(57)【要約】  水中に存在する不要な有機物を効率的に分解することにより水を浄化することができる水浄化装置及び水浄化方法を提供する。  浄化される水を一方向に流動させる流動槽と、該浄化される水が通過可能に前記流動槽内に設置され、光触媒機能を有する繊維からなる少なくとも一以上の平板状不織布と、該平板状不織布に紫外線を照射させる紫外線照射手段とを備えた水浄化装置であって、前記紫外線照射手段は、長手方向に延びる形状を有し、１８０〜１９０ｎｍと２５０〜２６０ｎｍとにピーク波長を有する紫外線を照射可能に構成され、前記長手方向と前記平板状不織布が平行となるように設置されていることを特徴とする。
2009063737.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
浄化される水を一方向に流動させる流動槽と、
該浄化される水が通過可能に前記流動槽内に設置され、光触媒機能を有する繊維からなる少なくとも一以上の平板状不織布と、
該平板状不織布に紫外線を照射させる紫外線照射手段とを備えた水浄化装置であって、
前記紫外線照射手段は、長手方向に延びる形状を有し、１８０〜１９０ｎｍと２５０〜２６０ｎｍとにピーク波長を有する紫外線を照射可能に構成され、前記長手方向と前記平板状不織布が平行となるように設置されていることを特徴とする水浄化装置。
【請求項２】
前記光触媒機能を有する繊維は、シリカ成分を主体とする酸化物相（第１相）とＴｉを含む金属酸化物相（第２相）との複合酸化物の繊維からなり、第２相を構成する金属酸化物のＴｉの存在割合が繊維の表層に向かって傾斜的に増大しているシリカ基複合酸化物繊維であることを特徴とする請求項１記載の水浄化装置。
【請求項３】
前記平板状不織布の表面の平均紫外線強度が１〜１０ｍＷ／ｃｍ２であることを特徴とする請求項１又は２記載の水浄化装置。
【請求項４】
前記平板状不織布は、その面が前記流動方向に対して垂直又は斜めに交わるように配置されていることを特徴とする請求項１乃至３いずれか記載の水浄化装置。
【請求項５】
前記平板状不織布は、二以上配置されており、前記紫外線照射手段は、前記平板状不織布の間に配置されていることを特徴とする請求項１乃至４いずれか記載の水浄化装置。
【請求項６】
前記紫外線照射手段は、１８５ｎｍと２５４ｎｍとにピーク波長を有する紫外線を照射することができる紫外線ランプであることを特徴とする請求項１乃至５いずれか記載の水浄化装置。
【請求項７】
浄化される水を流動させながら、光触媒機能を有する繊維から成る平板状不織布を通過させ、
長手方向に延びる形状を有し、該長手方向と前記平板状不織布が平行となるように設置された紫外線照射手段から前記平板状不織布に１８０〜１９０ｎｍと２５０〜２６０ｎｍとにピーク波長を有する紫外線を照射することを特徴とする水浄化方法。
【請求項８】
前記光触媒機能を有する繊維は、シリカ成分を主体とする酸化物相（第１相）とＴｉを含む金属酸化物相（第２相）との複合酸化物の繊維からなり、第２相を構成する金属酸化物のＴｉの存在割合が繊維の表層に向かって傾斜的に増大しているシリカ基複合酸化物繊維であることを特徴とする請求項７記載の水浄化方法。
【請求項９】
前記平板状不織布の表面の平均紫外線強度が１〜１０ｍＷ／ｃｍ２になるように前記紫外線を照射することを特徴とする請求項７又は８記載の水浄化方法。
【請求項１０】
前記平板状不織布の面に対して垂直又は斜め方向に前記浄化される水を流動させることを特徴とする請求項７乃至９いずれか記載の水浄化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水中に存在する不要な有機物を効率的に分解することにより水を浄化することができる水浄化装置及び水浄化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年においては、電子工業分野において技術革新のスピードが速く、半導体産業においては微細化が進められている。こうした技術の進歩に伴い、例えば、半導体製造に使用される超純水の水質基準も非常に厳しくなっており、水中に含まれる不要な微量有機物を効率的に分解、浄化できる水浄化装置が求められている。水中に含まれる不要な有機物を浄化する装置として、例えば特許文献１には、水に紫外線を照射することによって水中に存在する不要な有機物を酸化分解する水浄化装置が示されている。また、特許文献２には、２５４ｎｍのピーク波長の紫外線が不織布に担持された光触媒に照射されて、それにより生成されたＯＨラジカルにより水中の不要な有機物を分解する水浄化装置が記載され、この水浄化装置は、光触媒機能を有する不織布を中空円錐台状とし、２５４ｎｍのピーク波長を持つ紫外線ランプを中心部に配置している。
【特許文献１】特開平６−１９８２７９号公報
