(57)【要約】【課題】濾過によってリサイクルが可能であり、かつ、十分な浄化作用を発揮する光触媒材料などを提供する。【解決手段】光触媒材料１０は、テトラポッド形状の単結晶針構造を有する酸化亜鉛ウィスカである基材１１と、基材１１の表面を表面に沿ってコーティングする酸化チタン層１２とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
テトラポッド形状の単結晶針構造を有する酸化亜鉛ウィスカである基材と、
前記基材の表面を前記表面に沿ってコーティングする酸化チタン層とを備える
光触媒材料。
【請求項２】
前記基材の針状部分は、長さが５μｍ以上５０μｍ以下の範囲であり、かつ、幅が０．３μｍ以上３μｍ以下の範囲である
請求項１に記載の光触媒材料。
【請求項３】
前記酸化チタン層の膜厚は、０．０１μｍ以上０．２０μｍ以下の範囲である
請求項１又は２に記載の光触媒材料。
【請求項４】
被処理水と光触媒材料とが入れられる容器と、
前記容器内で前記被処理水の流れを形成する水流形成部と、
前記被処理水を透過し、かつ、前記光触媒材料を除去するフィルタとを備え、
前記光触媒材料は、
テトラポッド形状の単結晶針構造を有する酸化亜鉛ウィスカである基材と、
前記基材の表面を前記表面に沿ってコーティングする酸化チタン層とを備える
水処理装置。
【請求項５】
前記容器は、紫外光又は太陽光を透過させる光透過部を有する
請求項４に記載の水処理装置。
【請求項６】
前記容器は、前記被処理水の循環経路の一部であり、
前記フィルタは、前記循環経路からの前記被処理水の取り出し口に配置されている
請求項４又は５に記載の水処理装置。
【請求項７】
前記基材の針状部分は、長さが５μｍ以上５０μｍ以下の範囲であり、かつ、幅が０．３μｍ以上３μｍ以下の範囲である
請求項４〜６のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項８】
前記酸化チタン層の膜厚は、０．０１μｍ以上０．２０μｍ以下の範囲である
請求項４〜７のいずれか１項に記載の水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光触媒材料、及び、当該光触媒材料を用いた水処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光触媒を用いて被処理水を浄化する水処理装置の開発が進められている。光触媒としては、酸化チタン（ＴｉＯ２）が一般的に知られている。酸化チタンをナノ粒子化することによって反応速度を上げ、浄化の処理速度を上げることができることが知られている。また、酸化チタンに代わる光触媒として、酸化亜鉛ウィスカを用いることが提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−３３４３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ナノ粒子の酸化チタンを光触媒として水処理装置に利用した場合、酸化チタンのリサイクル性が著しく低下する。すなわち、被処理水に混ぜ込んだ酸化チタンを濾過によって回収しようとしても、酸化チタンがナノ粒子であるために、濾過によっては回収が困難である。
【０００５】
これに対して、酸化亜鉛ウィスカは、粒子サイズが大きいために、濾過による回収が可能である。実際に、本発明者らが酸化亜鉛ウィスカを用いて水処理を行ったところ、濾過によって容易に酸化亜鉛ウィスカを回収することができた。しかしながら、酸化亜鉛ウィスカでは、期待された浄化作用が得られなかった。
【０００６】
そこで、本発明は、濾過によって回収が可能であり、かつ、十分な浄化作用を発揮する光触媒材料、及び、当該光触媒材料を用いた水処理装置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】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る光触媒材料は、テトラポッド形状の単結晶針構造を有する酸化亜鉛ウィスカである基材と、前記基材の表面を前記表面に沿ってコーティングする酸化チタン層とを備える。
