(57)【要約】【課題】光触媒活性材料及び光源からの光ができる限り完全に利用される光触媒反応を実施するための反応器を提供すること。【解決手段】上記課題は、液体又はガス流の光触媒処理のための反応器であって、処理されるべき前記液体又はガス流が通過する管を含み、  その管内に、少なくとも１個の光源、少なくとも一種の光触媒活性材料を備える少なくとも１個の平面手段Ｍ１、及び前記少なくとも１個の光源より放射される放射線を反射する少なくとも１個の平面手段Ｍ２が配置され、  光源から射出される光が少なくとも１個の手段Ｍ２により光触媒活性材料で反射するように、少なくとも１個の平面手段Ｍ２の反射面と前記管の内壁との角度が０°以上にされていることを特徴とする反応器によって解決される。【選択図】１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体又はガス流の光触媒処理のための反応器であって、
処理されるべき前記液体又はガス流が通過する管を含み、
前記管内に、少なくとも１個の光源、少なくとも一種の光触媒活性材料を備える少なくとも１個の平面手段Ｍ１、及び前記少なくとも１個の光源より放射される放射線を反射する少なくとも１個の平面手段Ｍ２が配置され、
光源から射出される光が少なくとも１個の手段Ｍ２により光触媒活性材料で反射するように、少なくとも１個の平面手段Ｍ２の反射面と前記管の内壁との角度が０°以上にされていることを特徴とする反応器。
【請求項２】
前記少なくとも１個の光源が前記管の中央に配置される請求項１に記載の反応器。
【請求項３】
前記少なくとも１個の平面手段Ｍ１の平面が、処理されるべき前記液体又はガス流の流れ方向に対して６０〜１３０°の角度で配置されている請求項１又は２に記載の反応器。
【請求項４】
処理されるべき前記液体又はガス流が前記少なくとも１個の平面手段Ｍ１を通過して流れる請求項１〜３の何れか１項に記載の反応器。
【請求項５】
変性又は未変性の二酸化チタン（ＴｉＯ2）を光触媒活性材料として用いる請求項１〜４に記載の反応器。
【請求項６】
光触媒活性モノリス、光触媒物質含有押出成形物を有する網状体、又は光触媒物質で被覆されたハニカム若しくは成形体を手段Ｍ１として用いる請求項１〜５の何れか１項に記載の反応器。
【請求項７】
処理されるべき前記液体又はガス流に少なくとも一種の酸化剤を添加する請求項１〜６の何れか１項に記載の反応器。
【請求項８】
処理されるべき前記液体又はガス流が汚染物質含有液である請求項１〜７の何れか１項に記載の反応器。
【請求項９】
処理されるべき前記液体又はガス流が汚染物質含有ガスである請求項１〜７の何れか１項に記載の反応器。
【請求項１０】
光照射による液体又はガス流の光触媒処理方法であって、請求項１〜９の何れか１項に記載の反応器内で実施する方法。
【請求項１１】
処理されるべき前記液体又はガス流が処理されるべき水である請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
少なくとも一種の酸化剤を処理されるべき前記液体又はガス流に添加する請求項１０又は１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体又はガス流の光触媒処理のための反応器であって、処理されるべきその液体又はガス流が通過する管を含み、その管内に、少なくとも１個の光源、少なくとも一種の光触媒活性材料を備える少なくとも１個の平面手段Ｍ１、及び少なくとも１個の光源より放射される放射線を反射する少なくとも１個の平面手段Ｍ２が配置され、
光源から射出される光が少なくとも１個の平面手段Ｍ２により光触媒活性材料で反射するように、少なくとも１個の平面手段Ｍ２の反射面と前記管の内壁との角度が０°以上にされている反応器、
並びに、そのような反応器内で実施される、光照射による液体又はガス流の光触媒処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光触媒反応、特に、液体又はガスの光触媒処理が実施される反応器は先行技術から知られている。