【特許文献２】特許第３４３６２６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、紫外線照射によって水中の有機物を分解させるためには多くのエネルギーを必要とする。このため、高出力の紫外線ランプを使用したり、多数の紫外線ランプを使用することが多い。特許文献１においては、分解に要するエネルギーを節約するために処理水中の有機物濃度をモニタリングし、この濃度に応じて紫外線ランプの出力を可変することが示されている。しかし、それでも紫外線照射による酸化分解に多大なエネルギーが必要であるという問題を有する。特許文献２においては、チタニア光触媒を利用し効率的にＯＨラジカルを生成させ、このＯＨラジカルと水中の有機物とが良好に接触する構造であり、高い分解効率が得られる。しかし、現代の高い水質基準を満たすための十分な分解効率を得られないという問題を有する。【０００４】
そこで本発明は、水中に存在する不要な有機物を効率的に分解することにより水を浄化することができる水浄化装置及び水浄化方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
以上の目的を達成するために、本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、光触媒機能を有する繊維からなる平板状不織布に平行となるように設置された紫外線照射手段からその平板状不織布に１８０〜１９０ｎｍと２５０〜２６０ｎｍとにピーク波長を有する紫外線を照射することにより、水中に存在する不要な有機物を効率的に分解することができることを見出した。すなわち本発明は、浄化される水を一方向に流動させる流動槽と、該浄化される水が通過可能に前記流動槽内に設置され、光触媒機能を有する繊維からなる少なくとも一以上の平板状不織布と、該平板状不織布に紫外線を照射させる紫外線照射手段とを備えた水浄化装置であって、前記紫外線照射手段は、長手方向に延びる形状を有し、１８０〜１９０ｎｍと２５０〜２６０ｎｍとにピーク波長を有する紫外線を照射可能に構成され、前記長手方向と前記平板状不織布が平行となるように設置されていることを特徴とする水浄化装置である。また、本発明は、浄化される水を流動させながら、光触媒機能を有する繊維から成る平板状不織布を通過させ、長手方向に延びる形状を有し、該長手方向と前記平板状不織布が平行となるように設置された紫外線照射手段から前記平板状不織布に１８０〜１９０ｎｍと２５０〜２６０ｎｍとにピーク波長を有する紫外線を照射することを特徴とする水浄化方法である。
【発明の効果】
【０００６】
以上のように、本発明によれば、水中に存在する不要な有機物を効率的に分解することにより水を浄化することができる水浄化装置及び水浄化方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
次に、本発明に係る水浄化装置の第１実施形態について図面を用いて詳細に説明する。図１は、第１実施形態に係る水浄化装置の概念斜視図である。第１実施形態に係る水浄化装置１０は、底面に形成された流入口４１から上面に形成された流出口４２に浄化される水を流動させる流動槽１１と、流動槽１１内に収容され、浄化される水の流動方向に対してその面が垂直に交わるように互いに平行に設置された３つの光触媒カートリッジ２０と、これら光触媒カートリッジ２０の間に配置された紫外線ランプ３０とを備えている。【０００８】
紫外線ランプ３０の外表面を構成するカバー部材は、円柱状に形成され、２５０〜２６０ｎｍだけでなく、１８０〜１９０ｎｍのピーク波長を透過する材質からなる。このカバー部材の材質としては、例えば、合成石英が挙げられる。一般的な低圧水銀ランプは、本来、１８５ｎｍと２５４ｎｍの２つの波長を有するが、通常のカバー部材の素材であるガラスが短波長の紫外線を透過しないため、２５４ｎｍの波長のみを照射する。本実施の形態に係る水浄化装置において、紫外線ランプ３０は、上述のようにカバー部材の素材を特殊なものとすることによって、１８０〜１９０ｎｍと２５０〜２６０ｎｍにピーク波長を有する紫外線を照射可能に構成されている。紫外線照射ランプ３０から照射される紫外線は、１８０〜１９０ｎｍ、好ましくは１８５ｎｍにピーク波長を有し、かつ、２５０〜２６０ｎｍ、好ましくは２５４ｎｍにピーク波長を有する。各紫外線ランプ３０は、各光触媒カートリッジ２０の間に２本ずつ、計４本配置されており、それぞれ平行に、かつその軸方向が光触媒カートリッジ２０に平行となるように配置されている。なお、第１実施形態において、紫外線照射ランプ３０のカバー部材は、円柱状に形成したが、それに限定されず、長手方向に延びる形状であればよい。紫外線照射ランプ３０の数は、求められる水質や処理水中に含まれる不要な有機物の量等に応じて決定される。【０００９】
