(57)【要約】【課題】硝酸性窒素および／または亜硝酸性窒素と共に揮発性有害化学物質も除去できる浄化触媒を提供する。【解決手段】浄化触媒１は、担体であるＦｅ（２）の表面に、二酸化チタン（３）が付着しており、さらにＭｇ（４）がＦｅ（２）の表面と二酸化チタン（３）の表面とに付着している。第２の金属であるＭｇ（４）は、第１の金属であるＦｅ（２）と共に所定の液体例えばＨ２Ｏを含む液体の中に浸漬された場合に水素ガスを発生する金属である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の金属と、
該第１の金属の表面に付着された二酸化チタンと、
該二酸化チタンの表面と前記第１の金属の表面に付着された第２の金属とを備え、
該第２の金属は、前記第１の金属と共に所定の液体の中に浸漬された場合に水素ガスを発生する金属である
浄化触媒。
【請求項２】
前記第１の金属は、Ｆｅ、Ｃｄ、Ｎｉ、Ｓｎ、およびＰｂから選ばれる１種であり、
前記第２の金属は、Ａｌ、Ｍｎ、Ｔａ、Ｚｎ、Ｃｒ、およびＭｇから選ばれる１種である
請求項１に記載の浄化触媒。
【請求項３】
前記第１の金属はＦｅであり、
前記第２の金属はＭｇである
請求項１に記載の浄化触媒。
【請求項４】
前記第２の金属の付着面積は、前記第１の金属の全表面積に対して９〜４０％である
請求項１または請求項２に記載の浄化触媒。
【請求項５】
前記二酸化チタンの付着面積は、前記第１の金属の全表面積に対して７５％である
請求項４に記載の浄化触媒。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は浄化触媒に関する。詳しくは、例えば水の浄化に使用される浄化触媒に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
硝酸性窒素を含む肥料が大量に施肥された結果、ミネラルウォーターとして市販されている物も含む地下水が、硝酸性窒素に汚染されたり、葉物野菜の中に大量の硝酸性窒素が残留したりといった環境問題が起こっている。そして、人間を含む動物が硝酸性窒素を大量に摂取すると、体内で亜硝酸性窒素に還元され、これがメトヘモグロビンと結合してメトヘモグロビン血症などの酸素欠乏症を引き起こす可能性があるうえ、アミノ酸と結合して、発癌性物質であるニトロソアミンを生じることが指摘されている。
【０００３】
また、硝酸性窒素および／または亜硝酸性窒素を含有する水の脱窒処理方法としては、従来、生物学的脱窒法、イオン交換法あるいは逆浸透膜法などが知られている。
しかし、生物学的脱窒法においては、汚泥の発生、処理水水質のコントロールの難しさが問題となる。また、廃水中の有機物濃度が少ない場合には、水素供与体として酢酸やメタノールなどの有機物を原水に添加して処理するが、硝酸性窒素および亜硝酸性窒素を完全に除去するには、窒素除去に必要な反応当量の２〜３倍の過剰な有機物を供給する必要があり、必然的に脱窒槽からの流出水に有機物が残留する。したがって、脱窒槽の後段に再曝気槽を設けて残留有機物の処理を行なう必要がある。
【０００４】
また、イオン交換法は、使用している樹脂の交換容量に限界があり、一定の時間間隔で樹脂の再生が必要となることや、水中に含まれる硝酸性窒素以外のイオンも同時に除去してしまうなど、水道水の生成には必ずしも適当ではない。
一方、逆浸透膜法は、再生操作がないため、再生薬剤の処理問題は生じないが、逆浸透膜で濃縮された濃厚液の処理が新たな問題となる。濃厚液には、硝酸性窒素などが高濃度で存在するため、別途処理することが必要であるばかりか、逆浸透装置にかけた原水の２０〜３０％近い水量の濃厚液が排出される。このように、飲料水を対象とする硝酸性窒素除去方式は、幾つか検討されているものの、また解決すべき問題が多いと共に処理コストの大幅な増加を招くものである。
