JPH063494U - 流体の光化学反応処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 流体の光化学反応処理を行うについて、紫外
線等と光触媒との接触面積を大きくし、流体の光化学反
応処理反応効率を高めて、処理流体の純度を向上させ、
プランクトンまたは貝類等の付着、繁殖を抑制する。 【構成】 光照射により流体中の有機物の酸化分解、細
菌の殺菌、有害物質の分解または脱臭、プランクトンま
たは貝類の抑制等の光化学反応処理を行うについて、ア
ナタース型チタンの光触媒またはアナタース型チタンに
白金等の金属を担持させた光触媒を、ネット状やラシリ
ング状等の接触面積が大きく、かつ流体の通過性のよい
形状にすることを特徴とする流体の光化学反応処理装置

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、紫外線、太陽光線等の光照射によって、液体または気体等の流体に 含まれている有機物の酸化分解、細菌の殺菌、有害物質の分解または脱臭、プラ ンクトンまたは貝類等の抑制等の光化学反応処理を、アナタース型チタンの光触 媒またはアナタース型チタンに白金等の金属を担持させた光触媒の存在下におい て行い、有機物、細菌、有害物質を除去あるいはプランクトンまたは貝類を抑制 する光化学反応処理装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

最近、半導体製造工程、医薬品製造工程、電力発電工程において、超純水やク リーンガス等の高純度の流体が使用されている。 例えば、ＬＳＩ等の半導体を製造する際には、半導体の洗浄水として超純水が使 用されているが、この超純水は、光化学反応処理装置としての紫外線照射装置、 イオン交換装置、超濾過膜装置、逆浸透膜装置等を適宜組み合わせた超純水製造 システムによって製造されている。 この超純水製造システムにおいては、紫外線照射装置は、原水である一次純水 に含まれている有機物を酢酸等の有機酸、二酸化炭素等に酸化分解処理、そして 処理水に含まれている有機酸、二酸化炭素等を、イオン交換装置、超濾過膜装置 、逆浸透膜装置等で除去して超純水を製造している。 また、超純水を半導体の洗浄に一度使用してイソプロピールアルコール等の有 機物で汚染された洗浄水（超純水の純度より悪いが高純度の純水）を、前述した 超純水製造システムで処理して超純水として再度使用することも多い。

【０００３】 そして紫外線照射装置は、原水中に細菌や有害物質が含まれている場合には、 原水中の細菌の殺菌、有害物質の分解をし、超純水製造システムの後段のイオン 交換樹脂、超濾過膜、逆浸透膜等が細菌、有害物質で汚染されるのを防止するた めにも使用されている。 また紫外線照射装置は、超純水製造システムで製造した超純水が細菌で汚染さ れた場合には、半導体の細菌汚染を防止するために、超純水中の殺菌用に使用さ れることもある。 しかし、昨今の技術革新や技術の高度化に伴って、超純水の純度、特に超純水 中に最後まで残留する微量の有機物、細菌、有害物質の除去が重要な技術課題に なり、現在用いられている紫外線照射装置の紫外線照射効率の向上が求められて いる。

【０００４】 近年、紫外線照射処理において流体の光化学反応処理を行う場合に、酸化チタ ン（ＴｉＯ2 ）または酸化チタンに白金（Ｐｔ）等の金属を担持した光触媒を用 い、触媒の活性度を高めて超純水の純度を一段と高める工夫や改善が提案なされ ている。 しかし、これまでの光触媒を用いた流体の光化学反応処理は、学問的アイデア や実験的提案が多く、工業的な技術として完成されているものが少なく、実装置 として運転されているものは、光触媒と流体の接触面積が小さいものが多く、光 化学反応処理効率が悪いという欠点があった。

