JPH11239717A

JPH11239717A - 浄化装置および浄化方法

Info

Publication number: JPH11239717A
Application number: JP10043497A
Authority: JP
Inventors: Teruo Hiruma; 輝夫晝馬; Yoshio Natsume; 好夫夏目; Masaru Sugiyama; 優杉山
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1998-02-25
Filing date: 1998-02-25
Publication date: 1999-09-07

Abstract

(57)【要約】【課題】光の光触媒への照射率を向上させ、浄化効率
を上昇させるとともに、下水、焼却炉の排煙等の大量の
産業廃棄物を浄化できる浄化装置および浄化方法を提供
すること。【解決手段】被浄化物９が流入する複数の流入口７を
備えた流入面５、被浄化物９が流出する複数の流出口８
を備えた流出面６、および流入口７と流出口８を繋ぐ複
数の孔を３有するとともに、光が孔３の伸延方向に交差
して入射される光透過性の多孔体２と、多孔体２内の流
入面５、流出面６及び孔３の内壁面に設けられ、光が照
射された際に活性化される光触媒４とを備えることを特
徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光触媒の酸化還元
反応を用いて汚染物質などを浄化する浄化装置および浄
化方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】酸化チタン等の光触媒には、紫外線等の
光が照射されると強力な酸化還元反応を生じ、種々の有
機物を分解するという特性がある。そして、汚染物質な
どを浄化するための装置として、従来から、この光触媒
の酸化還元反応を用いた浄化装置が知られている。

【０００３】このような光触媒を用いた浄化装置に関連
する技術としては、例えば、特開平９-１０８５７４号
公報に掲載された光触媒ハニカム構造体がある。このハ
ニカム構造体は、ハニカム内に複数あるハニカムセルの
内壁面に光触媒を担持し、このハニカムセル内を気体、
液体等の被浄化物、および光触媒を活性化させる紫外線
などの光が導通できるように構成されている。そして、
光触媒を担持するハニカム担体のハニカムセルの数を多
くすることにより、光触媒と被浄化物との接触面積を増
加させて、浄化性能の向上を図るものである。

【０００４】また、その他の例としては、特開平９-２
２５２６２号公報に掲載された光触媒フィルタがある。
この光触媒フィルタは、ガラス等から形成される光を導
く円筒状の導光体の表面に光触媒を担持させ、導光体に
導かれた光が導光体表面より出て、光触媒に直接照射で
きるように構成されている。光触媒を担持する導光体か
ら被浄化物を介さずに、直接光触媒へ光を照射させるこ
とにより、浄化性能の向上を図るものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の光触媒
を用いて被浄化物を浄化する従来技術には、それぞれ以
下のような問題がある。

【０００６】まず、特開平９-１０８５７４号公報に掲
載された光触媒ハニカム構造体では、光触媒と光源の間
に被浄化物が介在しているため、被浄化物に含まれてい
るほこりや泥等でハニカムセルが覆われると、光源から
の光をハニカムセル内の光触媒に照射することが困難と
なる。また、下水処理などを行う場合は、光源から発光
された紫外線が、光触媒に到達する前に汚染された水に
吸収されてしまう。そのため、光触媒の酸化還元反応が
生じにくくなり、被浄化物の浄化効率が著しく低下して
しまう。特に、被浄化物の汚染度が高い場合には、光が
殆ど光触媒に照射されず、光触媒反応も起こらない。ま
た、光の照射効率を向上させるには、紫外線の強度を非
常に強くしたり、被浄化物を囲むようにハニカム構造体
を収納容器中に複数収納し、そのハニカム構造体で囲ま
れた空間の中央に、被浄化物を介して光源を配置する
等、浄化装置全体の構造が極めて複雑になる。

【０００７】一方、特開平９-２２５２６２号公報に掲
載された光触媒フィルタでは、上記の光触媒ハニカム構
造体とは異なり、光触媒が導光体の表面に担持される光
触媒ファイバ構造をなしており、導光体に導かれた光が
直接光触媒に照射される。そのため、光がほこりや泥等
で遮断されたり、水に吸収されたりすることによる光触
媒反応の低下は、防止することができる。しかし、この
構造の場合は、浄化される範囲が光触媒ファイバの周辺
だけなので、大量の産業廃棄物を処理する浄化装置への
応用が困難である。