【０００８】
また、例えば、本発明の一態様に係る水処理装置は、被処理水と光触媒材料とが入れられる容器と、前記容器内で前記被処理水の流れを形成する水流形成部と、前記被処理水を透過し、かつ、前記光触媒材料を除去するフィルタとを備え、前記光触媒材料は、テトラポッド形状の単結晶針構造を有する酸化亜鉛ウィスカである基材と、前記基材の表面を前記表面に沿ってコーティングする酸化チタン層とを備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、濾過によって回収が可能であり、かつ、十分な浄化作用を発揮する光触媒材料、及び、当該光触媒材料を用いた水処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態に係る光触媒材料の斜視図である。
【図２】実施の形態に係る酸化亜鉛ウィスカ（基材）の斜視図である。
【図３】実施の形態に係る光触媒材料の製造方法を示す工程遷移図である。
【図４】実施の形態に係る光触媒材料を用いた水処理を模式的に示す図である。
【図５】実施の形態に係る光触媒材料を用いた水処理において、被処理水に含まれるインディゴカーミン濃度の時間変化を表す図である。
【図６】実施の形態に係る光触媒材料を用いた水処理において、被処理水に含まれる亜鉛濃度の時間変化を表す図である。
【図７】実施の形態に係る光触媒材料を用いた水処理装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下では、本発明の実施の形態に係る光触媒材料及び水処理装置について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する趣旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
【００１２】
また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、例えば、各図において縮尺などは必ずしも一致しない。また、各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。
【００１３】
（実施の形態）
［構成］
まず、本実施の形態に係る光触媒材料の構成について、図１及び図２を用いて説明する。
【００１４】
図１は、本実施の形態に係る光触媒材料１０の斜視図である。図２は、本実施の形態に係る酸化亜鉛ウィスカ（基材１１）の斜視図である。図１に示すように、光触媒材料１０は、基材１１と、酸化チタン層１２とを備える。
【００１５】
図１及び図２に示すように、基材１１は、テトラポッド形状の単結晶針構造を有する酸化亜鉛ウィスカである。基材１１は、いわゆるパナテトラ（登録商標）である。
【００１６】
本実施の形態では、テトラポッド形状とは、根元を共有し、互いに異なる方向に延びる４つの腕（針状部分１１ａ〜１１ｄ）を有する形状を意味する。４つの腕の各々は、自身を除く他の３つの腕の延びる方向の反対側に向かって延びている。すなわち、４つの腕のうちの１つに着目した場合、４つの腕の共有部分を通り、かつ、着目した腕の延びる方向に直交する仮想的な面を基準面としたとき、着目した腕は、基準面を介して、残りの３つの腕の反対側に位置している。例えば、テトラポッド形状は、４つの腕の各々の先端を結んだ場合に正四面体を形成する形状であるが、これに限らない。４つの腕の各々の長さ、幅（太さ）、形状、及び、延びる方向（腕同士のなす角度）などは、互いに異なっていてもよい。
【００１７】
図２に示すように、基材１１は、４つの針状部分１１ａ〜１１ｄを有する。４つの針状部分１１ａ〜１１ｄは、根元を共有しており、各々が互いに異なる方向に向かって延びている。具体的には、４つの針状部分１１ａ〜１１ｄの共有部分（接続部分）が正四面体の重心に相当し、４つの針状部分１１ａ〜１１ｄはそれぞれ、当該重心から正四面体の４つの頂点の各々に向かって延びている。
【００１８】