【０００５】
さらに、硝酸性窒素や亜硝酸性窒素を除去するため、水素ガスを用いて還元する方法がある。このような方法として、例えば特許文献１には、硝酸性窒素含有水を、水中で水素を発生する金属と接触させて、硝酸性窒素を亜硝酸またはアンモニア性窒素に還元し、亜硝酸性窒素の場合は還元剤、アンモニア性窒素の場合は酸化剤の存在下であって、かつ酸化還元触媒の存在下に反応させて、窒素に転換する硝酸性窒素含有水の処理方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−３２８６５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、水例えば地下水の中には、低濃度揮発性有害化学物質（Ｖｏｌａｔｉｌｅ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ＝ＶＯＣ）で汚染された地下水もあり、硝酸性窒素に加えて揮発性有害化学物質をも除去しようとすると、様々な除去方法を試さなければならず、処理の煩雑化や処理コストの増大につながっていた。
【０００８】
本発明は、以上の点に鑑みて創案されたものであり、硝酸性窒素および／または亜硝酸性窒素と共に揮発性有害化学物質も除去できる浄化触媒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】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明の浄化触媒は、第１の金属と、該第１の金属の表面に付着された二酸化チタンと、該二酸化チタンの表面と前記第１の金属の表面に付着された第２の金属とを備え、該第２の金属は、前記第１の金属と共に所定の液体の中に浸漬された場合に水素ガスを発生する金属である触媒である。
【００１０】
ここで、第１の金属の表面に付着された二酸化チタンによって、紫外線を照射して光触媒機能を発揮することができる。
【００１１】
また、本発明の浄化触媒において、第１の金属は、Ｆｅ、Ｃｄ、Ｎｉ、Ｓｎ、およびＰｂから選ばれる１種であり、第２の金属は、Ａｌ、Ｍｎ、Ｔａ、Ｚｎ、Ｃｒ、およびＭｇから選ばれる１種とすることができる。また、この中で、第１の金属はＦｅであり、第２の金属はＭｇであるという組み合わせを選択できる。
【００１２】
また、本発明の浄化触媒において、第２の金属の付着面積は、第１の金属の全表面積に対して９〜４０％とすることができる。
【００１３】
また、本発明の浄化触媒において、二酸化チタンの付着面積は、第１の金属の全表面積に対して７５％である場合、特に硝酸性窒素の除去率を増大させることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る浄化触媒は、硝酸性窒素および／または亜硝酸性窒素と共に揮発性有害化学物質も除去できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の浄化触媒の一例を示す概略平面図である。
【図２】本発明の浄化触媒を用いた浄化槽の一例を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明し、本発明の理解に供する。
図１は、本発明の浄化触媒の一例を示す概略平面図である。図１に示すように、本発明の浄化触媒１は、担体であるＦｅ（鉄）（第１の金属の一例である。）（２）の表面に、二酸化チタン（ＴｉＯ２）（３）が付着しており、さらにＭｇ（マグネシウム）（第２の金属の一例である。）（４）がＦｅ（２）の表面と二酸化チタン（３）の表面とに付着している。
