JPH1015393A

JPH1015393A - 光触媒反応器

Info

Publication number: JPH1015393A
Application number: JP8178364A
Authority: JP
Inventors: Fumihide Shiraishi; 文秀白石
Original assignee: Showa Tekko KK
Current assignee: Showa Tekko KK
Priority date: 1996-07-08
Filing date: 1996-07-08
Publication date: 1998-01-20

Abstract

(57)【要約】【課題】安定して高い触媒活性を有する光触媒反応器
を提供すること。【解決手段】透明なチタニア被膜を表面に形成した透
明なガラスビーズ(4) やガラス管(41)等からなるガラス
体を、同じく透明で、かつ、流体を流通可能とした反応
器本体(1) 内に多数充填して各ガラス体同士間に空隙(5
0)を有する光触媒充填層(5) を形成し、同充填層(5) に
より三次元空間の反応場を形成する構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光触媒反応器に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、チタニア（酸化チタン）は優
れた光触媒機能を有し、紫外線を含む光を照射すると、
強力な還元力・酸化力を発揮することが知られている。

【０００３】そして、化学的に安定しており、かつ、無
害であることから、消毒・消臭用の光触媒として用いら
れている。

【０００４】上記チタニアを光触媒反応器に適用したも
のも広く知られており、かかる光触媒反応器としては、
反応器本体内においてチタニア粒子を懸濁させたもの、
あるいは、反応器本体の内表面にチタニア粒子を担持さ
せたもの等がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記の光触
媒反応器において、反応器本体の内表面にチタニア粒子
を担持させたものは、反応が二次元平面で起こる異相系
反応器であり、反応場の面積を増大させることが難しい
ことから、反応器性能の向上に限界があり、効率的な消
毒・消臭作用が行えないものであった。

【０００６】また、反応器本体内においてチタニア粒子
を懸濁させたものは、同チタニア粒子が極めて細かいの
で反応処理後に同粒子を回収することが難しいなどの問
題があった。

【０００７】本発明は、上記課題を解決することのでき
る光触媒反応器を提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では、透明なチタニア被膜を表面に形成した
透明なガラス体を、同じく透明で、かつ、流体を流通可
能とした反応器本体内に多数充填して各ガラス体同士間
に空隙を有する光触媒充填層を形成し、同充填層により
三次元空間の反応場を形成した。反応器本体はガラス管
とすることとした。

【０００９】三次元空間の反応場では、反応器本体であ
るガラス管内に入射した紫外光が透明なチタニア被膜を
表面に形成した各ガラス体同士間に形成された空隙によ
り、光触媒充填層内部まで深く侵入し、反応器本体中心
部を流れる流体の触媒反応も活発に行え、反応器性能を
著しく向上させることができる。

【００１０】このとき、上記ガラス体をガラスビーズと
したり、ガラス管、もしくは同ガラス管を半割したも
の、あるいは、鞍形としたものとすることができる。

【００１１】また、透明なチタニア被膜を表面に形成し
た透明なガラス管を、光源の周りに多数環状に列設する
とともに、隣合うガラス管の始端と終端とを連通連結
し、全ガラス管内を流体が通過するように構成すること
もできる。

【００１２】この場合、流体と光触媒であるチタニア被
膜との接触時間及び距離を長くとれ、また、反応流体の
流速が大となるため混合状態がよくなり、その結果反応
性が良好となる。

【００１３】ところで、上記チタニア被膜は、チタニア
を過酸化水素水、または、硝酸、フッ化水素酸、硫酸な
どの強酸に溶解させた水溶液を、ガラス体等からなる基
体に担持させた後に焼成して固着させたものとした。こ
の被膜は透明で光を透すことから、上記した三次元空間
の反応場を構成することが可能となる。

【００１４】また、光源の位置を適宜設定することがで
き、触媒を担持した基体が透明であれば、その担持面裏
側に光源を設置することができるので、光触媒反応器の
設計自由度が増す。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明に係る光触媒反応器は、透
明なチタニア被膜を表面に形成した透明なガラス体を、
同じく透明で、かつ、流体を流通可能とした反応器本体
内に多数充填して各ガラス体同士間に空隙を有する光触
媒充填層を形成し、同充填層により三次元空間の反応場
を形成したものである。前記反応器本体としてはガラス
管、特に、石英ガラス管とすることが好ましい。

