JPH10272459A - 環境浄化体、環境浄化方法及び環境浄化装置 - Google Patents

環境浄化体、環境浄化方法及び環境浄化装置

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JPH10272459A
JPH10272459A JP8078597A JP8078597A JPH10272459A JP H10272459 A JPH10272459 A JP H10272459A JP 8078597 A JP8078597 A JP 8078597A JP 8078597 A JP8078597 A JP 8078597A JP H10272459 A JPH10272459 A JP H10272459A
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purifying
radiation
radiation source
environment
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Yukio Wada
幸男 和田
Munetaka Myochin
宗孝 明珍
Kazumasa Kosugi
一正 小杉
Nobuyuki Sasao
信之 笹尾
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Doryokuro Kakunenryo Kaihatsu Jigyodan
Power Reactor and Nuclear Fuel Development Corp
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Doryokuro Kakunenryo Kaihatsu Jigyodan
Power Reactor and Nuclear Fuel Development Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 放射線を利用し、湖沼や大気などの幅広い環
境要素を大量に浄化処理できる環境浄化体及び環境浄化
装置を提供する。 【解決手段】 浄化体３８は、放射線を発する内部線源
層４０と、前記内部線源層４０を被覆する外部触媒層４
２が備えられている。この外部触媒層４２は、内部線源
層４０からの放射線を受けて前記汚染物質を分解する活
性種を生成する。ここで、生成された活性種には、外部
触媒層で形成される電子正孔対の正孔や、この正孔によ
り周囲の水分子等が酸化されて形成される水酸化ラジカ
ル等の活性酸化体が含まれる。これら活性種は、強い酸
化力を有し、この酸化力により汚染物質は酸化分解さ
れ、環境要素が浄化される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、環境要素中の汚染
物質を分解し、環境要素の浄化を行う環境浄化体、及び
この環境浄化体を用いた環境浄化方法並びに環境浄化装
置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より土壌、大気、水等の環境要素の
汚染が大きな問題になっている。例えば、湖沼や内湾な
どでは、有機物質等の発ガン性の有害物質あるいは栄養
分を含んだ排水が排出されることにより富栄養化が引き
起こされている。この富栄養化により湖沼などに生息す
る生物の成育が促され過剰に増殖し、これが水質の汚濁
の原因となっている。
【０００３】また、大気においては、自動車等などから
排出される排気ガスや種々の工場からの排気が主な汚染
の原因となっている。これらの排気ガスなどの主な成分
には、炭酸ガス（ＣＯ2）、窒素高酸化物（ＮＯX ）や
二酸化硫黄（ＳＯ2 ）などが含まれている。これらの物
質は、地球温暖化の主要因となり、また一方では、雨水
に溶解して酸性雨を降らせ森林破壊を引き起こしてい
る。
【０００４】このような環境要素中の汚染因子を除去す
るために、種々の手段が講じられている。
【０００５】その主な浄化手段としては、フィルタ、ス
クラバー及び吸着塔などの吸着体を用い汚染因子を吸着
除去して環境要素を浄化するものである。しかし、この
ように汚染因子を吸着して除去する方法では、汚染因子
が吸着した吸着体が汚染因子により飽和した場合、多く
はこれら吸着体は廃棄され、これが二次廃棄物として大
量に発生することになる。また、廃棄しない場合でも、
その汚染因子を吸着体から除去し、吸着体を再生させる
必要がある。
【０００６】そこで、近年では、汚染因子を吸着させて
浄化する手段とは異なり、この汚染因子を分解して浄化
する光触媒が開発されている。
【０００７】この光触媒とは、酸化チタン（ＴｉＯ2 ）
が有する価電子帯と伝導帯との間のバンドギャップを利
用して、光照射により酸化チタン上に電子−正孔対が形
成され酸化還元触媒として機能するものである。
【０００８】詳細には、酸化チタンに太陽光又は紫外ラ
ンプの光を照射すると、通常価電子帯に存在する電子が
