JPH10180044A - 光触媒を利用した流体浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 浄化効率の高い流体浄化装置を提供する。 【解決手段】 流体通過路を有する担体と、この流体通
過路上に担持された光触媒と、紫外線照射装置とを備え
た光触媒を利用する流体浄化装置において、前記担体を
紫外線透過性材料より形成し、前記紫外線照射装置を流
体通過路に対し側面から紫外線を照射するように配置す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光触媒を利用した
流体浄化装置に関する。より詳細には、本発明は、液体
もしくは気体中の汚れ成分を光触媒により分解除去する
流体浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光触媒とは、光を吸収してそのエネルギ
ーを光を吸収しない反応物に与え、反応を起こさせるも
のをいい、当初は水を分解して水素を製造する目的で開
発された。すなわち、酸化チタン（ＴｉＯ₂)を電極に
し、白金電極を対極として閉回路を構成し、光を照射す
ることによって水を光分解させていた。その後、この原
理を利用して、例えば有機化合物の酸化や不飽和化合物
の水素化等の有機合成、廃液や排気ガス中の有害な化学
物質の除去及び分解等の各種応用が試みられている。

【０００３】例えば、特開平３−１５７１２５号公報で
は、半導体（光触媒）を担持した立体的多孔体に悪臭を
含む気体を流し、同時にこの半導体に光を照射すること
により悪臭成分の分解を行う脱臭方法が開示されてい
る。この方法では、担体としてハニカム等の立体的多孔
体を用いることにより、触媒の表面積を広くすることが
でき、さらに触媒表面で乱流を発生させることができる
ため、悪臭と触媒との接触効率を向上させることがで
き、悪臭の除去効率を高めることができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
方法において、触媒を担持する多孔体としてはアルミナ
セラミックが用いられている。このアルミナは光透過性
が低く、その内部まで光（紫外線）を導入することが困
難であり、内部に担持されている光触媒を十分に機能さ
せることができない。また、流体中の汚れ成分は多孔体
の細孔表面に付着しやすく、紫外線の透過をさらに阻害
する。さらに、多孔体の内部により多くの紫外線を導入
するためには、流体の流通経路上の多孔体の前後に光源
を設置する必要があるため、流体の圧損を生じたり、光
源であるランプ自体が汚れて紫外線光量が低減するとい
う問題がある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに本発明によれば、流体通過路を有する担体と、この
流体通過路上に担持された光触媒と、紫外線照射装置と
を備えた光触媒を利用する流体浄化装置において、前記
担体が紫外線透過性材料より形成されており、前記紫外
線照射装置が流体通過路に対し側面から紫外線を照射す
るように配置されている。

【０００６】流体通過路に汚れ成分を含む流体を通過さ
せ、紫外線を照射すると、流体通過路表面に担持された
光触媒によりラジカルが発生し、これがラジカル反応に
より汚れ成分を酸化分解する。光触媒を担持させる担体
を紫外線透過性材料より形成することにより、従来では
光を導入させることが困難であった流体通過路の中央部
にまで紫外線を導入することができ、またハニカムのよ
うな多くの触媒担持層を有する構成にすることもでき
る。さらに、流体通過路の側面から光を照射することが
でき、汚れ成分による光源の汚染を防ぎ、流体の圧損を
防止することもできる。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明において、光触媒として
は、当該分野において知られている光触媒作用を有する
各種のものを用いることができる。その例としては、酸
化チタン（ＴｉＯ₂)、硫化カドミウム（ＣｄＳ）、五酸
化二バナジウム（Ｖ₂ Ｏ₅)、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化
銅（ＣｕＯ₂)、酸化鉄（Ｆｅ₂ Ｏ₃)、酸化錫（ＳｎＯ₂)
等が挙げられ、これらのうち、触媒効率の点から酸化チ
タン及び硫化カドミウムがより好ましく、安全性の点か
ら酸化チタンが最も好ましい。

【０００８】この光触媒を担持させる担体は、紫外線透
過性材料より形成することが必要である。この材料とし
ては、シリカ（ガラス）、石英、ジルコニア等の無機材
料が例示される。有機材料も紫外線透過性であれば問題
ないが、一般には紫外線吸収性が高く、あまり好ましく
ない。

【０００９】この担体に、汚れ成分を含む流体が通過す
る流体通過路を設ける。担体の形態は、パイプもしくは
チューブ状であってもよいが、担持させる触媒量及び流
体と触媒との接触面積に限界があるため、より表面積の
大きなハニカム形状にすることが好ましい。また、渦
状、波板状としてもよい。

