JPH0459037A

JPH0459037A - 撥水性光触媒反応装置

Info

Publication number: JPH0459037A
Application number: JP2159759A
Authority: JP
Inventors: Toshio Ogawa; 敏雄小川; Hiroshi Hida; 飛田　紘; Ryota Doi; 良太土井; Toshikatsu Mori; 利克森; Osamu Kuroda; 修黒田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-06-20
Filing date: 1990-06-20
Publication date: 1992-02-25

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〕本発明は光エネルギを利用して気−液一固の三相界面反
応を行なう光還元触媒に係り、特に、炭酸ガスを還元し
てメタノール、メタン、−酸化炭素などに変換する反応
装置に関する。

〔従来の技術〕

最近、炭酸ガスによる地球の温暖化は世界的な問題とな
っており、各国が協力して解決策を見出そうとしている
。それらの解決策を大別すると、（１）エネルギの消費
旦を削減する。（２）熱効率を向上させる。（３）排出
された炭酸ガスを還元してメタノール、メタン、−酸化
炭素などに変換して再資源化を図る方法などが挙げられ
る。本発明は（３）を可能にする光触媒の反応方法およ
び装置構成に関する。

光触媒を用いて炭酸ガスを還元する研究に関しては既に
多くの報告がなされている。例えば、阿。

Ｇｒａｔｚｅｌの著書“Ｅｎｅｒにｙ　Ｒｅ５ｏｕｒｃ
ｅｓ　ｔｈｒｏｕｇｈＰｈｏｔｏ　ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ
　ａｎｄ　Ｃａｔａｌ、ｙｓｉｓ”の中には、ＴｉＯ２
光触媒の懸濁液にＣｏ２をバブングしながら光を照射す
ると、メタノール、ギ酸、ホルムアルデヒドなどが生成
するとしたＭ、ｔｌａｌ、ｍａｎｎ　らの研究が紹介さ
れている。また、Ｔ、Ｉｂｕｓｋｉらは、Ａｂｓｔｒａ
ｃｔｓ　３２ｎｄ　Ｉ　Ｕ　Ｐ　Ａ　ＣＣｏｎｇｒｅｓ
ｓ。

Ｓｔｏｃｋｈｏｌｍ、Ｐ　１６２　（１９８９）　、に
おいて、Ｐ　ｔ　／　Ｔ　ｊ○２光触媒の存在下でＣｏ
２は水により還元されてメタンおよびエタンが生成する
と報告している。この他、安保の著した機能材料の１９
９０年２月号３２ページには、炭酸ガスの還元に活性を
示す触媒としてＣａＴｊ○３．　Ｂ　ａ　Ｔ　ｊ、　Ｏ
ｓ／　Ｈｇ　Ｓなどが紹介されている。しかし、これら
の活性はいずれも低く、実用的ではないのが現状である
。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術には、（１）電荷の再結合を防止する。（
２）触媒表面への炭酸ガスの接触を促進する。

（３）触媒の光吸収をしやすくすることが課題として残
されている。

本発明の目的は、これらの課題を解決できる触媒による
効率的な装置構造を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明では、炭酸ガスの還
元反応に対して触媒活性をもつ活性成分と水の酸化反応
に対して触媒活性をもつ活性成分を別々の担体に担持し
て電荷の再結合を防止した光還元触媒を用いる。具体的
には炭酸ガスの還元反応に対して触媒活性をもつ活性成
分は導電性の担体に担持し、水の酸化反応に対して触媒
活性をもつ活性成分は半導体しこ担持し、さらに、触媒
表面に撥水性物質ポリテトラフルオロエチレン（商品名
テフロン）を添加して表面が水で完全に濡れるのを防止
した光還元触媒を本発明装置の水液を注入した水液槽に
おいて水面近傍に懸濁させ、これに水中よりＣＯ２ガス
を触媒に接するように供給し、かつ、」二方から太陽光
を照射する。反応原理を第９図に示す。ＣＯ２ガスの変
換反応は■半導体が光を吸収すると、価電子帯に在った
電子は導電帯へ励起され、正の電荷を持ったホール（ｈ
＋）が生成する。■■励起された電子は還元反応に対し
て活性をもつ活性成分の表面へ移動し、炭酸ガスの還元
に使用される。■正の電荷は、酸化反応に対して活性を
もつ活性成分の表面で水の酸化反応に使用される。■撥
水性物質は触媒表面の水を弾くので、活性成分周辺の水
の液膜は薄くなり、炭酸ガスの拡散抵抗が小さくなるの
で、触媒に吸着しやすくなる。カーボンのような導電性
担体およびＴｉＯ２のような半導体は水中では沈む。こ
れを水面近傍に懸濁させるには、（１）供給するＣｏ２
ガスの浮力を利用する。（２）水面近傍位置に触媒の受
け網を設ける。さらにこれらを併用する等がある。ＣＯ
ｚガスはパイプあるいは散気管。