また、第２の金属であるＭｇ（４）は、第１の金属であるＦｅ（２）と共に所定の液体（例えばＨ２Ｏを含む液体）の中に浸漬された場合に水素ガスを発生する金属である。
【００１７】
また、二酸化チタンの付着面積は、Ｆｅの全表面積に対して１５〜９０％、好ましくは２５〜８０％、さらに好ましくは６５〜７５％とすることができる。
また、Ｍｇの付着面積は、Ｆｅの全表面積に対して９〜４０％とすることができる。
【００１８】
ここで、浄化触媒が、第１の金属と、該第１の金属の表面に付着された二酸化チタンと、該二酸化チタンの表面と前記第１の金属の表面に付着された第２の金属とを備え、該第２の金属は、前記第１の金属と共に所定の液体の中に浸漬された場合に水素ガスを発生する金属であれば、必ずしも第１の金属はＦｅでなくてもよく、また、必ずしも第２の金属はＭｇでなくてもよい。例えば、第１の金属は、Ｃｄ、Ｎｉ、Ｓｎ、およびＰｂから選ばれる１種であってもよく、また、第２の金属は、Ａｌ、Ｍｎ、Ｔａ、ＺｎおよびＣｒから選ばれる１種であってもよい。
【００１９】
次に、担体であるＦｅの全表面積に対するＭｇの付着面積を一定にして、Ｆｅの全表面積に対する二酸化チタンの付着面積を変えたときの浄化触媒を用意し、硝酸性窒素および／または亜硝酸性窒素を含んだ水に浄化触媒を浸してから２４時間後の硝酸性窒素および／または亜硝酸性窒素の除去率を調べた。なお、Ｍｇは、Ｆｅの表面と二酸化チタンの表面とに付着された。また、浄化触媒に紫外線を照射した。結果を表１に示す。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
表１から判るように、一定のＭｇ付着面積に対して最も高いＮＯｘ−Ｎ除去率を示したのは、二酸化チタンの付着面積が７５％の場合であった。
次に、担体であるＦｅの全表面積に対する二酸化チタンの付着面積を７５％に固定して、Ｆｅの全表面積に対するＭｇの付着面積を変えた浄化触媒を用意し、硝酸性窒素および／または亜硝酸性窒素を含んだ水に浄化触媒を浸してからから２４時間後の硝酸性窒素および／または亜硝酸性窒素の除去率を調べた。なお、Ｍｇは、Ｆｅの表面と二酸化チタンの表面とに付着された。また、浄化触媒に紫外線を照射した。結果を表２に示す。
【００２２】
【表２】
2011078932.tif 000004
【００２３】
表２から判るように、一定のＭｇ付着面積に対して最も高いＮＯｘ−Ｎ除去率を示した二酸化チタンの付着面積７５％の場合に、Ｍｇの付着面積を増大させるに従ってＮＯｘ−Ｎ除去率も増大した。
また、比較のために、第１の金属であるＦｅを用いない場合について、硝酸性窒素および／または亜硝酸性窒素の除去率を調べた。すなわち、ガラス管の内壁全表面積に対して二酸化チタンの付着面積が７５％となるようにガラス管の内壁に二酸化チタンを付着し、さらにガラス管の内壁全表面積に対してＭｇの付着面積が３９．２％となるようにガラス管の内壁にＭｇを付着した。そして、このガラス管に硝酸性窒素および／または亜硝酸性窒素を含んだ水を入れてから２４時間後の硝酸性窒素および／または亜硝酸性窒素の除去率を調べた。なお、Ｍｇは、ガラスの表面と二酸化チタンの表面とに付着された。また、浄化触媒に紫外線を照射した。結果を表３に示す。
また、第１の金属であるＦｅおよび二酸化チタンを用いない場合について、硝酸性窒素および／または亜硝酸性窒素の除去率を調べた。すなわち、ガラス管の内壁全表面積に対してＭｇの付着面積が３９．２％となるようにガラス管の内壁にＭｇを付着しただけのガラス管に硝酸性窒素および／または亜硝酸性窒素を含んだ水を入れてから２４時間後の硝酸性窒素および／または亜硝酸性窒素の除去率を調べた。結果を表３に示す。