伝導帯に励起し、この励起により同時に価電子帯に正孔
が形成し、酸化チタン内で電子正孔対（ｅ- −ｈ+ ）が
形成される。この電子正孔対は酸化チタンの表面に移動
し、これにより酸化還元作用が発揮される。このように
酸化還元作用が引き出された酸化チタンは、環境中の酸
素や水分と接触してＯ2 - 、Ｏ- 、ＯＨ- などの活性酸
素体を生成する。ここで生成された活性酸素体は強い酸
化力を有し、環境中の汚染因子を酸化分解することにな
る。例えば、ＮＯX やＳＯ2 は、これら活性酸素体によ
り最終的に硝酸や硫酸まで酸化されることになる。
【０００９】実際に、この光触媒を用いて大気の浄化を
行うために以下のような手段が講じられている。すなわ
ち、酸化チタンが、大気と接触するもの、例えば外壁材
などの外部建築材料、ガードレールなどの構造物の表面
に被覆される。この表面に被覆された酸化チタンに太陽
光が照射されると、酸化チタン上で電子正孔対が形成さ
れ酸化還元触媒として作用することになる。そして、こ
の酸化還元作用が引き出された酸化チタンが大気中の酸
素や水分と接触すると、上述したようにこれらから活性
酸素体が生成される。酸化チタン上に生成された活性酸
素体が、大気中の汚染因子、例えばＮＯX 及びＳＯ2 な
どと接触すると、これらは硝酸及び硫酸に酸化分解され
ることになる。最終的に、酸化チタンの表面に付着した
分解産物を水などを用いて洗い流すことにより完全に汚
染因子が除去されることになる。
【００１０】以上の通り、光触媒を用いて大気の浄化を
行うことにより、従来のフィルタなどによる浄化方法と
は異なり汚染因子を根本的に分解し除去することが可能
となる。
【００１１】近年では、この光触媒は、上水道中に微量
に含まれる毒性物資である有機ハロゲン化合物の分解に
も応用することができることが明らかになっている（久
永ら、ＤＥＮＮＫＩ ＫＡＧＡＫＵ ｖｏｌ．６０，ｐ
１０７−１１１）。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、この
光触媒酸化チタンを用いて環境を浄化する方法は、浄化
手段として有効であるが、この浄化方法は光が十分に得
られる条件下で行われることが必要になるため、浄化で
きる環境要素または浄化可能な量などにおいて種々の制
限がある。
【００１３】すなわち、光触媒の場合、原則的には光が
透過できる環境要素や浄化対象物に限られることにな
る。従って、光の透過を遮るような浄化対象物、例えば
汚濁した湖沼などを大量に浄化する場合には適さないこ
とになる。
【００１４】また、上述したように大気の浄化を行う場
合には、その処理量を上げるために酸化チタンを建築材
料などに塗布することが有効であるが、この場合光源と
して太陽光を利用することになる。この太陽光は、無償
で大量の光源が得られるという利点を有する一方、この
光は常に得られるものではなく日中に限られ、また、こ
の日中においても天候などに左右されることになる。ま
た、太陽光に代えて紫外線ランプなどの人口の光源を利
用する場合には、浄化処理を行う費用が莫大となり現実
性に欠けることになる。
【００１５】一方、近年、この酸化チタンは、光照射だ
けでなく放射線照射により酸化還元触媒として作用する
ことが明らかになった（特許０１８４２１０２号、特開
平２−９５４４０号公報、特開平８−１８４６８９号公
報、特開平８−１８３６０２号公報）。
【００１６】そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなさ
れたものであり、その目的は、放射線を利用し、湖沼や
大気などの幅広い環境要素を大量に浄化処理できる環境
浄化体、環境浄化方法及び環境浄化装置を提供すること
である。
【００１７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の環境浄化体は、環境要素中の汚染物質を分
解して環境を浄化するための環境浄化体であって、放射
線を発する内部線源層と、前記内部線源層を被覆し、前
記内部線源層からの放射線を受けて前記汚染物質を分解
する活性種を生成する外部触媒層と、を備えたことを特
徴とする。
【００１８】上記発明によれば、外部触媒層は、内部線
源層からの放射線を受けて前記汚染物質を分解する活性
種を生成する。ここで、生成された活性種には、外部触
媒層で形成される電子正孔対の正孔や、この正孔により
周囲の水分子等が酸化されて形成される水酸化ラジカル
等が含まれる。これら活性種は、強い酸化力を有し、こ
の酸化力により汚染物質は酸化分解され、環境要素から
除去される。
【００１９】従って、上記の通り構成された環境浄化体
を環境要素と混合することにより、環境要素中の汚染物
質が除去され、環境要素が浄化されることになる。
【００２０】本発明において、前記外部線源層として
は、上述したように放射線照射を受けて電子正孔対を形
成し得るもの、すなわち、放射線照射により価電帯と伝
導帯との間に所定のバンドギャップを越えて励起し得る