散気板等から触媒全体に均等しこ接するように供給する
。

次に光エネルギ供給は太陽光を真上から照射する。ある
いはキセノン、ハロゲン、水銀等のランプを使用する光
の反射板を設ける。

本発明の水液槽には触媒の流出を捕捉するフィルタある
いは金網等を水液の給排管口に取付ける。

また、供給と排出管口を接続した水液循環管路を設ける
。

また、装置水液槽の上部には排気口を設ける。

排気口にはコールドＩ・ラップ等の気液分離回収する器
機を接続する。

さらに、この手段を具備した水液槽を傾斜させた装置が
ある。

［作用〕水液中へＣＯ２ガスを供給すると、ＣＯ２ガスが浮力し
て作用し触媒を水面近傍に懸濁させＣＯ２ガスの触媒へ
の接触供給が同時にできる。

さらに、水面近傍に設けた受け網は流動範囲を制限し触
媒の散乱域がせばめられ水面近傍の触媒の＠層厚さが均
等化する。

反射板は反射光を回収し、再び、照射する作用で照射効
率を増す。

之らに、傾斜した水液槽ではＣＯ２ガスの水界中に各段
室における触媒の水面近傍への懸濁と接触供給できる。

〔実施例〕

〈実施例１〉第１図および第２図、第３図は本発明反応装置の一実施
例を示す。第１図は支所面図、第２図は第１図のｎ−ｎ
矢視断面、第３図は第１図の■■矢視断面を示す。１は
光還元触媒、２は太陽光、３はＣＯ２ガス、４は散気管
、５は反応水液槽、６は水液、７は生成水液、８は排ガ
ス、９は受け網、１０は太陽光ランプ、〕１は給水液管
、１１１は給水液管口、１１−２は網、１１−３は給水
液弁、１２は排水液管、１２−１は排水液管口、１２−
２は網、１２−３は排水液弁、１３はＣＯ２ガス供給管
、１３−１は弁、１４は排気管、１−５は気液分離回収
器機、コロは回収水液を意味する。

ＣＯ２ガスの変換反応は反応水液槽５に所定量の水液６
がみたしてあり、水面近傍には受け網９が設けである。

受け網上に光還元触媒が懸濁しである。懸濁しである光
還元触媒へ反応水液槽５の底に設けた散気管８よりＣＯ
２ガスを供給し、上部から太陽光を照射する。太陽光の
代りにキセノン、ハロゲン、水銀などのランプ１０を使
用してもよい。所定時間光還元触媒へＣＯ２ガスの供給
と太陽光の照射でＣＯ２ガスが水液で還元しＣＨ３０Ｈ
などに変換してくる。排気管１４からはＣＯ２ガスを供
給中、ＣＯ２ガス、および、生成ガスが一緒に排出する
。この排ガスを気液分離回収器機１４に導ひき生成ガス
および水液１６を回収する。また、管路１２からは弁１
２−３を開き生成水７を回収する。本反応装置ては水液
およびＣＯ２ガス、太陽光を連続して供給することがで
きる。

〈実施例２〉第５図は本発明反応装置の断面を示す。反応水液槽５は
水面近傍に受け網９が設けである。受け網上には光還元
触媒が懸濁するようにしである。

懸濁した光還元触媒へ水中および水面上から太陽光を照
射するランプが上、下に設けである。また、水中および
水面上からＣＯ２ガスを懸濁した光還元触媒へ供給する
散気管４が上下に設けである。

本発明の反応装置でのＣＯ２ガスの変換反応操作は反応
水液槽５にＣＯ２ガスを供給したとき水面が受け網上に
くるようになる所定量の水液６をみたし、水面近傍の光
還元触媒にＣＯ２ガスを水中から、あるいは、水面上か
ら供給する。また、太陽光を水面上から、あるいは、水
中から照射するようにしたものである。反応操作は実施
例１の場合と同様である。

〈実施例３〉第５図および第６図、第７図は本発明装置の一実施例を
示す。第５図は反応装置の斜視図、第６図は第５図のＢ
−Ｂ断面、第７図は第５図のＡ〜Ａ断面を示す。１１−
４．．１１−５．１１−４は弁、１２−５は循環用管路
、１７は仕切網、１８は底抜、１９は上面板、２０は脚
を意味し、その他の符号は前記のとおり。

本実施例では反応水液槽を傾斜させてあって、ＣＯ２ガ
ス３は底板１８と上面板１９の間を上昇する。受け網９
には適宜な間隔で上面板に接する仕切り網が設けである
。受け網と仕切り網で構成する階段状室に光還元触媒を
所定量づつおいておく。