各光触媒カートリッジ２０は、図２に示すように平板状不織布２１と一対の金網２２とからなり、平板状不織布２１が一対のステンレス製の金網２２に挟持されている。このように金網２２をサポート材として用いてカートリッジ状にすることにより、光触媒機能が劣化した平板状不織布２１を容易に取り換えることができる。多段の光触媒カートリッジを枠体等を用いて連結構造とすることにより、脱着を容易にすることもできる。第１実施形態においては、平板状不織布２１を３個としたが、求められる水質等に応じて、任意にその数を決定することができ、例えば１〜５０個とすることができる。また、第１実施形態においては、光触媒カートリッジ２０として平板状不織布２１を流動槽１１に固定したが、他の手段により設置してもよい。第１実施形態において、各平板状不織布２１は、その面が水の流動方向に垂直に交わるように設置したが、流動する水が効率良く各平板状不織布２１を通過すれば良く、例えば、斜めに配置しても良い。平板状不織布は、その面が水の流動方向に垂直に交わるように配置されていることが好ましく、流動方向に対して１０°前後、好ましくは５°前後、傾いて設置されても良い。【００１０】
第１実施形態に係る水浄化装置において、平板状不織布上の平均紫外線強度は、１〜１０ｍＷ／ｃｍ２であることが好ましく、さらに２〜８ｍＷ／ｃｍ２の範囲であることが好ましい。平板状不織布表面での紫外線強度が１〜１０ｍＷ／ｃｍ２であると、２つの紫外線成分による水処理を高効率に行うことができる。このような範囲にするには、紫外線照射手段と平板状不織布との距離等を適当な範囲になるようにすればよい。ここで、平均紫外線強度は、不織布表面の中央部から端部までの複数個所の紫外線強度を測定し、それらの値を平均して平均紫外線強度とすることができる。【００１１】
不要な有機物を含む処理水を浄化するには、まず、水浄化装置１０又は１５の流入口４１から処理水が流し込まれる。流し込まれた処理水は、流動槽１１又は１６内を通って流出口４２から排出される。平板状不織布２１は、繊維一本一本がある程度の空隙を有して分散した構造になっているために、水が通過する際、光触媒との接触面積が非常に大きい。このため、光触媒機能を有する平板状不織布２１によって効率的にラジカルが発生し、不要な有機物を分解する。また、１８５ｎｍの紫外線が直接水に照射されることにより、不要な有機物が分解される。完全分解まで至らなかった不要な有機物は、ＯＨラジカル等により分解中間生成物である有機酸にまで分解されているので、流出口４２から排出された処理水をイオン交換等によって除去してもよい。【００１２】
通常、チタニア光触媒を利用した水浄化装置においては、紫外線ランプは、波長３５１ｎｍのブラックライト蛍光ランプ又は波長２５４ｎｍの殺菌ランプが用いられる。チタニア光触媒は、３８７ｎｍ以下の波長であれば励起することができ、又これらのランプは製品として入手しやすいためである。本発明に係る水浄化装置においては、従来用いられなかった紫外線を利用し、かつ光触媒を所定の配置構造にすることにより、高い分解効率を得ることができる。すなわち、本発明に係る水浄化装置においては、光触媒機能を有する平板状不織布と、この平板状不織布と平行になるように設置され、１８０〜１９０ｎｍと２５０〜２６０ｎｍとにピーク波長を有する紫外線を照射する紫外線照射手段とを有するので、上記光触媒への光照射効率と処理流体との接触効率を維持しながら、１８０〜１９０ｎｍの紫外線が光触媒によって遮断されることはない。このため、２５０〜２６０ｎｍの紫外線を平板状不織布に照射することにより光触媒を励起し、発生するＯＨラジカルによって有機物を分解し、１８０〜１９０ｎｍの紫外線により水中の有機物を直接分解することができ、分解効果を高く維持することができる。【００１３】
平板状不織布２１は、シリカ成分を主体とする酸化物相（以下、第１相という。）とＴｉを含む金属酸化物相（以下、第２相という。）との複合酸化物であるシリカ基複合酸化物繊維からなることが好ましい。【００１４】
第１相は、シリカ成分を主体とする酸化物相であり、非晶質であっても結晶質であってもよく、またシリカと固溶体あるいは共融点化合物を形成し得る金属元素あるいは金属酸化物を含有してもよい。シリカと固溶体を形成し得る金属元素（Ａ）としては、例えば、
チタン等が挙げられる。シリカと固溶体を形成し得る金属酸化物の金属元素（Ｂ）として
は、例えば、アルミニウム、ジルコニウム、イットリウム、リチウム、ナトリウム、バリウム、カルシウム、ホウ素、亜鉛、ニッケル、マンガン、マグネシウム、及び鉄等が挙げられる。【００１５】
第１相は、シリカ基複合酸化物繊維の内部相を形成しており、力学的特性を負担する重要な役割を演じている。シリカ基複合酸化物繊維全体に対する第１相の存在割合は４０〜９８重量％であることが好ましく、目的とする第２相の機能を十分に発現させ、なお且つ高い力学的特性をも発現させるためには、第１相の存在割合を５０〜９５重量％の範囲内に制御することがさらに好ましい。【００１６】