ものから構成することができる。具体的には、前記外部
線源層として、半導体を利用することが好ましく、特
に、酸等に対して安定な酸化チタン（ＴｉＯ2）が好ま
しい。従って、酸化チタンを用いた場合には、ＮＯX や
有機物質等の汚染物質を酸化分解した際に形成される硝
酸等の酸性物質により腐食することがなく、環境浄化体
を長期に堅牢な状態に維持することができる。
【００２１】なお、本発明においては、通常、紫外線で
は電子正孔対を形成し得ない絶縁体でも、放射線のよう
に高いエネルギーを受けて電子正孔対を形成し得る場合
には、前記外部触媒層として使用することができる。こ
の絶縁体として、具体的には、ガラスセラミック（結晶
化ガラス）等を利用することができる。
【００２２】前記環境浄化体の線源層としては、α線、
β線またはγ線のいずれかを発するものでもよい。例え
ば、α線核種としてアメリシウム（Ａｍ）-２４１等が
挙げられる。また、β線核種としては、ストロンチウム
（Ｓｒ）-９０等が挙げられる。また、γ線核種として
は、セシウム（Ｃｓ）-１３７等が挙げられる。
【００２３】これら核種を用いた場合には、これら核種
を、例えば、ガラス等と混同し固化させ、これを内部線
源層として、その周囲に外部触媒層を被覆することによ
り浄化体を構成することができる。
【００２４】また、線源層として、再処理施設などから
の高レベル放射性廃棄物のガラス固化体を利用すること
が好ましい。再処理施設などからの高レベル放射性廃棄
物は、通常、ガラス固化体とした後、減衰させるために
地下に貯蔵される。すなわち、この高レベル放射性廃棄
物は、廃棄された後は通常は使用されていなかった。
【００２５】しかし、この再処理施設からの高レベル放
射性廃棄物中に本発明の環境浄化体に使用し得る放射線
各種、例えば、上述したＡｍ-２４１やセシウムＣｓ-１
３７等が含有している。そのため、この高レベル放射性
廃棄物を本発明に利用することにより、環境要素浄化を
行うとともに、従来利用されていなかった高レベル放射
性廃棄物の有効利用を図ることができる。
【００２６】本発明の他の環境浄化体は、環境要素中の
汚染物質を分解して環境を浄化するための環境浄化体で
あって、放射線を受けて前記汚染物質を分解する活性種
を生成する触媒物質を少なくとも表面に備え、前記触媒
物質の構成要素として少なくとも一種類の放射性同位元
素を含むことを特徴とする。
【００２７】上記構成によれば、触媒物質の構成要素と
して放射性同位元素が含まれているため、この放射性同
位元素からの放射線を受けて触媒物質が活性種を生成す
る。この活性種は、上記した活性種と同様であり、電子
正孔対の正孔やこの正孔により周囲の水分子等が酸化さ
れて形成される水酸化ラジカル等が含まれる。これら活
性種は、いずれも強い酸化力を有し、この強い酸化力に
より汚染物質は酸化分解され、環境要素から除去され
る。
【００２８】従って、上記の通り構成された環境浄化体
を環境要素と混合することにより、環境要素中の汚染物
質が除去され、環境要素が浄化されることになる。
【００２９】上記触媒物質としては、例えば、90ＳｒＴ
ｉＯ3を利用することができる。
【００３０】上記環境浄化体を構成する場合、少なくと
も周囲の環境要素と接触する表面に触媒物質を備えてい
ればよく、触媒物質単独で構成しても、また、強度を有
する支持体の表面に触媒物質を被覆して構成してもよ
い。
【００３１】本発明の環境浄化装置は、環境要素中の汚
染物質を分解して環境を浄化する環境浄化装置であっ
て、注入された環境要素に含まれる汚染物質を分解する
ための浄化槽と、前記浄化槽の外部に設け、放射線を浄
化槽に対して発する外部線源と、を備え、前記浄化槽内
には、外部線源からの放射線を受けて前記汚染物質を分
解する活性種を生成する触媒物質を表面に備えた環境浄
化体が充填されていることを特徴とする。
【００３２】上記構成によれば、浄化槽内に汚染物質を
含む環境要素を注入した状態で、外部線源から浄化槽に
対して放射線を照射することにより、浄化槽内の環境浄
化体が上述した活性種を形成し、汚染物質を酸化分解し
て、環境要素を浄化する。
【００３３】従って、上記の通り構成された環境浄化装
置に環境要素を注入することにより、浄化槽内で環境要
素中の汚染物質が除去され、環境要素が浄化されること
になる。
【００３４】本発明において、環境浄化体に備えられた
触媒物質は、上述したように放射線照射を受けて電子正
孔対を形成し得るもの、すなわち、放射線照射により価
電子帯の電子が所定のバンドギャップを越えて伝導帯に
励起し得るものから構成することができる。具体的に
は、前記触媒物質として、半導体を利用することが好ま
しく、特に、酸等に対して安定な酸化チタン（Ｔｉ
Ｏ2）を好適に利用できる。
【００３５】なお、本発明において、ガラスセラミック
（結晶化ガラス）のような絶縁体をも利用することもで
きる。
【００３６】一方、前記外部線源としては、α線、β
線、γ線またはＸ線のいずれかを発するものを使用する
ことができる。ここで、α線核種、β線核種、γ線核種
