JPS60187322A - 廃棄物の浄化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、環境汚染物質等の廃棄物中の有害物質を太陽
エネルギー等の光エネルギーとその光エネルギーに対応
して活性化する光触媒とを利用して分解することにより
、上記廃棄物を浄化する方法に関する。

各種工場から排出される廃液、廃ガスあるいは自動車等
の内燃機関等から排出される排気ガス等の廃棄物中には
、環境汚染物質、爆発性蒸発物質。

悪臭物質等の人体及び環境に悪影響を及ぼす有害物質が
含まれている。

これら有害物質を分解除去して、廃棄物を浄化する方法
は、従来から種々考えられており９例えば、（１）廃棄
物を水、酸、アＩレヵリ、あるいは薬液によシ洗浄する
方法、（２）廃棄物中の有害物質を活性炭、イオン交換
樹脂等にょシ吸着・除去する方法、（３）廃棄物を直接
燃焼あるいは触媒燃焼によシ除去する方法、（４）廃棄
物中の有害物質をオゾン。塩素１次亜塩素酸ナトリウム
、過マンガン酸カリウム等を用いて酸化する方法等が知
られている。

しかし、これら従来の浄化方法では、処理工程での燃料
費、電力費、処理液等のランニングコストが高くつき、
処理装置・設備も複雑化、大型化する必要があシ、また
。前処理、後処理の煩わしさが大きく９種々の問題が存
在する。更に、処理する廃棄物の状態に合わせて浄化方
法を選んでいるのが現状である。

本発明の目的は、上記従来方法の欠点を解消し。

光エネルギーに対応して活性化する光触媒を用いて、廃
棄物中の有害物質を光化学的に分解・除去することによ
シ、経済的に、かつ簡便に廃棄物を浄化する方法を提供
することにある。

すなわち１本発明の廃棄物の浄化方法は、廃棄物中の有
害物質を分解して、廃棄物を浄化する方法において２反
応器内に光触媒と処理すべき廃棄＝　３　＝ 物とを入れると共に該反応器内に光を照射して。

上記有害物質を光化学反応により分解することを特徴と
するものである。

本発明によれば、廃棄物中の各種有害物質を。

光化学的に常温で分解・除去することができ、前記従来
技術のごとき加熱操作等が不要であシ、かつ、太陽光線
のような無尽蔵のエネルギーを光エネルギーとして光照
射に使用することができ、安価に廃棄物を浄化する方法
を提供することができる。

また１本発明の処理工程は９反応器内に光触媒と処理す
べき廃棄物を入れ、光照射するのみであるから、操作及
び装置が非常に簡単であシ、廃棄物中の有害物質を種類
に関係なく９分解・除去することができる。

更に１本発明で用いる光触媒は、酸化触媒等の従来の触
媒に比して、熱劣化及び被毒元素による活性低下が少な
く、長寿命である。

本発明の廃棄物中の有害物質の浄化のメカニズムは明確
ではないが、光触媒が対応する波長の光−４− エネルギーを受けることによシ、以下のような機構で廃
棄物が浄化されると推測される。

光触媒は、光照射により光エネルギーを吸収して励起さ
れることによシ、活性化し、酸化、還元反応を駆動する
ものである。この光触媒には、Ｉ酸化ｆｐ　：ｙｌｊ（
ＴｉＯｔ）、　、ｆ　酸化亜鉛ＭＺ　ｎ　Ｏ）等の固体
光触媒と呼ばれる半導体及びｐテニウムビピリジμ錯体
、ボμフィリン等の分子光触媒と呼はれる化合物が含ま
れる。例えば、光触媒としてｎ型半導体を用いる場合、
第１図の該半導体の電子状態を表わす機構図（図中、ｅ
−は電子、ｐ十は正孔。

ｈＪは光エネルギーを表わす。）に示すように。

該半導体が光エネルギーを受けて励起され、半導体表面
に電子、正孔が、それぞれ伝導帯１の底部。

価電子帯２の上部に存在するようにな９９強い還元、酸
化のエネルギーを保持することになる。この状態におい
て、廃棄物中の有害物質が該半導体表面に接触すると、
半導体の強い還元力、酸化力によシ、有害物質は分解さ
れ、無害物質へ改質されていくと考えられる。また、光
触媒が光エネルギーを吸収しても、励起された電子と正
孔の分離が悪く、再結合して９強い還元力、酸化力を有
さない場合においても吸収した光エネルギーが熱に変換
されて反応を高めることもできると考えられる。