つまり、針状部分１１ａ〜１１ｄは、互いのなす角度が略等しくなるように配置されている。例えば、針状部分１１ａの先端方向から基材１１を見た場合に、残りの３つの針状部分１１ｂ〜１１ｄは、略等角度（１２０°）で配置されている。なお、針状部分１１ａ〜１１ｄの各々のなす角度は、約１０９°になるが、これに限定されない。
【００１９】
本実施の形態では、針状部分１１ａ〜１１ｄの形状はそれぞれ、先端に向かうにつれて先細る円錐形状又は円錐台形状である。つまり、針状部分１１ａ〜１１ｄの幅Ｗは、根元に近い程大きく、先端に近い程小さくなる。例えば、針状部分１１ａ〜１１ｄはそれぞれ、長さＬが５μｍ以上５０μｍ以下の範囲であり、かつ、幅Ｗが０．３μｍ以上３μｍ以下の範囲である。なお、針状部分１１ａ〜１１ｄの幅Ｗはそれぞれ、均一であってもよい。すなわち、針状部分１１ａ〜１１ｄの形状はそれぞれ、細長い円柱形状でもよい。あるいは、針状部分１１ａ〜１１ｄの形状はそれぞれ、細長い角錐形状、角錐台形状又は角柱形状でもよい。
【００２０】
針状部分１１ａ〜１１ｄの形状及び大きさは、例えば、互いに同じであるが、互いに異なっていてもよい。例えば、針状部分１１ａ〜１１ｄの長さＬ又は幅Ｗは、互いに異なっていてもよい。
【００２１】
酸化チタン層１２は、基材１１の表面を表面に沿ってコーティングする被覆層である。具体的には、酸化チタン層１２は、基材１１の表面の全体を、表面に沿って所定の膜厚以下で薄くコーティングしている。酸化チタン層１２の膜厚は、例えば、０．０１μｍ以上０．２０μｍ以下の範囲である。
【００２２】
酸化チタン層１２は、基材１１の表面に沿って設けられているので、酸化チタン層１２の外形形状は、基材１１と同様にテトラポッド形状である。具体的には、酸化チタン層１２の外形形状は、基材１１より一回り（具体的には、酸化チタン層１２の膜厚分）大きいテトラポッド形状である。
【００２３】
酸化チタン層１２と基材１１とは、酸化チタン層１２のチタン原子と、基材１１の表面近傍の亜鉛原子とが、酸素原子を介して結合している。酸化チタン層１２は、酸化亜鉛ウィスカである基材１１に対して化学コーティング処理を行うことで形成される。具体的な処理は、以下で説明する。
【００２４】
［光触媒材料の製造方法］
続いて、本実施の形態に係る光触媒材料１０の製造方法について、図３を用いて説明する。図３は、本実施の形態に係る光触媒材料１０の製造方法を示す工程遷移図である。
【００２５】
本実施の形態では、ゾルゲル法を用いて光触媒材料１０を製造する。まず、図３に示すように、酸化亜鉛ウィスカと、チタンを含む溶液とを準備する（Ｓ１０）。
【００２６】
チタンを含む溶液は、具体的には、オルトチタン酸テトラエチル（化学式：Ti(OC2H5)4）にアルコールと水とを加えて撹拌させた後、酸を加えて所定温度で所定期間保温したものである。これにより、以下の式（１）で示される加水分解が進行し、溶液がゾル化する。このとき、副生成物としてエタノールが生成される。
【００２７】
Ti(OC2H5)4  ＋  ４H2O  →  Ti(OH)4  ＋  ４C2H5OH      （１）
【００２８】
次に、酸化亜鉛ウィスカと、ゾル化した溶液とを混合する（Ｓ１２）。これにより、酸化亜鉛ウィスカである基材１１の表面において、以下の式（２）で示される重縮合が進行する。
【００２９】
Ti(OH)4  →  TiO2  ＋２H2O      （２）
【００３０】
なお、加水分解と重縮合とは、粒子（酸化チタン）の結合、固化及び乾燥の処理過程で同時に進行する。このとき、副生成物として水が生成される。
【００３１】
さらに、混合溶液に対して所定の温度（例えば、４００℃程度）で熱処理を行うことにより（Ｓ１４）、重縮合が完全に完了し、基材１１の表面に酸化チタンの薄膜（すなわち、酸化チタン層１２）が形成される。なお、エタノール及び水などの副生成物は、熱処理によって蒸発する。このようにして、光触媒材料１０が製造される。
【００３２】