としては、上述したアメリシウム（Ａｍ）-２４１等、
ストロンチウム（Ｓｒ）-９０等、セシウム（Ｃｓ）-１
３７等をそれぞれ使用することができる。また、Ｘ線を
外部線源とする場合には、任意のＸ線照射装置を利用す
ることができる。
【００３７】これら外部線源を設置する際には、好まし
くは浄化槽内部に均質に放射線が照射されることが好ま
しい。例えば、γ線核種を外部線源として利用する場合
には、浄化槽を覆うカバー等にこれら核種のいずれかを
含有させることにより、浄化槽内に均質に放射線が照射
されることになる。
【００３８】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
面を用いて示す。
【００３９】[第一の実施の形態]第一の実施の形態の浄
化体を図１に示す。
【００４０】浄化体３８は、内部に放射線を放出する線
源層４０が設けられ、その外側には該線源層４０を包み
込む中間層４４が設けられている。この中間層４４の周
囲には、中間層４４を透過した放射線により電子正孔対
を形成する外部触媒層４２が被覆するように設けられて
いる。
【００４１】この浄化体３８は、表面積を高め、かつ、
加工を容易にするために粒状に構成することが望まし
い。しかし、使用目的、使用環境等に応じて、板形状、
ハニカム形状等の任意の形状に構成することもでき、ま
た、中空フィルターとして構成することもできる。
【００４２】前記線源層４０に包含される放射線源とし
て、α線核種、β線核種、γ線核種のいずれかを単独で
または組合わせて用いることができる。例えば、α線核
種としてＡｍ-２４１等が挙げられる。また、β線核種
としては、Ｓｒ-９０等が挙げられる。さらに、γ線核
種としては、Ｃｓ-１３７等が挙げられる。これら線源
は、ガラス等を用いて密封固化された後、必要であれば
所定の形状に整えられて、線源層４０として使用され
る。
【００４３】また、これら放射線源は、例えば、再処理
施設からの高レベル放射性廃棄物中に大量に含まれてい
ることから、この高レベル放射性廃棄物を放射線源とし
て利用することもできる。この高レベル放射性廃棄物
は、通常、その後使用されることなく、ガラスを用いて
固化体として金属容器などに封入された後、減衰させる
ために地下に貯蔵されている。従って、この高レベル放
射性廃棄物のガラス固化体を本実施の形態の線源層４０
に用いることにより、高レベル放射性廃棄物を有効に利
用することができるとともに、減衰用の地下スペースを
節約することもできる。
【００４４】なお、この線源層は、高レベル放射性廃棄
物に限らず、高レベルに至らない放射性廃棄物を濃縮
し、これを固化体として前記線源層４０として利用する
こともできる。
【００４５】前記中間層４４は、線源層４０と外部触媒
層４２との直接接触を防止するために設けられている。
具体的には、この中間層４４は、例えば線源層４０がガ
ラス固化体から構成されている場合ガラス体のＮａなど
の含有物が触媒層を劣化させることを防止する。また線
源が触媒層に漏出することを防止する。この目的を達成
するために、中間層４４は、例えば、銅のような安定な
金属を利用することができる。
【００４６】触媒層４２は、電子正孔対（ｅ-−ｈ+）が
生成される材質、即ち、放射線照射により価電帯の電子
が、バンドギャップを越えて伝導体に励起し得る材質を
用いて構成する。即ち、この材質として、半導体を好適
に利用することができる。半導体は、紫外線や放射線の
照射により価電帯の電子は比較的大きなバンドギャップ
（３〜４ｅＶ程度のバンドギャップ）を越えて伝導帯に
励起し、電子正孔対が生成される。ここで生成された正
孔は、強い酸化力を有し、この酸化力により、環境中の
有機物質などの汚染物質を直接酸化分解する。または、
前記正孔が周囲の水分子などを酸化分解して、ＯＨラジ
カルなどの活性酸化体を生成し、この活性酸化体が汚染
物質を酸化分解する。
【００４７】上記酸化分解により、有機有害物質等は例
えば、硫酸、硝酸、などの酸性物質が生成されるため、
好ましくは、前記触媒層として、酸等に耐性な酸化チタ
ン（ＴｉＯ2）などを用いることが好ましい。酸化チタ
ンのように酸に耐性な材質を採用することにより、外部
触媒層４２は腐食することがなく、長期に堅牢な状態を
維持することができる。
【００４８】外部触媒層４２を中間層に被覆する場合に
は、その厚みを薄くすることが望ましい。具体的には、
外部触媒層４２の厚みを、例えば、約１０μｍとする。
この外部触媒層による汚染物質の酸化分解反応は、電子
正孔対が形成されている触媒分子と汚染物質とが接触す
ることにより生じる。または、電子正孔対が形成されて
いる触媒分子と周囲の水分子とが接触してＯＨラジカル
等の活性酸化体が生成され、この活性酸化体を介して汚
染物質が分解される。すなわち、汚染物質を効率的に分
解するためには、外部触媒層の表面付近において効率的
に電子正孔対が形成される必要がある。そのため、上記
の通り、外部触媒層の厚みを薄くすることにより、外部