【０００３】
ＵＳ２００１／０００７５０７Ａ１には、ＵＶ伝導板の側面が光触媒活性材料で被覆されたことを特徴とする、光触媒反応を実施するための反応器が記載されている。浄化されるべき液体又はガスがそれらの板の少なくとも１個に対して平行に配される。ＵＶ光源を用いて、その後、その板の端面から、紫外線がその板に平行に放射される。その板の二つの側面の間の合計の反射を用いて、この紫外線は触媒被覆を通って浄化されるべき液体又は浄化されるべきガスの方向に偏向する。その光が浄化されるべき媒体との接触部位までその板及び触媒被覆を通過しなければならないことのために、その光はますます強度を失い、そして光触媒活性が減少する。
【０００４】
ＵＳ５，６８３，５８９には、光触媒反応を実施するための反応器が開示されている。この反応器は、ＵＶ光源が内側の管に存在する、同心円状に配置された２個の管を含む。内側の管と外側の管の間の領域には孔を有する円錐形の薄板が配され、薄板上には光触媒が施されている。その薄板の円錐状の配置を用いて、その表面は紫外線で照射される。ＵＳ５，６８３，５８９には、加えて、外側の管の内部が反射のために被覆され得ることが開示されている。その記載された配置では、外側の管の反射被覆の場合であっても、円錐状触媒薄板が相互に遮られるために、基本的にそのコーンの内面が照射され、その触媒表面は不十分に利用されるのみである。
【０００５】
ＥＰ１９４６７８１Ａ１には、液体及びガスの殺菌のための反応器が開示されている。その反応器は、その液体又は気体が通過する管からなる。光触媒活性材料を有する偏向板が、液体又は気体の流れ方向に対して７０〜１１０°の角度でその管内に配置されている。その管の外側に、紫外線で偏向板を照射するＵＶ光源が配置されている。ＥＰ１９４６７８１Ａ１には、反応器内に配置される反射面が開示されていない。
【０００６】
その反応器は、光触媒反応、特に、液体の光触媒浄化のための反応を実施するための先行技術に記載されており、浄化されるべき液体中で分解されるべき物質、光触媒活性材料、及び紫外線が十分に大きな程度でお互いに接触することを保証できないので、光触媒活性材料が完全に利用されないという不具合を有する。先行技術から知られる反応器構築の方法のために、例えば、ＵＶ光源から出る紫外線の全てが光触媒活性材料にあたることは不可能である。浄化されるべき液体流又はガス流から分解されるべき物質、光触媒活性材料、及び紫外線の間の接触が可能な限り激しいときのみ、分解されるべき物質に関して高い分解率が達成され得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】ＵＳ２００１／０００７５０７Ａ１
【特許文献２】ＵＳ５，６８３，５８９
【特許文献３】ＥＰ１９４６７８１Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
それゆえ、光触媒活性材料及び光源からの光ができる限り完全に利用される光触媒反応を実施するための反応器を提供することが本出願の目的である。更なる目的は、小さい大きさであっても、処理されるべき大量の流体を処理し得る反応器を提供することである。本発明によると、これは、発生した放射線、特に、紫外線が、反応器内に存在するできる限り全ての光触媒活性材料に到達することにより達成されるべきである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的は、液体又はガス流の光触媒処理のための反応器であって、処理されるべきその液体又はガス流が通過する管を含み、その管内に、少なくとも１個の光源、少なくとも一種の光触媒活性材料を備える少なくとも１個の平面手段Ｍ１、及び少なくとも１個の光源により放射される放射線を反射する少なくとも１個の平面手段Ｍ２が配置され、