また、第１の金属であるＦｅおよび第２の金属であるＭｇを用いない場合についても、硝酸性窒素および／または亜硝酸性窒素の除去率を調べた。すなわち、ガラス管の内壁全表面積に対して二酸化チタンの付着面積が７５％となるようにガラス管の内壁に二酸化チタンを付着しただけのガラス管に硝酸性窒素および／または亜硝酸性窒素を含んだ水を入れてから２４時間後の硝酸性窒素および／または亜硝酸性窒素の除去率を調べた。また、浄化触媒に紫外線を照射した。結果を表３に示す。
【００２４】
【表３】
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【００２５】
表３から判るように、担体をＦｅではなくガラスに変えた場合（ガラス／ＴｉＯ２／Ｍｇ）、担体の全表面積に対する二酸化チタンの付着面積（７５％）もＭｇの付着面積（３９．２％）は、表２に示す最も良い値を示した場合と同じであるものの、２４時間後のＮＯｘ−Ｎ除去率は、６５％から０．０６％へと大幅に低下した。
また、第１の金属であるＦｅおよび二酸化チタンを用いず、第２の金属であるＭｇを用いた場合（ガラス／Ｍｇ）、担体の全表面積に対するＭｇの付着面積（３９．２％）は、表２に示す最も良い値を示した場合と同じであるものの、２４時間後のＮＯｘ−Ｎ除去率は、６５％から０．１％へと大幅に低下した。
さらに、第１の金属であるＦｅおよび第２の金属であるＭｇを用いず、二酸化チタンを用いた場合（ガラス／ＴｉＯ２）、担体の全表面積に対する二酸化チタンの付着面積（７５％）は、表２に示す最も良い値を示した場合と同じであるものの、２４時間後のＮＯｘ−Ｎ除去率は、６５％から０．１％へと大幅に低下した。
【００２６】
次に、担体であるＦｅの全表面積に対する二酸化チタンの付着面積を７５％、Ｆｅの全表面積に対するＭｇの付着面積を３９．２％とし、ＭｇをＦｅの表面と二酸化チタンの表面とに付着した、図１に示すような浄化触媒を用意した。
そして、この浄化触媒を、揮発性有害化学物質であるテトラクロロエチレン（ＰＣＥ）のみを含んだ水に浸して２時間後のテトラクロロエチレンの除去率を調べた。また別途、この浄化触媒を、硝酸性窒素および／または亜硝酸性窒素のみを含んだ水に浸して２４時間後の硝酸性窒素および／または亜硝酸性窒素の除去率を調べた。また別途、この浄化触媒を、テトラクロロエチレンと、硝酸性窒素および／または亜硝酸性窒素を含んだ水に浸して２時間後のテトラクロロエチレンの除去率と、この水に浸して２４時間後の硝酸性窒素および／または亜硝酸性窒素の除去率を調べた。結果を表４に示す。
【００２７】
【表４】
2011078932.tif 000006
【００２８】
表４から判るように、本発明の浄化触媒は、テトラクロロエチレンのみを単独で除去しようとする場合、除去開始から２時間後には８６％のテトラクロロエチレンを除去することができ、硝酸性窒素および／または亜硝酸性窒素のみを単独で除去しようとする場合、除去開始から２４時間後に６５％の硝酸性窒素および／または亜硝酸性窒素を除去することができる。
さらに、テトラクロロエチレンと、硝酸性窒素および／または亜硝酸性窒素を同時に除去しようとする場合でも、除去開始から２時間後には５０％のテトラクロロエチレンを除去することができ、除去開始から２４時間後に７０％の硝酸性窒素および／または亜硝酸性窒素を除去することができる。
【００２９】
本発明の浄化触媒は、第１の金属例えばＦｅに付着された二酸化チタンを備えるので、二酸化チタンに紫外線が照射されると、ヒドロキシラジカルとスーパーオキシド（電子が水中の酸素を還元したもの）が生成され、これによってテトラクロロエチレンなどの揮発性有害化学物質が除去される。すなわち、生成したヒドロキシラジカルによって、テトラクロロエチレンが分解されてトリクロロエチレン（ＴＣＥ）となり、トリクロロエチレンが分解されてジクロロエチレン（ＤＣＥｓ）となり、さらにジクロロエチレンが分解されて塩化ビニル（ＶＣ）となり、そして塩化ビニルが分解されて、最終的には二酸化炭素と塩酸になる。
