JP3337023B2

JP3337023B2 - 二酸化チタン光触媒による水質浄化ポット

Info

Publication number: JP3337023B2
Application number: JP2000113648A
Authority: JP
Inventors: 卓郎石橋; 浩造石橋; 博史垰田; 野浪　　亨
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2000-04-14
Filing date: 2000-04-14
Publication date: 2002-10-21
Anticipated expiration: 2020-04-14
Also published as: KR100446039B1; JP2001292902A; KR20010096437A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水道水などの飲料
用水に混入した有機質性の夾雑物などを光触媒の作用に
より分解、除去する機能を有する水質浄化ポットに関す
るものである。更に詳しくは、本発明は、水道水などの
飲料用水を入れて利用するポットであって、ポットの内
部に二酸化チタン部材及び光照射手段を配設して、ポッ
ト内で光を照射することにより生ずる光触媒作用に基づ
きポット内の水を浄化するようにしたことを特徴とする
新しいタイプの水質浄化ポットに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】水道水の水質の問題を考える場合、大き
く二つの要素に分けて考える必要がある。一つは、供給
されている水道水自体の水質の問題であり、他の一つ
は、実際に蛇口から出てくる水の水質の問題である。第
一の水道水自体の水質の問題については、厚生省による
水道水の水質基準により安全性の確保が図られている
が、水道の源水中に存在していたものが標準的な浄化処
理では完全に除去できないことがあるために、水道水中
にいわゆる浄水処理対応困難性物質が残存する可能性が
あるという問題がある。これらの物質うち、健康影響を
有するものとしては、例えば、水銀等の重金属、農薬・
除草剤、トリクロロエチレン等の有機化合物、ベンゼン
等の合成化合物、硫酸性窒素、ウイルス等があげられ
る。特に、有機塩素系化合物には発ガン性を有するもの
があり問題となる。また、藻類等の生物に由来する異臭
味原因物質、無機塩類、腐食性に関連する酸性・アルカ
リ性物質等が問題となる可能性がある。第二の実際に蛇
口から給水される水の水質については、鉛管による鉛の
溶出及び鉄管の腐食に伴う赤水の発生等の二次的な汚染
の問題があげられる。また、水槽などの中で水が停滞す
る死水域において水質が悪化する問題や、屋上の水槽な
どで藻が発生する問題などが指摘されている。

【０００３】飲料用水にとって、「安全でおいしい水」
は長年のテーマであったが、現在なお必ずしもその目的
は達成されているとは言えない。その要因として、水源
に起因するもの、浄水器に起因するものがあげられる。
まず、水源地における消毒剤として使用されている塩素
は、殺菌作用が著しく、現時点では他に変わり得るもの
は存在しない。しかし、一方、この塩素が水中の水生微
生物とフミン質と反応することによって生成されるトリ
ハロメタン（クロロホルム、ブロモジクロロメタン、ジ
ブロモクロロメタン、ブロモホルムなど）は、発ガン性
物質であり、また、水道水中に含まれるアンモニアが塩
素と反応して三塩化窒素を生成し、刺激の強いカルキ臭
を発生させており、塩素の長所は認められながらも、現
在なおその短所は改善されていない状況にある。

【０００４】一方、現在市販されている日本水道協会認
定の浄化器は、「活性炭又は活性炭と他のろ材を組み合
わせた水処理器具で、給水管に直結するもの及び給水栓
に取り付けるもの」のことである。活性炭は、吸着能力
は抜群であるが、活性炭の表面の細孔サイズや粒径分析
の違いにより特定物質に対する指向性があり、通水後の
時間の経過とともに吸着場所が埋まってしまい、除去能
力が低下するので、活性炭のカートリッジの適時の交換
を要する水処理システムである。また、この活性炭は、
塩素を分解、除去する作用があり、その結果、細菌は死
滅せず、微量の有機物質を吸着した活性炭は、細菌にと
って餌場、生活の場となり、結果的に、細菌汚染の状況
を呈す。このことは当初厚生省が問題視した点でもあ
る。