例えば、１つの実施例として、３３．０ｇ（０．１２ｍｏｌ）のオルトチタン酸テトラエチルに、４６．１ｇ（１．００ｍｏｌ）のエタノールと、１７．３ｇ（０．９６ｍｏｌ）の蒸留水とを加えて撹拌させる。その後、１Ｎの塩酸溶液を４ｍＬ加えて７０℃で３０分間程度保温する。これによってゾル化した溶液を、７０ｇの酸化亜鉛ウィスカに加える。さらに、４００℃の温度で熱処理を行うことにより、約５０ｎｍの酸化チタン層１２が基材１１の表面に形成される。
【００３３】
なお、上記実施例は、一例であって、これに限らない。例えば、オルトチタン酸テトラエチルの濃度を高めることで、酸化チタン層１２の膜厚を大きくすることができる。このとき、オルトチタン酸テトラエチルの濃度は、上記実施例の約３倍以下の範囲である。これにより、基材１１の表面に膜質の良い酸化チタン層１２を形成することができる。また、オルトチタン酸テトラエチルの代わりに、オルトチタン酸テトライソプロピル（化学式：Ti{OCH(CH3)2}4）などのチタンを含む別の材料を用いてもよい。
【００３４】
［光触媒材料の浄化作用］
続いて、本実施の形態に係る光触媒材料１０の浄化作用について説明する。
【００３５】
図４は、本実施の形態に係る光触媒材料１０を用いた水処理方法を模式的に示す図である。ここでは、容器２０に容れられた被処理水２１を、光触媒材料１０によって浄化する。なお、浄化とは、有機物を分解し、除去することである。
【００３６】
被処理水２１は、例えば、家庭排水又は工場排水などであるが、これに限らない。例えば、被処理水２１は、雨水、井戸水、河川水又は湖水などの汲み置きの水、又は、水道水などでもよい。
【００３７】
本実施の形態では、図４に示すように、被処理水２１に光触媒材料１０を混合し、所定の波長成分の光（照射光）を照射する。照射光は、光触媒材料１０の触媒機能を発揮させる波長成分を含む光であり、例えば紫外光である。紫外光は、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）又は水銀ランプなどの発光装置（紫外光光源）から出射された光である。
【００３８】
あるいは、照射光は、太陽光でもよい。光触媒材料１０には、触媒機能を発揮する酸化チタンと酸化亜鉛とが含まれている。このため、酸化チタンの触媒機能を発揮させる波長成分（例えば、２８０ｎｍ以上４１０ｎｍ以下の範囲）、又は、酸化亜鉛の触媒機能を発揮させる波長成分（例えば、２９０ｎｍ以上４６０ｎｍ以下の範囲）の光を照射光として利用することができる。具体的には、照射光は、２８０ｎｍ以上４６０ｎｍの範囲にピークを有する光、又は、当該範囲内における光強度が所定値より大きい光である。
【００３９】
このように、本実施の形態に係る光触媒材料１０によれば、触媒機能を発揮させるための照射光として利用可能な波長の範囲が広くなる。このため、太陽光を利用した場合にも、十分な浄化作用を発揮することができる。
【００４０】
以下では、図４に示すような簡易な構成を利用して、水処理を行った実験結果について説明する。
【００４１】
図５は、本実施の形態に係る光触媒材料１０を用いた水処理において、被処理水２１に含まれるインディゴカーミン濃度の時間変化を表す図である。ここでは、被処理水２１が浄化される様子を分かりやすくするために、不純物として所定量のインディゴカーミンを被処理水２１に添加している。
【００４２】
図５において、横軸は時間［ｍｉｎ］であり、縦軸はインディゴカーミンの相対濃度である。時間は、光触媒材料１０と被処理水２１とを混合した後、照射光の照射を開始した時点を０とする。また、インディゴカーミンの相対濃度は、被処理水２１内に含まれるインディゴカーミンの濃度Ｃを、照射光の照射の開始時点の初期濃度Ｃ０によって正規化した濃度（Ｃ／Ｃ０）である。
【００４３】
図５では、実施例１（実線）、比較例１（破線）及び比較例２（一点鎖線）として、光触媒材料１０、酸化亜鉛ウィスカ（基材１１のみ）、及び、酸化チタンのナノ粒子をそれぞれ、インディゴカーミンを含む被処理水２１に入れた場合の濃度の時間変化を示している。なお、いずれの場合も初期濃度Ｃ０、並びに、照射光の強度及び波長などの実験条件は同じである。例えば、被処理水２１に入れた光触媒材料１０、酸化亜鉛ウィスカ、及び、酸化チタンのナノ粒子の量はそれぞれ、１２００ｐｐｍである。
【００４４】
