JPH02298317A - オゾン分解方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野］ 本発明は、気体中に含有されるオゾンを、触媒を用いて
接触分解する方法に関するものである。

［従来の技術］ オゾンは強い酸化能・を有し、分解すると無害な酸素と
なるため脱臭、殺菌、漂白や排水中のＣＯＤ減少等の目
的で様々の分野において、幅広く利用されている。しか
しながら上記用途で利用されたオゾンは一部未反応のま
ま大気中に放出されるので、光化学スモッグ等の２次公
害を発生させる恐れがある。また航空機が成層圏を飛行
したときに、オゾンを含む空気が機内に導入されるので
、乗客や塔乗員に悪影響を及ぼす危険性がある。更に、
近年では各種の高電圧発生装置、例えば乾式の複写機等
が広く普及しており、これらの装置から発生するオゾン
はたとえ微量であっても室内が汚染され、環境衛生上無
視できない状況にある。

オゾンはその臭いが不快感をもたらすばかりでなく、人
体に対する毒作用も強く、ある濃度以上になると呼吸器
を侵し、またたとえ微量であっても長時間吸入すると極
めて有害である。こうしたことから、各種の発生源から
生じる廃オゾンを分解除去して無害化する技術の確立が
望まれている。

これまでの廃オゾン処理方法としては、（１）活性炭に
よる処理方法、（ＩＩ　）薬液洗浄による処理方法、（
ＩＩ＋　）熱分解による処理方法、（ＩＶ）オゾン分解
触媒による処理方法等゛が知られている。

活性炭による処理方法は低濃度オゾンの処理に利用され
ているが、活性炭とオゾンの反応機構の関係上、活性炭
が早期に酸化消耗してしまうことから寿命が短く、活性
炭を頻繁に補充する煩わしさがある。また高濃度のオゾ
ンを処理する場合は反応熱により活性炭自体が発火、燃
焼する危険性があるので取り扱い上問題がある。

薬液洗浄による処理方法は、還元物質を含んだ水溶液で
廃オゾンを洗浄する方法であるが、処理コストが高く、
廃水処理の問題も生じる。

熱分解による処理方法は、分解効率を上げる為に３００
℃以上の加熱が必要となり、多量の排ガスを処理するに
は加熱費用が太き（なり、処理コストが高くなるという
欠点がある。

一方オシン分解触媒による処理方法は、発火。

爆発の危険もなく、廃水処理も不要であり、低コストで
オゾンを分解除去できることからオゾン分解には最も有
利な方法であると言われている。

［発明が解決しようとする課題］ オゾン分解触媒としては、優れた触媒能を有する各種の
触媒が開発されており、市販されている。しかしながら
これらの触媒においても、使用条件によってはその性能
が十分に発揮されないという事態が発生していた。即ち
湿度の高い気体中のオゾンを対象とした場合には、水分
の影響によって触媒の活性が低下するという欠点がある
。

これは触媒表面の活性点が水分子によって覆われてしま
い、オゾンと触媒が接触する機会が減少するためと考え
られる。特に上水の殺菌や脱色を目的としてオゾンを使
用する場合のように水処理にオゾンを使用するときに発
生するオゾン含有気体は相対湿度がほぼ１００％に近い
状態であることから、水分子の影響が顕著となり、長期
間に亘って高活性を維持しつつ触媒を使用することは困
難になる。この様な不都合を回避する手段としては、湿
度の高いオゾン含、有気体を加熱して水蒸気を除去する
ことも考えられるが、この様な手段を採用すると加熱源
を設置する必要が生じ、コスト的にもスペース的にも問
題がある。

本発明はこうした状況のもとでなされたものであって、
その目的は、オゾンを長期に亘って効率よく分解除去す
ることのできる触媒によるオゾン分解方法を提供するこ
とにある。

［課題を解決する為の手段］ 上記目的を達成し得た本発明とは、下記（ａ）〜（Ｃ）
からなるオゾン分解触媒を直接通電加熱しつつ、該オゾ
ン分解触媒にオゾン含有気体を導いてオゾンを接触分解
する点に要旨を有するオゾン分解方法である。

（ａ）Ｔｉ、Ｓｔ、Ａｔ、ＭｇおよびＺｒよりなる群か
ら選択される１種または２種以上の元素からなる触媒成
分、 （ｂ）Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎ　ｉ、Ａｇ、Ａｕ。

Ｐｔ、ＰｄおよびＲｈよりなる群から選択される１種ま
たは２種以上の元素からなる触媒成分、 （ｃ）金属粉、金属繊維１グラフアイトおよび活性炭よ
りなる群から選択される１　ｆｆｆｌまたは２種以上か
らなる導電体。

［作用］ 本発明者らは、水分子による触媒のオゾン分解能力の低
下を解消するという観点から様々な角度より検討を加え
た。その結果、使用するオゾン分解触媒自体を直接通電
加熱し得る様な構成にすると共に、該触媒を通電加熱し
ながらオゾンを処理すれば、処理対象となる気体が水分
子を含んだ状況のもとであっても長期に亘って安定した
オゾン処理効果が発揮されることが分かった。またこの
とき用いる触媒として、下記（ａ）〜　（Ｃ）の成分か
らなるものが最適であることを見出し、ここに本発明を
完成した。