【０００５】この細菌汚染をくい止めるために登場した
のが中空糸膜という特殊フィルターである。これは、
０．１ミクロン径微細孔の中空糸膜のフィルターで数ミ
クロンの細菌の通過を遮断してしまう仕組みであるが、
完全に細菌の流入を阻止することはできず、また、浄化
器内に溜まった細菌は何日も浄化器を使わないでいると
増殖してしまう。水道水には、飲料用水及び生活用水の
二面の使途があり、蛇口から給水される水道水をすべて
浄化する現在の浄化処理方式は、上記の水源、及び浄水
器の現状からして限界がある。水道水などの飲料用水に
ついては、成人が一日に必要とする水は１．５〜１．８
リットルであることからすれば、その必要量を別槽に分
離し、より効率が良く確実な浄化処理が可能な新しい浄
化処理システムを確立することが急務の課題である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このような状況の中
で、本発明者らは、飲料用水として「安全でおいしい
水」を供給することを実現化するために、ポット内で水
質を浄化することが可能な新しい水質浄化システムを確
立することを目標として鋭意研究を積み重ねた結果、光
触媒作用を有する二酸化チタン部材と光照射手段を主材
として組み合わせることによって、所期の目的を達成し
得ることを見出し、本発明を完成するに至った。すなわ
ち、本発明は、水質浄化機能を有するポットであって、
飲料用水として「安全でおいしい水」を供給することを
可能とする新しい水質浄化機能を有するポットを提供す
ることを目的とするものである。また、本発明は、沸騰
水及び常温水の水質浄化を可能とする新しいタイプの水
質浄化ポットを提供することを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明は、以下の技術的手段から構成される。（１）水質浄化機能を有するポットであって、少なくと
もポット本体、アパタイト結晶を付した二酸化チタン部
材、光照射手段、及びフィルターを構成要素として有
し、ポットの内部に上記二酸化チタン部材及び光照射手
段を配設して、ポット内で有機物をアパタイトに吸着さ
せ、光を照射することにより生ずる光触媒作用に基づき
上記有機物を分解してポット内の水を浄化し、金属イオ
ンを光触媒反応により酸化物微粒子とし、フィルターに
より除去するようにしたことを特徴とする水質浄化ポッ
ト。（２）二酸化チタン部材として表面に間隔をおいてアパ
タイト結晶を付した二酸化チタンコーティング無機質材
を用い、ポットの内部に上記二酸化チタンコーティング
無機質材を内蔵させて、ポット内で光を照射することに
より生ずる光触媒作用に基づきポット内の水を浄化する
ようにした、前記（１）に記載の水質浄化ポット。（３）二酸化チタンコーティング無機質材が、ハニカム
構造、多孔質構造、ファイバー構造、スポンジ構造のい
ずれか１種の構造を有し、表面に間隔をおいてアパタイ
ト結晶を付した二酸化チタンをコーティングしたもので
ある、前記（２）に記載の水質浄化ポット。（４）二酸化チタンコーティング無機質材を水の対流に
よるもの以外の適宜の手段でポット内で回転させるよう
にした、前記（２）に記載の水質浄化ポット。（５）二酸化チタン部材として表面に間隔をおいてアパ
タイト結晶を付した二酸化チタンコーティング皮膜を用
い、ポットの内壁に上記二酸化チタンコーティング皮膜
を形成し、ポット内で光を照射することにより生ずる光
触媒作用に基づきポット内の水を浄化するようにした、
前記（１）に記載の水質浄化ポット。（６）二酸化チタン部材が、アナターゼ型又はルチル型
二酸化チタン部材である、前記（１）から（５）のいず
れか１項に記載の水質浄化ポット。（７）ポット内で水を適宜の手段で対流させるようにし
た、前記（１）から（６）のいずれか１項に記載の水質
浄化ポット。（８）光照射手段が、紫外光を照射するランプ又は発光
ダイオード（ＬＥＤ）である、前記（１）から（６）の
いずれか１項に記載の水質浄化ポット。

