除去し、減少
させ、もしくは無害化するか、および/または殺菌する
方法において、上記気体を本発明のマトリックスの表面
および/または表面中へ結合した光反応性金属半導体物
質と接触させるようにし、その巻該光反応性物質を活性
化する波長の光線に該光反応性物質をさらすことを特徴
とする方法である。
させ、もしくは無害化するか、および/または殺菌する
方法において、上記気体を本発明のマトリックスの表面
および/または表面中へ結合した光反応性金属半導体物
質と接触させるようにし、その巻該光反応性物質を活性
化する波長の光線に該光反応性物質をさらすことを特徴
とする方法である。
さらに、本発明は、本発明のマトリックスを用いる装
置、 (a)導入口および出口を有するジャケット、 (b)気体が導入口から出口へと通過して部材中を流れ
るようにジャケット中に配置された本発明のマトリック
ス、 (c)上記光反応性金属半導体物質を活性化する波長の
光線にさらすための手段、からなることを特徴とする、
気体から有機汚染物を除去し、減少させ、または無害化
するための装置である。
置、 (a)導入口および出口を有するジャケット、 (b)気体が導入口から出口へと通過して部材中を流れ
るようにジャケット中に配置された本発明のマトリック
ス、 (c)上記光反応性金属半導体物質を活性化する波長の
光線にさらすための手段、からなることを特徴とする、
気体から有機汚染物を除去し、減少させ、または無害化
するための装置である。
光反応性物質を固定したマトリックスが気体に接触す
る本装置は大きさ、形および概略的な配列を広範に変更
することができる。
る本装置は大きさ、形および概略的な配列を広範に変更
することができる。
照明器具(ランプ)は特に、340−350nmをピークとし
て425nm以下の波長の光を放出するようになっている。
波長のこの範囲は地球の表面に到達する太陽光線中に存
在し、光源が得られない地域でランプがない場合にも利
用できることに注目すべきである。この結果は、当該波
長において、光を透過する材料でジャケット(外筒、第
2図19)を製造するか、または他の方法で精製すべき気
体の存在下光反応物質を太陽光線にさらすように配置す
ることによって達成することができる。透明なジャケッ
トはジャケットの外に1またはそれ以上のランプを配置
した装置にも利用できる。有機汚染物を二酸化炭素およ
び他の無害に副生物に変化させるのに加えて、光線は同
時に何等かの抗菌作用果たし得る。在来の紫外線殺菌装
置は250nm付近の波長を使用している。なぜなら、これ
がいわゆる殺菌波長であり、この波長ではDNAらせんの
2本鎖が固定されて細菌が増殖しないからである。しか
し、本発明で用いられているより長波長、例えば300か
ら425nmで十分強い光線を与えると、細菌は直接破壊さ
れると考えられる。
て425nm以下の波長の光を放出するようになっている。
波長のこの範囲は地球の表面に到達する太陽光線中に存
在し、光源が得られない地域でランプがない場合にも利
用できることに注目すべきである。この結果は、当該波
長において、光を透過する材料でジャケット(外筒、第
2図19)を製造するか、または他の方法で精製すべき気
体の存在下光反応物質を太陽光線にさらすように配置す
ることによって達成することができる。透明なジャケッ
トはジャケットの外に1またはそれ以上のランプを配置
した装置にも利用できる。有機汚染物を二酸化炭素およ
び他の無害に副生物に変化させるのに加えて、光線は同
時に何等かの抗菌作用果たし得る。在来の紫外線殺菌装
置は250nm付近の波長を使用している。なぜなら、これ
がいわゆる殺菌波長であり、この波長ではDNAらせんの
2本鎖が固定されて細菌が増殖しないからである。しか
し、本発明で用いられているより長波長、例えば300か
ら425nmで十分強い光線を与えると、細菌は直接破壊さ
れると考えられる。
図に示した本発明の形式は連続流動工程であるが、本
発明はバッチ式工程にも同様に適用できる。
発明はバッチ式工程にも同様に適用できる。
