JP2000271492A - 沈降性の良い光触媒の製造方法及び水の浄化方法 - Google Patents

沈降性の良い光触媒の製造方法及び水の浄化方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 粉末状光触媒、粉末活性炭を膜分離を必要と
せず、簡単に沈降分離でき、分離された光触媒と粉末活
性炭を永続的に再利用できる沈降性の良い光触媒の製造
方法及びそれを用いた水の浄化方法を提供する。 【解決手段】 酸化チタンなどの粉末状光触媒又は粉末
状光触媒と粉末活性炭を珪酸アルカリ水溶液に懸濁させ
た後、該懸濁液に酸を添加して珪酸を重合させ液全体を
ゲル化させ、該ゲルを機械的に剪断してゲル微粒子状の
沈降性の良い光触媒を製造する。この光触媒ゲル粒子3
を光酸化反応器1中で浄化対象の原水2に添加し、空気
曝気5を用い攪拌しながら紫外線ランプ4で光照射した
後、沈降分離部7で粒子3を分離してこれを光照射工程
に供給再利用するとともに、清浄処理水6を反応器1外
へ流出させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、沈降性の良い光触
媒の製造方法、並びに、該製造方法で得た光触媒および
光を用いて水を高度に浄化する方法に関するものであ
り、特に沈降分離が困難な粉末状光触媒および粉末活性
炭を容易に固液分離でき、再循環再利用できる技術に関
する。
【0002】
【従来の技術】従来から粉末状光触媒による水処理方法
が実験室レベルで検討されているが、次のような問題が
あり実用化例は存在しない。
【0003】(1) 光触媒反応は、触媒粒子の表面のみに
おける光化学反応であるため、表面積の大きい粉末状の
光触媒を用いる方法が、光触媒を各種担体に固定化する
方法、あるいは顆粒状の光触媒を利用する方法より反応
速度が著しく速く、有利である。しかし、粉末状光触媒
は粒径がミクロンオーダであるため、沈降分離が不可能
であり実用化が困難であった。たとえば、最近の文献で
ある「ゾルゲル法による二酸化チタン薄膜を用いた水中
のトリクロロエチレンの光触媒分解」水環境学会誌、第
17巻第5号324〜329頁の報文には、「粉末光触
媒を回収できず実用化が困難である」と記載されてい
る。
【0004】(2) 粉末状光触媒はUF膜(限外ろ過
膜)、MF膜(メンブランろ過膜)により膜分離できる
が、膜分離のポンプ動力コストが高く、処理水量が多い
場合は実用性がない。また、膜モジュールのコストも高
く、排水処理に膜分離を利用する粉末状の光触媒利用法
は実用的でない。粉末活性炭を水処理に利用する場合
も、粉末状光触媒と同じく、固液分離上の問題がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来技術の
欠点を解決することを課題とする。すなわち、粉末状光
触媒や粉末活性炭を膜を使用せずに簡単に沈降分離で
き、分離された光触媒、粉末活性炭を永続的に再利用で
きる新技術を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者は、これらの課
題を下記の手段により達成することができた。 1. 粉末状光触媒を珪酸アルカリ水溶液に懸濁させた
後、該懸濁液に酸を添加して珪酸を重合させ液全体をゲ
ル化させ、該ゲルを機械的に剪断してゲル微粒子中に粉
末状光触媒を包括固定化することを特徴とする光触媒の
製造方法。 2. 粉末状光触媒と粉末活性炭とを珪酸アルカリ水溶
液に懸濁させた後、該懸濁液に酸を添加して珪酸を重合
させ液全体をゲル化させ、該ゲルを機械的に剪断してゲ
ル微粒子中に粉末状光触媒と粉末活性炭とを包括固定化
することを特徴とする光触媒の製造方法。 3. 前記粉末状光触媒が粉末状酸化チタンであること
を特徴とする前項1または2記載の光触媒の製造方法。 4. 前項1〜3のいずれか1項記載の製造方法で得た
光触媒を浄化対象原水に添加し、光照射した後、沈降分
離し、分離粒子を光照射工程に供給することを特徴とす
る光触媒による水の浄化方法。
【0007】
【発明の実施の形態】まず、粉末状酸化チタンを用いて
沈降分離が容易な光触媒を製造する方法を説明する。 (製造手順) (1)粉末状酸化チタンを、珪酸アルカリ(水ガラスが
好適)を水で希釈したアルカリ性水溶液に懸濁させる。 (2)この懸濁液に鉱酸(好ましくは、硫酸、塩酸、硝
酸など)を添加し、pHを5〜9に中和する。 (3)この状態で攪拌すると、所定時間後(好ましく
は、約10〜30分後)にシリカが3次元的に重合し、
ネットワーク構造を形成し、液全体がゲル化する。 (4)このゲルを強く攪拌して剪断すると、ゲルが微細
化され、粒径0.1〜0.5mm程度に微細化される。 (5)このゲル微粒子内には酸化チタン粉末が包括固定