【００１６】また、チタニア被膜は、チタニアを過酸化
水素水、または、硝酸、フッ化水素酸、硫酸などの強酸
に溶解させた水溶液を、ガラス体等からなる基体に担持
させた後に焼成して固着させたものとしているが、取り
扱いが容易なことから、ここでは、過酸化水素水にチタ
ニアを溶解させて用いることとする。

【００１７】なお、チタニアを過酸化水素水に溶解させ
るためには、例えば、チタンテトラアルコキシドとアル
コキシドに対応するアルコールを所定のモル比で混合
し、さらに、対応するアルコールと水の混合液を加え反
応させ、得られた白色の混濁液を固液分離して乾燥する
ことによりアモルファスチタニア微粒子を得、同アモル
ファスチタニア微粒子に過酸化水素水を加えて一旦ゲル
化させ、さらに過酸化水素水を加えて所定濃度のチタニ
ア溶液を得ることができる。

【００１８】かかるチタニア溶液を透明なガラス体に塗
布して焼成すると、ガラス体表面には透明なチタニア被
膜が固着形成される。そして、同被膜は触媒活性が非常
に安定しており、しかも、強固で剥離するおそれもな
い。

【００１９】また、上記チタニア溶液は略中性なので、
鉄などの金属表面にもコーティングすることができる。

【００２０】上記ガラス体としては、透明なガラスビー
ズや、ガラス管、もしくは同ガラス管を半割したもの、
あるいは、鞍形としたものを好適に用いることができ
る。そして、素材としては石英ガラスを用いることが好
ましい。

【００２１】かかるガラス体を、同じく透明で、かつ、
流体を流通可能としたガラス管内に多数充填して光触媒
充填層を形成し、同充填層により三次元空間の反応場を
形成している。

【００２２】すなわち、光触媒充填層を形成する各ガラ
ス体同士間には、それぞれ空隙が形成されており、しか
も、各ガラス体に形成されたチタニア被膜は透明なの
で、紫外光は各ガラス体を透過して反応器本体となるガ
ラス管の中心部まで進入することになり、同ガラス管内
の光触媒充填層は三次元空間の反応場となる。

【００２３】したがって、光触媒充填層を流通する流体
はその全体にわたってチタニア被膜と接触して、同チタ
ニア被膜の有する強力な酸化力や還元力によって触媒反
応が生起されることになり、反応器性能が著しく向上す
る。

【００２４】さらに、上記構成の光触媒反応器は、光源
の位置を適宜設定することができ、例えば、反応器本体
となるガラス管の外側に複数個の光源を設けたり、ある
いはガラス管内に同ガラス管と略同長さの光源を設ける
こともできる。

【００２５】このように、光触媒と同触媒を担持した基
体がそれぞれ透明であれば、その担持面裏側に光源を設
置しても光触媒反応を充分に生起させることができるの
で、光触媒反応器の設計自由度が増す。

【００２６】また、光触媒反応器の一形態として、透明
なチタニア被膜を表面に形成した透明なガラス管を、光
源の周りに多数環状に列設するとともに、隣合うガラス
管の始端と終端とを連通連結し、全ガラス管内を流体が
通過するように構成することもできる。

【００２７】この場合、光源を四方へ照射可能としてお
くことにより、一つの光源で多数の光触媒であるチタニ
ア被膜を励起することができ、消費電力が小さくてす
む。

【００２８】また、光源の周りに配列したガラス管は、
石英ガラス、ソーダ石灰ガラス等で形成したものとして
いる。

【００２９】そして、同ガラス管は展開すれば長尺の管
体となるので、流体と光触媒であるチタニア被膜との接
触時間及び距離を長くとれるので反応性が良好となる。

【００３０】なお、光源としては、殺菌灯やブラックラ
イト等の紫外光を多く含むものを用いることが望ましい
が、一般の白色蛍光灯でもよい。

【００３１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しながら
説明する。

【００３２】（第一実施例）図１に本発明の第一実施例
に係る光触媒反応器Ａを示している。１は紫外光透過性
の高い石英ガラス管により形成した反応器本体、２は実
験液槽であり、同実験液槽２内には実験液３としての2,
4-ジニトロフェノールを収容している。

【００３３】2,4-ジニトロフェノールは、黄色の水溶液
であり、光触媒によってＮＯ₃ ^-,ＮＨ₄ ⁺，ＣＯ₂に
分解され、分解されると色が薄くなるので触媒反応の進
行具合を視認でき、かつ、吸光度法による濃度測定が可
能なので、実験液３として好適である。また、実験液３
に過酸化水素水を添加すると、触媒反応が促進されるこ
とが実験的に分かった。