【０００５】 また、光触媒と流体の接触面積を大きくするものとして、被処理水中に含まれ る有機物を、白金担持酸化チタン等の光触媒粒子の存在下で、紫外線照射して酸 化分解して除去するという超純水製造方法が、特許出願公開（特開昭６２−１９ ３６９６号）になっている。 しかし、この公開公報には、紫外線照射による流体の光化学反応処理を行うこと については記載されているが、処理液である超純水より、白金担持酸化チタン等 の光触媒粒子を分離する手段にいて記載がない。 超純水として使用する限り、最終段階で超純水より白金担持酸化チタン等の光 触媒粒子を分離することは必須の技術条件であるが、このような重要な分離技術 について記載がないことより判断すると、工業技術として完成されているとはい えない。

【０００６】 この出願公開された技術における超純水と光触媒との分離手段について想像す ると、光触媒粒子の沈殿による分離が考えられるが、沈殿に長時間を要するとと もに分離性が悪くて実用的でなく、また光触媒粒子を濾過機、ストレーナー分離 膜装置で濾別して分離することも考えられるが、光触媒粒子によって濾過機、ス トレーナー、分離膜装置が目詰まりし易く、これらの装置の洗浄をたびたび行う 必要があるために光化学反応処理効率が悪くなる欠点がありに、また濾過機、ス トレーナー、分離膜装置の設置の必要があるために、設置費用が増大する等種々 の不都合があった。

【０００７】 また発電所や工場においては、海水、湖沼水、河川水を冷却水等の用水として 使用しており、これらの用水中に赤潮、青潮、藻類等のプランクトンまたは貝類 等が含まれていると、発電所や工場の冷却水系等の水路や機器にプランクトンま たは貝類が付着、繁殖して用水量の低下や機器のトラブルを招いていた。

【０００８】

【考案が解決しようとする課題】

本考案は、流体の光化学反応処理を行うについて、アナタース型チタンの光触 媒またはアナタース型チタンに白金等の金属を担持させた光触媒を流体と効率的 接触させることにより、紫外線等と光触媒との接触面積を飛躍的に大きくし、光 化学反応処理反応効率を高めて、処理流体の純度を向上させ、プランクトンまた は貝類等の付着、繁殖を防止することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

本考案は、紫外線、太陽光線等の光照射により流体中の有機物の酸化分解、細 菌の殺菌、有害物質の分解等の光化学反応処理装置において、アナタース型チタ ンの光触媒またはアナタース型チタンに白金等の金属を担持させた光触媒を、以 下に述べるようなものにすることに特徴がある。すなわち （１）光触媒をネット状やラシリング状等の接触面積が大きく、かつ流体の通 過性のよい形状にする。 （２）光触媒を、金属性または非金属製のネット状やラシリング状等の接触面 積が大きく、かつ流体の通過性のよい形状にしたものに石英ガラスや硬質ガラス 等を被覆した担体に、コーティングする。 （３）光触媒を膜状、薄板状にし、これを処理容器の内面や構成部品の側面等 の流体の接触個所に貼り付ける。 （４）光触媒を、処理容器の内面や構成部品の側面等の流体の接触個所に、コ ーティングする。 （５）光触媒を、処理容器の内面や構成部品の側面等の流体の接触個所に石英 ガラスや硬質ガラス等を被覆したものに、コーティングする。 （６）処理容器の流体の接触個所のみを、光触媒のアナタース型チタン製にし 、その他の処理容器部分をチタン製とする。 （７）処理容器および光源の保護管を光透過性物質製とし、この処理容器の内 側または外側あるいは両側より光照射を行い、また処理容器および光源の保護管 の流体が接触するの個所に、光触媒をコーティングする。 （８）光触媒を粒子状の担体にコーティングして用いる。 （９）光触媒または光触媒を粒子状の担体にコーティングしたものを、前述の （３）ないし（７）の処理容器に充填する。