化されている。 (6)次に、ゲル微粒子を水洗し、アルカリ分などを洗
浄除去すると、本発明の沈降分離性が良い光触媒粒子が
製造される。
【0008】以上の方法で作成された光触媒粒子は、分
子拡散の良いモノマーシリカが水中で重合した、3次元
ネットワーク構造の多孔性シリカゲル粒子内に固定化さ
れているため、光触媒作用が大きく、沈降分離性が極め
て良好であり、粒径0.1〜0.5mmの場合、沈殿槽の
沈降分離速度を100mm/min と大きくに設定しても、
全くキャリオーバーしない。
【0009】なお、粉末活性炭と酸化チタン粉末を一緒
にシリカゲル内に包括する場合には、(1)の工程で、
粉末活性炭と粉末酸化チタンを水ガラス水溶液に懸濁さ
せればよい。
【0010】水ガラス水溶液のシリカ濃度は重要であ
り、高濃度過ぎるとゲル強度が大きくなりすぎ、酸化チ
タンへの除去対象物質分子の拡散が悪くなり、一方、低
濃度過ぎるとゲル強度が弱すぎて、酸化チタン粉末がゲ
ルから漏れ出し易いので避けるべきである。好ましいシ
リカ濃度の範囲は、2〜6重量%である。工程(1)に
おいて、水ガラス水溶液に懸濁させる酸化チタン粉末の
適性懸濁濃度は、1000〜10000mg/リットルが好ま
しく、粉末活性炭の適性懸濁濃度は、500〜2000
0mg/リットル程度の範囲が好ましい。
【0011】次に、以上の方法で作成した沈降性の良好
な光触媒粒子を用いて水質浄化を行う方法を図面に基づ
いて説明する。図1に示すように、光酸化反応器1内に
導入された処理対象原水(原水2)中で前記シリカゲル
包括光触媒粒子(光触媒ゲル粒子3)または粉末活性炭
と粉末酸化チタンとを一緒に包括したゲル粒子(光触媒
ゲル粒子3)を流動させながら光を光源4から照射す
る。光触媒ゲル粒子3の流動は空気曝気(曝気用空気
5)を用いると酸素供給と攪拌が同時に行えるので好適
である。反応器1内には光源4として、通常、紫外線ラ
ンプが設置されるが、太陽光を照射できるようにしても
よい。光触媒ゲル粒子3の懸濁濃度は500〜1000
0mg/リットル、好ましくは2000〜6000mg/リットル程
度がよい。なお、図1中で6は処理水である。
【0012】原水2に含まれる種々の有機物(フミン酸
系統のCOD、農薬、有機塩素化合物、内分泌撹乱物質
等)は反応器1内に所要時間(好ましくは、1〜6時間
程度)滞留する過程で光触媒酸化反応により酸化分解さ
れる。なお、難生物分解性有機物が易生物分解性有機物
に変化する反応も、一部同時に進行する。
【0013】粉末活性炭と粉末酸化チタンを一緒に包括
した粒子3を用いると、有機物の活性炭への吸着、吸着
された有機物の酸化チタンと光による酸化分解、粉末活
性炭の再生が進行し、さらに効果的な浄化処理を行え
る。
【0014】光反応器1から流出する光触媒ゲル粒子3
は、沈降分離部7において急速に沈降し光触媒ゲル粒子
3を含まない清澄処理水6が得られる。
【0015】なお、光反応器1にオゾン、過酸化水素を
添加すると更にヒドロキシラジカルが効果的に発生する
ので、有機汚染物質の除去効果を高めることがてきる。
【0016】さらに高度の浄化を行う場合は、沈降分離
部7から流出する処理水6を生物膜を利用する好気性生
物処理工程(生物ろ過装置、流動媒体生物処理装置、ハ
ニカム接触材生物膜処理装置など)に供給する。生物処
理工程では、沈降分離水(処理水6)中の易生物分解性
有機物(難生物分解性の有機物が光酸化により易生物分
解性有機物に変化している)が、好気性微生物により生
物学的に除去される。この生物処理水を、再び光反応器
1に循環させるとCOD除去効果が向上する。この原因
は、光触媒による光酸化を、難生物分解性有機物のみに
作用させることができるためと考えられる。生物処理水
を光反応器1に循環させない場合は、原水中の難生物分
解性有機物が易生物分解性有機物に変化し、微生物学的
に容易に除去できる易生物分解性有機物に対しても光反
応が進行してしまうため、無駄な光化学反応が多くなっ
てしまい、光エネルギーを浪費してしまう。
【0017】
【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。ただし、本発明はこれら実施例のみに限定されるも
のではない。
【0018】実施例1 粉末酸化チタンのシリカゲル粒
子への包括試験 富士チタン工業製の粉末状酸化チタン光触媒(平均粒径
0.3ミクロン)を、懸濁濃度300mg/リットルの条件で、シ
リカ濃度4重量%の水ガラス水溶液(JIS3号水ガラ
スを約6倍に水希釈)500ccに懸濁させ、攪拌羽根を
50rpm で攪拌しながら硫酸を加えて、pHを5に調整
した。この条件で攪拌を続けた結果、懸濁液全体が30