光源から照射される光が少なくとも１個の手段Ｍ２により光触媒活性材料で反射するように、少なくとも１個の平面手段Ｍ２とその管の内壁との角度が０°以上にされていることを特徴とする反応器に係る本発明によって達成される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の特に好ましい実施の形態に係る反応器を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明による反応器内で処理されるべきその液体又はガス流は、当業者に公知の全ての液体又は気体から選択することができる。
【００１２】
それゆえ、本発明は、一実施の形態では、処理されるべき液体又はガス流が液体であることを特徴とする本発明に係る反応器に関する。加えて、本発明は、他の実施の形態では、処理されるべき液体又はガス流が気体であることを特徴とする本発明に係る反応器に関する。特に好ましくは、本発明に係る反応器内では、汚染物質含有水又は汚染物質含有ガスが処理される。特に好ましくは、その処理は浄化を含む。
【００１３】
それゆえ、本発明によると、“流体、特に、液体又は気体の光触媒処理”が、妨害若しくは有毒物質が存在する廃水又は排気ガスが浄化される手段に好ましく採用される。本発明に係る反応器内では、廃水又は排気ガスが浄化される、すなわち、浄化後に妨害物質の濃度は以前より低下する。本発明の文脈において、処理されるべき汚染物質含有流は、例えば、製油所、製紙工場、鉱山、食品分野での、若しくは化学産業における工業プラント、スポーツ施設、飲食店、病院等の民間企業から生じ得るか、又は天然由来で生じ得る。処理されるべき汚染物質含有流としての排気ガスの場合では、それらはまた燃焼プラント又は内燃機関から生じ得る。一般に、廃水又は排気ガスから除去されなければならない妨害物質は、もしそれらが廃水若しくは排気ガス中に残留したままにした場合に、毒性作用、有害臭、廃水若しくは排気ガスの着色等のために妨害活性を示す有機又は無機物質から選択される。
【００１４】
本発明の好ましい実施の形態では、浄化は、有機酸、ハロゲン化有機物質、芳香族若しくは脂肪族有機物質、アミン、オリゴマー若しくはポリマー材料、アルコール、エーテル、エステル、糖、生分解性物質若しくは非生分解性物質、界面活性剤、アンモニア、一酸化炭素、窒素酸化物、塩、金属塩、重金属、及びこれらの混合物等の有機又は無機化合物の化学分解を介して進行する。
【００１５】
好ましくは、有機化合物から選択される汚染物質含有流から本発明によって除去することができる物質は、有機酸、ハロゲン化有機物質、芳香族若しくは脂肪族有機物質、アミン、オリゴマー若しくはポリマー材料、アルコール、エーテル、エステル、糖、生分解性物質若しくは非生分解性物質、界面活性剤、一酸化炭素、窒素酸化物、及びこれらの混合物からなる群から選択される。
【００１６】
一般に、本発明に係る反応器は管を含む。一般に、この管は、円、多角形、楕円、非対称等の、当業者に公知の任意の基礎部（base）を有し得る。好ましい実施の形態では、本発明に係る反応器は、好ましくは、円形断面を有する管、すなわち、円筒である。また、本発明によると、２個以上のこれらの管が、お互いに隣接して、好ましくは並列に、例えば、管束として運転されることも可能である。本発明に係る反応器の特に好ましい実施の形態では、処理されるべき液体又はガス流はその反応器を連続的に流れる。
【００１７】
反応器の直径は、通常、５０ｍｍ〜５００ｍｍであり、好ましくは８０ｍｍ〜３００ｍｍであり、特に好ましくは１００ｍｍ〜２００ｍｍである。反応器の長さは、通常、処理されるべき液体又はガス流の量及び／又はその中に収容されるＵＶ光源の長さに依存する。一般に、本発明に係る反応器の長さは１０ｃｍ〜５００ｃｍであり、好ましくは４０ｃｍ〜３００ｃｍである。本発明に係る反応器の直径及び長さは、反応器の十分に高い処理出力の達成を保証するために当業者により選択され得る。そのような複数の反応器は、処理されるべき流れの一定量を処理の所望の程度、特に、所望の清浄度まで処理するために、必要に応じて連続で及び／又は並列に接続され得る。