【０００８】

【発明の実施の形態】次に、本発明について、更に詳細
に説明する。上記のように、本発明は、主として光触媒
による酸化、還元作用を利用して、ポット内における飲
料用水中に含まれる有機質性の夾雑物の分解、除去、金
属イオンの酸化結晶化による除去、及び水分子の細分化
などにより、飲料用水の浄化、及びその食感の向上化を
達成することを特徴とするものである。本発明は、基本
的メカニズムとして、既存の浄化器が、各種フィルター
により有機質性・無機質性の夾雑物や、各種細菌等の吸
着除去を行う製品が主流をなしているのに対して、例え
ば、ポットの吸入部において０．１ｍｍ以上の夾雑物の
除去を濾紙などのフィルターにて行い、０．１ｍｍ以下
の有機物、細菌などは通過させて、これらはポット本体
中で光触媒反応により分解し、また、金属イオンはポッ
ト本体中で同じく光触媒反応により酸化物微粒子とし、
ポットの注ぎ口に装着された濾紙などのフィルターによ
り除去するようにしたものである。この濾紙などのフィ
ルターは、適宜交換して使用することができる。また、
光触媒作用により水分子の水素結合は分断され、そのク
ラスターは小さくなり、それにより、食感の向上化とと
もに、生体の細胞膜を通過しやすいサイズや構造に細分
化され、生体に吸収されやすい水に変化する。

【０００９】本発明で使用する器具は、基本的には、ポ
ット本体、二酸化チタン部材及び光照射手段を構成要素
として有してなり、例えば、酸化チタンコーティング無
機質材、紫外線照射器具、水の対流装置、ポット本体、
及び濾紙などのフィルターを有することを特徴としてい
る。本発明は、少なくともこれらの手段をその構成要素
として含み、その他に、適宜の手段を付加することがで
きる。ポット内における水の対流方式として、沸騰型タ
イプのポットにおいては、加熱により水の対流が発生す
るもの、人工的に水の対流を行う装置、又は二酸化チタ
ンコーティング無機質材自体を回転させて水の対流を行
うようにした装置などを使用すること、また、常温型タ
イプのポットにおいても同様の装置を使用すること、が
適当である。

【００１０】本発明の水質浄化ポットは、具体的には、
例えば、二酸化チタンコーティング無機質材、好適に
は、ハニカム構造、多孔質構造、ファイバー構造、スポ
ンジ状構造の二酸化チタンコーティング無機質材、３８
０ｎｍ以下の波長、好適には２５０〜３６０ｎｍの波
長、の光照射器、及び沸騰型又は常温型ポット本体から
構成される。本発明の飲料用水浄化ポットは、一つの好
適な態様として、内部金属層に二酸化チタン皮膜を形成
し、リン酸カルシウムアパタイトを付与した二酸化チタ
ンをセラミックホームにコーティングした器材をポット
内に配置し、２３５ｎｍ〜３７５ｎｍの波長の光を照射
するランプを同内部に設置することにより作製される。
水流の発生方式は、対流型、循環型いずれも使用できる
が、その速度は、例えば、３分で１回転する程度の緩や
かなものが好ましい。使用する濾紙などのフィルター
は、例えば、吸入部では０．１ｍｍとし、注ぎ口部では
０．５μｍとする。また、いずれも交換可能とし、使用
水量１回２０リットルの場合、平均２〜３ヶ月に１度交
換すればよい。また、ポット内での光の照射時間は、約
１時間を目途として照射させるが、ランプの出力を調整
することにより、約１５分〜３０分の照射でも光触媒効
果は十分に発揮される。ポット本体は、内層、外層の二
層構造とし、内層は、耐腐食性を有し、加工性の高い金
属が望ましく、例えば、ステンレス、アルミ等があげら
れる。外層は、自由な形態が可能であり、その容量によ
り、家庭用、営業用を選択することができる。本発明の
水質浄化ポットは、耐久性、経済性、浄化能力に優れ、
「安全でおいしい水」を実現するとともに、飲料用水を
体細胞に吸収され易い水へと変化させることを可能とす
る。

