JP3778307B2

JP3778307B2 - 光触媒体及びこれを用いた水処理方法

Info

Publication number: JP3778307B2
Application number: JP13286996A
Authority: JP
Inventors: 聡西方; 智明西村; 功天野
Original assignee: Fuji Electric Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1996-04-30
Filing date: 1996-04-30
Publication date: 2006-05-24
Anticipated expiration: 2016-04-30
Also published as: JPH09290165A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光触媒の酸化力を利用して、水中の汚染物質（有機塩素化合物など）を除去するための光触媒体、及びこれを用いた水処理方法に関し、特に汚水浄化後の光触媒体の回収を容易にした改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
トリクロロエテンやテトラクロロエテンなどの有機塩素化合物は各種産業で脱脂剤や洗浄液として多量に使用されているが、これらの有機塩素化合物は人体に有害であり、これによる飲料水の汚染などの環境汚染が社会問題になっている。この有機塩素化合物の分解方法として最近研究が盛んなのが、光触媒による分解である。これは光触媒に光を照射したときに生じる強力な酸化力で分解しようとするものであり、光触媒としてTiO₂、ZnO 、RuO₂、WO₃などが利用可能であるが、安全性、安定性の点から、TiO₂が用いられることが多い。
【０００３】
この光触媒による水処理では、汚染物質と光触媒との接触効率を高く維持しつつ、処理水から光触媒をいかに分離回収するかがポイントになる。例えば光触媒を粉末の状態で用いると、汚染物質との接触効率は増大するが、光触媒は沈降しにくく、分離回収のための沈澱池も大きくなる。
【０００４】
これに対し、特開平４−３７１２３３号では、核微粒子内に塊状及び／又は分散状に磁性体を内包させ、その表面に光照射で励起される触媒粒子を結合させた光触媒を提案している。核粒子とはナイロン１２などの合成樹脂で形成した粒子径30〜100 μ程度の塊であり、これに磁性体を10〜50μの塊にして内包させ、あるいは粒状の磁性体を樹脂中に混練させて分散させている。そして、この核粒子に触媒粒子をを固着させるには、接着剤を用いると光触媒の表面が接着剤で覆われてしまうことから、核粒子表面に触媒粒子を打ち込んで活性を保持したまま結合させるのが望ましいとしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記特開平４−３７１２３３号に示された光触媒は確かに処理水との接触性が高く、かつ電磁石により容易に分離回収されるが、以下に示す問題がある。
まず、光触媒体の製造工程が複雑であるということである。すなわち、磁性体を内包又は分散させた核粒子を製造した後、更にその表面に触媒粒子を特殊な装置で打ち込まなければならない。
【０００６】
次に、核粒子の材質として開示されているナイロン１２などは光触媒により分解されるということである。そのため、核粒子からの触媒粒子の離脱、流出が発生し、光触媒体の機能が次第に低下する可能性がある。
そこで、この発明の課題は、処理水との良好な接触性を保ち、かつ分離回収が容易でありながら製造工程が簡単であり、更に光触媒により分解されることなく長期間安定した性能を維持できる光触媒体、及びこれを用いた水処理方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、この発明は、光触媒粉末のバインダとしてフッ素樹脂を用い、更にこれに処理水からの分離回収機能を付加するための磁性体あるいは比重調整材を添加して、細片状の光触媒体を構成するものとする。すなわち、この発明の光触媒体は、光触媒及び磁性体あるいは比重調整材の粉末と光触媒の粉末よりも粒子径の大きいフッ素樹脂の粉末とを攪拌混合、圧延成形、裁断して細片状に形成するものとする。
【０００８】
フッ素樹脂は、耐薬品性、耐環境性に優れており、光触媒の持つ強力な酸化力にも劣化することがなく、疏水性であるため耐水性も高い。また、圧力をかけることで任意の形状のものが成形できる。更に、光触媒との親和性が低く、光触媒の表面活性がフッ素樹脂の存在により阻害されることが少ない。従って、フッ素樹脂と光触媒の粉末を混合、圧延してシート状とし、これを更に裁断して細片状に形成することにより、処理水と光触媒との接触性が良好で活性が高く、かつ寿命信頼性に優れた光触媒体が得られる。
【０００９】
そして、フッ素樹脂は光触媒粉末に限らず、粉体あるいは微粒子体であれば何でも混合して成形体が製造可能であることから、この光触媒体に磁性体の粉末を添加して磁性を持たせることにより、汚染物質を含む処理水に光触媒体を攪拌混合し、光触媒体に光を照射して汚染物質を酸化分解するとともに、光触媒体を磁気分離手段で吸着して処理水から分離回収でき、また比重調整材を添加して光触媒体の比重を処理水よりも小さく、あるいは大きく設定することにより、浮上分離又は沈降分離手段により処理水から分離回収することが可能となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を説明する。光触媒体は光触媒、磁性体あるいは比重調整材、及びこれらのバインダとしてのフッ素樹脂で構成される。まず、光触媒としてはTiO₂、ZnO 、RuO₂、WO₃などが利用可能であるが、環境に対する安全性や寿命安定性の面からTiO₂が最も好ましい。なお、光触媒の表面にPtを担持させることにより触媒活性を高めることが知られているが、このような活性向上のための貴金属などの添加物を担持させた光触媒もこの発明で使用可能であり、光触媒や添加物の種類は限定されない。