本発明に用いる光触媒は、光の照射によって。

その触媒反応を促進させるものであわ、その種類は限定
されることはないが１例えば酸化チタン（Ｔ１０２　）
　＋酸化鉄（Ｆｅ２０ｍ　）、酸化タングステン（ＷＯ
ｊ　’）　、酸化スズ（８ｎｏ１　）　、酸化ビスマス
（Ｂ　１　ｇｏｚ　）　、酸化ニッケ７ｖ（ＮｉＯ）、
酸化銅（ＯｕｚＯ）。

酸化亜鉛（ＺｎＯ）、チタン酸ストロンチウム（８ｒＴ
ｔＯｓ）、酸化ケイ素（８ｔＯｚ　）　＊硫化モリブデ
ン（ＭｏＳ２）。

ＪＪン化インジウム（ＩｎＰ　）、リン化ガリウム（Ｇ
ａｐ）。

インジウム鉛（ＩｎＰｂ）等のｎ型及びＰ型半導体。

あるいは該半導体に白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｕ）。

ニオブ（Ｎｂ　）、銅（Ｏｕ）、スズ（８ｎ）、酸化ル
テニウム（Ｒｕｂ、）　、酸化ニッケ１（ＮｉＯ＊の金
属または金属酸化物を担持した半導体の固体光触媒及び
ルテニウムビピリジル錯体等のμテニウム（Ｒｕ）錯体
、ポルフィリン類、クロロフィル等の分子光触媒が挙げ
られる。本発明においては、これら光触媒のうち１種ま
たは２種以上を使用する。

上記光触媒の調製法としては、固体光触媒の場合、市販
品の他金域の高温焼成、電解酸化、化学的蒸着法、真空
蒸着法、塗布法、共沈法、金属ハロゲン化物等の蒸発酸
化法等により調製する。また１分子光触媒の場合、該触
媒を水等の溶媒に溶解、あるいは半導体上に吸着付着さ
せ増感効果を持たせてもよい。なお１分子光触媒を溶媒
に溶解する際に、処理する廃棄物中の有害物質の成分。

濃度により、その濃度を調製するのが望ましい。

前記半導体にＰ　ｔ、　Ｒｕｎ２等の金属または金属酸
化物を担持させるのは、半導体の光触媒をさらに高活性
にするためであり、担持量として、該金属または金属酸
化物を上記半導体に対して００１〜２０ｗｔ％の範囲内
で担持させるのが望ましく。

さらに優れた浄化活性は０．１〜５ｗｔ％の範囲内で担
持させる場合に得られる。なお、上記半導体と金属また
は金属酸化物の組み合せによっては。

　７　− 上記範囲に限定されるものではない。また、その成法を
用いるのがよい。

本発明において、浄化できる廃棄物としては。

各種工場、事業所の工程あるいは自動車等の内燃機関よ
シ排出される環境汚染物質、爆発性蒸発物質、悪臭物質
等がある。例えば、自動車等の内燃機関、工場または事
業所の塗装工程等の各工程から排出される炭化水素類、
アンモニア等の有害ガス、アルデヒド類、セロソルブ類
、アミン類、インドール類、メルカプタン類等の悪臭ガ
ス、更に切削工場等から排出される廃油を含んだ排液、
その他各種工場から排出される有機リン化合物、ヒ素化
合物等の有害物質を含む排液、バクテリア。

酵母、かび等の微生物を含む排液、あるいは塩化水素、
硝酸等の廃酸、水酸化す）＋Ｊウム、水酸化カリウム等
の廃アルカリ、汚でい等がある。また。

廃棄物の形状としては、気体状、液体状、固体状−８− のものがあり、それら一種以上のもの２例えばコロイド
状のものもよい。なお、固体状の廃棄物は。

処理工程で、光触媒と接触しやすいように水等の溶媒に
溶解または懸濁させて液相糸にするか、あるいは粉砕等
によシ微粒子状に浮遊させた気相系にて処理するのが望
ましい。

前記光触媒を反応器内に配置し、必要に応じて攪拌を行
ない、該反応器内に気体状態あるいは液体状態で、廃棄
物を導入する。それと同時に光触媒に光を照射して、廃
棄物中の有害物質を光化学反応によって分解処理する。