【００３４】図２に示すように、反応器本体１内には、
透明なチタニア被膜を表面に形成した透明なガラス体と
してガラスビーズ４を多数充填して光触媒充填層５を形
成している。同光触媒充填層５内においては、各ビーズ
４間に空隙50が形成されている。

【００３５】ところで、前記ガラスビーズ４に形成した
チタニア被膜は、アモルファスチタニア微粒子に過酸化
水素水を加えて得たチタニア溶液をガラスビーズ４の表
面に塗布して500 〜600 ℃の温度で焼成し固着させて形
成している。

【００３６】そして、反応器本体１と実験液槽２との間
を、流入管６と流出管７とで連通して、実験液３を所定
の流速で連続的に循環可能としている。

【００３７】10,10 は反応器本体１の上下端開口に取付
けた栓体であり、前記流入管６と流出管７とを貫通状態
で支持している。

【００３８】また、上記反応器本体１の周囲に４個の光
源８を配設するとともに、同反応器本体１及び光源８を
遮光カバー９で覆っている。なお、本実施例では光源８
には波長域が250 〜260 ｎｍの殺菌灯を使用したが、
殺菌灯に代えてブラックライト（波長域300 〜400 ｎ
ｍ）等の紫外光を多く含む光源であれば好適に用いるこ
とができる。

【００３９】また、本実施例では、反応器本体１の寸法
を内径27mm、肉厚１mm、長さ222mmとした。

【００４０】かかる反応器本体１内に直径１mmのガラス
ビーズ４を充填して構成した光触媒反応器Ａを用いて、
実験液３を反応器本体１に連続供給すると同時に４個の
光源８から光を照射して反応を進行させた。そして、定
時刻に実験液３をサンプリングして、357 ｎｍでの吸光
度を測定した。

【００４１】さらに、ガラスビーズ４の直径を３mmのも
の、10mmのものに取り替えて上記同様に反応を進行させ
て吸光度を測定した。その結果を図３に示す。

【００４２】図３に示すように、ビーズ径の違いによっ
て若干の差はあるが、それぞれ良好な反応結果を示して
いる。また、光源８を殺菌灯に代えてブラックライトと
した場合を図４に示すが、この場合でも良好な反応結果
を示している。

【００４３】これは、ガラスビーズ４により形成された
光触媒充填層５がガラスビーズ４同士間に形成される空
隙50によって三次元空間の反応場を形成し、反応器本体
１内に入射した紫外光が反応器本体１の内部まで進入し
て反応器本体１の内部付近を流れる実験液３を分解する
ためと考えられる。

【００４４】次に、図５に示すように、光触媒充填層５
を形成するガラス体を多数のガラス管41とした場合につ
いて説明する。なお、ガラス管41は一般のガラス管と、
石英ガラス管とした場合とを示しており、光源８として
は殺菌灯を使用した。

【００４５】図６はその反応結果を示しており、図３と
比較して明らかなように、ガラス体をガラス管41とした
ものの方がガラスビーズ４としたものよりも反応率が高
くなった。

【００４６】これは、ガラスビーズ４の場合の光触媒充
填層５よりも、ガラス管41の場合の光触媒充填層５の方
がガラス体間の空隙率が大きいために、反応器本体１内
に入射した紫外光がガラスビーズ４の場合よりも光触媒
充填層５の内部中心近くまで達したために、反応器本体
１の中心部を流れる実験液３まで十分に分解されたもの
と考えられる。

【００４７】このように、三次元空間を反応場とし、高
活性の光触媒反応器Ａを構成するには、光触媒充填層５
を構成する光触媒被膜を形成したガラス体同士間にある
程度の空隙50を形成することが好ましい。

【００４８】また、空隙50を形成するために望ましいガ
ラス体の形状としては、図７に示すようにガラス管41を
半割状としたもの、あるいは、図８に示すように鞍型と
したものが考えられる。

【００４９】なお、図９に示すように、光触媒充填層５
を形成するガラス体のみならず、反応器本体１の内壁に
も透明なチタニア被膜を形成してもよい。しかし、この
場合は、光源８を反応器本体１の外方に設置すると、光
が反応器本体１で反射して内部に進入する量が減り、か
えって反応率が低下することが予想される。したがっ
て、この場合は光源８を反応器本体１の中心部に設ける
ことが好ましい。