【０００８】本発明は、このような従来の問題を解決す
るためになされたものであり、光の光触媒への照射率を
向上させ、浄化効率を上昇させるとともに、下水、焼却
炉の排煙等の大量の産業廃棄物を浄化することを目的と
する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の浄化装置は、被浄化物が流入する複数の流
入口を備えた流入面、被浄化物が流出する複数の流出口
を備えた流出面、および流入口と流出口を繋ぐ複数の孔
を有するとともに、光が前記孔の伸延方向に交差して入
射される光透過性の多孔体と、多孔体内の流入面、流出
面及び孔の内壁面に設けられ、光が照射された際に活性
化される光触媒とを備えることを特徴とする。

【００１０】この浄化装置によれば、被浄化物は流入面
で複数の流入口に分かれて、孔へ流し込まれる。そし
て、被浄化物はこの孔を通過する際に、光の照射を受け
て活性化された光触媒によって浄化され、流出面の流出
口より流れ出る。また、光は被浄化物を介して光触媒に
照射されるのではなく、多孔体の周囲から被浄化物を介
さずに照射されるので、光が被浄化物に遮断されたり、
吸収されることはない。さらに、光触媒の担持体である
多孔体は光透過性なので、周囲から入射された光は多孔
体に反射されることなく孔の内壁面に設けられた光触媒
に照射される。加えて、被浄化物が通過する孔は複数あ
るので、光触媒の総表面積が極めて広くなる。そのた
め、被浄化物は、この孔の中を通る際に、広範囲に渡り
何度も光触媒に接触することになり、大量の産業廃棄物
の浄化が可能となる。

【００１１】また、光触媒の多孔体は、キャピラリープ
レートであることが望ましい。多孔体がキャピラリープ
レートであれば、孔の径を均一に加工するのが容易にな
る。そして、多孔体の伸延方向で孔の径が同一であれ
ば、被浄化物をスムーズに孔の中を通過させることがで
きる孔の径を均一に加工するのが容易である。

【００１２】更に、多孔体内の孔が流入面から流出面ま
で直線状に貫通していることが望ましい。孔が直線状に
貫通していれば、被浄化物はスムーズに孔の中を通るこ
とができ、孔の目詰まりを防止し、浄化効率を向上でき
る。

【００１３】また、多孔体内の孔が流入面から流出面ま
で曲線状に貫通していることも望ましい。孔が曲線状に
貫通していれば、被浄化物は孔の内壁面、すなわち光触
媒に衝突する回数がさらに増えるので、浄化効率を向上
できる。

【００１４】また、孔の伸延方向と交差する方向から多
孔体に光を入射させる光ファイバを有することも望まし
い。この場合、光ファイバにより光を効率よく多孔体に
入射させることができる。

【００１５】また、光ファイバからの光の入射領域以外
の多孔体外周面上に、光反射層を設けることも望まし
い。この場合、光反射層により、光を多孔体の中心部ま
で容易に届かせることができる。

【００１６】また、本発明の浄化方法は、被浄化物が流
入する複数の流入口を備えた流入面、被浄化物が流出す
る複数の流出口を備えた流出面、および流入口と流出口
を繋ぐとともに内壁面に光触媒が設けられた複数の孔を
有する光透過性の多孔体に対して、孔に交差する方向か
ら光触媒を活性化させる光を入射する第一の工程と、流
入面の流入口から被浄化物を流し込む第二の工程とを備
えることを特徴とする。

【００１７】この浄化方法によれば、被浄化物は流入面
で複数の流入口に分かれて、孔へ流し込まれる。そし
て、被浄化物はこの孔を通過する際に、光の照射を受け
て活性化された光触媒によって浄化される。また、光は
被浄化物を介して光触媒に照射されるのではなく、多孔
体の周囲から被浄化物を介さずに照射されるので、光が
被浄化物に遮断されたり、吸収されることはない。さら
に、光触媒の担持体である多孔体は光透過性なので、周
囲から入射された光は多孔体に反射されることなく孔の
内壁面に設けられた光触媒に照射される。加えて、被浄
化物が通過する孔は複数あるので、光触媒の総表面積が
極めて広くなる。そのため、被浄化物は、この孔の中を
通る際に、広範囲に渡り何度も光触媒に接触することに
なり、大量の産業廃棄物の浄化が可能となる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る浄化装置およ
び浄化方法の好適な実施形態について詳細に説明する。

【００１９】まず、本発明に係る第一の実施形態を図１
乃至図３を用いて説明する。図１は、本実施形態の浄化
装置１の全体を示す斜視図である。また、図２は、図１
のII−II断面図である。そして、図３は、浄化装置１の
応用例である。