【００１０】この流体通過路の表面上に光触媒を担持さ
せる。ここで担持とは、一般的な触媒のように、光触媒
が流体通過路の表面の一部を覆っている状態の他に、い
わゆるコーティングのような、流体通過路の表面の全面
を覆っている状態をも意味する。この担持方法は、担体
に触媒を担持させる通常の方法を用いることができる。
例えば、光触媒粒子を分散させた水溶液もしくはゾル中
に担体を浸漬し、次いでこの担体を取り出し乾燥する含
浸法により担持させる。また、無機系接着剤を用いて光
触媒を担体に接着してもよい。

【００１１】光触媒の担持量は多い方がより高い効果が
期待できるが、触媒層の厚さを厚くしすぎると紫外線透
過性を損なうおそれがあり好ましくない。したがって、
この触媒量は、使用する担体材料、担体形状等により異
なり、触媒全体に紫外線が照射されるよう、あるいは担
体全体に紫外線を導入できるよう、適宜調節する。

【００１２】こうして構成した、光触媒が担持された担
体に、流体通過路に対し側面から、すなわち、流体の通
過方向に対し側面から紫外線を照射するように紫外線照
射装置を配置する。光触媒は350 〜400nm の波長により
活性化されるため、この範囲の波長の紫外線を放出する
紫外線照射装置を用いる、具体的には、水銀ランプ、キ
セノンランプ、蛍光灯、太陽光等を用いることができ
る。本発明において触媒担体は紫外線透過性であるた
め、流体通過路の側面に設置しても触媒担体の中心部ま
で紫外線を導入することができ、従来のように流体の通
過路上に設置する必要がなく、流体中の汚れ成分による
この紫外線照射装置の汚染を防ぐことができる。この紫
外線の照射量は、担持させた触媒量、あるいは流体中の
汚れ成分の量によっても異なり、担持させた触媒の活性
化を最大にする量で用いることが好ましい。

【００１３】本発明の流体浄化装置では、例えば空気中
のタバコの煙、アセトアルデヒド、硫化水素、アンモニ
ア等、又は液体、例えば汚水、クーラント中の汚染物を
浄化することができる。さらに、排気ガス中のＮＯ_x 等
も分解して浄化することができる。

【００１４】

【実施例】

実施例１ 肉厚0.5mm ガラス板４枚を用い、内部に１mm角の通過路
を有する角柱を製造した。次に、酸化チタンの微粉末10
0 ｇを、エタノール500 ml、水1000ml及びＳｉ系の結着
剤（オルガノシロキサン）100 ｇとｐＨ1.5 程度におい
て混合し、酸化チタンが分散したゾル溶液を調製した。
このゾル溶液に前記のガラス角柱を浸漬し、通常の薄膜
形成に用いられるディッピング装置により毎分10〜30mm
の速度でガラス角柱をその長手方向に引上げ、ガラス角
柱の内壁表面にゾル溶液のコーティングを形成した。こ
の処理を１〜３回繰り返し、１μｍ程度の厚みを形成し
た。この際、ゾル溶液は攪拌機によりガラス角柱の引上
げ直前まで攪拌状態にしておく。このガラス角柱を室温
において１〜２時間乾燥し、次いでガラス角柱の外壁面
をＳｉ系コンパウンド及びエタノールで洗浄し、外壁面
上の酸化チタンを除去した。以上のようにして酸化チタ
ンがコーティングされた通過路を有するガラス角柱を製
造した。

【００１５】このガラス角柱を長さ30mmに切断した後、
積層して図１に示すようなハニカム構造１にした。これ
を、内壁に離型剤を塗布した角形の金型にセットし、こ
の金型を恒温槽内にセットした。次いで恒温槽の温度を
200 〜250 ℃に高め、最高温度において１時間保持し
た。これにより、各ガラス角柱がその外壁面で互いに接
合され、ハニカムが形成され、また各ガラス角柱内の通
過路表面上の酸化チタン膜も同時に結合剤によりガラス
内壁に強力に接合される。次に、このハニカムに活性炭
等の吸着材を無機バインダと共に再びディッピングによ
りコートし、ハニカムの通路側に吸着材のついた浄化用
ハニカムを構成した。図１に示すように、こうして製造
された光触媒ハニカムの外壁面から、すなわち通過路の
側面から紫外線を照射するように紫外線照射装置を設置
することにより本発明の流体浄化装置が形成される。