ここに開示された発明の利点はつぎのようなマトリッ
クスの使用を含む。
クスの使用を含む。
(a)大きな表面積 (b)マトリックスの全面積が全て光透過性であり、光
反応性物質による光の有効利用が可能 (c)高い多孔率、従って流圧の減少が小さい (d)汚染気体がマトリックス間を光反応性物質に接触
して流れる間に上記気体を乱流が効果的に掻き混ぜるこ
と (e)目の粗い網状構造を使用するために、より目の細
かいフィルターと比較して目詰まりしないこと。
反応性物質による光の有効利用が可能 (c)高い多孔率、従って流圧の減少が小さい (d)汚染気体がマトリックス間を光反応性物質に接触
して流れる間に上記気体を乱流が効果的に掻き混ぜるこ
と (e)目の粗い網状構造を使用するために、より目の細
かいフィルターと比較して目詰まりしないこと。
実施例 本発明のマトリックスの実施例を図で示す。
図において、第1図はマトリックスの斜視図であり、
第2図は当該マトリックスの実際の使用方法を示す。
第2図は当該マトリックスの実際の使用方法を示す。
マトリックスは2つの交差するグラスファイバー糸10
からなる、網状の基質であり、上記基質に、基質と、ま
たは基質中にアナタースまたは他の光反応性半導体(図
では見えない)が結合している。この網はスリーブ11と
して巻き込まれ、幾重もの層(渦巻)12、13、14など、
を形成する。典型的な例では、渦巻は10から20層であっ
ても良いが、この数は条件の要請により広範に変えるこ
とができる。一つの糸15は、網の一連の孔を通って軸方
向に縫っており外側の渦巻12の端16をその下の渦巻13に
高速するのに役立っている。さらに、一つの糸17は適当
に(好ましくは波状に)渦巻の周囲をまわりのスリーブ
の両端と縦方向の中心で円周方向に縫っている(上方の
糸17のみを示す)。これらの糸は渦巻が相互にぴったり
しすぎないようにするスペーサーとして役立っている。
言い替えれば、緩やかさとスリーブの多孔質の維持に役
立っている、すなわち、それによって空気がマトリック
スに沿って渦巻の間を流れることができ、コーチング表
面に完全に接触できる。それらの間に十分な空間を保つ
ために他の方法を採ることができることは自明である。
例えば、糸15および17は糸10間のビーズ状に適用した不
活性な、融点の高い、無機接着剤で代替することができ
る。
からなる、網状の基質であり、上記基質に、基質と、ま
たは基質中にアナタースまたは他の光反応性半導体(図
では見えない)が結合している。この網はスリーブ11と
して巻き込まれ、幾重もの層(渦巻)12、13、14など、
を形成する。典型的な例では、渦巻は10から20層であっ
ても良いが、この数は条件の要請により広範に変えるこ
とができる。一つの糸15は、網の一連の孔を通って軸方
向に縫っており外側の渦巻12の端16をその下の渦巻13に
高速するのに役立っている。さらに、一つの糸17は適当
に(好ましくは波状に)渦巻の周囲をまわりのスリーブ
の両端と縦方向の中心で円周方向に縫っている(上方の
糸17のみを示す)。これらの糸は渦巻が相互にぴったり
しすぎないようにするスペーサーとして役立っている。
言い替えれば、緩やかさとスリーブの多孔質の維持に役
立っている、すなわち、それによって空気がマトリック
スに沿って渦巻の間を流れることができ、コーチング表
面に完全に接触できる。それらの間に十分な空間を保つ
ために他の方法を採ることができることは自明である。
例えば、糸15および17は糸10間のビーズ状に適用した不
活性な、融点の高い、無機接着剤で代替することができ
る。
第2図は図式的にスリーブ11が、汚染気体の導入口お
よび汚染物が十分除去され無害の副生物に変化した処理
後の気体の出口を有するジャケット19(必須ではなく便
宜的に、ステンレススチール製)内の円筒状ランプの周
囲にどのように配置されるかを示すものである。
よび汚染物が十分除去され無害の副生物に変化した処理
後の気体の出口を有するジャケット19(必須ではなく便
宜的に、ステンレススチール製)内の円筒状ランプの周