一方、第２相は、Ｔｉを含む金属酸化物相であり、光触媒機能を発現させる上で重要な役割を演じるものである。金属酸化物を構成する金属としては、Ｔｉが挙げられる。この金属酸化物は、単体でもよいし、その共融点化合物やある特定元素により置換型の固溶体を形成したもの等でもよい。第２相は、シリカ基複合酸化物繊維の表層相を形成しており、シリカ基複合酸化物繊維の第２相の存在割合は、金属酸化物の種類により異なるが、２〜６０重量％が好ましく、その機能を十分に発現させ、また高強度をも同時に発現させるには５〜５０重量％の範囲内に制御することがさらに好ましい。第２相のＴｉを含む金属酸化物の結晶粒径は１５ｎｍ以下が好ましく、特に１０ｎｍ以下が好ましい。【００１７】
第２相に含まれる金属酸化物のＴｉの存在割合は、シリカ基複合酸化物繊維の表面に向かって傾斜的に増大しており、その組成の傾斜が明らかに認められる領域の厚さは表層から５〜５００ｎｍの範囲に制御することが好ましいが、繊維直径の約１／３に及んでもよい。尚、第１相及び第２相の「存在割合」とは、第１相を構成する金属酸化物と第２相を構成する金属酸化物全体、即ちシリカ基複合酸化物繊維全体に対する第１相の金属酸化物及び第２相の金属酸化物の重量％を示している。【００１８】
シリカ基複合酸化物繊維からなる平板状不織布２１は、次の製造方法により得ることができる。【００１９】
（溶融紡糸法）
シリカ基複合酸化物繊維は、下記化１で表される主鎖骨格を有する数平均分子量が２００〜１０，０００のポリカルボシランを、有機金属化合物で修飾した構造を有する変性ポリカルボシランあるいは変性ポリカルボシランと有機金属化合物との混合物を溶融紡糸し、不融化処理後、空気中又は酸素中で焼成する第１工程乃至第４工程を経ることにより、シリカ基複合酸化物繊維を製造することができる。【００２０】
【化１】
2009063737.tif 000003
【００２１】
第１工程は、シリカ基複合酸化物繊維を製造するための出発原料として使用する数平均分子量が１，０００〜５０，０００の変性ポリカルボシランを製造する工程である。変性ポリカルボシランの基本的な製造方法は、特開昭５６−７４１２６号に極めて類似しているが、その中に記載されている官能基の結合状態を注意深く制御する必要がある。これについて以下に概説する。【００２２】
出発原料である変性ポリカルボシランは、主として上記化１で表される主鎖骨格を有する数平均分子量が２００〜１０，０００のポリカルボシランと、一般式、Ｍ(ＯＲ’)ｎあるいはＭＲ”ｍ（Ｍは金属元素、Ｒ’は炭素原子数１〜２０個を有するアルキル基又はフェニル基、Ｒ”はアセチルアセトナート、ｍとｎは１より大きい整数）を基本構造とする有機金属化合物とから誘導されるものである。【００２３】
傾斜構造を有するシリカ基複合酸化物繊維を製造するには、前記有機金属化合物の一部のみがポリカルボシランと結合を形成する緩慢な反応条件を選択する必要がある。その為には２８０℃以下、好ましくは２５０℃以下の温度で、不活性ガス中で反応させる必要がある。この反応条件では、有機金属化合物は、ポリカルボシランと反応したとしても、１官能性重合体として結合（即ちペンダント状に結合）しており、大幅な分子量の増大は起こらない。この有機金属化合物が一部結合した変性ポリカルボシランは、ポリカルボシランと有機金属化合物の相溶性を向上させる上で重要な役割を演じる。【００２４】
尚、２官能基以上の多くの官能基が結合した場合は、ポリカルボシランの橋掛け構造が形成されると共に顕著な分子量の増大が認められる。この場合は、反応中に急激な発熱と溶融粘度の上昇が起こる。一方、１官能基しか反応せず未反応の有機金属化合物が残存している場合は、逆に溶融粘度の低下が観察される。【００２５】
傾斜構造を有するシリカ基複合酸化物繊維を製造するには、未反応の有機金属化合物を意図的に残存させる条件を選択することが望ましい。主として上記変性ポリカルボシランと未反応状態の有機金属化合物あるいは２〜３量体程度の有機金属化合物が共存したものを出発原料として用いるが、変性ポリカルボシランのみでも、極めて低分子量の変性ポリカルボシラン成分が含まれる場合は、同様に出発原料として使用できる。【００２６】
第２工程においては、第１工程で得られた変性ポリカルボシラン、あるいは変性ポリカルボシランと低分子量の有機金属化合物の混合物（以下、前駆体という場合がある。）を溶融させて紡糸原液を造り、場合によってはこれをろ過してミクロゲル、不純物等の紡糸に際して有害となる物質を除去し、これを通常用いられる合成繊維紡糸用装置により紡糸する。紡糸する際の紡糸原液の温度は原料の変性ポリカルボシランの軟化温度によって異なるが、５０〜２００℃の温度範囲が有利である。上記紡糸装置において、必要に応じてノズル下部に加湿加熱筒を設けてもよい。尚、繊維径は、ノズルからの吐出量と紡糸機下部に設置された高速巻き取り装置の巻き取り速度を変えることにより調整される。【００２７】