図５に示すように、実施例１、比較例１及び比較例２のいずれの場合も、時間の経過とともに、インディゴカーミンの相対濃度が低下している。つまり、インディゴカーミンが分解されていることが分かる。
【００４５】
実施例１と比較例１とを比較して分かるように、相対濃度の変化（低下）の割合は、実施例１の方が比較例１よりも大きい。すなわち、光触媒材料１０は、酸化亜鉛ウィスカよりもインディゴカーミンの分解速度が早く、優れた分解能力（すなわち、浄化能力）を発揮する。
【００４６】
実施例１と比較例２とを比較した場合には、相対濃度の変化（低下）の割合は、比較例２の方が実施例１よりも大きい。これは、酸化チタンのナノ粒子の表面積が大きいためと考えられる。しかしながら、上述したように、酸化チタンのナノ粒子は濾過による回収が難しいという問題がある。
【００４７】
これに対して、光触媒材料１０は、酸化亜鉛ウィスカである基材１１と同等の大きさを有しており、ナノ粒子に比べて十分に大きい。このため、光触媒材料１０を回収し、リサイクルすることが容易である。さらに、光触媒材料１０は、図５で示したように、酸化チタンのナノ粒子に遜色ない程度に十分な浄化能力を有している。
【００４８】
図６は、本実施の形態に係る光触媒材料１０を用いた水処理において、被処理水２１に含まれる亜鉛濃度の時間変化を表す図である。図６において、横軸は時間［ｍｉｎ］であり、縦軸は亜鉛の相対濃度である。時間は、光触媒材料１０と被処理水２１とを混合した後、照射光の照射を開始した時点を０とする。また、亜鉛の相対濃度は、被処理水２１内に溶出した亜鉛の濃度Ｃを、照射光の照射の開始時点の初期濃度Ｃ０によって正規化した濃度（Ｃ／Ｃ０）である。
【００４９】
図６では、実施例２（実線）及び比較例３（破線）として、光触媒材料１０及び酸化亜鉛ウィスカ（基材１１のみ）をそれぞれ、被処理水２１に入れた場合の濃度の時間変化を示している。なお、いずれの場合も初期濃度Ｃ０、並びに、照射光の強度及び波長などの実験条件は同じである。例えば、被処理水２１に入れた光触媒材料１０及び酸化亜鉛ウィスカの量はそれぞれ、１２００ｐｐｍである。
【００５０】
図６に示すように、比較例３では、時間の経過とともに、亜鉛の相対濃度が増加している。このことから、被処理水２１に入れられた酸化亜鉛ウィスカは、紫外光を照射した場合に、その一部が溶けることが分かる。酸化亜鉛ウィスカが溶けた分だけ、浄化作用が低下する。また、溶けた酸化亜鉛ウィスカは、被処理水２１の表面に浮遊し、形状が崩れて粒子サイズが小さくなるため、回収が難しくなる。
【００５１】
一方で、実施例２では、亜鉛の相対濃度は、最初に僅かに増加しているものの、それ以降は、ほとんど変化が見られない。したがって、被処理水２１への亜鉛の溶出が抑制されていることが分かる。これは、酸化亜鉛ウィスカである基材１１の表面が難溶性の酸化チタン層１２によってコーティングされているためと考えられる。
【００５２】
［水処理装置］
ここで、本実施の形態に係る光触媒材料１０を用いた水処理装置について、図７を用いて説明する。図７は、本実施の形態に係る光触媒材料１０を用いた水処理装置１００の構成図である。
【００５３】
図７に示すように、水処理装置１００は、反応容器１１０と、フィルタ１３１と、ポンプ１４０とを備える。本実施の形態では、水処理装置１００は、さらに、配管１２０と、回収容器１３０と、バルブ１５０及び１６０と、貯水槽１７０とを備える。
【００５４】
反応容器１１０は、被処理水２１と、光触媒材料１０とが入れられる容器の一例である。反応容器１１０は、例えば略直方体状の容器であり、被処理水２１を入れるための給水口１１１を有する。反応容器１１０は、例えばガラス、ステンレス又は樹脂などから形成されている。なお、反応容器１１０の形状、大きさ及び材料は、特に限定されない。
【００５５】
本実施の形態では、図７に示すように、反応容器１１０は、紫外光又は太陽光を透過させる光透過部１１２を有する。光透過部１１２は、例えば、紫外光を透過させるガラスなどの透光性材料を用いて形成されている。光透過部１１２は、具体的には、反応容器１１０に設けられた窓（開口）に嵌め入れられたガラス板である。光透過部１１２が窓に嵌め入れられていることで、被処理水２１が反応容器１１０からこぼれ出るのを抑制することができる。