囲にどのように配置されるかを示すものである。
本発明で用いられる基質と光反応性物質の結合技術 基質に対する光反応物質の結合は認められる程の量の
基質が気体中に入らないように確固としたものでなけれ
ばならない。
基質が気体中に入らないように確固としたものでなけれ
ばならない。
光反応物質にアナタースを選ぶと仮定すれば、マトリ
ックスの表面に光反応物質を結合させる好ましい方法は
周知のゾル−ゲル技術を採用するものである(例えば、
プチら、「太陽エネルギー利用におけるゾル−ゲル薄層
フィルムの使用」、ソーラー・エネルギー・マテリアル
ズ(Solar Energy Materials)第14巻第269−287頁(19
86年)、アムステルダム、参照)。
ックスの表面に光反応物質を結合させる好ましい方法は
周知のゾル−ゲル技術を採用するものである(例えば、
プチら、「太陽エネルギー利用におけるゾル−ゲル薄層
フィルムの使用」、ソーラー・エネルギー・マテリアル
ズ(Solar Energy Materials)第14巻第269−287頁(19
86年)、アムステルダム、参照)。
上記方法は、(a)チタンアルコキシドを反応させ
て、コーチング液を調製すること、(b)上記コーチン
グ液で基材の表面をコーチングし、上記表面に二酸化チ
タンのアモルファス層を生成せしめること、(c)コー
チングした基材を高温にて焼成し、アモルファス層を基
材に結合したアナタースの層に変化させること、からな
る。
て、コーチング液を調製すること、(b)上記コーチン
グ液で基材の表面をコーチングし、上記表面に二酸化チ
タンのアモルファス層を生成せしめること、(c)コー
チングした基材を高温にて焼成し、アモルファス層を基
材に結合したアナタースの層に変化させること、からな
る。
好ましい態様として実施する結合技術はつぎのような
段階を含む。
段階を含む。
チタンアルコキシド、例えばエトキシドを有機溶媒、
例えば無水エタノールに溶解し一定量の酸、例えば硝酸
と、水を反応させ、コーチング液を作製する。コーチン
グ液の作製には他の方法も採用することができるが、こ
の方法の重要な点はチタンアルコキシドを含まねばなら
ないことである。グラスファイバー網をこのコーチング
液に浸漬した後は工程は乾式状態で実施される。コーチ
ングした網を空気にさらすと一定の加水分解反応が行な
われる、すなわち、ポリマーが生成し、網の表面上にア
モルファスTiO2層を生ぜしめる。乾燥後、コーチングさ
れた網は400℃で約1時間焼成され、アモルファス層が
光触媒反応を行うのに必要な結晶構造アナタースに変化
する。
例えば無水エタノールに溶解し一定量の酸、例えば硝酸
と、水を反応させ、コーチング液を作製する。コーチン
グ液の作製には他の方法も採用することができるが、こ
の方法の重要な点はチタンアルコキシドを含まねばなら
ないことである。グラスファイバー網をこのコーチング
液に浸漬した後は工程は乾式状態で実施される。コーチ
ングした網を空気にさらすと一定の加水分解反応が行な
われる、すなわち、ポリマーが生成し、網の表面上にア
モルファスTiO2層を生ぜしめる。乾燥後、コーチングさ
れた網は400℃で約1時間焼成され、アモルファス層が
光触媒反応を行うのに必要な結晶構造アナタースに変化
する。
その結果、グラスファイバー網ストランドと、ストラ
ンドに、またはストランド中に、アナタース層の非常に
強固な結合が生じ、従って、後にマトリックスがさらさ
れる流体に測定できる程度の量のアナタースが混入する
ことを避けることができる。この結合は基質とアナター
スの間に共有結合を含むものであるかも知れない。
ンドに、またはストランド中に、アナタース層の非常に
強固な結合が生じ、従って、後にマトリックスがさらさ
れる流体に測定できる程度の量のアナタースが混入する
ことを避けることができる。この結合は基質とアナター
スの間に共有結合を含むものであるかも知れない。
続けて下記に結合技術の詳細を述べる。
既述ように、本発明はTiO2の使用に限られない。他の