【００１８】
一般に、本発明に係る反応器は、反応器を運転するために必要な供給部及び出口部等、運転のために必要な全ての接続を有する。特に、本発明に係る反応器は、処理されるべき液体又はガス流をその反応器へと供給する少なくとも１個の供給部を有する。加えて、本発明に係る反応器は、浄化された液体又はガス流が反応器から除去される少なくとも１個の出口部を有する。また、本発明に係る反応器は、圧力、温度、流速、ｐＨ、放射線強度等の種々の工程パラメータを決定するための測定器等、慣用され、且つ当業者に公知の他の装置を有し得る。
【００１９】
一般に、本発明に係る反応器内で処理されるべき液体又はガス流は、反応器内においてできる限り完全な処理を可能とする、例えば、０．００１ｍ／ｓ〜１０ｍ／ｓ、好ましくは、０．０１ｍ／ｓ〜０．１ｍ／ｓの流速を有する。
【００２０】
一般に、少なくとも１個の光源、好ましくはＵＶ光源が、本発明による反応器内に、管の範囲内の任意に所望の場所で取り付けられている。好ましい実施の形態では、少なくとも１個の光源がその管の中央に、特に、その管に平行に配置される。本発明によれば、“管の中央”は、管の一方の側からみて管の直径の約４０及び６０％の空間に位置する領域を意味している。本発明の文脈では、“平行”は、管の長手方向に伸長するどの位置でも、管内に配置された光源が基本的に等しい管壁からの距離を有することを意味する。しかしながら、本発明によれば、光源と管壁の間の距離に対して最大１０％までの偏差が存在し得る。これは、例えば、反応器内で、少なくとも１個の光源は完全に直線的には形成されていないか、或いは完全に平行に配向していない場合に生じ得る。
【００２１】
本発明によれば、１個の光源又は２個以上の光源を用いることができる。
【００２２】
本発明によれば、光触媒活性材料を活性化させるために好適な所望の波長範囲で放射線を放射する、当業者にとって公知の全ての光源、好ましくは、ＵＶ光源を用いることができる。本発明によれば、好ましく用いられる“紫外線”は、１５０〜４００ｎｍの波長を有する電磁放射線を意味すると解される。それゆえ、好ましい実施の形態では、波長１５０〜４００ｎｍの紫外線を放射するＵＶ光源が用いられる。
【００２３】
本発明によれば、また、光源は、紫外線だけでなく、２００〜８００ｎｍの波長（λ）を有する光等の他の波長を有する電磁放射線もまた放射する、水銀中圧若しくは高圧ランプ、ブラックライトランプ、重水素若しくはキセノンランプ、昼光ランプ、又はこれらの混合ランプ等の光源を意味すると解される。
【００２４】
本発明により使用される少なくとも１個のＵＶ光源は、通常、３６５ｎｍで、３ｍｍの距離で測定された、０．０１〜１０００ｍＷ／ｃｍ2、好ましくは０．１〜５００ｍＷ／ｃｍ2の光強度を有する。
【００２５】
少なくとも１個のＵＶ光源の形状は、本発明によれば限定されない。通常、少なくとも１個のＵＶ源は、本発明に係る反応器の重要領域が、紫外線で、好ましくは完全に放射されるように形づくられる。好ましい実施の形態では、ＵＶ光源は、基礎部が円形、楕円形、多角形又は非対称形をとり得ることを特徴とする棒状形状である。特に好ましい実施の形態では、円形棒状形状のＵＶ光源が用いられる。好ましい実施の形態では、ＵＶ光源は、ＵＶ光源を浄化されるべき汚染物質含有流から分離させると同時に紫外線に対して透過性である、石英、プラスチック又はこれらの組み合わせ等の少なくとも一種の材料で取り囲まれる。
【００２６】
流体の光触媒処理のための、本発明に係る反応器は、少なくとも１個の光源に加えて、少なくとも一種の光触媒活性材料を備える少なくとも１個の平面手段Ｍ１もまた含む。
【００２７】
本発明によれば、反応器は少なくとも１個の平面手段Ｍ１を含み、好ましくは、本発明に係る反応器は複数の平面手段Ｍ１を含む。本発明の文脈では、“平面”は、その対応する手段の幅及び長さがその高さと比較して有意に大きいことを意味するものと解する。
【００２８】
