JPH0526187U

JPH0526187U - 光化学反応処理を行う紫外線照射装置

Info

Publication number: JPH0526187U
Application number: JP070203U
Authority: JP
Inventors: 裕司山越
Original assignee: 株式会社日本フオトサイエンス
Priority date: 1991-08-08
Filing date: 1991-08-08
Publication date: 1993-04-06
Anticipated expiration: 2006-08-08
Also published as: JP2567273Y2

Abstract

(57)【要約】【目的】流体の光化学反応処理を行う際、金担持酸化
チタン等の光触媒粒子の剥離、流出を防止し、かつ紫外
線と光触媒との接触面積を大きくし、反応（滞留）時間
を長くし、紫外線照射量を増加させて処理流体の純度を
高める。【構成】紫外線照射装置の処理筒内に、紫外線ランプ
を内臓した紫外線透過性のある透過筒を配設し、紫外線
照射によって流体の光化学反応処理を行う流路を形成
し、この流路に、紫外線透過性のある固形媒体に白金担
持酸化チタン等の光触媒粒子を被覆させたものを充填
し、さらに必要に応じて、処理筒、透過筒の接液部分
に、白金担持酸化チタン等の光触媒粒子を被覆させて、
流体の光化学反応処理を行う。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、紫外線照射によって流体中の光化学反応処理、たとえば白金担持酸化チタン等の光触媒粒子を用いた有機物の酸化分解、細菌の殺菌、有害物質の分解等の光化学反応処理を行う紫外線照射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、医薬品製造工程において、用水として超純水やクリーンエアーが使用されている。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、通常の場合、この分野で用いられる超純水は、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。この種の超純水製造システムにおいては、紫外線照射装置は、超純水の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をする役目をし、次いでこの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。

【０００３】また、原水中に細菌が含まれている場合には、紫外線照射装置は、原水中の細菌の殺菌をする役目をし、超純水を製造する後段のイオン交換樹脂、超濾過膜、逆浸透膜等が細菌で汚染されるのを防止するためにも使用されている。さらに、製造した超純水がなんらかの事情で細菌で汚染された場合には、ＬＳＩ等の半導体が細菌で汚染されるのを防止するために、最終処理として、紫外線照射装置よって超純水中の細菌を殺菌するためにも使用されることがある。そして、いずれの場合においても、近年の技術の高度化に伴って、超純水の純度、特に従来より除去が難しいといわれている微量の有機物や細菌、微生物の除去が技術課題になっており、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）等の微粒子に白金（Ｐｔ）等の金属の微粒子を担持した光触媒粒子、すなわち白金担持酸化チタン等の光触媒粒子を用いることにより、触媒活性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、これまでの白金担持酸化チタン等の光触媒粒子を用いた流体の光化学反応処理は、学問的な提案であったり、実験的なものが多く、工業的技術として確立されたり、実装置として評価されるものは少なかった。

【０００５】例えば、その一つとして、超純水を製造する際に、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６２−１９３６９６号）になっている。

【０００６】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一切記載がなく、不明である。超純水として使用する以上、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絶対に必要で、かつ非常に面倒な技術であることを考えると、この重要な点について記載のない技術は工業的に完成されたものとはいえない。この出願公開された技術における超純水と光触媒粒子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やストレーナー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やストレーナーが目詰まりし易く、かつ別途に分離装置を付設する必要があるために、装置設置費用が増大する欠点があり、さらに光触媒を超純水とともに装置外の槽に流出させて沈殿分離することも考えられるが、前述の欠点のほか、操作が面倒で、光触媒の使用量がどうしても多くなる等種々の不都合がある。

【０００７】さらに、他の一つとしては、フィラメント状、繊維状、網状、グラスファイバー等にコーテングした白金担持酸化チタン等の光触媒粒子の存在下において、被処理流体中に含まれる有機物を紫外線照射して酸化分解して除去するものであるが、白金担持酸化チタン等の光触媒粒子をコーテングする、前述の媒体が被処理流体との接触によって揺れたりするために、コーテングした白金担持酸化チタン等の光触媒粒子が媒体より剥離、流出しやすく、流体全体として紫外線の照射効率があがらないという難点があった。

【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、白金担持酸化チタン等の光触媒粒子を、紫外線透過性のある板状、箱状、円筒状、またはハニカム状あるいは粒状物等の個体媒体固形媒体に確固に被覆させることによって、白金担持酸化チタン等の光触媒粒子の剥離、流出を防止しながら、紫外線と光触媒との接触面積を大きくし、かつ反応（滞留）時間を長くし、ひいては光触媒の触媒活性を高め、紫外線照射量を増加させて処理流体の純度を高めることにある。また本考案は、酸化チタン等の微粒子に白金等の金属の微粒子をた光触媒を、紫外線照射装置の処理筒、透過筒の接液部分にも担持させることによって、紫外線と光触媒との接触面積を一段と大きくし、かつ反応時間をより長くし、光触媒反応効率を高めて、処理流体の純度を向上させることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