【００１１】
次に、磁性体には、フェライト、ニッケル、コバルトなどの強磁性材料が用いられる。また、比重調整材は、浮上分離の場合には中空ガラスビーズなどの比重の小さいもの、沈降分離の場合は中実ガラスビーズや砂粒子などの比重の大きいものが用いられる。フッ素樹脂としては、例えばポリテトラフルオロエチレンが好適である。
【００１２】
これらの材料を用いて、以下のようにして光触媒体を製造する。まず、光触媒粉末（粒子径は例えば７〜50nm）、及び磁性体粉末（同 100μm 程度）あるいは比重調整材粉末（同数十〜数百μm ）を混合する。次いで、これにフッ素樹脂粉末（粒子径は例えば 0.3μm 程度）を加え、再び攪拌混合する。その後、ローラにより圧延成形し、例えば厚さ 0.1〜1.0mm 程度のシートを形成する。そして、このシートを適当な大きさ、例えば１〜10mm角程度に裁断して光触媒体とする。
【００１３】
バインダとしてのフッ素樹脂の量は５〜90％の範囲で選択できるが、汚染物質の分解に直接関与する光触媒の量を確保するためには、成形できる範囲でなるべく少なくすることが望ましい。また、磁性体は１〜40％とし、比重調整材は処理水の攪拌動力を少なくするためには水の比重に近い値になるように添加するのが望ましいが、浮上あるいは沈降の効率も考慮して決定される。
【００１４】
図１は光触媒体の内部構造を示す拡大図である。光触媒体１は多孔質であり、部分的に互いに結合したフッ素樹脂粒子１ａが立体的な網目状の構造体を形成し、その間隙中に光触媒粒子１ｂ及び磁性体あるいは比重調整材の粒子１ｃが保持されている。フッ素樹脂と磁性体あるいは比重調整材との親和性は低く、上記各粒子１ａ〜１ｃは光触媒体１内で単に機械的に集合しているに過ぎず、光触媒表面の活性はフッ素樹脂によってそれほど阻害されない。
【００１５】
図２は磁気分離手段を備えた水処理装置の概略構成図である。有機塩素化合物を含む処理水は給水ポンプ２により反応槽３に導かれ、モータ４で駆動される攪拌装置５により磁性体が添加された光触媒体１と攪拌混合され、槽内の紫外線ランプ６から光照射を受けた光触媒により有機塩素化合物を分解除去される。浄化された水は常時は排水路７に通じる三方電磁弁８を介して排水される。その際、槽外に流出した光触媒体１は、磁気分離器９に吸着分離される。磁気分離器９は外周に図示しない電磁コイルを有する円筒状の電磁石からなり、磁性体を含む光触媒体１を内周壁面に吸着する。吸着された光触媒体１は、適宜の時期に給水ポンプ２を停止して三方電磁弁８を循環路１０側に切り換え、磁気分離器９の励磁電源を遮断し、回収ポンプ１１を起動して水を図の左回りに循環させることにより、反応槽３内に回収される。
【００１６】
図３は浮上分離手段を備えた水処理装置の概略構成図である。反応槽３内での水処理までは図２の装置と同じであるが、比重調整材が添加されて比重が水より軽い例えば 0.9とされた光触媒体１は、浄化された水が浮上分離槽１２を通過する際にその天井部に浮上して分離される。分離された光触媒体１は図２の場合と同様、回収ポンプ１１により槽内に回収される。また、図４は沈降分離手段を備えた水処理装置の概略構成図である。比重調整材により比重が例えば 1.1とされた光触媒体１は、浄化された水が沈降分離槽１３を通過する際にその底部に沈降して分離され、回収ポンプ１１により回収される。
【００１７】
【発明の効果】
この発明によれば、フッ素樹脂をバインダとして用いることにより、光触媒及び磁性体あるいは比重調整材の粉末に、光触媒の粉末よりも粒子径の大きいフッ素樹脂の粉末を加えて攪拌混合の上、圧延、裁断するという簡単な工程で光触媒体を製造できるとともに、光触媒粒子が活性を阻害されることなく安定的に保持される。また、上記磁性体や比重調整材の添加により、磁気分離手段あるいは浮上分離ないしは沈降分離手段を用いて容易確実に光触媒体の分離回収を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態を示す光触媒体の内部構造図である。
【図２】図１の光触媒体を磁気分離手段により分離回収する水処理装置の概略構成図である。
【図３】図１の光触媒体を浮上分離手段により分離回収する水処理装置の概略構成図である。
【図４】図１の光触媒体を重力沈降手段により分離回収する水処理装置の概略構成図である。
【符号の説明】
１光触媒体
１ａフッ素樹脂粒子
１ｂ光触媒粒子
１ｃ磁性体又は比重調整材粒子
２給水ポンプ
３反応槽
５攪拌装置
６紫外線ランプ
７排水路
８三方電磁弁
９磁気分離器
１１回収ポンプ
１２浮上分離槽
１３沈降分離槽

Claims

光触媒及び磁性体の粉末と前記光触媒の粉末よりも粒子径の大きいフッ素樹脂の粉末とを攪拌混合した後、圧延成形してシートを形成し、更にこのシートを裁断して細片状に形成したことを特徴とする光触媒体。
光触媒及び比重調整材の粉末と前記光触媒の粉末よりも粒子径の大きいフッ素樹脂の粉末とを攪拌混合した後、圧延成形してシートを形成し、更にこのシートを裁断して細片状に形成したことを特徴とする光触媒体。
汚染物質を含む処理水に請求項１記載の光触媒体を攪拌混合し、前記光触媒体に光を照射して前記汚染物質を酸化分解するとともに、前記光触媒体を磁気分離手段により前記処理水から分離回収することを特徴とする水処理方法。
汚染物質を含む処理水に請求項２記載の光触媒体を攪拌混合し、前記光触媒体に光を照射して前記汚染物質を酸化分解するとともに、前記光触媒体を浮上分離又は沈降分離手段により前記処理水から分離回収することを特徴とする水処理方法。