反応器内に存在するその手段Ｍ１の数は、反応器の長さ、汚染の程度、及び処理されるべき流体の量及び／又は流速に依存する。好ましい実施の形態では、多くの手段Ｍ１が反応管内に、特に、お互いに平行に、２個の手段Ｍ１の間の距離が好ましくは０．１〜５００ｃｍ、特に好ましくは１〜１００ｃｍであるような方法で配置される。
【００２９】
本発明によると、平面手段Ｍ１には少なくとも一種の光触媒活性材料が設けられている。とり得る実施の形態では、少なくとも１個の平面手段Ｍ１は、球、モノリス、押出成形物又はペレット等の、当業者に公知の全ての形状の光触媒活性成形体の形状で存在するか、或いは、平面手段Ｍ１は、被覆等、その表面に少なくとも一種の対応する光触媒活性材料が設けられる。この実施の形態では、本発明によると、少なくとも１個の手段Ｍ１の表面全体に少なくとも一種の光触媒材料が設けられることが可能となる。加えて、本発明によると、少なくとも１個の手段Ｍ１の表面の一部のみに、例えば、その表面の５〜１００％、好ましくは、５０〜１００％に、少なくとも一種の光触媒活性材料が設けられることもまた可能である。
【００３０】
例えば、本発明に係る反応器では、表面が少なくとも部分的に光触媒活性材料で被覆された薄板、例えば、鉄、ステンレス鋼等の金属製の薄板が手段Ｍ１として使用される。加えて、光触媒材料で被覆されたハニカム又は発泡体もまた使用され得る。対応する平面手段を光触媒材料で被覆するための方法は、浸し塗り、吹付け塗り等、当業者にとって公知である。
【００３１】
それゆえ、本発明はまた、表面の少なくとも一部が光触媒活性材料で被覆された薄板が手段Ｍ１として使用されることを特徴とする、本発明に係る反応器に関する。
【００３２】
本発明によると、例えば、ペレット又は棒状の形態で光触媒活性材料が存在する空洞を形成する、金属線、プラスチック、ガラス若しくはセラミック織り又は編みの繊維布製等の、平坦な形状で構成された網状体を手段Ｍ１として用いることもまた可能である。反応器効率を増大させるために、支持布又は網自体に光触媒活性被覆を設けることができる。
【００３３】
それゆえ、本発明は、好ましくは、光触媒活性モノリス、光触媒材料の含まれた押出成形物を有する網状体、又は光触媒材料で被覆されたハニカム若しくは発泡体が手段Ｍ１として用いられることを特徴とする、本発明に係る反応器に関する。
【００３４】
さらなる好ましい実施の形態では、少なくとも１個の手段Ｍ１は孔を有する。この実施の形態では、本発明に係る反応器の運転において、処理されるべき液体又はガス流は手段Ｍ１を通って流れる。本発明に係るこの実施の形態における一実施例は、有孔の、少なくとも部分的に少なくとも一種の光触媒活性材料で被覆された薄板等、多孔性である。この実施の形態の好ましい実施例は、流路を備えた平板であり、その平板は、流路の配置が汚染物質含有流の流れを可能とするように、セラミック又は金属のハニカム体モノリスから切り出される。その平板は、好ましくは、少なくとも一種の光触媒活性材料を含むか、或いは少なくとも一種の光触媒活性材料で被覆される。この実施の形態のさらなる好ましい実施例は、光触媒活性材料であるセラミック、金属若しくはプラスチックの多孔性固体発泡体若しくはスポンジ製の平板であるか、或いは光触媒活性材料で被覆された多孔性固体発泡体若しくはスポンジ製の平板である。
【００３５】
好ましい孔径及び孔数は、処理されるべき流体の量、汚染の程度及び流速に依存し、当業者によって容易に決定され得る。好ましい実施の形態では、その孔は０．１〜１０ｍｍ、特に好ましくは１〜５ｍｍの孔径を有する。好ましい実施の形態では、孔の容積は手段Ｍ１の合計容積に対して９０％未満であり、特に好ましくは７０％未満である。
【００３６】
本発明によると、存在する少なくとも１個の手段Ｍ１は、通常、当業者にとって好適であると思える反応器内の任意の位置に配置され得る。好ましい実施の形態では、少なくとも１個の手段Ｍ１は、処理されるべき液体又はガス流の流れ方向に対して６０〜１３０°、好ましくは８０〜１００°の角度で平面部が配置されている。本発明に係る反応器の好ましい実施の形態では、少なくとも１個の光源が反応管に対して平行に配置されるので、好ましい実施の形態では、少なくとも１個の手段Ｍ１は、少なくとも１個の光源に対して６０〜１３０°、好ましくは８０〜１００°の角度で平坦部が配置されている。