【００１０】

【実施例】

図１に示すように、光化学反応処理装置のステンレス製の処理容器１内に、光 化学反応処理の光源として、例えば紫外線ランプ２を内臓した石英ガラス製の透 過筒３を配置し、この透過筒３の付近に、アナタース型チタンまたはアナタース 型チタンに白金等の金属を担持させた光触媒（以下光触媒という）４をネット状 に重ね、これを透過筒３を中心として同心円的に充填する。 なお、光触媒４をネット状に充填するについては、処理容器１内に整流板５を 間隔をおいて配置させて、これらの整流板５と整流板５との間に光触媒４を分離 状態で充填させ、流体を蛇行状に通過するようにすると、光化学反応処理効率は よくなる。 光触媒４の形状は、ネット状に重ねるほか、ラシリング状にしてもよく、要す れば、接触面積が大きく、かつ流体の通過性のよい形状であれば、どのような形 状であってもよい。 光触媒４のネットを構成する細線の太さは1000〜 100μ程度が望ましく、ネッ トのメッシュとしては、2 〜 50 程度が望ましく、またネットの重ね枚数は 1 〜 50 枚程度が望ましい。 光触媒４のラシリングの形状は、通常の流体処理に使用されている形状のもので あればどんなものでもよい。

【００１１】 なお、光触媒４としてのチタン（ＴｉＯ₂）としては、アナタース型が最も適 しているが、ルチル型、ブルカイト型を使用してもよい。 光触媒に半導体を担持するときは、白金（Ｐｔ）が一般的に使用されるが、こ れ以外に、ニッケル（Ｎｉ）、ロジュム（Ｒｈ）の金属が使用でき、例えばチタ ンと白金（ＴｉＯ₂／Ｐｔ）の混合割合は、１：0.002〜１５％にすることが望 ましく、チタンに対する白金の担持法としては、公知の含浸法、混練法による他 、光析出法（光電析法）、コロイド混合法でもよい。

【００１２】 紫外線ランプ２を使用するときは、主波長２５４ｎｍの低圧殺菌ランプ、主波 長１８５ｎｍ、２５４ｎｍの低圧オゾンランプ、主波長１８５ｎｍ、２５４ｎｍ 、３６５ｎｍの中・高圧ランプを使用し、また紫外線ランプ２以外にも、光化学 反応処理の目的に応じて、太陽光ランプ、ケミカルランプ、ブラックライトラン プ、メタルハライドランプ、ナトリウムランプ等、その他７００ｎｍ以下の波長 を有するものを使用する。

【００１３】 光触媒４は、図１に示すように、処理容器１に充填した金属製または非金属製 のネット状に石英ガラスや硬質ガラス等を被覆した担体に、100 A(オンク゛ストローム) 〜 1 ｍｍ程度にコーティングしてもよく、さらに光触媒４を、金属製または非 金属製のラシリング状のものに石英ガラスや硬質ガラス等を被覆した担体５に、 同様にコーティングしてもよい。 前述したように、担体５の形状は、ネット状に重ねもの、ラシリング状にしても の以外、接触面積が大きく、かつ流体の通過性のよい形状であれば、どのような 形状であってもよい。

【００１４】 図２は、光触媒４を100 A(オンク゛ストローム) 〜 1 ｍｍ程度の膜状または100 A(オンク゛ストローム ) 〜 1 ｍｍ程度の薄板状にし、これらをステンレス製の処理容器１の内 側面や構成部品である整流板５の側面等の流体の接触個所に貼り付けたものであ る。

【図２】

【００１５】 図３は、光触媒４を、チタン製、石英ガラス製、セラミック製の処理容器１の 内側面や構成部品である整流板５の側面等の流体の接触個所に、100 A(オンク゛ストローム ) 〜 1 ｍｍ程度にコーティングしたものである。

【図３】 なお、処理容器１がステンレス製やプラスチック製等の溶融物が溶出する素材 よりなるときは、処理容器１の内側面や構成部品の側面等の流体の接触個所に、 石英ガラスや硬質ガラス等を被覆し、これに光触媒４をコーティングする。 また処理容器１の内側面であつて流体の接触個所のみをアナタース型チタン製 にし、その他の処理容器部分をチタン製にしてもよい。

