JP3245717B2 - シート状環境浄化装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、大気中または海、河
川、湖沼等の水中に拡散した比較的低濃度の環境汚染物
質を分解し除去する装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】産業活動によって生成する廃液や排ガス
中から有害な化学物質を除去あるいは無害化する技術に
関しては過去に多くの提案がなされており、現在も活発
に研究が行われている。なかでも近年、光触媒を利用し
た環境汚染物質の分解・除去に関するものが注目を集め
ている。

【０００３】光反応では反応に必要なエネルギ−の一部
または全部を光で与えるため反応の選択性が高くかつ処
理対象物質全体を高温にする必要がない。さらに光触媒
を用いると光エネルギ−の利用率を高めかつ反応速度も
早くすることが可能である。このため光触媒を用いた反
応を環境中の低濃度の汚染物質の分解・除去に利用して
低コストで効率的な環境浄化方法および装置を実現する
種々の試みがなされている。

【０００４】特開昭６０−１８７３２２には反応容器中
に光触媒と廃棄物を入れこれに光を照射することによっ
て廃棄物中の有害物質を分解する方法が開示されてい
る。特開昭６３−１１１９２９には光触媒を用いて排ガ
ス中の亜酸化窒素を分解し無害化する方法が、特開昭６
３−３０５９２２には光触媒を用いてオゾンを分解し無
害化する方法が、そして、特開平１−１４３６３０には
光触媒を用いてフロンガスを処理する方法がそれぞれ開
示されている。

【０００５】また、特開昭６３−５０７１６５には有機
または無機物質で汚染された水を光触媒を用いて浄化す
る方法が、そして、特開平１−５０３１３６には液体有
機物質に過酸化物を添加しこれらを光触媒によって酸化
し二酸化炭素とする液体有機物質の無害化方法に関する
ものが提案されている。

【０００６】一方、光触媒による悪臭物質の分解・除去
に関しても多数の提案がなされており、例えば、特開平
１−２８８３２２、特開平１−２８８３２１、特開平１
−２３１９２６、特開平１−２１８６３５、特開平１−
１５９０３１、特開昭６３−８０８３３等がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の環境汚染物質処
理技術は排出口での汚染物質排出濃度を法規制濃度以下
または法規制総排出量以下に減少させることを目的とし
て開発されてきた。しかしながら、近年このような個々
の汚染源ごとの濃度または総量規制では対応できない状
況が発生している。例えば自動車の排ガス中の窒素酸化
物濃度の規制値は年々強化されているが、大都市圏の多
数の観測点で大気中の窒素酸化物濃度の環境目標値が達
成されていない。これは主要な汚染源である自動車の走
行台数が急激に増加し排出される窒素酸化物の総量が減
少しないためである。（環境庁編、平成２年度環境白書
各論、１９９０年）また有機塩素系溶剤の多くは安全、
無害な物質として盛んに利用されてきたが最近になって
発癌性を有していることが指摘され、新たに規制の対象
となった。しかしながら規制が発効する以前に環境中に
排出された有機塩素系溶剤は土壌や水中に蓄積され環境
を汚染し大きな問題となっている。このように環境中に
既に拡散してしまった汚染物質を除去する方法が新たに
求められている。ところが従来の排出口での汚染物質処
理技術はこのように環境中に拡散した汚染物質を除去す
る手段としては必ずしも有効ではない。なぜなら環境中
に拡散した汚染物質を除去する場合は、汚染源での処理
と比較して処理の対象となるガスや液体の量が桁違いに
多いうえにその温度が低くかつ汚染物質の濃度が低いた
め従来技術では処理装置が非常に大きくなりかつその運
転コストが高額になるからである。

【０００８】一方、これまでの光触媒を利用した環境浄
化方法は例外なく流通式もしくは回分式の反応容器中で
光反応を進行させており、反応容器中に処理対象物質を
流通させるためのポンプ等の周辺装置を必要とし、さら
にこの装置を駆動するための動力を消費していた。この
ためこれら先行する発明の技術によって環境中に低濃度
で拡散した汚染物質を除去しようとした場合、従来法と
比較してもコスト的に得るものが少なく実用性に乏しか
った。