【００３７】
本発明に係る手段Ｍ１は、まっすぐな表面、又は凸面若しくは凹面等の湾曲した表面を有し得る。
【００３８】
一般に、手段Ｍ１は、その最大の大きさが反応器の大きさによって定められることを特徴とする、任意の好適な大きさで存在し得る。特に好ましい実施の形態では、手段Ｍ１は反応器の直径に対応する大きさを有する。処理されるべき液体又はガス流の流れ方向に対する手段Ｍ１の上述の角度に関連して、特に好ましい実施の形態では、これは、少なくとも１個の手段Ｍ１が反応器の直径全体に亘って流れ方向に対して垂直に配置されることを意味する。反応器内におけるその少なくとも１個の手段のこの特に好ましい配置は、手段Ｍ１が処理されるべき液体又はガス流と十分に接触することを保証する。特に、この実施の形態では、処理されるべき液体又はガス流が少なくとも１個の手段Ｍ１を通って、好ましくは、上述の好ましい実施形態を通って流れ得ることが保証されるに違いない。
【００３９】
それゆえ、好ましい実施の形態では、本発明は、処理されるべき液体又はガス流が少なくとも１個の手段Ｍ１を通って流れることを特徴とする、本発明に係る反応器に関する。
【００４０】
本発明によると、一般に、変性若しくは未変性の二酸化チタン（ＴｉＯ2）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化タングステン（ＷＯ3）及びそれらの混合物からなる群から選択される金属酸化物又は半金属酸化物等、当業者に公知の全ての光触媒活性材料を用いることができる。好ましい実施の形態では、変性又は未変性の二酸化チタン（ＴｉＯ2）が本発明に係る反応器内で光触媒活性材料として用いられる。
【００４１】
本発明に係る反応器の好ましい実施の形態では、基本的にアナターゼ変性された変性又は未変性の二酸化チタンが用いられる。“基本的に”は、本発明の文脈では、当業者にとって公知のＸ線回折測定法に基づいて、少なくとも５０％、特に好ましくは、少なくとも６０％の二酸化チタンがアナターゼ変性されていることを意味する。二酸化チタンの残りの部分は非晶質の金属酸化物、板チタン石、ルチル変性二酸化チタン、又はこれらの混合物を含む。非常に好ましい実施の形態では、使用される二酸化チタンは、Ｘ線回折測定法により決定される、アナターゼ変性中に７０％を超える量である。
【００４２】
それゆえ、好ましい実施の形態では、本発明に係る反応器内で、二酸化チタンを、好ましくは上述の好ましい実施の形態で含む平面手段Ｍ１が用いられるか、或いは二酸化チタンで少なくとも部分的に被覆された薄板が用いられる。
【００４３】
さらなる好ましい実施の形態では、光触媒活性材料がペレット又は棒状等の形態で存在する、平坦になるように作られた網状体が手段Ｍ１として用いられる。
【００４４】
さらなる好ましい実施の形態では、光触媒材料の含まれている押出成形物を有する網状体、又は光触媒材料で被覆されたハニカム若しくは発泡体が、本発明に係る反応器中で手段Ｍ１として用いられる。
【００４５】
例えば、棒状形状の二酸化チタン光触媒が本発明に係る反応器中で使用され得る。好ましくは、この棒状形状の二酸化チタン光触媒は、ＢＥＴ表面積、細孔容積、メジアン細孔径及び個々の触媒粒子の形状に関して特定の特徴を有する。これらの特定の特徴は、特にこれらの特徴の組み合わせは、特に高い活性、及びまた変わらず高い活性を伴って使用される光触媒の特に長い耐用年数をもたらす。
【００４６】
棒状形状は、本発明の文脈によると、使用される光触媒が好ましくは楕円形又は円形の基礎部を有することを意味する。最大拡張でのこの円形の基礎部又は楕円形の基礎部の直径は、通常、０．２〜１０ｍｍ、好ましくは０．５〜３．０ｍｍである。棒状形状の二酸化チタン光触媒は、通常、０．５〜１０ｍｍ、好ましくは０．８〜８ｍｍ、特に好ましくは１．０〜５．０ｍｍの長さを有する。本発明に係る棒状形状光触媒の直径に対する長さの比は、通常０．０５〜５０、好ましくは、１．０〜１０である。