【００５６】
なお、光透過部１１２は、反応容器１１０に設けられた開口部でもよい。例えば、反応容器１１０は、上面が開放された箱体であってもよく、当該開放された上面が光透過部１１２に相当する。あるいは、反応容器１１０の全体が、紫外光を透過させる透光性材料を用いて形成されていてもよい。すなわち、反応容器１１０の全体が光透過部１１２であってもよい。
【００５７】
反応容器１１０は、光透過部１１２を介して紫外光又は太陽光が内部に照射されるように配置されている。これにより、紫外光又は太陽光が光触媒材料１０の触媒機能を発揮させ、被処理水２１に含まれる有機物などが分解されて、被処理水２１を浄化することができる。
【００５８】
配管１２０は、被処理水２１が流れる経路を構成する。本実施の形態では、配管１２０は、第１配管部１２１と、第２配管部１２２と、第３配管部１２３とを備える。
【００５９】
第１配管部１２１及び第２配管部１２２はそれぞれ、反応容器１１０と回収容器１３０とを接続している。第１配管部１２１は、反応容器１１０から回収容器１３０に向かって被処理水２１を流す経路を形成している。第２配管部１２２は、回収容器１３０から反応容器１１０に向かって被処理水２１を流す経路を形成している。
【００６０】
具体的には、第１配管部１２１及び第２配管部１２２は、反応容器１１０と回収容器１３０との間で被処理水２１の循環経路を構成している。つまり、本実施の形態では、反応容器１１０、第１配管部１２１、第２配管部１２２及び回収容器１３０はそれぞれ、被処理水２１の循環経路の一部である。反応容器１１０、第１配管部１２１、回収容器１３０、第２配管部１２２の順で被処理水２１は循環している。
【００６１】
第３配管部１２３は、回収容器１３０と貯水槽１７０とを接続している。第３配管部１２３は、フィルタ１３１を透過した被処理水２１を貯水槽１７０に流す経路を形成している。
【００６２】
配管１２０の形状、大きさ及び材料は、特に限定されない。例えば、第１配管部１２１及び第２配管部１２２は、太陽光を透過させる透光性材料を用いて形成されていてもよい。これにより、反応容器１１０だけでなく、第１配管部１２１及び第２配管部１２２内でも被処理水２１が光触媒材料１０によって浄化されるので、浄化処理の効率を高めることができる。なお、回収容器１３０についても同様である。
【００６３】
なお、光触媒材料１０は、反応容器１１０内だけでなく、第１配管部１２１内、第２配管部１２２内及び回収容器１３０内にも存在している。すなわち、光触媒材料１０は、被処理水２１の流れに沿って循環している。
【００６４】
回収容器１３０は、フィルタ１３１を収容する容器である。回収容器１３０には、循環経路からの被処理水２１の取り出し口１３２が設けられており、取り出し口１３２にフィルタ１３１が配置されている。取り出し口１３２は、循環している被処理水２１を外部に取り出すための開口であり、第３配管部１２３を介して貯水槽１７０と接続されている。
【００６５】
フィルタ１３１は、被処理水２１を透過し、かつ、光触媒材料１０を除去するフィルタである。すなわち、フィルタ１３１は、被処理水２１の濾過を行うことで、光触媒材料１０を回収する。
【００６６】
フィルタ１３１には、例えば、緻密な複数の開口が形成されている。フィルタ１３１の開口の大きさは、光触媒材料１０の大きさより小さい。例えば、開口の最大幅は、光触媒材料１０の基材１１の針状部分１１ａ〜１１ｄの長さより短い。例えば、開口の最大幅は、５μｍ以下である。フィルタ１３１は、例えば、繊維などを用いて形成されている。
【００６７】
ポンプ１４０は、反応容器１１０内で被処理水２１の流れを形成する水流形成部の一例である。本実施の形態では、ポンプ１４０は、第１配管部１２１の途中に配置された液体ポンプであり、反応容器１１０と回収容器１３０との間で第１配管部１２１及び第２配管部１２２を介して被処理水２１を循環させる。
【００６８】