分後にゲル化した。その後、攪拌回転数を500rpm に
増加させ、ゲルを機械的に剪断した結果、平均粒径約
0.3mmのゲル粒子が得られた。このゲルは白色であっ
た。
【0019】実施例2 粉末酸化チタンと粉末活性炭の
シリカゲル粒子への包括試験 粉末活性炭(荏原製作所製品)を3500mg/リットルの濃
度で水ガラス懸濁液に懸濁させた以外は、実施例1と同
一手順を繰返した結果、活性炭、酸化チタン包括ゲル粒
子(粒径0.4mm)を製造できた。
【0020】実施例3 水浄化処理試験 屎尿処理施設(屎尿を無希釈で生物学的脱窒素処理した
後、凝集分離する方式)の凝集沈殿処理水(SS:11
mg/リットル、COD:87mg/リットル、色度:130度)を
対象に、図1に示す試験装置を用いて本発明の効果を検
証した。試験条件を下記表1に記す。
【0021】
【表1】
【0022】表1に記載の条件で3ヶ月連続試験を行っ
た結果、ゲル粒子は容易に沈降分離でき、キャリオーバ
ーは全くなかった。処理水の水質は、酸化チタンのみを
包括したゲルを用いた場合はCOD1.9mg/リットル以
下、色度2の高度処理水が得られた。また活性炭と酸化
チタンを包括したゲルを使用した場合は、処理水のCO
Dは0.3mg/リットル、色度はゼロであった。
【0023】
【発明の効果】以上詳細に説明したとおり、本発明は下
記のような優れた効果を奏する。 固液分離コストが高い膜分離法を用いることなく、
粉末状光触媒及び粉末活性炭を容易に沈降分離して再利
用出来る。 光触媒、粉末活性炭を無機凝集剤で分離する方法と
異なり、汚泥が発生しないので汚泥処理が不要である。 粉末光触媒を、設備コスト、動力コストが高い膜に
よって分離する必要がないので、大量の水量の水処理に
も適用できる。 粉末活性炭が酸化チタンの光触媒の作用によって再
生されるので、活性炭を永続的に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の沈降性の良い光触媒を使用して排水を
浄化する方法の概略説明図である。
【符号の説明】
1 光酸化反応器 2 原水 3 光触媒ゲル粒子 4 光源(紫外線ランプ) 5 曝気用空気 6 処理水 7 沈降分離部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C02F 1/72 101 C02F 1/72 101 Fターム(参考) 4D037 AA12 AB01 AB02 AB14 AB16 BA18 CA01 CA02 CA03 CA06 CA12 4D050 AA16 AA17 AB07 AB11 AB19 AB27 BB01 BB02 BC06 BC09 BD02 BD03 BD04 CA06 CA07 CA09 CA16 4G069 AA04 AA08 AA15 BA04A BA04B BA04C BA08A BA08B BA08C BA14A BA14C BA38 BA48A BA48C BB08A BB08B BB10A BB10B BB12A BB12B BC01A BC01B BC01C BD05A BD05B BD05C CA05 CC33 EA01X EA01Y FB06 FB09 FC04 4G072 AA37 AA38 BB05 CC04 EE01 GG03 HH21 KK01 KK09 PP05 RR26 SS01 UU15 UU30

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 粉末状光触媒を珪酸アルカリ水溶液に懸
    濁させた後、該懸濁液に酸を添加して珪酸を重合させ液
    全体をゲル化させ、該ゲルを機械的に剪断してゲル微粒
    子中に粉末状光触媒を包括固定化することを特徴とする
    光触媒の製造方法。
  2. 【請求項2】 粉末状光触媒と粉末活性炭とを珪酸アル
    カリ水溶液に懸濁させた後、該懸濁液に酸を添加して珪
    酸を重合させ液全体をゲル化させ、該ゲルを機械的に剪
    断してゲル微粒子中に粉末状光触媒と粉末活性炭とを包
    括固定化することを特徴とする光触媒の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記粉末状光触媒が粉末状酸化チタンで
    あることを特徴とする請求項1または2記載の光触媒の
    製造方法。
  4. 【請求項4】 請求項1〜3のいずれか1項記載の製造
    方法で得た光触媒を浄化対象原水に添加し、光照射した
    後、沈降分離し、分離粒子を光照射工程に供給すること
    を特徴とする光触媒による水の浄化方法。
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