JPH1133357A - 光触媒反応装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光触媒反応装置内に光触媒担持体を高密度に
配置することができ、光触媒反応装置において集光、光
伝送、照射等のシステムを特に必要とせず、光触媒表面
における反応効率を高め、且つ光供給を効率よくできる
ガス中の汚染物質を光触媒反応により効率良く浄化する
光触媒反応装置を提供する。 【解決手段】 ガス導入部１とガス排出部６を有する反
応槽２の中に光触媒を担持した平板状光散乱体３を複数
個高密度に配置する。平板状光散乱体３は、一端部に光
源４から照射された光を内部に入射させるための受光部
９が形成され、受光部９以外の面から外部へ光を散乱す
ることができ、且つ受光部９以外の表面に光触媒を担持
したものである。平板状光散乱体３の反応槽２の配置
は、光源４から照射された光を受光部９から平板状光散
乱体３の内部に直接入射可能なように、光源４と平板状
光散乱体３の位置を決定することにより、例えば、光源
４に平板状光散乱体３の受光部９を向かい合わせるよう
に配置することにより、反応槽２の中に平板状光散乱体
３を高密度に配置可能とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光触媒反応により
ガス中の汚染物質や浮遊菌などを分解、無害化或いは殺
菌する光触媒反応装置に関する。特に近年、問題となっ
ている有機塩素系化合物などを含むガスの処理に関し、
ガスを光触媒に接触させ、これに紫外光を照射すること
により、ガス中の汚染物質を光触媒反応により分解し
て、ガスを浄化するための光触媒反応装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】二酸化チタンのような光触媒に紫外光を
照射して、触媒表面に生じる酸化力や還元力によりガス
や水に含まれる有害物質を分解し、無害化しようとする
試みが多くなされている。しかし、光触媒を用いたガス
の無害化技術の実用化にはまだ以下に述べる多くの問題
が残されている。

【０００３】光触媒反応の大きな特徴は、固体表面反応
であり、且つ光反応であることである。この特徴のた
め、光触媒反応が起こるためには、被反応物が光触媒表
面に存在することが必要であり、その存在部分に光が供
給されていなければ、光触媒反応は進行しない。この光
触媒反応の特徴は、光触媒を排ガス処理などの環境浄化
への応用を考えたとき、固体表面反応に由来する反応効
率の低さ、及び光供給の効率の低さに由来する反応効率
の低さが大きな問題となる。これらの問題は、光触媒反
応の実用化を妨げている原因の一つとなっている。

【０００４】光触媒は微細な粉体であるほど比表面積が
大きく、触媒活性が高い傾向にある。例えば、微粒子の
光触媒を積層して、その中にガスを流し、ガスと光触媒
を接触させることは容易であるが、光は光触媒の表面に
のみ到達し、積層した光触媒内部には浸透しないため、
光触媒積層内部では光触媒反応は起こらない。つまり、
光触媒反応のエネルギー源である光を効率良く供給する
ことが難しいという問題点がある。

【０００５】特開平５−１４６６７１号公報には、光利
用効率を高めるため、光触媒を樹脂に固定化させた担持
体を用いて、これに光を照射する光反応処理法が示され
ている。しかしながら、該光反応処理法では、光触媒担
持体へ光を供給する手段として光源を担持体の近傍に置
く必要があり、光源設置スペースがデッドスペースにな
り反応槽の容積効率を低くする原因となる。また、光触
媒担持体を高密度に配置することが難しく、単位反応槽
容積あたりの反応表面積が小さいという欠点を有する。

【０００６】特開平５−１５４３８７号公報には、光触
媒を担持した高分子薄膜の壁を持つ多角形のセルの集合
体を反応容器に形成し、他端に集光部を設けた光ファイ
バを高分子薄膜で隔てた各セルに装填して、各セル内に
光を導くことで、光利用効率を高める方法が示されてい
る。しかし、光ファイバにより光を光触媒表面に供給す
る方法は、光ファイバへ光を集光させる場合に集光ロス
が大きく、また光ファイバを用いた集光、光伝送、照射
からなる光供給システムは、構造が複雑で製作に困難を
伴うとともに、大きなコストがかかるという問題を有し
ている。

【０００７】特開平８−３３９８３７号公報には、光触
媒を被着した透明基板を光の入射方向に対して斜めに配
置し、光触媒が被着されている面に対して光を透過さ
せ、且つ該透明基板において反射してきた光を、面対象
に配置したもう一方の斜めに配置された光触媒を被着し
た透明基板に透過させることによって、全体的に光の利
用率を高めた光触媒反応装置が示されている。しかしな
がら、該光触媒反応装置において、光触媒が被着された
透明基板を高密度に配置するために、透明基板の数を増
やせば、斜めに配置された透明基盤の角度を小さくせざ
るを得ず、そのために反射してきた光をもう一方の透明
基板に有効に透過させることができなくなるという問題
がある。