光反応性金属半導体によりTiO2に代替することができ
る。例えば、CdS、CdSe、ZnO2、WO3およびSnO2などであ
る。
光反応性金属半導体によりTiO2に代替することができ
る。例えば、CdS、CdSe、ZnO2、WO3およびSnO2などであ
る。
ゾル−ゲル技術は金属酸化物にのみ適用することがで
きる。非酸化半導体については他の方法によらねばなら
ない。すなわち、真空または蒸気沈着、電気メッキ、焼
結などである。これに関して、ゾル−ゲル技術は非平面
表面に利用できる方法の唯一のものであることに注目す
べきである。従って、ゾル−ゲル技術はコーチング前に
基質を組み立てて最終的な機械的構造にしておくことが
できる。非酸化半導体については製造の方法を変えなけ
ればならない。基材は最初に光反応性半導体でコーチン
グし、その後マトリックスに組み立てねばならない。
きる。非酸化半導体については他の方法によらねばなら
ない。すなわち、真空または蒸気沈着、電気メッキ、焼
結などである。これに関して、ゾル−ゲル技術は非平面
表面に利用できる方法の唯一のものであることに注目す
べきである。従って、ゾル−ゲル技術はコーチング前に
基質を組み立てて最終的な機械的構造にしておくことが
できる。非酸化半導体については製造の方法を変えなけ
ればならない。基材は最初に光反応性半導体でコーチン
グし、その後マトリックスに組み立てねばならない。
活性物質を適当なドーピング剤、例えば白金でドーピ
ングすることによりさらに良い結果を得ることができ
る。
ングすることによりさらに良い結果を得ることができ
る。
網状のグラスファイバー糸にアナタースを結合するよ
り好ましい方法は下記のようなものである。
り好ましい方法は下記のようなものである。
1.アルコール中でのチタン(IV)アルコキシド溶液の製
法 2液を調製する。溶液Aは、蒸留水と70%HNO3を無水
エタノールに混合する。溶液Bは、チタン(IV)エトキ
シドを無水エタノールに溶解する。溶液Bを溶液Aに十
分撹拌しながら、ゆくっり加え、完全に均一にする。モ
ル比(溶液B中、チタンエトキシドに対する、)は、下
記のようである。
法 2液を調製する。溶液Aは、蒸留水と70%HNO3を無水
エタノールに混合する。溶液Bは、チタン(IV)エトキ
シドを無水エタノールに溶解する。溶液Bを溶液Aに十
分撹拌しながら、ゆくっり加え、完全に均一にする。モ
ル比(溶液B中、チタンエトキシドに対する、)は、下
記のようである。
溶液A 水 1.92 硝酸 0.02 エタノール 11.8 溶液B チタンエトキシド 1.00 エタノール(無水) 40.6 上記の操作は乾燥した空気中で行わねばならない、な
ぜなら、チタンエトキシドを水蒸気にさらすと早急にエ
トキシドが加水分解されるからである。最後に、基材に
コーチングする前に30gm/TiO2含有溶液は一夜(約16
時間)放置する。
ぜなら、チタンエトキシドを水蒸気にさらすと早急にエ
トキシドが加水分解されるからである。最後に、基材に
コーチングする前に30gm/TiO2含有溶液は一夜(約16
時間)放置する。
2.グラスファイバー網の洗浄方法 1)オーブン中、400℃にて、1時間加熱 2)1%(重量/重量)NaON溶液に、85−95%にて、10
分間浸漬 3)1NHClに、40−60℃にて、30−120秒間浸漬 4)イソプロピルアルコールにて洗浄 5)使用の準備ができるまで、オーブン中、100−200℃
で乾燥する。
分間浸漬 3)1NHClに、40−60℃にて、30−120秒間浸漬 4)イソプロピルアルコールにて洗浄 5)使用の準備ができるまで、オーブン中、100−200℃
で乾燥する。
3.基材のコーチング グラスファイバー網をチタンアルコキシド溶液中に約
1分間浸漬し、20−80cm/分の範囲の速度でほぼ垂直に
引き上げる。コーチングされた基材は熱処理する前に、
室温にて、1−2時間、無塵状態で乾燥する。
1分間浸漬し、20−80cm/分の範囲の速度でほぼ垂直に
引き上げる。コーチングされた基材は熱処理する前に、