【０００９】本発明はこのような従来技術の問題点を解
決するためになされたものであり、その目的は環境中に
比較的低濃度で拡散した環境汚染物質を低コストで分解
・除去するための簡便でかつ効果的な装置を提供するこ
とにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の本発明の目的は、
可視から紫外域までの光に対して透明なシ−ト状の保護
層と特定の環境汚染物質に対し選択的透過性もしくは選
択的吸着性を有する多孔質層とで光触媒もしくは光触媒
を担持した担体の薄層をはさんだ多層構造を有し、環境
中に拡散した環境汚染物質を光エネルギ−を主たる駆動
力として光触媒によって分解し除去することを特徴とす
るシ−ト状環境浄化装置を提供することによって達成さ
れる。

【００１１】

【作用】環境中に低濃度で存在する汚染物質は、まずシ
−ト状環境浄化装置即ち環境汚染物質分解シ−トの片面
の選択的透過性もしくは選択的吸着性を有する多孔質層
を透過する。多孔質層表面から光触媒層への汚染物質の
移動は層内での濃度勾配によって行われる。即ち、多孔
質層の表面近傍での汚染物質濃度は内部よりも高くな
り、また、光触媒層近傍での濃度は、汚染物質が光触媒
によって逐次分解されるため表面近傍よりも低くなる。
この濃度差が多孔質層中での汚染物質の移動の推進力と
なる。光触媒層へ到達し濃縮された汚染物質は光触媒に
よって、透明な保護層を透過してきた太陽光または人工
光のエネルギ−を主たる駆動力として分解される。この
分解のメカニズムは明らかではないが、光触媒が対応す
る波長の光を照射されることによって光エネルギ−を吸
収して励起されることにより、活性化し、伝導帯に電子
が生じ価電子帯に正孔が生じて、これらの作用によって
酸化・還元反応を駆動するものと考えられる。

【００１２】

【実施例】以下に、本発明の実施例を図面を参照しなが
ら説明する。本実施例で言うところの環境汚染物質分解
シ−ト１は図１に示すような三層構造、もしくは図２に
示すような五層構造を有するシ−ト状環境浄化装置であ
る。

【００１３】図１において、第一層は対象とする汚染物
質に対して選択的透過性もしくは選択的吸着性を有する
多孔質層２である。この多孔質層２は三つの役割を有し
ている。第一に分解の対象とする汚染物質を選択的に取
り込み光触媒表面での汚染物質濃度を高め分解反応速度
を増加せしめる。第二に光触媒を失活せしめるような物
質から触媒を保護する。第三には分解反応中に生じる活
性中間体が環境中に飛び出し好ましからざる副生成物を
生成するのを防ぐ。この多孔質層２には一般的に吸着剤
として用いられる材料例えば多孔質シリカ−アルミナや
活性炭などを用いることができる。多孔質層２の厚さは
０．１〜１００μm程度、好ましくは０．５〜１０μm、
細孔径は０．０１〜１μm、好ましくは０．０１〜０．
１μmである。このような多孔質層２を形成する方法の
例としては微細粒子の焼結、ゾル−ゲル法などがあるが
前記の形状を満たすことができるのであれば他の方法に
よって形成してもよい。多孔質層２に有機高分子をもち
いることは光触媒や活性中間体による分解、変質の可能
性が否定できないため好ましくない。しかしながら無機
材料の多孔質層２の表面に分解対象となる汚染物質に対
し大きな親和性を有する有機高分子薄膜を塗布形成する
ことは、有機高分子薄膜による汚染物質の濃縮効果がそ
の物質移動抵抗の増加に優る場合には有効である。