第２工程は、前記溶融紡糸の他に、第１工程で得られた変性ポリカルボシラン、あるいは変性ポリカルボシランと低分子量の有機金属化合物の混合物を、例えばベンゼン、トルエン、キシレンあるいはその他変性ポリカルボシランと低分子量有機金属化合物を溶融することのできる溶媒に溶解させ、紡糸原液を造り、場合によってはこれをろ過してマクロゲル、不純物等紡糸に際して有害な物質を除去した後、前記紡糸原液を通常用いられる合成繊維紡糸装置により乾式紡糸法により紡糸し、巻き取り速度を制御して目的とする繊維を得ることができる。【００２８】
これらの紡糸工程において、必用ならば、紡糸装置に紡糸筒を取り付け、その筒内の雰囲気を前記溶媒のうち少なくとも１つの気体との混合雰囲気とするか、あるいは空気、不活性ガス、熱空気、熱不活性ガス、スチーム、アンモニアガス、炭化水素ガス、有機ケイ素化合物ガスの雰囲気とすることにより、紡糸筒中の繊維の固化を制御することができる。【００２９】
第３工程においては、第２工程で得られた紡糸繊維を酸化雰囲気中で、張力または無張力の作用の下で予備加熱を行い、前記紡糸繊維の不融化を行う。この工程は、後工程の焼成の際に繊維が溶融せず、且つ隣接繊維と接着しないことを目的として行うものである。処理温度並びに処理時間は、組成により異なり、特に限定されないが、一般に５０〜４００℃の範囲内で、数時間〜３０時間の処理上条件が選択される。酸化雰囲気中には、水分、窒素酸化物、オゾン等、紡糸繊維の酸化力を高めるものが含まれていてもよく、酸素分圧を意図的に変えてもよい。【００３０】
ところで、原料中に含まれる低分子量物の割合によっては、紡糸繊維の軟化温度が５０℃を下回る場合もあり、その場合は、あらかじめ上記処理温度よりも低い温度で、繊維表面の酸化を促進する処理を施す場合もある。尚、同第２工程並びに第３工程の際に、原料中に含まれている低分子量化合物の繊維表面へのブリードアウトが進行し、目的とする傾斜組成の下地が形成されるものと考えられる。【００３１】
第４工程においては、第３工程により不融化された繊維を、張力または無張力下で、５００〜１８００℃の温度範囲で酸化雰囲気中において焼成し、目的とする、シリカ成分を主体とする酸化物相（第１相）とＴｉを含む金属酸化物相（第２相）との複合酸化物相からなり、表層に向かって第２相を構成する金属酸化物のＴｉの存在割合が傾斜的に増大するシリカ基複合酸化物繊維を得る。この工程において、不融化繊維中に含まれる有機物成分は基本的には酸化されるが、選択する条件によっては、炭素や炭化物として繊維中に残存する場合もある。このような状態でも、目的とする機能に支障を来さない場合はそのまま使用されるが、支障を来す場合は、更なる酸化処理が施される。その際、目的とする傾斜組成並びに結晶構造に問題が生じない温度、処理時間が選択されなければならない。【００３２】
第４工程により得られた光触媒機能を有するシリカ基複合酸化物繊維を短繊維にした後、ニードルパンチ等を行い、平板状不織布２１とすることができる。【００３３】
（メルトブロー法）
また、他の製造方法としては、シリカ基複合酸化物繊維からなる平板状不織布は、メルトブロー法を用いて、前記前駆体を溶融し、溶融物を紡糸ノズルから吐出するとともに、紡糸ノズルの周囲から加熱窒素ガスを噴出させて紡糸し、紡糸ノズルの下部に配置した受器に紡糸繊維を捕集することにより不織布を形成させ、次いで、その不織布を不融化処理後、酸化雰囲気中で焼成することにより製造することができる。【００３４】
紡糸ノズルの直径は通常１００〜５００μｍ程度のものを用いる。窒素ガス噴出速度は３０〜３００ｍ／ｓ程度であり、速度が速いほど細い繊維が得られる。また、窒素ガスの加熱温度は、所望の紡糸繊維が得られれば特に制限はないが、通常５００℃程度に加熱した窒素ガスを噴出させる。従来、一般的なメルトブロー法では、噴出ガスとして空気が用いられているが、前記前駆体を紡糸するには窒素を用いる必要がある。噴出ガスとして窒素を用いることにより安定して紡糸を行うことができる。【００３５】
紡糸ノズルの下部に配置した受器に紡糸繊維を捕集する際、吸引可能な受器を用いて、受器の下側から吸引しながら紡糸することが好ましい。吸引することにより、繊維が効果的にからまり、高強度の不織布が得られる。吸引速度は２〜１０ｍ／ｓ程度の範囲が好ましい。【００３６】
得られた不織布に上記溶融紡糸の場合と同様の不融化処理及び焼成を行うことにより、シリカ基複合酸化物繊維の平板状不織布２１とすることができる。上記メルトブロー法により製造されるシリカ基複合酸化物繊維は、平均繊維径が１〜２０μｍ、好ましくは、１〜８μｍ、より好ましくは、２〜６μｍと、溶融紡糸で製造される繊維に比べてより細いものとすることができる。これにより、繊維の表面積も大きくでき、触媒活性が増大する。また、メルトブロー法により製造される平板状不織布は、溶融紡糸法で製造された長さ４０〜５０ｍｍ程度の短繊維をニードルパンチ法で不織布としたものに比べて繊維が長いものとなる。その結果、不織布は強度が高く（引張強度２Ｎ以上）、フィルター等に加工する際に十分なプリーツ加工性を有する。【００３７】