【００２０】浄化装置１は図１に示す様に、複数の孔３
を有する多孔体２と、孔３の内壁面に設けられた光触媒
４により構成されている。

【００２１】多孔体２は、紫外線透過率の高い石英ガラ
スで形成されている。なお、多孔体２の材料は石英ガラ
スに限らず、紫外線透過率の高いシリケートガラス、フ
ッ化ガラス等を用いてもよい。また、ガラスに限る必要
もなく、紫外線を透過させるプラスチック等を用いても
よい。

【００２２】多孔体２は円筒状のガラス体であり、一端
には、下水、焼却炉の排煙等の被浄化物９が流れ込む複
数の流入口７を備えた流入面５が形成されている。そし
て、他端には、浄化された清浄物１０が流れ出る複数の
流出口８を備えた流出面６が形成されている。また、多
孔体２の内部には、流入口７と流出口８を繋ぐ複数の孔
３が内壁面を直線状にして空けられている。

【００２３】また、本実施形態においては、多孔体２の
外径、すなわち流入面５の直径は約８ｍｍ、多孔体２の
流入面５から流出面６までの長さは約１０ｍｍ、そして
孔３の径は約８０μｍである。被浄化物９の種類が変わ
る場合は、これらの寸法を被浄化物９の種類に応じて変
化させればよい。例えば、被浄化物９が下水のように、
比較的孔３が詰まり易い物質の場合は、孔３の径および
多孔体２の外径の寸法を大きくすればよい。また、下水
等と比較して、被浄化物９が排煙のように、孔３内で詰
まりにくい物質の場合には、孔３の径および多孔体９の
外径の寸法を小さくでき、浄化装置１全体の小型化を図
ることができる。さらに、被浄化物９の汚染度が高い場
合は、流入面５から流出面６までの長さ、すなわち孔３
の長さを長くすることにより被浄化物９と光触媒４の接
触面積を広くし、浄化性能の向上を図る。反対に、被浄
化物９の汚染度が低い場合は、孔３の長さを短くし、浄
化装置１全体の小型化を図ることができる。

【００２４】尚、実験により、流入面５の直径が５〜３
６．７ｍｍ、流入面５から流出面６までの長さが１〜１
０ｍｍ、そして、孔３の径が６〜１００μｍの範囲にあ
る場合に、浄化効率の良いことが分かった。

【００２５】各孔３の内壁面全体に、光触媒４が担持さ
れているが、光触媒４はディップ法等で担持させる。な
お、本実施形態においては、光触媒４は、厚さ０．３５
μｍ程度に担持するが、この厚さは孔３の径に応じて変
化させる。また、光触媒４は、酸化チタン（ＴｉＯ₂）
を用いる。光触媒４は、ＴｉＯ₂に限られず、ダイヤモ
ンド等を用いることもできる。ただし、酸化還元反応を
生じさせるには、外部から入射される光が多孔体２を通
過し、光触媒４に照射する必要があるため、光触媒４
は、多孔体２と比較して屈折率の大きな触媒にする方が
好ましい。

【００２６】第１図中、多孔体２の上方および下方に
は、図示しない紫外線の光源から浄化装置１に紫外線を
導く光ファイバ１１が、光照射部１２を介して接続され
ている。光照射部１２は、光ファイバ１１により導かれ
た紫外線を浄化装置１全体に向けて照射する機能を有し
ている。なお、光照射部１２は、多孔体２の寸法に応じ
て、光の照射範囲や設置数を変化させる。また、光の入
射角度は孔３の伸延方向に対して直角となることが望ま
しいが、この角度も適宜設定することができる。

【００２７】続いて、本実施形態に係る浄化装置１の作
用を説明する。図示しない光源から紫外線が照射される
と、紫外線は光ファイバ１１を介して多孔体２に固着さ
れた光照射部１２に到達する。光照射部１２に到達した
紫外線は、紫外線透過性の多孔体２全体に向けて照射さ
れる。そして、多孔体２を透過した紫外線は、各孔３の
内壁面に設けられた光触媒４に照射される。紫外線は、
被浄化物９が通る孔３の中へ被浄化物９を介して照射さ
れるのではなく、多孔体２の周囲から被浄化物９を介さ
ずに照射されるので、紫外線が被浄化物９に遮断された
り、水に吸収されることはない。また、光触媒４の担持
体である多孔体２は光透過性なので、周囲から入射され
た紫外線は多孔体２に反射されることなく孔３の内壁面
に設けられた光触媒４に照射される。