バルブ１５０及び１６０は、ユーザによって開閉が制御されるバルブである。バルブ１５０は、第２配管部１２２に配置されている。バルブ１５０が開けられた場合に、回収容器１３０から反応容器１１０に被処理水２１を流すことができる。
【００６９】
バルブ１６０は、第３配管部１２３に配置されている。バルブ１６０が開けられた場合に、貯水槽１７０に、フィルタ１３１を通過した被処理水２１を流すことができる。
【００７０】
例えば、ユーザが浄水を必要な場合に、バルブ１６０を開け、バルブ１５０を閉じることで、ポンプ１４０によって送られた被処理水２１は、回収容器１３０のフィルタ１３１を通って貯水槽１７０に流れる。これにより、貯水槽１７０には、光触媒材料１０によって浄化処理が行われた後の被処理水２１（すなわち、浄水）が貯められる。このとき、フィルタ１３１によって、光触媒材料１０が回収されるので、回収された光触媒材料１０をリサイクルすることができる。
【００７１】
なお、バルブ１５０及び１６０の開閉は、制御回路（図示せず）によって自動的に制御されてもよい。例えば、制御回路は、循環経路内を循環している被処理水２１の液量が一定に保たれるように、バルブ１５０及び１６０の開閉を制御してもよい。例えば、反応容器１１０に新たに被処理水２１が入れられた場合に、同等量の被処理水２１（浄水）を貯水槽１７０に貯まるように、制御回路は、バルブ１５０及び１６０の開閉を制御してもよい。
【００７２】
貯水槽１７０は、光触媒材料１０によって浄化処理が行われた後の被処理水２１（すなわち、浄水）を貯めるための槽である。貯水槽１７０の形状、大きさ及び材料は特に限定されない。
【００７３】
なお、水処理装置１００は、貯水槽１７０を備えていなくてもよい。例えば、第３配管部１２３は、水道の蛇口であってもよく、バルブ１６０は、蛇口に設けられた水道栓であってもよい。ユーザがバルブ１６０を開ける（すなわち、水道栓をひねる）ことによって、浄水が排出されてもよい。
【００７４】
［効果など］
以上のように、本実施の形態に係る光触媒材料１０は、テトラポッド形状の単結晶針構造を有する酸化亜鉛ウィスカである基材１１と、基材１１の表面を表面に沿ってコーティングする酸化チタン層１２とを備える。
【００７５】
これにより、基材１１の表面が難溶性の酸化チタン層１２によってコーティングされているために、基材１１からの亜鉛の溶出を抑制することができる。基材１１の形状が維持されるので、光触媒材料１０の粒子サイズも大きいまま維持される。したがって、被処理水２１に光触媒材料１０を直接混入したとしても、濾過によって容易に光触媒材料１０を回収し、リサイクルすることができる。
【００７６】
また、図５でも示したように、光触媒材料１０は、酸化亜鉛ウィスカのみ、又は、酸化チタンのナノ粒子と同等の浄化能力を発揮する。このように、本実施の形態によれば、濾過によって回収が可能であり、かつ、十分な浄化作用を発揮する光触媒材料１０を提供することができる。
【００７７】
また、例えば、基材１１の針状部分１１ａ〜１１ｄは、長さＬが５μｍ以上５０μｍ以下の範囲であり、かつ、幅Ｗが０．３μｍ以上３μｍ以下の範囲である。
【００７８】
これにより、基材１１がナノ粒子などに比べて十分に大きく、濾過によって一層容易に回収及びリサイクルを行うことができる。
【００７９】
また、例えば、酸化チタン層１２の膜厚は、０．０１μｍ以上０．２０μｍ以下の範囲である。
【００８０】
これにより、基材１１からの亜鉛の溶出を抑制しつつ、酸化亜鉛及び酸化チタンの触媒効果を十分に発揮させることができ、浄化作用を高めることができる。
【００８１】
また、例えば、本実施の形態に係る水処理装置１００は、被処理水２１と光触媒材料１０とが入れられる反応容器１１０と、反応容器１１０内で被処理水２１の流れを形成する水流形成部の一例であるポンプ１４０と、被処理水２１を透過し、かつ、光触媒材料１０を除去するフィルタ１３１とを備え、光触媒材料１０は、テトラポッド形状の単結晶針構造を有する酸化亜鉛ウィスカである基材１１と、基材１１の表面を表面に沿ってコーティングする酸化チタン層１２とを備える。
【００８２】