平板状不織布の目付けや厚みについては特に限定は無いが、通常目付けが５０〜５００ｇ／ｍ２、厚みは好ましくは０．５〜２０ｍｍのものが用いられる。厚みは、必要に応じて不織布を積層することにより調整できる。厚みは、０．５ｍｍよりも薄い場合には、光触媒量そのものが少なすぎて水の浄化効果が十分に得られない。２０ｍｍよりも厚い場合は平板状不織布が抵抗となり、圧力損失が増大し、水処理が難しくなる。平板状不織布の形状は特に制限はないが、平板状不織布を挿入する流動槽の形状に合わせて、丸型、角型などにすることができ、平板状不織布の表面積を大きくするために波板状にすることもできる。【００３８】
上記のような平板状不織布２１の製造方法によれば、繊維同士のブリッジングが全く無く、一本一本の繊維表面にチタニアを始めとする光触媒成分が緻密に析出した構造の光触媒繊維からなる平板状不織布２１が得られる。また、この光触媒繊維は、従来のコーティングという手法によらないため、繊維表面の光触媒成分が脱落するという問題がない。さらにこの繊維からなる平板状不織布２１は、繊維一本一本がある程度の空隙を有して分散した構造になっているために、処理流体と光触媒との接触面積が非常に大きくなる。一般に、光触媒の機能を十分に引き出すためには、光触媒への光の照射効率と処理流体との接触効率を高めることが必要である。【００３９】
次に、本発明に係る水浄化装置の第２実施形態について図面を用いて詳細に説明する。図３は、第２実施形態に係る水浄化装置の概念断面図である。第２実施形態に係る水浄化装置５０は、浄化される水を左から右に流動させること、並びに浄化させる水を循環させる循環機構を備えている点で第１実施形態と異なる。光触媒カートリッジ２０及び紫外線ランプ３０は、第１実施形態と同様のものを用いる。【００４０】
第２実施形態に係る水浄化装置５０において、流動槽５２は、上方が開口され、下流側（図３の右側）の底面には、流出口５４が形成されている。循環機構は、縦長な円筒状に形成され、その長手方向に複数連なって形成された流入孔５６Ａを有する流入部５６と、流出口５４から流出される水を溜めておく循環槽５８と、循環槽５８と流入部５６を水が流動可能に接続する循環路６０と、循環路６０と流入部５６の間に設けられ、循環路６０を通って循環槽５８の水を流入部５６まで流動させるポンプＰと、を備えており、流入部５６を流動槽５２の上流側（図３の左側）に設置し、循環槽５８を流出口５４の下方に設置することによって、浄化される水を流動槽５２内の左から右に流動させ、流出された水を循環槽５８、循環路６０及び流入部５６を介して流動槽５２に戻すことができる。【００４１】
第２実施形態に係る水浄化装置５０において、３つの光触媒カートリッジ２０は、流動槽５２の流動方向に対して垂直に交わるように並設されている。各光触媒カートリッジ２０の間には、２本の紫外線照射ランプ３０が、紫外線照射ランプ３０の長手方向が平板状不織布２１の面と平行となるように配置されている。流動槽５２内の最下流側の光触媒カートリッジ２０よりも下流側には、異なる高さのせき止め板６２が２つ配置されており、これにより流出口５４に向って一気に処理水が流入するのを防止することができる。【００４２】
第１実施形態及び第２実施形態において、平板状不織布２１は、上記のものを用いるのが好ましいが、浄化される水が通過可能で、光触媒機能を有するものであれば、公知のものを用いることができ、チタニア繊維又はチタニア−シリカ繊維からなる光触媒繊維を用いることができる。例えば、特開平１１−３４７４１７号公報に記載されたものを用いることができる。
【実施例】
【００４３】
以下、本発明に係る水浄化装置の実施例を説明する。【００４４】
（製造例１）
先ず、実施例に用いられる平板状不織布としてチタニア／シリカ繊維を製造した。すなわち、５リットルの三口フラスコに無水トルエン２．５リットルと金属ナトリウム４００ｇとを入れ窒素ガス気流下でトルエンの沸点まで加熱し、ジメチルジクロロシラン１リットルを１時間かけて滴下した。滴下終了後、１０時間加熱還流し沈殿物を生成させた。この沈殿をろ過し、まずメタノールで洗浄した後、水で洗浄して、白色粉末のポリジメチルシラン４２０ｇを得た。ポリジメチルシラン２５０ｇを水冷還流器を備えた三口フラスコ中に仕込み、窒素気流下、４２０℃で３０時間加熱反応させて数平均分子量が１２００のポリカルボシランを得た。【００４５】