【００１６】 図４は、処理容器１を石英ガラス製にするとともに、光源の保護管、例えば紫 外線ランプ２の透過筒３を石英ガラス製にし、この処理容器１の内側または外側 あるいは両側より紫外線照射を行い、また処理容器１および紫外線ランプ２の透 過筒３の流体が接触するの個所に、アナタース型チタンまたはアナタース型チタ ンに白金等の金属を担持させた光触媒をコーティングしたものである。

【図４】 光触媒４は、図５に示すよな 0.01 〜 5 ｍｍ程度の粒子状やビーズ状の担体 ５にコーティングして用いると、流体との接触面積が大きくなるので、このよう な光触媒４を処理容器１に充填して光化学反応処理を行うとよく、さらにはアナ タース型チタンまたはアナタース型チタンに白金等の金属を担持させた光触媒を 、粒子状やビーズ状で処理容器１に充填すると、一層流体との接触面積が大きく なる。

【図５】

【００１７】 本考案の流体紫外線照射装置の流入管６より、有機物、細菌、有害物質等を含 む流体を処理容器１に導入し、以上のべたような接触面積を増大させたアナター ス型チタンまたはアナタース型チタンに白金等の金属を担持させた光触媒４の存 在において、流体に光照射、例えば紫外線ランプ２より紫外線を照射し、流体に 含まれている有機物の酸化分解、細菌の殺菌、有害物質の分解等の光化学反応処 を効率的にを行い、有機物、細菌、有害物質等を除去した流体を流出管７より処 理容器１外に流出させ、これを貯留して各用途に使用する。

【００１８】

【考案の効果】

本考案においては、光触媒と流体の接触面積を大きくし、流体を光触媒と十分 に接触させることにより、流体に含まれている有機物の酸化分解、細菌の殺菌、 有害物質の分解等の光化学反応処理を効果的に行うために、処理流体の純度を従 来より格段に向上させることができ、特に流体中に最後まで残留する微量の有機 物、細菌、有害物質の除去には顕著な効果がある。 また、本考案においては、処理流体より光触媒を分離するという面倒な分離操 作が必要がなく、かつ光触媒による目詰まりもないために、繁雑な洗浄操作も行 う必要もなく、光化学反応処理効率を大幅に向上させることができる。 特に処理容器の接液部分を、光触媒で構成したり、プレコートして、かつ粒子 状やビーズの担体に光触媒をプレコートしたものを併用した場合には、流体と光 触媒との接触面積は飛躍的に増大するために、光化学反応処理効率はこれまでに なく高まり、高純度の超純水やクリーンガス等の流体を得ることができる。 さらに、本考案においては、発電所や工場において冷却水等の用水として、海 水、湖沼水、河川水を使用しても、赤潮、青潮、藻類等のプランクトンまたは貝 類が発電所や工場の冷却水系等の水路や機器に付着、繁殖して用水量の低下や機 器のトラブルを起こすことはない。 本考案においては、光触媒を処理流体より分離する必要がなくなり、従来、時 間がかかって面倒な沈殿分離処理装置や濾過機、ストレーナーの設置も不要にな り、装置コストを安価にできるメリットもある。 本考案の装置は、半導体、液晶、医薬品等の製造の際に用いられる超純水やク リーンガス等の流体の精製に使用され、また原子力発電所等において用いられる 純水や超純水等の流体の精製にも使用できる 以上の用途の他に、本考案の装置は、トリハロメタン等の塩素有機化合物やその 前駆物質の分解除去、地下水や工業用水中のトリクレン等の汚染水の処理、上下 水や廃水のＣＯＤの低減、飲料水の殺菌や有害物質低減、医薬品用水よりのパイ ロジェンの除去、冷却水のスライム発生の防止、海水の赤潮や青潮の発生防止、 湖沼水のアオコや藻類の発生防止、水中の機器や構成物への海棲生物の付着防止 、プールや浴場用水の浄化、各種用水中の毒性物質、難分解性物質の分解除去、 ＴＯＣアナライザー、給気ガスや排気ガス中のＴＯＣ、有害物質の分解、粉体の 殺菌、水溶性切削油の殺菌、牛乳や異性化糖等の光透過性の低い流体の殺菌にも 活用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の処理容器内に設けた紫外線ランプの透
過筒を中心として、ネット状の光触媒を重ねて充填した
光化学反応処理装置の断面図である。