【００１１】ここで、二酸化チタンとしては、例えば、
粒子径が約５〜６０ｎｍの二酸化チタン、特にアナター
ゼ型の二酸化チタン粒子、又はそれを主体とするものが
好適なものとして用いられるが、これらに限らず、これ
と同効のもの、すなわち、光触媒反応を生ずる二酸化チ
タンであれば、その形態、性状を問わず同様に使用する
ことができる。この場合、粒子径の小さいものは、高活
性が期待できること、付着させる量が少なくて済むこ
と、使用量を低減させることができることなどの利点が
あり、特に望ましい。また、リン酸カルシウム化合物で
コーティングされた二酸化チタン微粒子は、物質の補足
力が顕著であり、高い効率を呈する。

【００１２】二酸化チタン無機質材は、二酸化チタン粒
子をコーティングすること、有機チタン化合物などから
調製されたチタニアゾル、又は過酸化チタンをコーティ
ングして熱処理することによって製造される。上記二酸
化チタン無機質材の形状、設置個数、ポット内での設置
場所は、水の対流装置との組み合せにより適宜調節及び
変更が可能である。また、ポット内に配置する光照射ラ
ンプの種類は、石英ランプ、低圧水銀ランプ、高圧水銀
ランプ、超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、ハ
ロゲンランプ、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの波長が
１８０〜５００ｎｍ、低格消費電力が８〜１００Ｗのも
のが好適なものとして例示される。

【００１３】これらのランプとポット本体との組み合わ
せは、沸騰型ポット、常温型ポット、及びポットの容量
により、適宜変更が可能である。本発明の水質浄化ポッ
トは、上記の二酸化チタンコーティング無機質材、また
二酸化チタンをコーティングして皮膜を形成した内壁層
と、光照射器を組み合わせてポット内に配設することを
特徴とするものである。ポット本体の形態、色調、素材
は特に制限されるものではない。また、光の照射時間、
照射回数は、ポット内の水量（適量）、沸騰型、常温型
の夫々に応じて適宜設定すればよい。本発明の水浄化ポ
ットは、飲料用水、調理用水の水質浄化に有効であり、
それらの水質を安全かつ簡便に浄化する上で顕著な効果
を発揮する。

【００１４】

【作用】本発明の水質浄化の主たる作用は、二酸化チタ
ン光触媒作用と、中波長の紫外線、及び短波長の紫外線
の光殺菌作用（生物学的効果）との相乗効果による水質
浄化作用である。二酸化チタンに光を照射すると電子と
正孔を生じ、それが水や水中の溶存酸素と反応して活性
酸素が生じる。この活性酸素は、オゾンよりもはるかに
強力な酸化力を持ち、ほぼすべての有機物を炭酸ガスに
まで酸化分解することができる。バンドキャップの比較
的大きいｎ型半導体酸化チタンコーティング無機質材で
あっても、例えば、スポンジ状構造などに伴う反応表面
積の増大と紫外線の照射により容易に強力な酸化力を有
する活性酸素を生じ、電荷分離、電子ホールの易動度、
プロトンや水酸基との反応性等の値は確実に上昇し、光
触媒作用は促進される。ところで、水道水の汚染は、異
臭味と密接に関連している。以下の表にその原因を示
す。

【００１５】

【表１】

【００１６】二酸化チタンをコーティングした、例え
ば、ハニカム構造、多孔質構造、ファイバー構造、好適
にはスポンジ状構造の無機質材は、その表面積を増大
し、光触媒による酸化、還元作用で汚染物質を分解し、
浄化が行われる。本発明は、これにより水質の異臭味に
関与する有機性異臭物に対して高い触媒作用を惹起する
ことができる。本発明に用いられる酸化チタンとして
は、光触媒作用を有するアナターゼ型の酸化チタン粒子
が好ましいが、強配向の柱状晶のルチル型であってもよ
い。また、本発明において、リン酸カルシウム化合物と
は、Ｃａ₁₀（ＰＯ₄ 、Ｘ）₆ （ＯＨ₄ 、Ｘ）₂ （Ｘ＝Ｃ
Ｏ₃ ）で示されるオルトリン酸化合物のことであり、こ
れらの化合物として、例えば、水酸アパタイト（Ｃａ₁₀
（ＰＯ₄ ）₆（ＯＨ）₂ ）、フッ化アパタイト、炭酸ア
パタイト、銀アパタイト、などのアパタイトやリン酸カ
ルシウム、リン酸八カルシウムなどが好適なものとして
例示される。これらは、リン酸イオン、カルシウムイオ
ンを含む溶液に酸化チタンを浸漬し、酸化チタンの表面
にアパタイトの結晶を析出させて作製されるが、その表
面全体に均一にアパタイトがコーティングされているの
ではなく、一定の間隔をおいてアパタイト結晶が付さ
れ、その形状はバラの花びら状を呈している。それによ
り、アパタイトの表面積が拡大されるとともにスポンジ
状構造の無機質材の形状と相まって一層表面積は拡大さ
れ、有機物もアパタイトに吸着されやすくなり、これを
用いることにより、酸化チタン単体では期待できない顕
著な相乗効果を発揮することができる。