触媒層の表面付近における電子正孔対の形成頻度を高め
ることができる。その結果、汚染物質の分解浄化効率を
高めることができる。
【００４９】なお、上記外部触媒層として、ガラスセラ
ミック（結晶化ガラス）のように絶縁体に分類されるも
のも使用することができる。すなわち、実施の形態で
は、高いエネルギーを有する放射線を用いているため、
従来の紫外光ではバンドギャップを越えて、励起し得な
い絶縁体でも、電子正孔対を形成させることが可能とな
る。
【００５０】上記の通り構成された環境浄化体３８を用
いて、環境要素を浄化する場合には、任意の浄化槽、例
えば、図２に示すようなカラム状の浄化槽２６に前記浄
化体３８を充填して使用することができる。
【００５１】カラム２６内に充填された環境浄化体３８
では、内部の線源層４０からの放射線により外部触媒層
４２において多数の電子正孔対が形成されている。この
ようにカラム内の各環境浄化体３８において多数の電子
正孔対が形成されている状態で、カラム内に廃液や排気
ガスなどの汚染物質を含む環境要素が注入される。この
環境要素に含まれる汚染物質は、環境浄化体３８の電子
正孔対の正孔の酸化力により、または、正孔により酸化
され生成されたＯＨラジカル等の活性酸化体により、有
機有害物質は二酸化炭素等にまで酸化分解されて除去さ
れる。よって、汚染物質が除去された浄化済み環境要素
がカラムから排出されることになる。
【００５２】[第二の実施の形態]上記第一の実施形態で
は、放射線を放出する線源層と放射線照射により電子正
孔対を形成する触媒層とが別々の層として設けられてい
たが、本実施の形態では、同一の層に放射線を放出する
線源と放射線照射により電子正孔対を形成する触媒物質
とが包含されている。
【００５３】図３に本実施の形態の浄化体４５を示す。
この浄化体４５は、内部の支持層４６の表面に触媒機能
と放射線源とを兼ね備えた放射性触媒層４７が設けられ
ている。この放射性触媒層４７は、放射線源を含む触媒
物質から構成されている。
【００５４】ここで放射線源としては、上述した第一の
実施の形態と同様に、α線核種、β線核種、γ線核種の
いずれを用いることもできる。例えば、β線核種として
は、Ｓｒ-９０等が挙げられ、このＳｒ-９０を含む触媒
物質としては90ＳｒＴｉＯ3が挙げられる。
【００５５】また、支持層４６は、放射性触媒層４７を
支持可能な材質から構成すればよく、具体的には、ガラ
ス等から構成することができる。なお、放射性触媒層４
７単独で構成することもできるが、浄化体４５に強度を
持たせ、また、安価に構成するためには、支持層４６を
設けることが望ましい。
【００５６】ここで構成された浄化体４５は、上述した
第一の実施の形態におけるカラム２６に充填し、同様に
環境要素の浄化に使用することができる。
【００５７】本実施の形態では、支持層と放射性触媒層
とからなり、第一の実施の形態の浄化体に比して、簡便
な構成で同様の効果を得ることができる。
【００５８】なお、前記浄化体４５は、放射性触媒層４
７の周囲をさらに酸化チタンなどの触媒層で被覆し、放
射性触媒層４７を密閉することもできる。このように触
媒層により放射性触媒層４７を被覆密閉することによ
り、環境要素と線源との直接接触を防止することができ
る。
【００５９】[第３の実施の形態]図４には、環境浄化装
置５０の概略図を示す。
【００６０】この環境浄化装置５０は、浄化槽であるカ
ラム５２が設けられ、その周囲には、放射線源を含有す
るカラム内に放射線を照射する外筒５４とが備えられて
いる。
【００６１】前記カラム５２は、例えば、ＳＵＳなどの
放射線を透過する材質から構成されて、その内部には、
浄化体５６が充填されている。この浄化体５６は、図４
に示す通り、ガラスからなる支持層５８の表面に触媒層
６０が被覆されている。
【００６２】この触媒層６０は、第一の実施の形態と同
様に、放射線照射を受けて電子正孔対を形成する触媒物
質から構成されいる。すなわち、半導体のように、価電
子体と伝導帯との間に３〜４ｅＶ程度のバンドギャップ
を有するものを好適に使用することができ、また、ここ
では高いエネルギーを有する放射線を利用することか
ら、通常紫外光ではバンドギャップを越え励起し得ない
絶縁体も利用することができる。この絶縁体としては、
例えばガラスセラミックを利用することができる。
【００６３】前記半導体として、好適には、酸化チタン
を用いることができる。酸化チタンは、酸等に耐性であ
り、浄化した際に生成される酸性物質により劣化するこ
とがない。
【００６４】外筒５４に含有されている放射線源は、γ
線を放出する線源を好適に使用することができる。この
γ線核種としては、例えばＣｓ−１３７を利用すること
ができる。このＣｓ−１３７は、核燃料廃棄物中に含有
されており、この核燃料廃棄物中に含まれるＣｓ−１３
７を本実施の形態の線源として有効に再利用することが
できる。この核燃料廃棄物中のＣｓ−１３７を再利用す
ることにより、核燃料廃棄物の削減をも図ることができ
る。
【００６５】線源は、外筒５４に均質に包含させて、カ