【００２８】光触媒４に紫外線が照射されると、光触媒
４が活性化し酸化還元反応が生じる。酸化還元反応は、
半導体をバンドギャップ以上のエネルギーを持つ波長の
光で励起すると、半導体内部に電子、正孔対が生成し、
この電子、正孔を吸着物質と反応させることにより進行
するものである。本実施形態で用いるＴｉＯ₂のバンド
ギャップは約３ｅＶであり、波長に直すと約４００ｎｍ
なので、４００ｎｍ以下の紫外光を照射することにより
酸化還元反応は進行する。

【００２９】一方、下水や焼却炉の排煙等の被浄化物９
は、流入面５で複数の流入口７に分かれて、孔３へ流し
込まれる。被浄化物９は、この孔３の中を通る際に光触
媒４に接触し、光触媒４の酸化還元反応によって浄化さ
れ、清浄物１０として流出面６の流出口８より流れ出
る。本実施形態では、多孔体２内に複数の孔３が空けら
れているので、光触媒４の総表面積が極めて広いことに
なる。従って、孔が一つしかない場合や円柱の表面に光
触媒を担持した場合と異なり、浄化物９は浄化装置１を
通過する際に、広範囲に渡り何度も光触媒に接触するこ
とになり、大量の産業廃棄物の浄化が可能となる。な
お、浄化物９を浄化することにより生成した清浄物１０
を用いて、有用物質を生成することも可能であり、産業
廃棄物の再利用が図れる。

【００３０】図３は、本実施形態に係る浄化装置１を用
いた下水浄化装置を示している。被浄化物９である下水
が貯蓄された貯水槽２３に、取水管２１を介して浄化装
置１が接続されている。尚、光源２２として、全固体紫
外光レーザを用いており、光源２２と浄化装置１は光フ
ァイバ１１および光照射部１２を介して接続されてい
る。

【００３１】続いて、図３の下水浄化装置による浄水過
程を説明する。浄化装置１内の光触媒４は、全固体紫外
光レーザから発光された紫外線で活性化されている。貯
水槽２３に貯蓄された下水は、図示しないバルブを開栓
することにより取水管２１に流れ込み、取水管２に流れ
込んだ下水は、浄化装置１に到達すると、流入口７より
複数の孔３内へ分流する。そして、下水は、孔３を通過
する際に、光触媒４と何度も接触し、酸化還元反応によ
り浄化される。この際、多孔体２を透過した紫外線は、
まず、孔３の内壁面に設けられた光触媒４に照射するの
で、下水に吸収されることはなく、浄化効率の向上が実
現される。下水は浄化され続けるので、孔３が詰まるこ
とはないが、孔３を分岐させておけば、仮に孔３が詰ま
ったとしても、下水の逃げ道ができるので流れがスムー
ズになる。

【００３２】次に、本発明に係る第二の実施形態を図４
を用いて説明する。第二の実施形態に係る浄化装置３１
は、第一の実施形態に係る浄化装置１の多孔体２として
キャピラリープレート３２を使用したものである。浄化
装置３１は、キャピラリープレート３２の各孔３３の内
壁面に光触媒３４を担持させて形成されている。

【００３３】多孔体２がキャピラリープレート３２であ
れば、孔３３の径を均一に加工するのが容易になる。そ
して、多孔体の伸延方向で孔３３の径が同一であれば、
被浄化物９をスムーズに孔３３の中を通過させることが
できる。

【００３４】次に、本発明に係る第三の実施形態を図５
を用いて説明する。第三の実施形態に係る浄化装置４１
は、第一の実施形態に係る浄化装置１の孔３の内壁面を
伸延方向に曲線状に延びるようにしたものである。この
実施形態の場合、被浄化物４４が、孔４２の中を通過す
るときに、孔４２の内壁面に設けられた光触媒４３に衝
突する回数が増加する。従って、光触媒４３の酸化還元
反応が起こり易くなり、浄化性能の向上が図れる。尚、
孔４２は図に示されているように屈曲状に延びるものに
限られることはなく、コイル状、Ｓ字状等に延びるもの
でもよい。

【００３５】次に、本発明に係る第四の実施形態を図６
を用いて説明する。第四の実施形態に係る浄化装置５０
は、多孔体としてキャピラリープレート５２を用い、こ
のキャピラリープレート５２の外周に光反射層であるア
ルミニウム膜５３が設けられいる。さらに、キャピラリ
ープレート５２内への光の導入は、レーザポインター５
４により行われ、アルミニウム膜５３には、導光用の穴
５５が穿設されている。