これにより、上述した光触媒材料１０を利用するので、高効率で被処理水２１を浄化することができる。また、フィルタ１３１によって光触媒材料１０を容易に回収し、リサイクルすることができる。
【００８３】
また、被処理水２１に流れを形成することで、被処理水２１内に含まれる光触媒材料１０が沈降するのを抑制し、被処理水２１の全体に光触媒材料１０を行き渡らせることができる。これにより、被処理水２１の浄化を一層効率良く行うことができる。
【００８４】
また、例えば、反応容器１１０は、紫外光又は太陽光を透過させる光透過部１１２を有する。
【００８５】
これにより、反応容器１１０内の被処理水２１に含まれる光触媒材料１０に効果的に紫外光を照射させることができる。
【００８６】
また、例えば、反応容器１１０は、被処理水２１の循環経路の一部であり、フィルタ１３１は、循環経路からの被処理水２１の取り出し口１３２に配置されている。
【００８７】
これにより、フィルタ１３１が循環経路からの取り出し口１３２に設けられているので、循環経路から取り出された被処理水２１（浄水）には光触媒材料１０が含まれていない。このため、取り出された被処理水２１（浄水）を、飲用などの所望の目的に利用することができる。また、循環経路を流れている被処理水２１中には、光触媒材料１０が含まれているので、被処理水２１は、取り出される直前まで光触媒材料１０による浄化作用を受けることができる。したがって、取り出し口１３２からは、より浄化された浄水を取り出すことができる。
【００８８】
（その他）
以上、本発明に係る光触媒材料及び水処理装置について、上記の実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではない。
【００８９】
例えば、上記の実施の形態では、基材１１の針状部分１１ａ〜１１ｄの長さＬの範囲（５μｍ〜５０μｍ）及び幅Ｗの範囲（０．３μｍ〜３μｍ）について例示したが、これに限らない。例えば、針状部分１１ａ〜１１ｄのいずれかは、５μｍより短くてもよく、５０μｍより長くてもよい。また、針状部分１１ａ〜１１ｄのいずれかの先端部分において、幅Ｗが０．３μｍより細くてもよく、針状部分１１ａ〜１１ｄのいずれかの根元部分において、幅Ｗが３μｍより太くてもよい。同様に、酸化チタン層１２の膜厚も、０．０１μｍより薄くてもよく、０．２０μｍよりも厚くてもよい。
【００９０】
また、例えば、上記の実施の形態に係る水処理装置１００では、外部の発光装置からの紫外光を、反応容器１１０内に光透過部１１２を介して照射する例について示したが、これに限らない。紫外光を発する発光装置は、反応容器１１０内に配置されていてもよい。この場合、反応容器１１０は、光透過部１１２を備えなくてもよい。
【００９１】
また、例えば、上記の実施の形態に係る水処理装置１００では、被処理水２１を循環させる例について示したが、これに限らない。図４で模式的に示したように、１つの容器２０に被処理水２１が入れられていてもよい。なお、この場合、容器２０内に、被処理水２１を撹拌させる撹拌機が配置されていてもよい。撹拌機は、被処理水２１の流れを形成する水流形成部の一例である。
【００９２】
これにより、光触媒材料１０の沈降を抑制することができる。被処理水２１の全体に光触媒材料１０を行き渡らせることができるので、浄化効率を高めることができる。
【００９３】
その他、各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。
【符号の説明】
【００９４】
１０  光触媒材料
１１  基材
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ  針状部分
１２  酸化チタン層
２０  容器
２１  被処理水
１００  水処理装置
１１０  反応容器（容器）
１１２  光透過部
１３１  フィルタ
１３２  取り出し口
１４０  ポンプ（水流形成部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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