本考案は、前述した従来の流体紫外線照射装置の問題点を解決するもので、紫外線照射装置の処理筒内に、紫外線ランプを内臓した紫外線透過性のある透過筒を配設し、紫外線照射によって流体の光化学反応処理を行う流路を形成し、この流路に、紫外線透過性のある固形媒体に白金担持酸化チタン等の光触媒粒子を被覆させたものを充填して光化学反応処理を行う紫外線照射装置に関するものである。さらに本考案は、紫外線透過性のある固形媒体に白金担持酸化チタン等の光触媒粒子を被覆させるとともに、前述の処理筒、透過筒の接液部分に、白金担持酸化チタン等の光触媒粒子を被覆させて、光化学反応処理を行う紫外線照射装置に関するものである。

【００１０】

【実施例】

図１に示すように、ステンレス製の処理筒１の内部に、紫外線ランプ２を内臓した石英ガラス製の透過筒３を配置して流路４を形成し、この光触媒を被覆させるための石英ガラス製の円筒状の固形媒体５を、透過筒３を中心として同心円的に複数個間隔を置いて配設したり、あるいは板状の媒体を複数枚間隔を置いて配設してもよい。

【図１】

【００１１】また図２は、図１の断面図であり、光触媒を被覆させた石英ガラス製の円筒状の固形媒体５を配設したステンレス製の処理筒１の内部の流路に流体が流入する状態を示すものである。さらに、図３は処理筒１の流路４に、透過筒３を中心として、光触媒を被覆させた石英ガラス製の板状の固形媒体５をハニカム状の固形媒体として配設し、さらにハニカム状の固形媒体の固形媒体５の外周に、紫外線ランプ２を内臓した石英ガラス製の透過筒３の他数個を間隔を置いて配置したもので、光化学反応を一段と高めるためには、前述の処理筒１、透過筒３の接液部分、すなわち処理筒１の内面と透過筒３の外面に、白金担持酸化チタン等の光触媒粒子を被覆させてもよい。

【図３】

【００１２】光触媒を被覆させるための紫外線透過性のある固形媒体５は、前述の板状、箱状、円筒状、ハニカム状以外にも、固形状の媒体であればどのようなものでもよいし、またビーズやイオン交換樹脂のような粒状物を用いると接触面積を飛躍的に増大させることができるので、白金担持酸化チタン等の光触媒粒子の被覆量は格段に増加させることが可能である。さらに、前述した固形媒体５に紫外線ランプ２を内臓させて透過筒５に代用してもかまわない。なお、固形媒体５の間隔は２〜５０mmあればよく、５〜２０mmが適当であり、この間隔、すなわち空隙率を等しくし、各流路４の流速の均一化をはかり、紫外線照射量を増大させることもできる。また、その設置枚数と個数は、処理筒１と透過筒３の大きさや処理条件よって異なるが、通常は２〜１５枚、望ましくは５〜１０枚がよい。

【００１３】固形媒体５の材質は、石英ガラス以外に弗素樹脂等紫の紫外線透過率が高く、かつ、流体中に溶出物が流出しない材質を使用できるが、このような材質を使用するのは、紫外線が固形媒体５によって遮断されるのを防止し、流体に対する紫外線照射量の増加をはかるためである。処理筒１には流体の流入管６と流出管７を設け、さらに処理筒１の上端と下端に蓋を設け透過筒３や固形媒体５の端部を固定する。

【００１４】固形媒体５に被覆させて光化学反応処理を行う光触媒の代表例として、白金担持酸化チタン（ＴｉＯ₂／Ｐｔ）をあげることができ、また酸化チタン（ＴｉＯ₂ ）としては、アナタース、ルチル、ブルカイトの三種類があり、アナタースが一般的に使用されることが多いが、ルチル、ブルカイトも使用できる。酸化チタンと白金（ＴｉＯ₂／Ｐｔ）の混合割合は、１：0.002〜１５％にすることが望ましく、また酸化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。

【００１５】なお、金属を担持する半導体としては、酸化チタン（ＴｉＯ₂）以外に、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化第二鉄（Ｆｅ₂０₃）、カドミウム（ＣｄＳ）が使用でき、また触媒に担持する半導体としては、白金（Ｐｔ）以外に、ニッケル（Ｎｉ）、ロジュム（Ｒｈ）が使用でき、これらの半導体と金属とを光化学反応処理条件に応じて、適宜組み合わせて使用すればよく、被覆する際の厚さは、１００〜１０００オングストロームあればよい。