【０００８】特開平８−３０９２０２号公報には、曇り
ガラス等の、表面に微細な凹凸が形成された基材上に光
触媒を担持させることにより、担持面積当たりの光触媒
の表面積を大きくし、しかも光散乱する光触媒担体が示
されている。しかしながら、該公報には、光触媒担持体
が示されているだけであり、該光触媒担持体への光の供
給手段や、該光触媒担持体を利用した光触媒反応装置に
ついては何も示されていない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】光触媒反応装置内に光
触媒担持体を高密度に配置することができ、集光、光伝
送、照射等の総合的システムを特に必要とせず、光触媒
表面における反応効率を高め、且つ光供給を効率よくで
きるガス中の汚染物質を光触媒反応により効率良く浄化
する光触媒反応装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記した問題点を解決す
るために、本発明の汚染物質を分解、無害化することが
できる光触媒反応装置は、一端部に光源から照射された
光を内部に入射させるための受光部が形成され、受光部
以外の面から外部へ光を散乱することができ、且つ受光
部以外の表面に光触媒を担持した光散乱体を、ガス導入
部とガス排出部を有する反応槽の中に複数個配置し、該
光散乱体の該反応槽の配置は、該光源から照射された光
を該受光部から該光散乱体の内部に直接入射可能なよう
に、該光源と該光散乱体の位置を決定することにより、
反応槽の中に該光散乱体を密に配置可能としたことを特
徴とする。

【００１１】前記光源と前記光散乱体の配置は、光散乱
体の受光部を光源に向けて配置させることが好ましい。

【００１２】前記受光部は、光源からの直接光および散
乱光を直接受け入れることができる。前記光散乱体の形
状は、平板状であることが望ましい。

【００１３】本発明の光触媒反応装置に適用する光源
は、人工紫外光或いは太陽光が好ましく使用できる。人
工紫外光が配置の利便性の点で有利であるが、太陽光を
光ダクトにより導入して、光散乱体の受光部に直接、照
射することにより、光エネルギー供給に必要なコストを
大幅に削減できる。

【００１４】本発明の光触媒反応装置を汚染物質を含む
ガスに対して適用した場合、光散乱体の表面に担持した
光触媒は、該光散乱体内部から光を照射することが可能
であり、担持した光触媒に常に光を供給することができ
るため、ガス中の汚染物質が光触媒表面に拡散到達する
と同時に光触媒反応により酸化分解されるので、反応効
率を高めることができる。

【００１５】光触媒を担持している光散乱体において
は、光散乱体の内部から放射される光は、光散乱体と接
触している光触媒に受光されるとともに、光触媒の粒子
間から漏れた散乱光についても隣接する光散乱体に担持
した光触媒に当たることになるので、放射された光が光
触媒の光反応に有効に寄与することになる。

【００１６】本発明の光触媒反応装置は、光散乱体の端
部である受光部から入射した光を、受光部以外の面から
放射することができるので、光触媒を被覆した部分の比
表面積を大きくすることができる。即ち、本発明の光触
媒反応装置は、光散乱体の端部から直接、光源からの光
を入射しているので、光源と光散乱体の配置を考慮する
ことにより、例えば、光触媒を担持した光散乱体の端部
を光源と向き合うように配置することにより、光触媒を
担持した光散乱体の長手方向が並列するように光触媒反
応装置内に高密度に配置することが可能となる。したが
って、光散乱体を反応槽内に密に充填配置することによ
り、光触媒の比表面積（単位反応槽容積あたりの担持し
た光触媒の表面積）を大きくできるため、光の有効照射
面積を増大させることができ、ガス中の汚染物質の光触
媒表面への拡散到達の頻度が大きくなり、反応効率を高
めることができる。

【００１７】また、光源を、光散乱体の受光部に光を直
接、照射できるように配置することで、光源からの光が
効率良く光散乱体の受光部に入る。本発明の光触媒反応
装置は、光ファイバなどにより光を光散乱体に導入する
ための、集光、光伝送、照射からなる光供給システムを
必要としないので、光供給の低コスト化が図れる。ま
た、光ファイバにより光を導入する場合のように、光フ
ァイバに集光するときの光損失がなくなるというメリッ
トがある。

【００１８】光散乱体の表面に担持させることができる
光触媒には、二酸化チタン、酸化亜鉛、三酸化タングス
テン、或いはそれらの触媒に白金、パラジウム、酸化鉄
などを担持させたものなどの公知の光触媒が使用でき、
そのうち、安定性、価格、毒性を考慮すると二酸化チタ
ンが最も好ましい。