【００５０】（第二実施例）図１０に第二実施例に係る
光触媒反応器Ｂを示している。これは、透明なチタニア
被膜を表面に形成した透明なガラス管15を、光源８の周
りに多数環状に列設するとともに、隣合うガラス管15,1
5 の始端と終端とを連通連結し、全ガラス管15内を流体
が通過するように構成したものである。60は流入管、70
は流出管であり、図示しないが先の実施例同様の実験液
槽２にそれぞれ連通している。

【００５１】なお、この場合においても、光源８の種類
は殺菌灯、ブラックライト、白色蛍光灯等を、また、ガ
ラス管15の素材としては石英ガラス、ソーダ石灰ガラス
等を適宜選択的に使用することができる。

【００５２】ガラス管15を石英ガラス管とし、光源８の
種類を変えた場合の上記光触媒反応器Ｂによる反応結果
を図１１に示す。

【００５３】図１１で分かるように、殺菌灯やブラック
ライトを使用した場合は十分な反応が認められた。

【００５４】これは、上記ガラス管15は展開すれば長尺
の管体となるので、流体と光触媒であるチタニア被膜と
の接触時間及び距離を長くとれるので反応性が良好とな
るためと考えられる。

【００５５】また、この実施例では、光源８は一つでよ
いので電力消費が小さくてすむ利点を有する。

【００５６】このように、本発明に係る光触媒反応器A,
B は、透明なチタニア被膜を利用した触媒活性が高く安
定したものなので、強い殺菌力と浄化力を有し、その応
用範囲も広いものとなる。

【００５７】例えば、上記第一、第二実施例に基づいて
説明した光触媒反応器A,B を応用して構成した殺菌・浄
化装置Ｃを、図１２及び図１３に示した浴湯循環浄化装
置Ｄに組み込むことができる。

【００５８】浴湯循環浄化装置Ｄは、浴槽Ｅ内の浴湯を
循環させながら浴湯を殺菌浄化するとともに、設定され
た温度を保持できるように構成されている。図１２中、
D1は本体ケーシング、D2は吸込口、D3は吐出口、D4は吸
込パイプ、D5は吐出パイプ、D6は操作パネルである。

【００５９】本体ケーシングD1内には、図１３に示すよ
うに、循環ポンプＰ→方向切換弁Ｖ→ヒータＨ→殺菌・
浄化装置Ｃ→濾過器Ｆ→方向切換弁Ｖと浴湯を循環させ
る浴湯循環流路Ｒを設けている。

【００６０】このように、浴湯循環流路Ｒの中途に、本
発明に係る光触媒反応器A,B を適用した殺菌・浄化装置
Ｃを設けることにより、浴湯の殺菌・浄化力を著しく高
めることができ、浴湯を常時清潔に保つことが可能とな
る。

【００６１】また、浴湯循環浄化装置Ｄの他、例えば、
上水場の浄化、排水処理、農薬処理等への適用が考えら
れる。

【００６２】さらに、液体に限らず、気体に対しても有
効なことから、図１４に示すように空気清浄機等へも適
用することができる。

【００６３】図１４において、Ｇは本発明に係る光触媒
反応器Ａを内蔵した空気清浄機の一形態を示しており、
同空気清浄機Ｇは、空気吸込口G1と清浄空気吐出口G2と
を形成したケーシングG3内に、流路上流側から、高電圧
を印加した荷電部G4と、極性の異なる高電圧を印加した
極板を交互に配設した集塵部G5と、活性炭フィルタG6
と、ファンG7と実質的に光触媒反応器Ａからなる空気浄
化部G8とを配設して構成している。

【００６４】光源８としては殺菌灯やブラックライトを
使用しており、空気浄化部G8における光触媒作用を十分
に発揮させるようにしている。

【００６５】上記構成により、空気清浄機Ｇによる空気
の殺菌効果を著しく高めることができる。なお、空気清
浄機Ｇの構成としては、上記に限るものではないことは
当然であり、空気の流路中に本光触媒反応器A,B を適用
したものであればよい。

【００６６】さらに、本光触媒反応器Ａは、メルカプタ
ンやアンモニア等の悪臭ガスの浄化にも有効であり、上
記した空気清浄機Ｇや、あるいは、さらにこれを簡素化
して空気の循環流路中に光触媒反応器Ａのみを配設した
構造の装置等を家畜小屋や動物飼育室等に設置すれば、
動物の糞尿等から発生する悪臭ガスの浄化を効果的に行
える。