ラム内の浄化体に均質に放射線を照射するように構成す
ることが好ましい。
【００６６】上記の通り構成された環境浄化装置の作用
について説明する。
【００６７】外筒５４に覆われたカラム５２内の浄化体
５６は、外筒５４から照射される放射線を受ける。放射
線を受けた浄化体５６では、触媒層６０を構成する触媒
物質において電子正孔対が形成される。
【００６８】この状態で、カラムの一端から環境要素が
注入されると、電子正孔対の正孔がその強い酸化力によ
り直接、または、この正孔により酸化されて生成された
酸化体（ラジカル分子）により、環境要素中の汚染物質
が酸化分解される。
【００６９】従って、このカラム中を通過することによ
り、汚染物質は分解除去され、環境要素が浄化されるこ
とになる。
【００７０】なお、本実施の形態では、外部線源を外筒
に設けたが、この構成には限らず、任意の位置に外部線
源を設け、浄化槽内に放射線を照射するように構成する
こともできる。
【００７１】また、この線源としては、γ線に限らず、
Ｘ線などを利用することもできる。Ｘ線を線源として利
用する場合には、任意のＸ線照射装置を外部線源として
浄化槽の外部に設置して、浄化槽へのＸ線照射を実行す
ることができる。このＸ線は、γ線等の線源に比べ、大
量の浄化処理には適していないが、その取扱いは容易で
あるため、少量の浄化処理や、γ線を利用する場合の条
件検討を行う場合に好適に使用することができる。
【００７２】以下に、実施例を用いてより詳細に説明す
るが、本発明は以下の実施例に限定されるものではな
い。
【００７３】［実施例１］図５には、本実施例の環境浄
化システムの全体構成を示す。なお、この実施例は、第
一の実施の形態の浄化体３８を用いて大量の排水を浄化
する場合を示す。
【００７４】図５において環境浄化システム１０は、廃
水を収容する廃水タンク１２と、廃水タンク１２から供
給される廃水の分解除去を行う処理セル室１８と、処理
セル室１８において浄化された浄化水が送りまれる浄化
水タンクから構成されている。
【００７５】前記給廃水タンク１２には、廃水を処理セ
ル室内の浄化槽２６に供給するための供給配管１４の一
端が接続されている。この供給配管１４は、処理セル室
１８の重コンクリートからなる遮蔽壁１６を貫通し、処
理セル室１８内で複数の小管２４に分岐し、この小管２
４が浄化槽２６に接続されている。また、前記供給配管
１４には、その内部を流通する廃水を制御するコック２
０が複数設けられている。また、各小管に接続された浄
化槽２６は、下端から第一、第二、第三浄化槽というよ
うに、上方に向かって直列に複数連結されている。な
お、この浄化槽２６の構成は後に詳述する。
【００７６】この直列連結された浄化槽２６の上端は、
排水小管３２に接続されている。各排水小管の一端は、
すべて排水本管３３に接続され、この排水本管３３は処
理セル室１８の遮蔽壁１６を貫通し、処理セル室１８の
外部の浄化水タンク３４に接続されている。
【００７７】図６には、前記浄化槽２６の一部破断図を
示す。
【００７８】浄化槽２６は、内部に球状の浄化体３８が
充填され、浄化槽２６の上下は、蓋体２７で密封されて
いる。この蓋体２７には、上述した浄化槽２６を直列に
接続するための連結管２８が蓋体２７を貫通して設けら
れている。この連結管２８には、液体の流通を制御する
バルブ２９が備えられている。また、蓋体２７には、こ
の蓋体２７と連結管２８との接続部を補強するために金
属ポーラス隔壁３０が設けられている。
【００７９】前記浄化体３８は図１に示すうように３層
構造から構成されている。すなわち、内部には線源層４
０が設けられ、外周面には触媒層４２が設けられてい
る。そして、この線源層４０と触媒層４２との直接接触
を防止するために中間層４４が設けられている。
【００８０】ここで、線源層４０は核燃料廃棄物のガラ
ス固化体を有効利用して、ガラス固化体を直径約１００
μｍの球状に整形して構成されている。中間層４４は、
放射線を透過可能な材質を厚さ数μｍで線源層を被覆す
ることにより構成されている。触媒層４２は、酸化チタ
ンを用いて１０μｍの厚みで中間層を被覆することによ
り構成されている。
【００８１】次に、上記の通り構成された環境浄化シス
テム１０により、排水を浄化する場合を説明する。
【００８２】まず、浄化したい廃水等を廃水タンク１２
に収容する。廃水タンク１２に収容された廃水は、供給
本管１４のコック２０を開口することにより、供給配管
１４を通り処理セル室１８の内部の小管２４に送り込ま
れる。小管２４に送り込まれた廃水は、浄化槽２６の下
端に注入される。
【００８３】浄化槽２６内の浄化体３８では、線源層４
０からの放射線（ｈν）が中間層４４を通過して触媒層
４２に到達し、これにより触媒層４２の各酸化チタン分
子において電子−正孔対（ｅ- −ｈ+ ）が形成されてい
る。この浄化体３８の触媒層４２上に形成された電子正
孔対の正孔は、浄化槽２６の内部を通過する廃水中の有
機物などの汚染物質と接触してこれを直接酸化分解す