【００１９】以上のように、本発明の光触媒反応装置は
光触媒を表面に担持した光散乱体を用い、受光部から入
射した光が担持した光触媒を通して、光散乱体の内部よ
り散乱放射されることにより、隣接する光散乱体に担持
した光触媒も含め光触媒に常時、光を供給できること、
光散乱体の受光部を光源からの照射光が直接入るように
配置し、更に光散乱体を反応槽中に密に配置して、光源
から受光部に直接、光を照射することで、光触媒の比表
面積を大きくすることができ、触媒表面への被分解物の
拡散到達、光の有効照射を可能にした。

【００２０】

【発明の実施の形態】本発明の実施の態様を図面に基づ
き説明する。図１は、本発明による光触媒反応装置の全
体概要の一例を示した図である。図２は、図１のＡ〜Ａ
断面である。また図３は光触媒を担持した光散乱体の一
例を示した図である。図中１はガス導入部、２は反応
槽、３は反応槽２に配置された平板状光散乱体、４は光
源である。平板状光散乱体３は、その一方の端部に光入
射のための受光部９を有し、該受光部９から入った光を
受光部９以外の平板状光散乱体３の表面全体から散乱放
射できる構造体であり、更に該構造体の受光部９以外の
表面に薄膜状光触媒７を担持したものである。

【００２１】薄膜状光触媒７を表面に担持した平板状光
散乱体３は、図１に示される例のように、受光部９を光
源４に向けて、反応槽２内に密に配置されている。受光
部９に入射した光源４からの紫外光５は、平板状光散乱
体３内部から薄膜状光触媒７を透過して、平板状光散乱
体３の表面全体から散乱光１０として散乱放射される。
このとき薄膜状光触媒７は紫外光により活性化される
が、常時、紫外光５が供給されているので、活性化状態
つまり強い酸化力を持続することができる。

【００２２】更に、薄膜状光触媒７の活性化に寄与せず
通過した散乱光１０は隣接する平板状光散乱体３の表面
に担持された薄膜状光触媒７に到達し、該薄膜状光触媒
７を活性化して有効に利用できる。

【００２３】ガス導入部１から反応槽２に入ったガス
は、配置された平板状光散乱体３の間を通過して行く
が、平板状光散乱体３が密に配置されているため、平板
状光散乱体３の表面に担持されている薄膜状光触媒７に
接する頻度が大きい。ガス中の汚染物質１１は、反応槽
２内に密に配置された平板状光散乱体３の表面に到達す
ると、強い酸化力を有する薄膜状光触媒７により酸化分
解される。汚染物質１１が分解され、浄化された処理ガ
スはガス排出部６より排出される。

【００２４】本発明の光触媒反応装置における光源に
は、４００ｎｍ以下の波長を有する紫外光が得られる人
工光源などが好適に使用される。光源にはブラックライ
ト、ハロゲンランプなどが使用可能であるが、太陽光を
光ダクトにより反応槽に導いて使用することにより、光
供給エネルギーを大幅に低減できる。なお、本発明では
光源を特に限定するものではない。

【００２５】本発明の光反応触媒装置における平板状光
散乱体には、例えば、特開平８−２６２２３２号公報に
記載の光散乱体が利用できる。該公報に記載の光散乱体
は、光散乱面を形成し、端面から入射された光を透明板
全体から均一に散乱放射できる構成となったものであ
る。すなわち、透明板全体から均一に光を散乱放射させ
るためには、例えば、次の〜の手段を採用すること
ができる。

【００２６】透明板に形成する光散乱面の性質を変化
させる。例えば、光散乱面を砂スリ面とする場合であれ
ば、砂目の粗さを連続的あるいは段階的に変化させて散
乱係数（光散乱能力）を変える。

【００２７】透明板に形成する光散乱面を、光散乱部
分と平滑部分が混在する状態として、光散乱部分の割合
を連続的あるいは段階的に変化させる。例えば、透明板
の表面に穴のあいたマスクをかけてから研磨砂を吹き付
けたり、あるいは白色塗料を塗るといった方法をとれ
ば、容易に所望の光散乱部分のパターンをつくることが
できる。この方法は、前記の方法に比べ比較的簡単に
実施することができる利点がある。

【００２８】前記の光散乱能力を変化させる方法
は、光源からの距離に応じて、光散乱部分のストライプ
幅を次第に増加させると同時に平滑部分のストライプ幅
を次第に減少させてもよく、また光源からの距離に応じ
て、光散乱部分の円形パターンの面積を次第に増加させ
ると同時に、相対的に平滑部分の面積を次第に減少させ
ることもできる。