【００６７】また、本光触媒反応器Ａは、農産物の育成
や鮮度を保持しながらの保存にも効果を奏するものであ
る。

【００６８】すなわち、野菜や果実等の農産物は、収穫
後の保存中にエチレンガスを生成放出し、そのエチレン
ガスにより成熟が促進されることが分かっている。

【００６９】したがって、冷蔵庫等のような密閉空間内
では、一部のものが腐ると、そこから発生したエチンレ
ンガスによって、全てのものが腐ってしまうということ
になる。

【００７０】そこで、本光触媒反応器A,B を適用して、
エチレンガス濃度のコントロールを行うことによって、
農産物の鮮度を保持しながら長期保存を可能にすること
ができる。

【００７１】すなわち、冷蔵庫や農産物保存空間等に空
気循環流路を設け、同流路中に光触媒反応器A,B を介設
した構造とすればよく、また、特公平4-30820 号公報に
示された鮮度保持装置等に適用することができる。

【００７２】

【発明の効果】本発明では、以上説明したような形態で
実施されるものであり、以下に示す効果を奏する。

【００７３】すなわち、透明なチタニア被膜を表面に形
成した透明なガラス体により三次元空間の反応場を形成
したので、触媒活性が著しく向上し、反応効率をきわめ
て高くすることができる。

【００７４】また、光触媒としてのチタニア被膜の殺菌
・浄化力を十分に発揮できる構成であるので、光触媒反
応器の汎用性が広がる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例に係る光触媒反応器の説明
図である。

【図２】反応器本体の説明図である。

【図３】光源に殺菌灯を用いた場合の反応率を示すグラ
フである。

【図４】光源にブラックライトを用いた場合の反応率を
示すグラフである。

【図５】光触媒充填層をガラス管で形成した場合を示す
説明図である。

【図６】同ガラス管で形成した光触媒充填層での反応率
を示すグラフである。

【図７】光触媒充填層の変容例を示す説明図である。

【図８】光触媒充填層の変容例を示す説明図である。

【図９】反応器本体にチタニア被膜を形成した場合の説
明図である。

【図１０】第二実施例に係る光触媒反応器の説明図であ
る。

【図１１】同反応率を示すグラフである。

【図１２】光触媒反応器の応用例としての浴湯循環浄化
装置の説明図である。

【図１３】同浴湯循環浄化装置の内部構造を示す模式図
である。

【図１４】光触媒反応器の応用例としての空気清浄機の
説明図である。

【符号の説明】

Ａ, Ｂ光触媒反応器１反応器本体２実験液槽３実験液４ガラスビーズ５光触媒充填層６流入管７流出管８光源 50 空隙

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｂ０１Ｊ 19/30 Ｂ０１Ｊ 19/30 21/06 21/06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透明なチタニア被膜を表面に形成した透
明なガラス体を、同じく透明で、かつ、流体を流通可能
とした反応器本体内に多数充填して各ガラス体同士間に
空隙を有する光触媒充填層を形成し、同充填層により三
次元空間の反応場を形成したことを特徴とする光触媒反
応器。
【請求項２】上記反応器本体をガラス管で形成したこ
とを特徴とする請求項１記載の光触媒反応器。
【請求項３】上記ガラス体をガラスビーズとしたこと
を特徴とする請求項１または２に記載の光触媒反応器。
【請求項４】上記ガラス体をガラス管、もしくは同ガ
ラス管を半割したものとしたことを特徴とする請求項１
または２に記載の光触媒反応器。
【請求項５】上記ガラス体を鞍形に形成したものとし
たことを特徴とする請求項１または２に記載の光触媒反
応器。
【請求項６】透明なチタニア被膜を表面に形成した透
明なガラス管を、光源の周りに多数環状に列設するとと
もに、隣合うガラス管の始端と終端とを連通連結し、全
ガラス管内を流体が通過するように構成したことを特徴
とする光触媒反応器。
【請求項７】上記チタニア被膜は、チタニアを過酸化
水素水、または、硝酸、フッ化水素酸、硫酸などの強酸
に溶解させた水溶液を、ガラス体等からなる基体に担持
させた後に焼成して固着させたものであることを特徴と
する請求項１〜６のいずれかに記載の光触媒反応器。