【００１４】第二層は光触媒または光触媒を担持した担
体の薄層３である。本発明に用いられる光触媒はその存
在によって光反応が促進されるものであればよい。例と
しては、酸化チタン（ＴｉＯ₂）、チタン酸ストロンチ
ウム（ＳｒＴｉＯ₃）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化タン
グステン（ＷＯ₃）、硫化カドミュウム（ＣｄＳ）、硫
化モリブデン（ＭｏＳ₂）、カドミュウムテルル（Ｃｄ
Ｔｅ）、カドミュウムセレン（ＣｄＳｅ）、酸化銅（Ｃ
ｕＯ₂）、酸化鉄（Ｆｅ₂Ｏ₃）、酸化錫（ＳｎＯ₂）、ガ
リウムひ素（ＧａＡｓ）、シリコン（Ｓｉ）、など紫外
から可視域にかけての光のエネルギ−に相当するバンド
・ギャップを有する半導体単体もしくはこの半導体に金
（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウ
ム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ニオブ（Ｎｂ）、銅
（Ｃｕ）、錫（Ｓｎ）、酸化ロジウム（ＲｈＯ₂）、酸
化ルテニウム（ＲｕＯ₂）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、
酸化イリジウム（ＩｒＯ₂）、等の金属または金属酸化
物を担持したものがあげられるがこれら以外の光触媒を
用いてもなんら差し支えない。これらの光触媒は第一層
の多孔質層の裏面に層形成されるか、もしくは微粒子の
形で第三層の表面に塗布される。または厚さ１μm以下
の担体に担持しこの担体層を第一層と第三層で挟んでも
よい。この担体は化学的、物理的に安定でかつ光触媒の
吸収波長に吸収を持たない多孔質体例えば多孔質珪酸ガ
ラスなどが望ましい。

【００１５】第三層は可視から紫外域までの波長領域で
透明な厚み１０〜２０００μm程度の薄膜層４である。
この透明な保護膜層４の役割は第一に光触媒を保護しな
がら光を透過させ光触媒に光エネルギ−を供給すること
であり、第二に環境汚染物質分解シ−ト１に十分な機械
的強度を与えることである。この保護層４の材料として
は透明性と化学的安定性、機械的強度を合わせ持つもの
が望ましい。単一の材料で要求される性質を満たすもの
がない場合は、２〜３種類の透明な薄膜を積層してもよ
い。例えば耐衝撃性に優れたアクリル樹脂板と硝子薄膜
を貼りあわせ硝子薄膜上に光触媒を担持することによっ
て耐衝撃性と化学的安定性を共に満足する透明保護層４
を得ることができる。

【００１６】本発明の環境汚染物質分解シ−ト１は多孔
質層２、光触媒層３、透明保護層４の三層構造を有して
いればその必要とする機能を十分具備するが、もし汚染
物質に対して選択的透過性もしくは選択的吸着性を有す
る多孔質層２が可視から紫外域までの光に対して透明で
あって良好な光透過性を有する場合は、図２に示すよう
に、透明保護層４の両側に多孔質層２と光触媒層３を形
成して五層構造とし反応にかかわる有効面積を２倍にす
ることもできる。この場合の透明とは、吸収がないこ
と、散乱がないこと、という二つの意味を持っている。
そして、太陽光の紫外．可視光領域に吸収を持たない透
明材料として珪酸ガラス等が挙げられるが、吸収を持た
ない場合でも、多孔質体では材料と空孔中の媒質例えば
空気との屈折率の違いから散乱が生じ光がほとんど透過
しなくなることがある。このような散乱は空孔の径を光
の波長よりも小さくすることによって抑制でき、多孔質
層の空孔径を制御する方法としてゾルーゲル法などがあ
る。また、材料と空孔中の媒質の屈折率差が小さい場
合、例えば珪酸ガラス多孔質中に水が満ちている場合
は、空孔径が大きくても散乱は抑制されるので本実施例
の分解シートを水中に沈潜して使用する場合は特に空孔
径を制御しなくても多孔質層２は良好な光透過性を有す
ることになる。