（ａ）Ｔｉ、Ｓｉ、Ａｌ、ＭｇおよびＺｒよりなる群か
ら選択される１種または２種以上の元素からなる触媒成
分、 （ｂ）Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ａｇ、Ａｕ。

Ｐｔ、ＰｄおよびＲｈよりなる群から選択される１種ま
たは２　ｆ！ＴＩ以上の元素からなる触媒成分、 （Ｃ）金属粉、金属繊維、グラファイトおよび活性炭よ
りなる群から選択される１Ｆ！または２種以上からなる
導電体。

本発明は上述の如く、触媒を直接通電加熱しつつオゾン
と接触分解するものであるが、この際の加熱温度は５０
〜２００℃に設定するのが良い。

これは５０℃未満では高効率のオゾン分解性能を発揮す
ることかでとず、２００℃を超えるとランニングコスト
が高くなるばかりでなく触媒の耐久性に問題が生じる。

また本発明においては、直接通電加熱は必ずしも連続的
に実施する必要がなく、間欠的に加熱する様にしても良
い。即ち本発明に係るオゾン分解触媒は、常温で湿度の
高い条件下であっても初期的には高い活性を示す性能を
有しているので、例えば活性が低下しない期間は常温で
使用し、活性が低下する時期を見計らって通電加熱して
触媒表面に吸着している水分を除去し、短時間で再生を
行ない、触媒の再生が完了した時点で通電加熱を停止し
て常温で使用する様な操作の繰り返しを行なうこともで
きる。この様な操作によって、ランニングコストを節約
しつつ、長期に亘って高効率のオゾン分解処理能力を維
持することができる。

本発明で用いる触媒成分（ａ）は、Ｔｉ、Ｓｉ。

Ａ１．ＭｇおよびＺｒ等の元素の１種または２種以上を
適当に組み合わせて使用すればよいが、ＴｉとＳｉから
なる２元系複合酸化物、ＴｉとＺｒからなる２元系複合
酸化物、およびＴｉ。

Ｓｔ、Ｚｒからなる３元系複合酸化物のうちの少なくと
もいずれか１種を使用するのが特に好ましい。

一般にＴｉおよびＳｔからなる２元系複合酸化物は、例
えば「触媒、第１７巻、Ｎｏ、３．７２頁、　１９７５
年号」に見られる如く、固体酸として知られており、構
成する各酸化物には見られない顕著な酸性を示し、また
大きい表面積を有する。即ち、ＴｉとＳｔからなる２元
系複合酸化物に、酸化チタンおよび酸化珪素を単に混合
したものではなく、ＴｉおよびＳｔがいわゆる２元系複
合酸化物を成形することによりその特異な物性を発現さ
せることができる。またＴｔ、Ｚｒからなる２元系複合
酸化物、およびＴｉ、Ｚｒ、Ｓｉからなる３元系複合酸
化物においても、ＴｉとＳｔからなる２元系複合酸化物
と同様の性質を有する酸化物となる。尚上記各複合酸化
物は、Ｘ線回折による分析の結果、非晶質若しくはほぼ
非晶質に近い微細構造を有していると言われている。

本発明に係る触媒が優れたオゾン分解活性、特に低温（
常温）における優れた活性を示す機構については全てを
解明し得た訳ではないが、上記複合酸化物の計性質がオ
ゾン分解活性に対して好ましい影響を与えるものと考え
られる。

一方触媒成分（ｂ）については、Ｍｎ、Ｆｅ。

Ｃｏ、Ｎｉ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、ＰｄおよびＲｈ等の元
素からｔ　ｆｉまたは２種以上を適当に組み合わせて使
用すればよいが、β型二酸化マンガンの使用が最も効果
的である。

尚導電体として使用する金属粉や金属繊維は、Ａｌ、Ａ
Ｂ、Ｃｕ等の導電性金属によって公知の方法によって製
造すればよい。また触媒は直接通電加熱する必要上、一
体化成型する必要があるが、成型形状については特に限
定するものではない。

以下本発明を実施例によって更に詳細に説明するが、下
記実施例は本発明を限定する性質のものではなく、前・
後記の趣旨に徴して設計変更することはいずれも本発明
の技術的範囲に含まれるものである。

［実施例］ 実施例１ 触媒を次の様にして調製した。

まずＴｉおよびＳｉからなる複合酸化物を以下の手順で
調製した。

Ｔｉ源として、下記組成の硫酸チタニルの硫酸水溶液を
用いた。

Ｔｉ０３Ｏ，２５０ｇ／ｆＬ（Ｔｉｅ２換算）全Ｈ２Ｓ
０４　１１００ｇ／Ｊ２ 水４００ｆｔにアンモニア水（ＮＨ３，２５％）２８０
℃を添加し、これにスノーテックス−ＮＣＳ−３０（８
産化学製シリカゲル、５ｉｏ２として約３０重量％含有
）を２４ｋｇ加えた溶液を別に準備しておき、これに上
記硫酸水溶液１５３１を水３００ｕに添加して希釈した
チタン含有硫酸水溶液を１光拌下で徐々に滴下し、共沈
ゲルを生成した。この様にして得られたＴ　ｉ　０２−
Ｓ　ｉ　Ｏ２ゲルを濾過、水洗後２００℃で１０時間乾
燥した。次いで５５０℃で空気雰囲気下に６時間焼成し
た。得られた粉末の組成はＴ　ｉ　ｏ、　　：　Ｓ　ｉ
　Ｏ，・４：１（モル比）であり、ＢＥＴ表面積は１８
５ｍ”／ｇであった。