室温にて、1−2時間、無塵状態で乾燥する。
4.熱処理 コーチングされた基材は400℃にて、つぎのように処
理する。
理する。
加熱条件=室温から400℃、2−5時間 浸漬時間=400℃にて、1時間 冷却時間=400℃から室温にて、5時間以上、既述の
工程は効果的であることが判明しているが、種々の変法
が可能である。特に、浸漬温度は酸の量によって大きく
変化し、従って、350℃から600℃の範囲の温度でも可能
であることが解明されている。
工程は効果的であることが判明しているが、種々の変法
が可能である。特に、浸漬温度は酸の量によって大きく
変化し、従って、350℃から600℃の範囲の温度でも可能
であることが解明されている。
第1図はマトリックスの斜視図であり、第2図は当該マ
トリックスの実際の使用状態を示す一部切欠斜視図であ
る。 第1図および第2図において、 10……グラスファイバー糸、11……スリーブ 12、13、14……渦巻層、15……糸 16……端、17……糸 18……ランプ、19……ジャケット 20……導入口、21……出口
トリックスの実際の使用状態を示す一部切欠斜視図であ
る。 第1図および第2図において、 10……グラスファイバー糸、11……スリーブ 12、13、14……渦巻層、15……糸 16……端、17……糸 18……ランプ、19……ジャケット 20……導入口、21……出口
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロバート・ビー・ヘンダーソン カナダ国 エヌ6シー・5ビー4 オン タリオ、ロンドン、サンドリンガム・ク レセント 48―300番 (56)参考文献 特開 昭60−118236(JP,A) 特開 昭60−187322(JP,A) 「SCLAR ENERGY」vo l.38,No.6,1987年 第405頁〜 第413頁
Claims (5)
- 【請求項1】気体中の有機汚染物を除去し、減少させ、
または無害化するための方法の実施に用いるマトリック
スにおいて、マトリックスは基質および光反応性金属半
導体物質の組合せであり、光反応性金属半導体物質が基
質の表面および/または表面中に結合しており、基質は
基材を組み立てたものであり、基材はフィラメント状、
繊維状またはストランド状の材料自体であり、基質は基
材を網目があり光を通過させ得る網状とし、その網目は
光が複数の層に行きわたるように粗い形態とし、複数重
ね合わせた層に組み立てられており、マトリックス中を
気体が浸透・流通し、かつ気体に乱流を生じさせ、該気
体と該光反応性金属半導体物質との接触を最大にしうる
ようにしたことを特徴とする、マトリックス。 - 【請求項2】上記基質が、光反応性金属半導体物質が光
反応する波長の光に対して、少なくとも部分的に光透過
性であることを特徴とする、請求項1記載のマトリック
ス。 - 【請求項3】上記基材がグラスファイバーであることを
特徴とする、請求項1または2記載のマトリックス。 - 【請求項4】気体中の有機汚染物を除去し、減少させ、
もしくは無害化するか、および/または殺菌する方法に
おいて、上記気体を請求項1記載のマトリックスの表面
および/または表面中へ結合した光反応性金属半導体物
質と接触させるようにし、その間該光反応性物質を活性
化する波長の光線に該光反応性物質をさらすことを特徴
とする、方法。 - 【請求項5】(a)導入口および出口を有するジャケッ
ト、 (b)気体が導入口から出口へと通過して部材中を流れ
るようにジャケット中に配置された請求項1記載のマト
リックス、 (c)上記光反応性金属半導体物質を活性化する波長の
光線にさらすための手段、からなることを特徴とする、
気体から有機汚染物を除去し、減少させ、または無害化
するための装置。
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JP (1) | JP3049068B2 (ja) |
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