【００２９】また、本発明による平板状光散乱体は、一
方の端面がそのまま光入射が可能な受光部となってお
り、集光レンズを備えるなどの集光機能を持たない構造
であるので、直接光及び散乱光の両方を同時に入射でき
る機能を有する。

【００３０】本発明における平板状光散乱体の材質は、
紫外光の透過性が高い石英ガラスが好ましいが、紫外光
を透過する材質であれば良く、石英ガラスに限られるも
のではない。また、一端部から光を入射でき表面全体か
ら入射光を散乱放射できる構造体であれば、前記特開平
８−２６２２３２号公報に記載の光散乱体に限られるも
のではない。

【００３１】本発明における平板状光散乱体３の表面に
担持された光触媒は、好ましくは、二酸化チタンであ
り、該二酸化チタンの担持方法は、塗布法、浸漬法、蒸
着・スパッタリング等の真空法等の公知の種々の手段が
適用できる。例えば、粉末状光触媒をケイ酸アルカリ金
属塩を結着剤として支持体上に固定化させる方法（特開
平８−３１８１６６号公報）や、基板に光触媒を有する
微粒子を塗布し、焼成して固定化する方法（特開平９−
９３９号公報）を用いることができる。また例えば、二
酸化チタン粒子の懸濁液（水溶液）に光散乱体を浸して
持ち上げ、水が滴下したのち、粒子のみが光散乱体に付
着したものを得、これを５００℃以上で焼成すると、粒
子間に間隙のある薄い膜状の触媒層が形成され、これを
繰り返して適度な厚みとしてもよい。

【００３２】

【発明の効果】本発明の光触媒反応装置は、光散乱体の
端部から直接、光源からの光を入射しているので、光源
と光散乱体の配置を考慮、例えば、光散乱体の端部を光
源と向き合うように配置することにより、光触媒反応装
置内に光触媒を担持した光散乱体を長手方向にたてて並
列させることによって、高密度に配置することができ
る。したがって、光散乱体を反応槽内に密に充填配置す
ることにより、光触媒の比表面積（単位反応槽容積あた
りの担持した光触媒の表面積）を大きくすることができ
るため、光の有効照射面積を増大させることができ、ガ
ス中の汚染物質の光触媒表面への拡散到達の頻度が大き
くなり、反応効率を高めることができる。

【００３３】本発明の光触媒反応装置は、集光、光伝
送、照射等のシステムを特に必要としない。

【００３４】本発明の光触媒反応装置を汚染物質を含む
ガスに対して適用した場合、光散乱体の表面に担持した
光触媒は、該光散乱体内部から光を照射することが可能
であり、担持した光触媒に常に光を供給することができ
るため、ガス中の汚染物質が光触媒表面に拡散到達する
と同時に光触媒反応により酸化分解されるので、反応効
率を高めることができる。

【００３５】また、本発明によると、従来の光触媒ガス
処理装置に比較して、反応効率が高く、装置のコンパク
ト化、運転コストの低減ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による光触媒反応装置の全体概要の一例
を示す概念図である。

【図２】図１のＡ〜Ａ断面を示す。

【図３】光触媒を薄膜状に担持した本発明の平板状光散
乱体の一例を示す。

【符号の説明】

１ ガス導入部 ２ 反応槽 ３ 平板状光散乱体 ４ 光源 ５ 紫外光 ６ ガス排出部 ７ 薄膜状光触媒 ８ 反射板 ９ 受光部 １０ 散乱光 １１ 汚染物質

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一端部に光源から照射された光を内部に
   入射させるための受光部が形成され、受光部以外の面か
   ら外部へ光を散乱することができ、且つ受光部以外の表
   面に光触媒を担持した光散乱体を、ガス導入部とガス排
   出部を有する反応槽の中に複数個配置し、 該光散乱体の該反応槽の配置は、該光源から照射された
   光を該受光部から該光散乱体の内部に直接入射可能なよ
   うに、該光源と該光散乱体の配置を決定することによ
   り、反応槽の中に該光散乱体を密に配置可能としたこと
   を特徴とするガス中の汚染物質を分解、無害化すること
   ができる光触媒反応装置。
2. 【請求項２】 前記光源と前記光散乱体の配置は、光散
   乱体の受光部を光源に向けて配置したものである請求項
   １記載の光触媒反応装置。
3. 【請求項３】 前記受光部は、光源からの直接光および
   散乱光を直接受け入れることができるものである請求項
   １記載の光触媒反応装置。
4. 【請求項４】 前記光散乱体の形状は、平板状であるこ
   とを特徴とする請求項１記載の光触媒反応装置。
5. 【請求項５】 前記光源は、人工紫外光或いは太陽光で
   ある請求項１記載の光触媒反応装置。