【００１７】また、スポンジ構造の無機質材としては、
標準材質としてコージェライト（２ＭｇＯ・２Ａｌ₂ Ｏ
₃ ・５ＳｉＯ₂ ）とアルミナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）のブレンド
タイプ、アルミナ、ムライト、コージェライト、炭化珪
素質などがあげられる。その特徴として、耐熱性、対薬
性に優れ、円柱、円筒その他各種形状ができ、構造的な
特徴として、連続気孔（４ケ／２５ｍｍ〜３０ケ／２５
ｍｍ）の三次元骨格構造で、軽量で、かつ表面積が大き
く、高い接触反応率が得られる点があげられる。本発明
に用いられる光の光源（照射器具）としては、一般的
に、白熱灯、蛍光灯、石英ランプ、ハロゲンランプ、キ
セノンランプ、メタルハライドランプ、水銀灯、ＵＶラ
ンプ、ＬＥＤ、半導体レーザーなどが例示されるが、照
射される光としては、光触媒作用による活性酸素の発生
及びその酸化作用の点から、紫外線などエネルギーの大
きな短波長を多く含む光が望ましく、例えば、石英ラン
プ、水銀灯、ＵＶランプが好適なものとして例示され
る。

【００１８】以下に沸騰型ポット及び常温型ポットの作
製例を示す。（１）ポット本体ポット本体として、高さ２５ｃｍ、一辺１０ｃｍの長方
形で、厚さ１ｍｍの鉄合金製のポットを用いた。（２）二酸化チタン部材二酸化チタン部材として、ポット内壁の金属層に二酸化
チタン皮膜を形成したものを用いた。（３）光照射手段光照射用ランプとして、ＵＶランプＷ×２（波長２５３
〜３６０ｎｍ）を用いた。（４）水の対流装置水の対流装置として、簡易プロペラによるミキサー方式
の対流装置（回転数５０Ｒ／ｍ）を用いた。上記（１）
〜（４）の手段を組み合わせて、また、ポットの吸入部
及び注口部に濾紙（０．１ｍｍ及び０．５μｍ）を配設
して、沸騰型ポット、及び常温型ポットを組み立てて、
本発明の水質浄化機能を有するポットを作製した。他の
例として、二酸化チタン部材として二酸化チタンコーテ
ィング無機質材、光照射手段としてＬＥＤ、濾紙等を用
いて、同様にして水質浄化機能を有する沸騰型ポット、
及び常温型ポットを作製した。

【００１９】

【発明の効果】本発明は、水質浄化機能を有するポット
であって、少なくともポット本体、二酸化チタン部材、
光照射手段を構成要素として有し、ポットの内部に二酸
化チタン部材及び光照射手段を配設して、ポット内で光
を照射することにより生ずる光触媒作用に基づきポット
内の水を浄化するようにしたことを特徴とする水質浄化
ポットに係るものであって、本発明によれば、１）飲料
用水の水質浄化に関する新しい浄化方法の提供が可能と
なる、２）二酸化チタンコーティング材は、半永久的に
使用されるので交換の必要がない、３）光源としてＬＥ
Ｄを利用できるので半永久的に使用することができる、
４）他の光源であっても長時間（２０００時間以上）使
用することができる、５）短時間で高い水質改善効果が
得られる、６）沸騰水及び常温水の水質浄化が可能にな
る、７）密閉型であるため再汚染が生じない、８）その
安全性、維持管理の簡易性、水の浄化効果は顕著であ
る、などの格別の効果が得られる。