【００１６】紫外線ランプ２としては、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、必要に応じて、過酸化水素、オゾン等の酸化剤を併用して光化学反応効率を高めてもよい。なお酸化剤を併用する場合には、酸化剤の濃度により紫外線の吸収係数が異なるために、紫外線ランプ２の照度分布と紫外線強度を適宜選択する。

【００１７】本考案の流体紫外線照射装置の処理筒１の流入管６より、例えば白金担持酸化チタン粒子を混入した有機物等を含む被処理液を流路４に導入し、石英ガラス製の円筒状又は板状の固形媒体５の全体に被処理液を均等に流入し、白金担持酸化チタン粒子を石英ガラス製の円筒状又は板状の固形媒体５の全面に被覆させ、石英ガラス製の透過筒３に内臓した紫外線ランプ２より十分に照射される紫外線と、接触面積を増大させて活性化した白金担持酸化チタン粒子とによる、有機物等の光化学反応処理を行い、有機物等を効率的に酸化分解することによって、有機物等をほぼ除去した超純水（ TOC値１〜１０ ppb）を流出管７より処理筒１外に流出させて、各用途に使用する。さらに、光化学反応処理の効率を一層高めるためには、処理筒１または処理筒１の流入管６に、ＢｒＯ₃ 、Ｈ₂ Ｏ₂ 、Ｏ₂ 、またはＯ₃ 等の酸化剤の注入装置（図示せず）を接続させてもよい。

【００１８】

【考案の効果】

本考案の光化学反応処理を行う紫外線照射装置においては、白金担持酸化チタン等の光触媒粒子を紫外線透過性のある固形媒体に確固に被覆させるために、従来のフィラメント状、繊維状、網状、グラスファイバー等に白金担持酸化チタン等の光触媒粒子コーテングしたものを充填した場合のように、白金担持酸化チタン等の光触媒粒子の剥離、流出がないために、光化学反応処理効率は一段と向上する。特に処理筒、透過筒の接液部分に白金担持酸化チタン等の光触媒粒子を被覆させ、かつビーズやイオン交換樹脂のような粒状物を用いると接触面積は飛躍的に増大し、白金担持酸化チタン等の光触媒粒子の被覆量は格段に増加するために、前述の白金担持酸化チタン等の光触媒粒子の剥離、流出がないこととの相乗効果により、光化学反応処理効率はこれまでになく高まり、有機物等がほとんど存在しない（ TOC値１〜１０ ppb）の高品質の超純水やクリーンエアーを得ることができる。さらに、本考案の光化学反応処理を行う紫外線照射装置においては、白金担持酸化チタン等の光触媒粒子の剥離、流出がなく、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。本考案の光化学反応処理を行う紫外線照射装置によって得られる超純水やクリーンエアーの流体は、半導体、医薬品、原子力等において使用することができる他に、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、下水処理水のＣＯＤの低減、飲料水の浄化、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、湖沼水中のアオコや赤潮の発生防止、水中の機器や構成物への海生生物の付着防止、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等にも活用することができる。

【提出日】平成４年８月２１日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１４】図２は、光触媒４を１００Ａ（オングストローム）〜１ｍｍ程度の膜状または１００Ａ（オングストローム）〜１ｍｍ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。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１５

【補正方法】変更

【補正内容】

【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。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。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１６

【補正方法】変更

【補正内容】

【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。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。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の光触媒を被覆させた円筒状の固形媒体
を、透過筒を中心として同心円的に複数個間隔を置いて
配設した処理筒の断面図である。

【図２】図１のＡーＡ線断面図である。

【図３】光触媒を被覆させた固形媒体を、紫外線ランプ
を内臓した透過筒を中心としてハニカム状に配設し、か
つハニカム状の固形媒体の外周に紫外線ランプを内臓し
た透過筒の多数個を間隔を置いて配置した処理筒の断面
図である。

【符号の説明】

１処理筒２紫外線ランプ３透過筒４流路５固形媒体

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】紫外線照射装置の処理筒内に、紫外線ラン
プを内臓した紫外線透過性のある透過筒を配設し、紫外
線照射によって流体の光化学反応処理を行う流路を形成
し、この流路に、紫外線透過性のある板状、箱状、円筒
状、またはハニカム状の固形媒体に白金担持酸化チタン
等の光触媒粒子を被覆させたものを充填して光化学反応
処理を行う紫外線照射装置。
【請求項２】請求項１の個体媒体として、粒状物を用い
る光化学反応処理を行う紫外線照射装置。
【請求項３】請求項１または請求項２の処理筒、透過筒
の接液部分に、白金担持酸化チタン等の光触媒粒子を被
覆させた光化学反応処理を行う紫外線照射装置。