この場合、使用する光照射の光エネルギーは。

反応器内の光触媒を励起させて、廃棄物中の有害物質を
分解する能力を持たせるものであシ、光触媒を励起させ
るのに対応した波長を有する光エネルギーであって、可
視波長ないし紫外波長を有する光を照射するのが望まし
い。該光エネルギー源としては、太陽光の自然光源、あ
るいは水銀灯よ多発する光、ハロゲンランプ等のフィラ
メントランプより生ずる光、ショートアークキャノン光
。

レーザー光線等の人工光源が挙げられる。また。

太陽光源の補助光源として９人工光源を同時に使用して
もよい。

上記光照射方法は、透明な反応器を用いてその外部よシ
照射する方法、あるいは反応器内に照射光源を配置し１
反応器の内部よシ照射する方法がある。さらに反応器の
外部及び内部双方より同時に照射して、照射効率を高め
ることもできる。また、光の強さを高めるために、フレ
ネルレンズ。

ガラスレンズ等によシ、集光してもよく、更に。

オプティカルファイバーで光エネルギーを輸送してもよ
い。

また、上記透明反応器は、光触媒が効率よく光照射され
るように、入射光が反射、吸収することなく、透過する
ものが望ましく９例えば、ガラス。

石英、プラスチック等の可視波長ないし紫外波長の光の
透過性が大きい材料から成るものがよい。

また、該反応器の形態は、四分方式わるいは流通反応方
式等を使用し、さらに回分方式と流通反応方式を組み合
わせたものも使用することができる。

なお、流通方式の場合には、１回流通方式、循環方式の
どちらでも使用することができる。

上記光触媒の形状としては、粉末状、コロイド状、液状
、板状等があυ、該先光触媒反応器内にソノマまの状態
で、あるいはガラスクロス等にコートして固定させるの
がよい。また板状の光触媒をショートサーキット電極板
状にすることもできる。該光触媒が粉末の場合には、そ
の粒径は１０００μｍ以下の範囲内のものを使用するの
が望ましく。

この範囲内のものは１表面積が大きく、浄化効率が高い
。更に優れた浄化効率は該粒径が０．０１〜５０μｍの
範囲内の場合に得られる。

また１反応系が液相系の場合には、光触媒を懸濁させ、
気相系の場合には気体中に光触媒を浮遊させてもよい。

この光触媒と共に反応器内に導入する処理すべき廃業物
は、気相系あるいは液相系の反応系で反応器に入れるの
が望ましい。該廃棄物が気体状の場合、そのままの状態
、あるいは水等の溶媒に溶解させて液相系で導入するの
がよく、液体状の場合、そのままの状態で反応器に導入
するのがよい。

更に、該廃棄物が固体状の場合には、水等の溶媒に溶解
または懸濁させて液相系にするか、あるいは粉砕等によ
り微粒子状にして浮遊させて気相糸で導入するのがよい
。

以上の工程により、廃棄物中の有害物質は、光触媒の光
化学反応により分解され、最終的には。

二酸化炭素（（３０ｇ　）、水素（■２）等の無害物質
へ改質し、除去することができる。

以下９本発明の詳細な説明する。

実施例１゜ 第２図に９本実施例で用いる有害物質の分解除去装置の
概略説明図を示す。即ち、光透過性材料であるガラスか
ら成る反応器３１の底部に光触媒４１を設置し、試料入
口５１よシ廃棄物試料を導入し、循環器５２を経て２反
応器に導入されるようになっている。光源６１よシ発す
る光は、レンズ７１を通υ９反応器に入射するようにな
っている。処理された廃棄物は試料出口５３よシ除去さ
れる閉鎖循環系装置である（なお９図中のり、）−１１
− は光エネμギーを表わす。）。

光触媒としては１粒径０１０３〜３μｍの結晶構主成分
で悪臭を発し１作業環境を悪化させるエチルセロソルブ
を用いた。

上記Ｔｉｅ、触媒５ｆを反応器３１内に粉末状で設置し
、上記閉鎖循環系装置を窒素ガスでパージした後、試料
入口５１よシエチμセロソμブ１０ｐｇを注入して、室
温で蒸気とした。その時のエチルセロソルブの濃度は５
０　ｐｐｍであった。その後。

循環速度２１／ｍｉｎで、エチルセロソルブの蒸気を循
環させ、５００Ｗの水銀灯から発する光を反応器り１に
照射した。

上記処理後の蒸気を試料出口５３から取シ出し。

ガスクロマトグラフによシ分析した。その結果をエチル
セロソルブの除去率の経時変化を表わす第３図に示す。

第３図より明らかなように、照射時間と共に、エチルセ
ロソルブの除去率は増加しておシ１本発明の方法によシ
、有害物質であるエチ＝　１２　− ルセロソルブを除去できることが分る。