【図２】本考案の処理容器の内側面や構成部品の側面等
の流体の接触個所に、光触媒を膜状または薄板状にして
貼り付けた光化学反応処理装置の断面図である。

【図３】本考案の処理容器をチタン製とし、この処理容
器の内側面や構成部品の側面等の流体の接触個所に、粒
子状の光触媒をコーティングした光化学反応処理装置の
断面図である。

【図４】本考案の処理容器と紫外線ランプの透過筒を石
英ガラス製にし、処理容器の内側または外側あるいは両
側より紫外線照射を行い、また処理容器および紫外線ラ
ンプの透過筒の流体が接触するの個所に、光触媒をコー
ティングした光化学反応処理装置の断面図である。

【図５】本考案の光触媒を設けた処理容器内に、粒子状
やビーズ状の担体にコーティングした光触媒を充填した
光化学反応処理装置の断面図である。

【符号の説明】

１ 処理容器 ２ 紫外線ランプ ３ 透過筒 ４ 光触媒 ５ 担体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｂ０１Ｄ 53/36 Ｈ 9042−4Ｄ

Claims (9)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】紫外線、太陽光線等の光照射によって、液
   体または気体等の流体に含まれている有機物の酸化分
   解、細菌の殺菌、有害物質の分解または脱臭、プランク
   トンまたは貝類等の抑制等の光化学反応処理を行うにつ
   いて、アナタース型チタンの光触媒またはアナタース型
   チタンに白金等の金属を担持させた光触媒を、ネット状
   やラシリング状等の接触面積が大きく、かつ流体の通過
   性のよい形状にすることを特徴とする流体の光化学反応
   処理装置。
2. 【請求項２】請求項１の光触媒を、金属性または非金属
   製のネット状やラシリング状等の接触面積が大きく、か
   つ流体の通過性のよい形状にした物体に石英ガラスや硬
   質ガラス等を被覆した担体に、コーティングしたことを
   特徴とする流体の光化学反応処理装置。
3. 【請求項３】請求項１の光触媒を、膜状、薄板状にし、
   これを処理容器の内面や構成部品の側面等の流体の接触
   個所に貼り付けることを特徴とする流体の光化学反応処
   理装置。
4. 【請求項４】請求項１の光触媒を、処理容器の内面や構
   成部品の側面等の流体の接触個所に、コーティングした
   ことを特徴とする流体の光化学反応処理装置。
5. 【請求項５】請求項１の光触媒を、処理容器の内面や構
   成部品の側面等の流体の接触個所に石英ガラスや硬質ガ
   ラス等を被覆したものに、コーティングしたことを特徴
   とする流体の光化学反応処理装置。
6. 【請求項６】処理容器の流体の接触個所のみをアナター
   ス型チタン製にし、その他の処理容器部分をチタン製と
   することを特徴とする流体の光化学反応処理装置。
7. 【請求項７】処理容器および光源の保護管を光透過性物
   質製とし、この処理容器の内側または外側あるいは両側
   より光照射を行い、また処理容器および光源の保護管の
   流体が接触するの個所に、アナタース型チタンまたはア
   ナタース型チタンに白金等の金属を担持させた光触媒を
   コーティングしたことを特徴とする流体の光化学反応処
   理装置。
8. 【請求項８】請求項１のアナタース型チタンの光触媒ま
   たはアナタース型チタンに白金等の金属を担持させた光
   触媒を、粒子状の担体にコーティングして用いることを
   特徴とする流体の光化学反応処理装置
9. 【請求項９】請求項３ないし請求項７の光化学反応処理
   装置において、アナタース型チタンの光触媒またはアナ
   タース型チタンに白金等の金属を担持させた光触媒ある
   いは請求項８の光触媒を充填することを特徴とする流体
   の光化学反応処理装置