ポリカルボシラン１６ｇにトルエン１００ｇとテトラブトキシチタン６４ｇを加え、１００℃で１時間予備加熱させた後、１５０℃までゆっくり昇温してトルエンを留去させてそのまま５時間反応させ、更に２５０℃まで昇温して５時間反応させ、変性ポリカルボシランを合成した。この変性ポリカルボシランに意図的に低分子量の有機金属化合物を共存させる目的で５ｇのテトラブトキシチタンを加えて、変性ポリカルボシランと低分子量有機金属化合物の混合物を得た。【００４６】
この変性ポリカルボシランと低分子量有機金属化合物の混合物をトルエンに溶解させた後、ガラス製の紡糸装置に仕込み、内部を十分に窒素置換してから昇温してトルエンを留去させて、１８０℃で溶融紡糸を行った。紡糸繊維を空気中、段階的に１５０℃まで加熱し不融化させた後、１２００℃の空気中で１時間焼成を行い、チタニア／シリカ繊維を得た。【００４７】
（実施例１）
製造例１で得られたチタニア／シリカ繊維を用いて、図２に示される平板状不織布を含む光触媒カートリッジを作成し、図１に示される水浄化装置に設置した。用いた紫外線ランプは、三共電気製ＧＬ１６ＫＺＦ（出力：１５Ｗ）であり、カバー部材は合成石英が使
用されている。出力は１５Ｗであり、この紫外線ランプを４本使用した。紫外線ランプの波長は２５４ｎｍと１８５ｎｍの両方を放射するものである。紫外線ランプと光触媒カートリッジの距離は５０ｍｍとし、平板状不織布表面の平均紫外線強度は２ｍＷ／ｃｍ２であった。紫外線強度はＴＯＰＣＯＮ社製ＵＶＲ−２紫外線照度計を用いて測定し、平板状不織布表面の中央部から端部まで９箇所を測定し、この平均値を平均紫外線強度とした。処理水は、ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）を超純水に溶解し、１０ｐｐｍのＩＰＡ水溶液とした。このＩＰＡ水溶液のＴＯＣ（全有機炭素）は６ｐｐｍであった。【００４８】
ＩＰＡ水溶液１５Ｌを５Ｌ／ｍｉｎの流量で前記水浄化装置を用いて２時間循環処理を行った。循環処理後の水のＴＯＣを測定したところ０．１ｐｐｍ以下であった。被処理水の組成を調べた結果、ＩＰＡは検出されず、わずかにＩＰＡの酸化分解物である酢酸および蟻酸のみが検出された。この結果から、この水浄化装置が紫外線の有機物分解能を十分活用するとともに、光触媒による有機物分解効果が付加されたことが分かる。【００４９】
（比較例１）
紫外線ランプを三共電気製ＧＬ１６ＫＳＨ（出力：１５Ｗ）、カバー部材をオゾンレス
石英として２５４ｎｍの光のみを放射するものにした以外は、全て実施例１と同様の浄化装置を作製した。実施例１の場合と同様に、ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）を超純水に溶解し、１０ｐｐｍのＩＰＡ水溶液を調整した。このＩＰＡ水溶液のＴＯＣ（全有機炭素）は６ｐｐｍであった。【００５０】
ＩＰＡ水溶液１５Ｌを５Ｌ／ｍｉｎの流量で２時間循環処理を行った。循環処理後の水のＴＯＣを測定したところ３．５ｐｐｍであった。被処理水の組成を調べた結果、大部分（８０％）がＩＰＡとして残存しており、わずかにＩＰＡの酸化分解物である酢酸及び蟻酸が検出された。実施例１の場合と比較して分解効率が低かった原因として、１８５ｎｍの光による有機物分解効果がないためと考えられる。【００５１】
（比較例２）
光触媒カートリッジを装着しない以外は、全て実施例１と同様の浄化装置を作製した。実施例１の場合と同様に、ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）を超純水に溶解し、１０ｐｐｍのＩＰＡ水溶液を調整した。このＩＰＡ水溶液のＴＯＣ（全有機炭素）は６ｐｐｍであった。【００５２】
ＩＰＡ水溶液１５Ｌを５Ｌ／ｍｉｎの流量で２時間循環処理を行った。循環処理後の水のＴＯＣを測定したところ２．５ｐｐｍであった。被処理水の組成を調べた結果、残存有機物の全量がＩＰＡとして残存しており、ＩＰＡの酸化分解物である酢酸及び蟻酸は検出されなかった。実施例１の場合と比較してＩＰＡ分解能力が低い原因として、光触媒による分解効果がないためと考えられる。【００５３】
（比較例３）
製造例１で得られたチタニア／シリカ繊維を用いて、特許第３４３６２６７の図２に記載されている浄化装置を作製し、これに円錐台状のカートリッジに成形して挿入した。用いた平板状不織布は、実施例１と同量である。紫外線ランプは実施例１と同じものを用い、出力が同じになるように６０Ｗの紫外線ランプを１本用いて、円錐台状の光触媒カートリッジの中心部に装着した。紫外線ランプの波長は２５４ｎｍと１８５ｎｍの両方を放射するものである。光触媒カートリッジ表面の平均紫外線強度は５ｍＷ／ｃｍ２であった。紫外線強度はＴＯＰＣＯＮ社製ＵＶＲ−２紫外線照度計を用いて測定し、カートリッジ内側面（紫外線ランプ側）の下部から上部まで９箇所を測定し、この平均値を平均紫外線強度とした。実施例１の場合と同様に、ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）を超純水に溶解し、１０ｐｐｍのＩＰＡ水溶液を調整した。このＩＰＡ水溶液のＴＯＣ（全有機炭素）は６ｐｐｍであった。【００５４】