【００１７】本発明のシート状環境浄化装置は環境中よ
り除去したい汚染物質に合わせて触媒を選択することに
よって原理上あらゆる有機系汚染物質を分解除去でき
る。また、無機系汚染物質で酸化物や過酸化物が有害で
あるような物質はこれらを還元することによって無害化
できる。その場合、一つの触媒が効率良く分解できる汚
染物質はいくつかの特定のものに限定されるので対象と
する汚染物質に合わせて最適な触媒を選択してやる必要
がある。現在知られている光触媒で分解除去が可能な汚
染物質としては、従来技術で示されているもの等がある
が、その他に挙げるとすれば空気中の窒素酸化物（Ｎ
Ｏ、ＮＯ₂）、炭化水素類およびその過酸化物、水中の
有機塩素化合物、トリハロメタン、フェノール類などが
ある。

【００１８】本発明のシ−ト状環境浄化装置即ち環境汚
染物質分解シ−ト１の使用方法はいたって簡便であり、
汚染された環境中に設置しておくだけでその目的を達成
することができる。勿論、分解シ−ト１の設置に当たっ
ては分解シ−ト１に十分な太陽光または人工光の照射が
得られかつ大気や汚水など被汚染物質と分解シ−ト１表
面との良好な接触が確保されるように配慮しなければな
らない。本発明において必要な光エネルギ−は太陽光よ
り供給されることが好ましいが、屋内等太陽光を利用し
にくい環境下では人工光源をエネルギ−源とすることも
できる。また設置にあたっては、風や水流等によって分
解シ−ト１が流失することがないように配慮することは
言うまでもない。

【００１９】図３および図４は本発明の環境汚染物質分
解シ−ト１を使用した場合の具体例を示すものであっ
て、図３は大気中に支柱５を設け、これに分解シ−ト１
を複数枚取付けて設置したものであり、図４は水中に設
置する場合であって、水面６に浮かぶブイ７に取付け部
材８を設け、これに分解シ−ト１を複数枚取付けたもの
である。

【００２０】

【発明の効果】上記のように、本発明のシ−ト状環境浄
化装置即ち環境汚染物質分解シ−トを用いれば以下の効
果を有する。即ち、光触媒を用いることにより太陽光を
利用して環境汚染物質を分解でき、また、多孔質層表面
から光触媒層への汚染物質の移動は層内の濃度勾配によ
って行われ、外部からの動力等を一切必要としない。そ
して光源として太陽光を用いた場合にはその稼働にさい
しユ−ティリティ−を全く必要としない。次に、選択的
透過性もしくは選択的吸着性を有する多孔質層を設ける
ことによって環境中の汚染物質を効率よく分解処理する
ことができ、かつ、光触媒層がこの多孔質層と保護層と
で守られているため触媒の劣化が少ない。また、本発明
においては駆動部分を全く有していないため保守をほと
んど必要としない。これらの結果、本発明によれば環境
中の汚染物質を低コストで分解・除去することが可能と
なった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による三層構造を有する環境汚染物質分
解シ−トの断面の概略図である。

【図２】本発明による五層構造を有する環境汚染物質分
解シ−トの断面の概略図である。

【図３】大気中の汚染物質を分解する場合の設置方法の
例を示す図である。

【図４】水中の汚染物質を分解する場合の設置方法の例
を示す図である。

【符号の説明】

１ 環境汚染物質分解シ−ト ２ 多孔質層 ３ 光触媒層 ４ 保護層 ５ 支柱 ６ 水面 ７ ブイ ８ 取付け部材

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 可視から紫外域までの光に対して透明な
   シ−ト状の保護層と特定の環境汚染物質に対し選択的透
   過性もしくは選択的吸着性を有する多孔質層とで光触媒
   もしくは光触媒を担持した担体の薄層をはさんだ多層構
   造を有し、環境中に拡散した環境汚染物質を光エネルギ
   −を主たる駆動力として光触媒によって分解し除去する
   ことを特徴とするシ−ト状環境浄化装置。