【００３６】この場合、光反射層であるアルミニウム膜
５３により、穴５５から入射した光を光をキャピラリー
プレート５２の中心部まで容易に届かせることができる
ため、浄化工率の向上を図ることができる。また、光が
キャピラリープレート５２の中心部まで容易に届くた
め、光の導入路としてレーザポインター５４を一つ設け
れば十分となる。

【００３７】

【発明の効果】本発明による浄化装置および浄化方法に
よれば、光は被浄化物を介して光触媒に照射されるので
はなく、多孔体の周囲から被浄化物を介さずに照射され
るので、光が被浄化物に遮断されたり、吸収されること
はない。さらに、光触媒の担持体である多孔体は光透過
性なので、周囲から入射された光は多孔体に反射される
ことなく孔の内壁面に設けられた光触媒に照射される。
加えて、被浄化物が通過する孔は複数あるので、光触媒
の総表面積が極めて広くなる。そのため、被浄化物は、
この孔の中を通る際に、広範囲に渡り何度も光触媒に接
触することになり、大量の産業廃棄物の浄化が可能とな
る。

【００３８】また、多孔体２がキャピラリープレートで
あれば、孔の径を均一に加工するのが容易になる。そし
て、多孔体の伸延方向で孔の径が同一であれば、被浄化
物をスムーズに孔の中を通過させることができる。

【００３９】更に、多孔体内の孔が流入面から流出面ま
で直線状に貫通している場合は、被浄化物はスムーズに
孔の中を通ることができ、孔の目詰まりを防止し、浄化
効率を向上できる。

【００４０】また、孔が曲線状に貫通している場合は、
被浄化物は孔の内壁面、すなわち光触媒に衝突する回数
がさらに増えるので、浄化効率を向上できる。

【００４１】更に、光ファイバからの光の入射領域以外
の多孔体外周面上に、光反射層を設け場合は、光反射層
により、光を多孔体の中心部まで容易に届かせることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による浄化装置の第一の実施形態を示す
斜視図である。

【図２】図１のII−II線に沿う断面図である。

【図３】図１の浄化装置を適用した下水浄化装置を示す
斜視図である。

【図４】本発明に係る浄化装置の第二の実施形態を示す
側面図である。

【図５】本発明に係る浄化装置の第三の実施形態を示す
斜視図である。

【図６】本発明に係る浄化装置の第四の実施形態を示す
斜視図である。

【符号の説明】

１…浄化装置、２…多孔体、３…孔、４…光触媒、５…
流入面、６…流出面、７…流入口、８…流出口、９…被
浄化物、１０…清浄物、５３…アルミニウム膜。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被浄化物が流入する複数の流入口を備え
た流入面、被浄化物が流出する複数の流出口を備えた流
出面、および前記流入口と前記流出口を繋ぐ複数の孔を
有するとともに、光が前記孔の伸延方向に交差して入射
される光透過性の多孔体と、前記多孔体内の前記流入面、前記流出面及び前記孔の内
壁面に設けられ、前記光が照射された際に活性化される
光触媒と、を備えることを特徴とする浄化装置。
【請求項２】前記多孔体がキャピラリープレートであ
ることを特徴とする請求項１記載の浄化装置。
【請求項３】前記多孔体内の前記孔が前記流入面から
前記流出面まで直線状に貫通していることを特徴とする
請求項１または２記載の浄化装置。
【請求項４】前記多孔体内の前記孔が前記流入面から
前記流出面まで曲線状に貫通していることを特徴とする
請求項１または２記載の浄化装置。
【請求項５】前記孔の伸延方向と交差する方向から前
記多孔体に前記光を入射させる光ファイバを有すること
を特徴とする請求項１〜請求項４の何れか一項記載の浄
化装置。
【請求項６】前記光ファイバからの前記光の入射領域
以外の前記多孔体外周面上に、光反射層を設けたことを
特徴とする請求項５記載の浄化装置。
【請求項７】被浄化物が流入する複数の流入口を備え
た流入面、被浄化物が流出する複数の流出口を備えた流
出面、および前記流入口と前記流出口を繋ぐとともに内
壁面に光触媒が設けられた複数の孔を有する光透過性の
多孔体に対して、前記孔に交差する方向から前記光触媒を活性化させる光
を入射する第一の工程と、前記流入面の前記流入口から被浄化物を流し込む第二の
工程と、を備えることを特徴とする浄化方法。