る。または、この電子正孔対の正孔が、周囲の水分子を
酸化してＯ2 - 、Ｏ- 、ＯＨ- などの活性酸化体を形成
し、これを介して汚染物質が酸化分解される。
【００８４】本実施例では、３本の浄化槽２６が直列連
結されていることから、第一浄化槽で除去できず、残存
する汚染物質を第二浄化槽、第三浄化槽において分解除
去することにより、環境要素は完全に浄化されることに
なる。この３本の浄化槽を通過した浄化水は、浄化槽２
６の上端から排水小管３２に送り出され、排水本管３３
を介して浄化水タンク３４に回収される。
【００８５】なお、本実施例は、第一の実施の形態の浄
化体を用いたが、これに代えて第二の実施の形態の浄化
体を用いることもできる。また、本実施例の浄化槽を第
三の実施の形態の環境浄化装置に置換することもでき
る。
【００８６】すなわち、図７に示すように、浄化槽２６
の外部に外部線源、例えば、外筒５４を設けることもで
きる。この場合浄化槽２６の内部の浄化体は、内部線源
層を備えたものでも、また、備えていないものでも任意
に選択して使用することができる。
【００８７】また、上記環境浄化システムは水を浄化す
る場合を示したが、この構成を改変して、空気や土壌の
浄化システムにも利用することができる。空気を浄化す
る場合には上記環境浄化システムに送風機等を設けるこ
とができる。また、土壌を浄化する場合には、土壌を浄
化する場合には、土壌を水に懸濁した上記環境浄化シス
テムに適用する必要がある。
【００８８】［実施例２］次に、上述した環境浄化シス
テム１０を用いてテトラクロロエチレン（ＣＣｌ2 ＝Ｃ
Ｃｌ2 ）を分解除去する例を示す。
【００８９】テトラクロロエチレンは、金属の脱脂洗浄
や農薬の駆虫剤として用いられているが、これは有害物
質であることから、水道水の水質検査の一項目として含
まれ、また公共水域への排出制限も設けられている。
【００９０】厚生省環境衛生局水道環境部長通知（昭和
５９年）によれば、テトラクロロエチレンの水道水の水
質基準は、暫定的に０．０１ｍｇ／Ｌ（０．０１ｐｐ
ｍ；６．０×１０-8）以下とされている。また、公共水
域への排出制限に関する管理目標は、前記水道水の水質
基準の１０倍とされている。
【００９１】そこで、上記環境浄化装置を用いてテトラ
クロロエチレンを分解除去する場合を定量的に示す。
【００９２】（１）分解反応 酸化チタンに放射線照射を行うことにより電子を励起さ
せ、電子−正孔対が形成される。この酸化チタン上で形
成された電子−正孔対が、酸素や水と接触するとＯＨラ
ジカルが形成され、これによりテトラクロロエチレン
（ＣＣｌ2 ＝ＣＣｌ2 ）が酸化分解されて、以下の反応
式に示すように二酸化炭素と塩酸が生じる。
【００９３】
【化１】 ＣＣｌ2 ＝ＣＣｌ2 ＋４ＯＨ- →２ＣＯ2 ＋４ＨＣｌ 以上の通り、有害な有機塩素系物質であるテトラクロロ
エチレンを無機物質の二酸化炭素と塩酸とに分解するこ
と可能となる。
【００９４】（２）分解反応の定量化 １本の浄化槽中に含まれる浄化体の内部線源層、すなわ
ち高放射性廃液のガラス固化体の総体積を１５０ｌとす
る。
【００９５】仮に、この高放射性廃液のガラス固化体か
らの放射線がＣｓ−１３７にのみ由来するものとし、こ
のＣｓ−１３７が１００ＫＣｉ含まれているとする。
【００９６】また、前記Ｃｓ−１３７から放出されるγ
線エネルギーが５００ＫｅＶとすると、以下の計算式
（１）により、１秒間に放出される１本の浄化槽当たり
のエネルギー総量は１．８５×１０21ｅＶとなる。
【００９７】
【数１】 １００×１０×３．７×１０10（／秒）×５００×１０3 （ｅＶ） ＝１．８５×１０21ｅＶ／秒 （１） また、触媒層の一分子の酸化チタン上で電子−正孔対を
形成させるのに必要なエネルギーが５ｅＶとすると、以
下の計算式（２）の通り、一本の浄化槽内で形成される
電子正孔対の総数は６．１５×１０-4ｍｏｌとなる。
【００９８】
【数２】 １．８５×１０21（ｅＶ／秒）／５ｅＶ・６．０２×１０23 ＝６．１５×１０-4ｍｏｌ／秒 （２） また、上述した反応式により、一つの電子−正孔対から
一分子のＯＨ- ラジカルが形成されるとすると、一分子
のテトラクロロエチレン（ＣＣｌ2 ＝ＣＣｌ2）を酸化
分解する場合に４分子の電子−正孔対が必要となる。よ
って、一本の浄化槽において１秒間に分解できるテトラ
クロロエチレンの総量は、電子−正孔対の生成総領の１
／４倍である約１．５４×１０-4ｍｏｌとなる。
【００９９】従って、廃液に含まれるテトラクロロエチ
レンの総量に応じて、浄化槽中に必要な線源層の総量
や、浄化槽の本数などを決定することができる。
【０１００】
【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、大気、土
壌、水などのいかなる環境要素の浄化にも対応すること
ができるとともに、大量の環境要素を浄化処理すること
も可能となる。
【０１０１】さらには、内部線源層に核燃料廃液などの
ガラス固化体を用いることにより、核燃料廃液を有効利