反応操作は傾斜槽の中間位まで水液を入れ、ＣＯ２ガス
を下部の散気管４より供給すると各段室においてＣＯ２
ガス、水液および触媒が撹乱して、水面近傍に懸濁した
状態と同じくなる。この状態で上面より太陽光を照射す
る。

傾斜槽では槽内の水液をＣＯ２ガスの供給によりガスリ
フトが生じ水位を排水液管１２の管口以上すると排水液
管から循環管路へ流れ槽内の水液を循環することができ
る。この場合、管路の弁１１−３．１１−５および１２
−４は閉、弁１１４は開である。

本実施例の反応回収操作は実施例１の場合と同様に行な
うことができる。

〈実施例４〉第８図は本発明の反応装置の断面を示す。２１は太陽光
を反射する板である。反応水液槽５は上部に反射板が設
けてあって、光還元触媒へ照射し、反射した光を受け、
再び、光還元触媒へ照射するためのもので、ランプの場
合も同様に反射するようにしである。

一方、光還元触媒の水面近傍への懸濁はＣＯ２ガスの供
給で行なうようにしたもので、反応操作は前述と同様で
ある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、光還元触とＣＯ２ガスの接触供給が水
面近傍で容易となり、ＣＯ２ガス変換反応に効果がある
。また、光還元触媒が懸濁している近傍水液を抜き取り
回収が比較的簡易にできるので、本反応装置を多段に配
して、これに導びき多段による変換効率をあげることが
できる。

また、光還元触媒へ上、下方向からＣＯ２ガスの供給、
及び、太陽光の照射ができるので変換動率があがる。

また、本反応装置は簡易構造であることから、製作が容
易で安くできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の反応装置の一実施例の断面図、第２図
は第１図のＩＩ−ＩＩ線断面図、第３図は第１図のｍ−
ｍ線断面図、第４図は本発明の反応装置の第二の実施例
の断面図、第５図は本発明の反応装置の第二の実施例の
斜視図、第６図は第５図のｖｈ−ｖｘ矢視断面図、第７
図は第５図のｖｎ−■矢視断面図、第８図は本発明の反
応装置の第三の実施例の支所面図、第９図は反応原理の
説明図である。１・光還元触媒、２　太陽光、３・・・ＣＯ２ガス、４
　散気管、５・反応水液槽、６・・水液、７・・生成水
液、８・・・排ガス、９　受け網、１ｏ・・太陽光ラン
プ、１１　・給水液管、１２・排水液管、１２５・・・
循環管路、１３・ＣＯ２ガス供給管、１４排気管、１５
　気液分離回収器機、１６　・回収水液、１７・・仕切
網、１８　底抜、１９・上面板。２Ｏ脚、２１・・反射板。

Claims

【特許請求の範囲】１、還元反応活性をもつ活性成分を導電性担体に担持し
た触媒と、酸化反応活性の活性成分を半導体に担持した
光触媒が撥水性物を介して接触している光還元触媒を水
液槽内で前記光還元触媒を水面近傍に懸濁位置させ、こ
れに太陽光を照射し、かつ、炭酸ガスを前記光還元触媒
に接するように供給して光還元反応を行なうことを特徴
とする撥水性光触媒反応装置。２、請求項１において、水液槽内に散気管、散気板等を
設け、これからＣＯ＿２ガスを供給して、ガスの浮力に
より光還元触媒を水面近傍に断続あるいは連続して浮上
させ懸濁位置させる撥水性光触媒反応装置。３、請求項１において、前記水液槽内の水面の近傍位置
に光還元触媒の受け網を設けた撥水性光触媒反応装置。４、請求項１において、水液槽内該光還元触媒へ水中お
よび水面上からＣＯ＿２ガスを供給する撥水性光触媒反
応装置。５、請求項１において、水液槽内該光還元触媒へ水面上
および水中から太陽光を連続もしくは断続して照射する
撥水性光触媒反応装置。６、請求項１において、前記水液槽の下部及び上部に管
口を設け、下部管口より水液を供給し、上部管口より水
液を抜き出すようにした撥水性光触媒反応装置。７、請求項６において、前記水液槽の上下管口の管路を
接続する管路を設けた撥水性光触媒反応装置。８、請求項７において、前記水液槽の上下管口の接続管
路をポンプあるいはＣＯ＿２ガスリフトにより構内水液
を流して循環させる撥水性光触媒反応装置。９、請求項１において、前記水液槽にガスの供給および
排出する管口を設けた撥水性光触媒反応装置。１０、請求項９において、前記ガス供給管口には散気管
等を、排出管口からの管路には冷却，分離等の機能を有
する器機を接続する撥水性光触媒反応装置。１１、請求項１ないし１０において、前記水液槽を傾斜
させて行なう撥水性光触媒反応装置。１２、請求項５において、太陽光の反射板を設け、反射
光を光還元触媒へ照射する撥水性光触媒反応装置。