【００１６】この光触媒ハニカムに紫外線を照射する
と、図２に示すように、ハニカム構成部材が紫外線透過
性であるガラスであるため、紫外線はハニカムの構成部
材を通過し、散乱しながら光触媒である酸化チタンの背
後から照射されることになる。すなわち、汚れ成分を含
む流体が通過する流体通過路５において、この汚れ成分
が酸化チタンコーティング４を覆っても、ガラスの導光
路３を通過し、散乱しながら紫外線がハニカムの奥の面
まで到達し、かつ酸化チタンコーティングの背面から紫
外線が照射されるため、浄化効果が低下することがな
い。

【００１７】次に、本発明の流体浄化装置を用いて汚水
の浄化を行った。図３に示すように、光触媒ハニカムの
流体通過路に汚水が流れるように光触媒ハニカム８をセ
ットし、外壁面に４〜６Ｗの紫外線ランプ（ブラックラ
イト）９を４本セットした。ここに汚水として、水１リ
ットルに黒インクを10ml添加したものを汚水タンク６に
入れ、ポンプ７により循環させ、光触媒ハニカムを通過
した汚水を経時的にサンプリングし、その光透過率を測
定した。また、比較として、触媒担体としてガラス、石
英等の材料を用いずに、紫外線を透過しない材料を使用
して上記と同様にして製造した光触媒ハニカムを用いて
サンプリングし光透過率を測定した。この結果を図４に
示す。

【００１８】この光透過率は、ガラスセルにサンプルを
入れ測定したものであり、純水の光透過率は80％であっ
た。本発明の流体浄化装置を用いることにより、ほぼ純
水に近い程度まで黒インクを含む水を浄化することがで
きた。

【００１９】次に、上記と同様の系において、汚水を40
時間ごとに交換し、汚水を経時的にサンプリングし、そ
の光透過率を測定した。この結果を図５に示す。

【００２０】本発明の流体浄化装置は繰り返し使用して
も高い光透過率を維持することができ、浄化効率の低下
はみられなかった。一方、比較として用いた担体が紫外
線透過性ではない流体浄化装置では、汚水中の汚れ成
分、すなわち黒インクが触媒上に付着していくため、浄
化を繰り返すことによって、浄化効率は徐々に低下して
いった。

【００２１】実施例２ 実施例１では、流体として液体を用いたが、本発明の流
体浄化装置は気体の浄化にも使用することができる。こ
の気体浄化用の装置を図６に示す。すなわち、上記の光
触媒ハニカム10を、その流体通過路に気体が通過するよ
うにセットし、外壁面に紫外線ランプ11を設置する。こ
の光触媒ハニカムの気体流通方向の前後に送風ファン12
を設置し、制御装置13によりこの送風ファンの駆動及び
紫外線ランプの点灯を行う。

【００２２】実施例３ 上記実施例１におけるガラス角柱に換えて、ガラス繊維
を用い、これを所定量編んで波板状にし、これよりハニ
カムに形成し、酸化チタン溶液に浸漬して、上記実施例
１と同様に流体浄化装置を構成する。

【００２３】

【発明の効果】本発明の流体浄化装置は、光触媒担体が
紫外線透過性材料より構成されているため、触媒全体に
紫外線を照射することが可能であり、また、紫外線照射
装置は流体の通過方向に対し側面に設置されているた
め、流体中の汚れ成分により汚染されることがなく、さ
らに流体の流れを損なうこともない。この結果、長期間
にわたって、メンテナンスフリーで高い浄化効果を維持
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ハニカム形状の光触媒を担持した担体とその周
囲に配置した紫外線照射装置の構成を示す略図である。

【図２】光触媒担体における光の進行を示す略図であ
る。

【図３】本発明の流体浄化装置を用いた汚水の浄化工程
を示す略図である。

【図４】本発明の流体浄化装置における汚水の浄化効果
を示すグラフである。

【図５】繰り返し浄化を行った際の本発明の流体浄化装
置における汚水の浄化効果を示すグラフである。

【図６】気体の浄化用の本発明の流体浄化装置の略図で
ある。

【符号の説明】

１…光触媒ハニカム ２…紫外線ランプ ３…ガラス ４…酸化チタンコーティング ５…流体通過路 ６…汚水タンク ７…ポンプ ８…光触媒ハニカム ９…紫外線ランプ １０…光触媒ハニカム １１…紫外線ランプ １２…送風ファン １３…制御装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体通過路を有する担体と、この流体通
   過路上に担持された光触媒と、紫外線照射装置とを備
   え、前記担体が紫外線透過性材料より形成されており、
   前記紫外線照射装置が流体通過路に対し側面から紫外線
   を照射するように配置されていることを特徴とする、光
   触媒を利用した流体浄化装置。