【００４７】
好ましく用いられる棒状形状光触媒は、光触媒活性材料として基本的に二酸化チタンを含む、すなわち、使用されるその光触媒は、通常、少なくとも９０質量％の、好ましくは少なくとも９５質量％の、特に好ましくは９７質量％の二酸化チタンを含む。残りの部分は無機若しくは有機添加剤、又はこれらの混合物である。
【００４８】
さらなる好ましい実施の形態では、二酸化チタン光触媒は、特に好ましくは、ナトリウム、カリウム、ジルコニウム、コバルト、亜鉛、鉄、銅、銀、金、パラジウム、白金、ガリウム、窒素、炭素、硫黄、フッ素、イッテルビウム、エルビウム、ツリウム、ネオジム及びこれらの混合物等の、元素の周期表（新ＩＵＰＡＣ命名法）の第１、４、８、９、１０、１１、１３、１４、１５族、又はランタノイドから選択される、少なくとも一種の添加剤を含む。好ましくは、また、上述の添加剤の二種以上の組み合わせで存在し得る。
【００４９】
少なくとも一種の添加剤は、０．００１〜５質量％、特に好ましくは０．０１〜３質量％の量で、本発明により用いられる棒状形状の二酸化チタン光触媒中に存在する。もし、二種以上の上述の添加剤が、本発明により使用される光触媒中に同時に存在する場合、上述の定量的な細目をこの混合物に適用する。
【００５０】
本発明により使用される棒状の二酸化チタン光触媒は、通常２０〜２００ｍ2／ｇの、好ましくは３０〜１８０ｍ2／ｇの、特に好ましくは４０〜１５０ｍ2／ｇのＢＥＴ表面積を有する。ＢＥＴ表面積は、例えば、ＤＩＮ６６１３１に指定されるように、当業者にとって公知の方法により決定される。
【００５１】
本発明によって好ましく使用される棒状二酸化チタン光触媒は、通常０．１〜１．００ｍｌ／ｇの、好ましくは０．２〜０．７ｍｌ／ｇの、特に好ましくは０．２５〜０．７５ｍｌ／ｇの細孔容積を有する。細孔容積は、当業者にとって公知の方法により決定され得る。
【００５２】
本発明によって好ましく用いられる棒状二酸化チタン光触媒は、通常、０．００１〜０．０５０μｍの、好ましくは０．００５〜０．０３０μｍの、特に好ましくは０．０１０〜０．０２５μｍのメジアン細孔径を有する。そのメジアン細孔径は当業者にとって公知の方法により決定され得る。
【００５３】
本発明によって使用される棒状二酸化チタン光触媒は、通常、当業者にとって公知の方法により製造され得る。好ましい実施の形態では、本発明によって好ましく使用される光触媒は、対応する量の二酸化チタンと少なくとも一種の結合剤、好ましくは、チロース、食用澱粉等の澱粉溶液、メチルセルロース等のセルロース等の糖誘導体、及び／又は、ステアリン酸等の少なくとも一種の脂肪酸、ポリエチレンオキシド等の高分子、及び希硝酸若しくは塩酸等の無機酸又は蟻酸等の有機酸等の少なくとも一種の酸から選択される、少なくとも一種の結合剤を混合することにより得られる。この混合物は、粉砕機（ground）等の慣用の装置で当業者にとって公知の方法により混合される。その後、結果として生じた混合物は対応する棒状光触媒を形成するために押し出し成形され得る。そうして、製造された押出成形物は、本発明に係る組み合わせのＢＥＴ表面積、細孔容積及びメジアン細孔径を得るために、好ましくは最大１２０℃の温度で乾燥され、結果として生じた棒状体はその後好ましくは３００〜５００℃の温度で、大気雰囲気下で焼成される。
【００５４】
本発明によって使用される二酸化チタンの製造の際に、チロースとステアリン酸のみの使用が、結果として生じる二酸化チタンが高い活性及び長期間に亘って高い活性を維持する高い安定性を伴う本発明に係る組み合わせを有するという効果をもたらす。
【００５５】