また、二酸化チタンに紫外線が照射されたときに発生する電子によって第１の金属例えばＦｅの錆を抑制することができる。
【００３０】
また、本発明の浄化触媒は、第１の金属例えばＦｅと共に所定の液体例えば水の中に浸漬された場合に水素ガスを発生する金属である第２の金属例えばＭｇを備えるので、硝酸性窒素および／または亜硝酸性窒素を含んだ廃水中に本発明の浄化触媒を浸すと、水素ガスが発生し、この水素ガスが硝酸性窒素および／または亜硝酸性窒素を窒素に転換するので、硝酸性窒素および／または亜硝酸性窒素を除去することになる。
【００３１】
さらに、本発明の浄化触媒において、第１の金属例えばＦｅの表面と二酸化チタンの表面に第２の金属例えばＭｇが、図１のように付着されているので、換言すればＦｅに二酸化チタンが付着していない領域にＭｇが付着されているので、Ｆｅに二酸化チタンが付着していない領域において、Ｍｇが水中に溶存し、Ｍｇ（ＯＨ）２となると共に電子も生成する。また、Ｆｅに二酸化チタンが付着していない領域において起きるＦｅイオンの還元反応が、二酸化チタンへの紫外線照射によって生成した正孔と、電子との再結合を抑制するので、電子によってＦｅが防錆される。
【００３２】
図２は、本発明の浄化触媒を用いた浄化槽の一例を示す概略断面図である。浄化槽５は、内部に空間が形成されており、浄化槽５の内部には、本発明の浄化触媒からなる第１の触媒層１Ａと、本発明の浄化触媒からなる第２の触媒層１Ｂが、所定の間隔でそれぞれ複数枚取付けられている。そして、これら第１の触媒層１Ａと第２の触媒層１Ｂに紫外線を照射して、第１の触媒層１Ａ側から、テトラクロロエチレンと、硝酸性窒素および／または亜硝酸性窒素を含んだ汚水６を浄化槽５内に流して、汚水６を浄化する。
なお、第１の触媒層１Ａを構成する浄化触媒は、第２の金属であるＭｇの付着面積ができるだけ小さくされており、逆に第２の触媒層１Ｂを構成する浄化触媒は、二酸化チタンの付着面積に比べてＭｇの付着面積が大きい。なぜなら、Ｍｇと水の反応により水素ガスが発生するが、この水素ガスがテトラクロロエチレンの除去に若干悪影響を及ぼすので、水素ガスの発生をできるだけ抑えて第１の触媒層１Ａで主にテトラクロロエチレンを除去するためにＭｇの付着面積をできるだけ小さくする必要があるからであり、一方、第２の触媒層１Ｂでは主に硝酸性窒素および／または亜硝酸性窒素を除去するために今度は水素ガスを多く発生するためにＭｇの付着面積をできるだけ大きくする必要があるからである。
【００３３】
以上のように、本発明の浄化触媒は、Ｆｅに付着された二酸化チタンを備えるので、紫外線が二酸化チタンに照射されると、テトラクロロエチレンなどの揮発性有害化学物質を分解して除去できる。また、本発明の浄化触媒は、Ｆｅと共に水の中に浸漬された場合に水素ガスを発生する金属であるＭｇを備えるので、硝酸性窒素および／または亜硝酸性窒素を含んだ廃水中に本発明の浄化触媒を浸すと、水素ガスが発生し、この水素ガスが硝酸性窒素および／または亜硝酸性窒素を窒素ガスに転換するので、硝酸性窒素および／または亜硝酸性窒素を除去できる。従って、本発明の浄化触媒は、硝酸性窒素および／または亜硝酸性窒素と共に揮発性有害化学物質も除去できる。
【符号の説明】
【００３４】
１    浄化触媒
１Ａ  第１の触媒層
１Ｂ  第２の触媒層
２    Ｆｅ
３    二酸化チタン
４    Ｍｇ
５    浄化槽
６    汚水
【図１】
2011078932.tif 000007
【図２】
2011078932.tif 000008