実施例２゜ 第４図に９本実施例で用いる回分方式の有害物質分解除
去装置の概略説明図（なお１図中のり、）は光エネルギ
ーを表わす。）を示す。即ち。

先ず光透過性石英ガラスから成る反応器３２内に先触［
４２を懸濁させた廃棄物８を入れた。次いで、マグネテ
イックスターラ５４を用い、攪拌子５５によシ９反反応
器３１内攪拌させると同時に。

１、！ｌｌ＋ＫＷのキセノン灯６２から発せられた光を
レンズ７２を経て１反応器３２内に照射した。

上記廃棄物中の有害物質としては、悪臭規制法に指定さ
れる悪臭８物質の１成分であるアセトアルデヒドの水溶
液（濃度２００’ｐｐｍ）　５０ｍｌを用いた。また、
光触媒としては１粒径１〜５Ｑ７１ｍのＴｉｅ、粉末（
アナターゼ型結晶構造）を３ｇ用い定％源としては＋１
．５ｋｗのキセノン灯を用いた。

上記処理後の溶液を反応器から取り出し、ガスクロマト
グラフによシ、アセトアルデヒドの濃度を分析した。そ
の結果をアセトアルデヒドの除去率の経時変化を表わす
第５図に示す。第５図より明らかなように、照射時間と
共に、アセトアルデヒドの除去率は増加しておシ１本発
明方法によシ有害物質を除去できることが分る。

実施例６゜ 光触媒として、実施例１と同様なＴｉｅ、粉末にエタノ
ールを犠牲試薬にして塩化白金酸（ｎｚＰｔＣｌ、・６
Ｈ，Ｏ）を用い光電析法によシ白金（Ｐｔ）を約１ｗｔ
％担持して調製した。廃棄物中の有害物質及び有害物質
の分解除去装置は実施例１と同様なものを使用した。

上記Ｐｔ担持Ｔｉｅ、触媒１ｇを反応器３１内に粉末状
で設置し、上記装置を窒素ガスでパージした後、試料人
口５１よりエチルセロソルブ５０μｇを注入して室温で
蒸気とした。その時のエチルセロソルブの濃度は２５０
　ｐｐｍであった。その後。

循環速度２１　／ｍｉｎでエチルセロソルブの蒸気を循
環させ、５００Ｗ水銀灯から発する光を反応器３１に照
射した。上記処理後の蒸気を試料出口５３−　１５　− から取り出しガスクロマトグラフによシ分析した。

その結果より、照射時間と共に、エチルセロソルブの除
去率は増加しておシ２本発明の方法によシ。

有害物質を除去できることが分る。

【図面の簡単な説明】

第１図は９本発明にかかる光触媒の電子状態を表わす機
構図、第２図は１本発明の実施例１及び３の有害物質除
去装置の概略説明図、第４図は本発明の実施例２の有害
物質除去装置の概略説明図。 第５図、第５図は、それぞれ実施例１，２′の本発明方
法による有害物質除去率曲線を示す図である。 １・・・伝導帯　２・・・価電子帯 ３１．３２・・・反応器、４１．４２・・・光触媒５１
・・・試料入口、５３・・・試料出口。 ６１・・・水銀灯光源、６２・・・　キセノン灯光源出
願人 株式会社　豊田中央研究所 （外６名） １６− 第７図 第２図 ｔ５ｉ、４、射峙Ｍ　（ｈｒ） 第４図 ｂ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）廃棄物中の有害物質を分解して、廃棄物を浄化す
   る方法において１反応器内に光触媒と処理すべき廃棄物
   とを入れると共に該反応器内に光を照射して、上記有害
   物質を光化学反応により分解することを特徴とする廃棄
   物の浄化方法。 等の金属または金属酸化物を担持した半導体の固体光触
   媒、ｌｖテニウムビビリジル錯体、ポリフィリン類等の
   分子光触媒のうちの１種または２種以上である特許請求
   の範囲第（１）項記載の廃棄物の浄化方法。 （３）反応器内へ照射する光は、可視波長ないし紫外波
   長を有する光である特許請求の範囲第（１）項記載の廃
   棄物の浄化方法。 （４）廃棄物は、気体、液体又は固体のうちの一種以上
   である特許請求の範囲第（１）項記載の廃棄物の浄化方
   法。