フロントページの続き (73)特許権者 597012817 垰田博史愛知県名古屋市千種区清住町１丁目33番地 (73)特許権者 597039869 野浪亨愛知県名古屋市千種区希望ヶ丘３丁目９番６号 (74)上記２名の代理人 100102004 弁理士須藤政彦 (72)発明者石橋卓郎長崎県下県郡厳原町大字小浦157番地７号 (72)発明者石橋浩造長崎県下県郡厳原町大字小浦157番地７号 (72)発明者垰田博史愛知県名古屋市千種区清住町１丁目33番地 (72)発明者野浪亨愛知県名古屋市千種区希望が丘３丁目９番６号 (56)参考文献特開2000−152873（ＪＰ，Ａ) 特開2001−191068（ＪＰ，Ａ) 特開平10−94483（ＪＰ，Ａ) 特開平８−193218（ＪＰ，Ａ) 特開平８−103631（ＪＰ，Ａ) 特開平９−253505（ＪＰ，Ａ) 特開平10−174882（ＪＰ，Ａ) 特開平11−77031（ＪＰ，Ａ) 特開2000−96344（ＪＰ，Ａ) 特開2001−232206（ＪＰ，Ａ) 特許3018034（ＪＰ，Ｂ２) 特許2585946（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) A47J 27/21 A47J 41/00 B01J 35/02 C02F 1/32 C02F 1/72 101

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】水質浄化機能を有するポットであって、
少なくともポット本体、アパタイト結晶を付した二酸化
チタン部材、光照射手段、及びフィルターを構成要素と
して有し、ポットの内部に上記二酸化チタン部材及び光
照射手段を配設して、ポット内で有機物をアパタイトに
吸着させ、光を照射することにより生ずる光触媒作用に
基づき上記有機物を分解してポット内の水を浄化し、金
属イオンを光触媒反応により酸化物微粒子とし、フィル
ターにより除去するようにしたことを特徴とする水質浄
化ポット。
【請求項２】二酸化チタン部材として表面に間隔をお
いてアパタイト結晶を付した二酸化チタンコーティング
無機質材を用い、ポットの内部に上記二酸化チタンコー
ティング無機質材を内蔵させて、ポット内で光を照射す
ることにより生ずる光触媒作用に基づきポット内の水を
浄化するようにした、請求項１に記載の水質浄化ポッ
ト。
【請求項３】二酸化チタンコーティング無機質材が、
ハニカム構造、多孔質構造、ファイバー構造、スポンジ
構造のいずれか１種の構造を有し、表面に間隔をおいて
アパタイト結晶を付した二酸化チタンをコーティングし
たものである、請求項２に記載の水質浄化ポット。
【請求項４】二酸化チタンコーティング無機質材を水
の対流によるもの以外の適宜の手段でポット内で回転さ
せるようにした、請求項２に記載の水質浄化ポット。
【請求項５】二酸化チタン部材として表面に間隔をお
いてアパタイト結晶を付した二酸化チタンコーティング
皮膜を用い、ポットの内壁に上記二酸化チタンコーティ
ング皮膜を形成し、ポット内で光を照射することにより
生ずる光触媒作用に基づきポット内の水を浄化するよう
にした、請求項１に記載の水質浄化ポット。
【請求項６】二酸化チタン部材が、アナターゼ型又は
ルチル型二酸化チタン部材である、請求項１から５のい
ずれか１項に記載の水質浄化ポット。
【請求項７】ポット内で適宜の手段で水を対流させる
ようにした、請求項１から６のいずれか１項に記載の水
質浄化ポット。
【請求項８】光照射手段が、紫外光を照射するランプ
又は発光ダイオード（ＬＥＤ）である、請求項１から６
のいずれか１項に記載の水質浄化ポット。