得られた粉末（以後ＴＳ−１と呼ぶ）を用いて、以下に
述べる手順でオゾン分解触媒を調製した。

上記ＴＳ−１粉末８ｋｇとグラファイト粉末１ｋｇの混
合粉末に、適当量の水を添加してニーダ−でよく混合し
た後、混練機によって十分混練し、均一な混練物を押出
成形して外形が縦５０ＩＩＩＩ１１１横５０＋ａｍ１長
さ５０１１＋ｍの格子状ハニカム（肉厚０．３１、目開
き１．４ｍｍ　）を製作し、１５０℃で５時間乾燥して
、その後３００℃で２時間空気雰囲気下で焼成してハニ
カム成形体とした。引続社硝酸マンガン水溶液を含浸せ
しめ、乾燥・焼成し、酸化物としての重量比でＴＳ−１
：グラファイト：Ｍｎ０２＝８０：１０：１０の触媒を
得た。

調製した触媒のオゾン分解性能を次の様にして調査した
。

ＳＵＳ製反応管に上記格子状ハニカム触媒を１２５ｃｃ
充填し、オゾンを５０００　ｐｐｍ含有する水蒸気飽和
空気を、常温にて流速が１．２５８ｍ’　／ｈｒ（空間
速度１０００　ｈｒ−”　）になる様に前記触媒に導入
した。このとき触媒温度は８０℃になる様に電圧および
電流を調整し、３０００時間後のオゾン分解率を求めた
ところ、１００％が分解されていた。尚オゾン分解率は
次式により求めた。

オゾン分解率（％）＃ 実施例２ 実施例１で調製した触媒を用いて下記の条件でオゾン分
解性能を調査した。

ＳＵＳ製反応管に実施例１で得た前記格子状ハニカム触
媒を１２５ｃｃ充填し、オゾンを５０００ｐｐｍ含有す
る水蒸気飽和空気を常温にて流速が０．２５Ｎｇ＋”／
ｈｒ　（空間速度２０００　ｈｒ−’）となる様に前記
触媒に導入した。このとき１日１回の割合で、触媒を１
１０℃に３０分間加熱し、オゾン分解を停止することな
く触媒再生を実施した。

オゾン分解率は、空気導入後１２０日目０通電加熱直前
の時点を測定した。その結果、９９．９％という高い分
解率を示した。

［発明の効果］ 本発明の構成を採用することによって、次の様な効果が
得られる。

■触媒自体を通電加熱できる構成としたので、触媒活性
の低下の大きな原因である水分付着が解消され、長期に
亘って高効率のオゾン分解活性が維持できる。

■触媒自体が発熱体であるので、加熱源を別途設置する
必要がなく、コスト的にもスペース的にも有利である。

また触媒を他の加熱源で間接的に加熱する場合に比べて
熱効率的に優れ、ランニングコストも安くなる。

■常時通電とせず、間欠的に通電加熱して触媒を再生す
る方法を採用すれば、触媒を反応器内に設置した状態の
ままで触媒を再生できるという面からも有利である。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）下記（ａ）〜（ｃ）からなるオゾン分解触媒を直
   接通電加熱しつつ、該オゾン分解触媒にオゾン含有気体
   を導いてオゾンを接触分解することを特徴とするオゾン
   分解方法。 （ａ）Ｔｉ、Ｓｉ、Ａｌ、ＭｇおよびＺｒよりなる群か
   ら選択される１種または２種以上の元素からなる触媒成
   分、 （ｂ）Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐ
   ｄおよびＲｈよりなる群から選択される１種または２種
   以上の元素からなる触媒成分、 （ｃ）金属粉、金属繊維、グラファイトおよび活性炭よ
   りなる群から選択される１種または２種以上からなる導
   電体。
2. （２）触媒の直接通電加熱温度を５０〜２００℃とする
   請求項（１）に記載のオゾン分解方法。
3. （３）触媒の加熱を間欠的に行なう請求項（１）または
   （２）に記載のオゾン分解方法。
4. （４）触媒成分（ａ）が、ＴｉとＳｉの２元系複合酸化
   物、ＴｉとＺｒの２元系複合酸化物、およびＴｉ、Ｓｉ
   、Ｚｒの３元系複合酸化物の少なくとも１種である請求
   項（１）〜（３）のいずれかに記載のオゾン分解方法。
5. （５）触媒成分（ｂ）が、β型二酸化マンガンである請
   求項（１）〜（４）のいずれかに記載のオゾン分解方法
   。