ＩＰＡ水溶液１５Ｌを５Ｌ／ｍｉｎの流量で２時間循環処理を行った。循環処理後の水のＴＯＣを測定したところ２．０ｐｐｍであった。被処理水の組成を調べた結果、大部分（８５％）がＩＰＡとして残存しており、わずかにＩＰＡの酸化分解物である酢酸及び蟻酸が検出された。実施例１の場合と比較して分解効率が低かった原因として、光触媒による分解能は本浄化装置の場合十分に得られるものの、円錐台状の光触媒カートリッジによって紫外線が遮蔽されるため、紫外線による有機物分解能力が低下したものと考えられる。したがって、特許第３４３６２６７に記載の浄化装置に１８５ｎｍと２５４ｎｍ両方の波長を持つ紫外線ランプを組み込んだだけでは、十分な浄化効率が得られないことが分かる。【００５５】
（比較例４）
紫外線ランプを２５４ｎｍの光のみを放射するものにした以外は、比較例３と同様の浄化装置を作製した。実施例１の場合と同様に、ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）を超純水に溶解し、１０ｐｐｍのＩＰＡ水溶液を調整した。このＩＰＡ水溶液のＴＯＣ（全有機炭素）は６ｐｐｍであった。【００５６】
ＩＰＡ水溶液１５Ｌを５Ｌ／ｍｉｎの流量で２時間循環処理を行った。循環処理後の水のＴＯＣを測定したところ２．５ｐｐｍであった。被処理水の組成を調べた結果、大部分（８５％）がＩＰＡとして残存しており、わずかにＩＰＡの酸化分解物である酢酸及び蟻酸が検出された。比較例３と比較して分解効率はわずかに低下したものの、大きな差は見られなかった。したがって、比較例３に係る装置においては、１８５ｎｍの光が有効に利用できていないことが分かる。【００５７】
（実施例２〜８）
紫外線ランプと光触媒カートリッジの距離を表１に示す距離に調整し、不織布表面の平均紫外線強度を０．５〜１５ｍＷ／ｃｍ２とした以外は、実施例１と同様の循環処理及び測定を行った。光触媒カートリッジ表面の平均紫外線強度と循環処理後のＴＯＣの結果を表１に示す。光触媒表面の紫外線強度によってＩＰＡ分解効果が大きく異なることが分かった。すなわち、紫外線強度が小さい場合、光触媒の分解効果が十分に発現せず、また紫外線強度を高くするために紫外線ランプと光触媒カートリッジ間の距離を小さくしすぎると、光触媒カートリッジによって紫外線が遮蔽されるため、紫外線による有機物分解能力が低下する。【００５８】
【表１】
2009063737.tif 000004
【００５９】
（実施例９）
製造例１で得られたチタニア／シリカ繊維を用いて、図２に示される平板状不織布を含む光触媒カートリッジを作成し、図３に示される水浄化装置に設置した。用いた紫外線ランプは、三共電気製ＧＬ１６ＫＺＬ（出力：１５Ｗ）であり、カバー部材は合成石英が使用された。出力は１５Ｗであり、この紫外線ランプを４本使用した。紫外線ランプの波長は２５４ｎｍと１８５ｎｍの両方を放射するものである。紫外線ランプと平板状不織布の距離は５０ｍｍとし、平板状不織布表面の平均紫外線強度は２ｍＷ／ｃｍ２であった。紫外線強度はＴＯＰＣＯＮ社製ＵＶＲ−２紫外線照度計を用いて測定し、平板状不織布表面の中央部から端部まで９箇所を測定し、この平均値を平均紫外線強度とした。処理水は、ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）を超純水に溶解し、１０ｐｐｍのＩＰＡ水溶液とした。このＩＰＡ水溶液のＴＯＣ（全有機炭素）は６ｐｐｍであった。【００６０】
ＩＰＡ水溶液１５Ｌを５Ｌ／ｍｉｎの流量で前記水浄化装置を用いて２時間循環処理を行った。循環処理後の水のＴＯＣを測定したところ０．１ｐｐｍ以下であった。被処理水の組成を調べた結果、ＩＰＡは検出されず、わずかにＩＰＡの酸化分解物である酢酸および蟻酸のみが検出された。この結果から、この水浄化装置が紫外線の有機物分解能を十分活用するとともに、光触媒による有機物分解効果が付加されたことが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】第１実施形態に係る水浄化装置の概念斜視図である。
【図２】光触媒カートリッジの拡大図である。
【図３】第２実施形態に係る水浄化装置の概念断面図である。
【符号の説明】
【００６２】
１０    水浄化装置
１１    流動槽
２０    光触媒カートリッジ
２１    平状板不織布
２２    金網
３０    紫外線ランプ
【図１】
2009063737.tif 000005
【図２】
2009063737.tif 000006
【図３】
2009063737.tif 000007
【国際調査報告】
2009063737.tif 000008
2009063737.tif 000009
2009063737.tif 000010
2009063737.tif 000011