用することが可能となる。このことから、核燃料廃液の
処理問題をも解決する手段を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第一の実施の形態の浄化体の断面図である。
【図２】 第一の実施の形態の浄化体を用いた環境浄化
方法を示す模式図である。
【図３】 第二の実施の形態の浄化体の断面図である。
【図４】 第三の実施の形態の環境浄化装置の断面図で
ある。
【図５】 実施例１の環境浄化システムの全体構成図で
ある。
【図６】 実施例１の環境浄化システムに用いられる浄
化槽の一部破断図である。
【図７】 実施例１の環境浄化システムに用いられる他
の浄化槽の一部破断図である。
【符号の説明】
１０ 環境浄化装置、２６、５２ 浄化槽（カラム）、
３８、４５、５６ 浄化体、４０ 線源層、４２、６０
触媒層、４７ 放射性触媒層、５４ 外筒。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 笹尾 信之 東京都港区赤坂１丁目９番13号 動力炉・ 核燃料開発事業団本社内

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 環境要素中の汚染物質を分解して環境を
    浄化するための環境浄化体であって、 放射線を発する内部線源層と、 前記内部線源層を被覆し、前記内部線源層からの放射線
    を受けて前記汚染物質を分解する活性種を生成する外部
    触媒層と、を備えたことを特徴とする環境浄化体。
  2. 【請求項２】 前記線源層がα線、β線またはγ線のい
    ずれかを発することを特徴とする請求項１に記載の環境
    浄化体。
  3. 【請求項３】 前記線源層が高レベル放射性廃棄物のガ
    ラス固化体から構成されていることを特徴とする請求項
    １に記載の環境浄化体。
  4. 【請求項４】 前記外部触媒層が半導体から構成されて
    いることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の
    環境浄化体。
  5. 【請求項５】 前記半導体が酸化チタンであることを特
    徴とする請求項４に記載の環境浄化体。
  6. 【請求項６】 環境要素中の汚染物質を分解して環境を
    浄化するための環境浄化方法であって、内部線源層と前
    記内部線源層を被覆し前記内部線源層からの放射線を受
    けて活性種を生成する外部触媒層とを備えた環境浄化体
    を環境要素に混合することを特徴とする環境浄化方法。
  7. 【請求項７】 環境要素中の汚染物質を分解して環境を
    浄化するための環境浄化体であって、 放射線を受けて前記汚染物質を分解する活性種を生成す
    る触媒物質を少なくとも表面に備え、 前記触媒物質の構成要素として少なくとも一種類の放射
    性同位元素を含むことを特徴とする環境浄化体。
  8. 【請求項８】 前記触媒物質が90ＳｒＴｉＯ3であるこ
    とを特徴とする請求項７に記載の環境浄化体。
  9. 【請求項９】 環境要素中の汚染物質を分解して環境を
    浄化するための環境浄化方法であって、 構成要素として少なとも一種類の放射性同位元素を含む
    触媒物質であって、該放射性同位元素からの放射線を受
    けて前記汚染物質を分解する活性種を生成する触媒物質
    からなる環境浄化体を環境要素と混合することを特徴と
    する環境浄化方法。
  10. 【請求項１０】 環境要素中の汚染物質を分解して環境
    を浄化する環境浄化装置であって、 注入された環境要素に含まれる汚染物質を分解するため
    の浄化槽と、 前記浄化槽の外部に設け、放射線を浄化槽に対して発す
    る外部線源と、を備え、 前記浄化槽内には、外部線源からの放射線を受けて前記
    汚染物質を分解する活性種を生成する触媒物質を表面に
    備えた環境浄化体が充填されていることを特徴とする環
    境浄化装置。
  11. 【請求項１１】 前記外部線源が、α線、β線、γ線ま
    たはＸ線のいずれかを発することを特徴とする請求項１
    ０に記載の環境浄化装置。
  12. 【請求項１２】 前記触媒物質が半導体であることを特
    徴とする請求項１０または１１に記載の環境浄化装置。
  13. 【請求項１３】 前記半導体が酸化チタンであることを
    特徴とする請求項１２に記載の環境浄化装置。
  14. 【請求項１４】 環境要素中の汚染物質を分解して環境
    を浄化する触媒物質を少なくとも表面に備えた環境浄化
    方法であって、 放射線を受けて前記汚染物質を分解する活性種を生成す
    る触媒物質を表面に備えた環境浄化体に外部から放射線
    を照射しながら、該環境浄化体と環境要素とを混合する
    ことを特徴とする環境浄化方法。
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