また、本発明に係る反応器内には、放射線、好ましくは紫外線を反射する少なくとも１個の平面手段Ｍ２が配置されており、そしてこの少なくとも１個の平面手段Ｍ２の表面が管の内壁と０°以上の、好ましくは０°より大きい角度であることが、本発明の特徴である。二つの上述の構成部分が０°より大きい角度であるという設計は、管の滑らかな内壁に反射層が設けられているような方法では、少なくとも１個の手段Ｍ２が本発明に従って構成されないことを意味する。
【００５６】
本発明に係る反応器内には、少なくとも１個の平面手段Ｍ２が好ましくは管の内部に取り付けられており、その反射表面は反応器の内壁に対して０°以上の、好ましくは０°より大きい上述の角度である。
【００５７】
好ましい実施の形態では、本発明の少なくとも１個の平面手段Ｍ２の反射表面と反応器の内壁との間の角度は５〜８５°、好ましくは２０〜７０°、特に好ましくは３０〜５０°である。
【００５８】
放射線、好ましくは紫外線を、好ましくは完全に、反射することができる全ての平面手段を手段Ｍ２として本発明によって用いることができる。そのような手段Ｍ２は、例えば、金属、ガラス、プラスチック製等の薄板又は様々に成形された環状体であり、少なくとも部分的に反射物、好ましくはＵＶ反射物で被覆されている。本発明に係る、特に好ましい手段Ｍ２は、金若しくは銀層で被覆された、鉄、ガラス、プラスチックの薄板又は環状体である。
【００５９】
少なくとも１個の手段Ｍ２の表面は、真っすぐであるか、又は凸状若しくは凹状に湾曲し得る。反射面の形状及び角度を、（単一の又は複数の）光源からの光が手段Ｍ１の触媒表面全体に沿って可能な限り完全に、特に好ましくは、可能な限り均一に分配されるような方法で、平坦な光触媒活性手段Ｍ１の形状、大きさ及び／又は間隔に適応させなければならない。
【００６０】
本発明に係る反応器内には、通常、少なくとも一つの光源により放射された放射線が手段Ｍ１上に十分な程度で反射されるように、十分な手段Ｍ２が配置される。好ましい実施の形態では、少なくとも１個の手段Ｍ２がそれぞれの手段Ｍ１に割り当てられ、手段Ｍ２は少なくとも１個の光源により放射された光放射線を対応する手段Ｍ１に反射する。手段Ｍ２の本発明によるこの配置により、本発明に係る反応器内では、その光源により放射された光放射線は首尾よく、好ましくは完全に光触媒活性材料へと偏向する。その流れ方向に見られる最初及び最後の手段Ｍ１の放射は、好ましい実施の形態ではそこから除外され得る。
【００６１】
特に好ましい実施の形態では、本発明に係る反応器内では、手段Ｍ２は個々の手段Ｍ１に割り当てられる。手段Ｍ２は、好ましくは、それが反応器管の内壁と少なくとも一つの面で接触し、そしてさらなる二つの面で対応する手段Ｍ１、及び二番目の隣接する手段Ｍ２又は反応器管の終端と接触するような方法で配置される。すなわち、手段Ｍ２が二つの隣接する手段Ｍ１の間で、又は一つの手段Ｍ１と反応器管の終端の間でスペーサーとして作用する。手段Ｍ１の反射表面と対応するＭ２の間の角度は５〜８５°、好ましくは２０〜７０°である。
【００６２】
任意に、少なくとも一種の酸化剤が本発明に係る反応器に、特に、運転中に添加され得る。少なくとも一種の酸化剤の添加により、反応器の浄化性能はさらに上昇しうる。本発明に係る好適な酸化剤は液体又は気体であり、例えば、酸素や、空気、過酸化水素、オゾン、過酸化二硫酸塩、硝酸塩、硝酸、窒素酸化物、酸化塩素、塩素及びこれらの混合物等の酸素を含み得る混合物からなる群から選択される。特に、処理されるべき液体又はガス流の中のフェノール不純物の場合、酸化剤、特に、過酸化水素の添加が本発明に係る反応器の浄化性能の改良をもたらす。
【００６３】
それゆえ、また、本発明は、少なくとも一種の酸化剤が浄化されるべき汚染物質含有流に添加されることを特徴とする、本発明に係る反応器に関する。
【００６４】
本発明に係る反応器は、少なくとも一種の酸化剤を添加するための、弁、供給器、接続部等の当業者にとって公知の装置を有する。
【００６５】
また、本発明は、光を照射することによる流体の光触媒処理方法に関し、本発明に係る反応器内でその方法を実施することを含む。液体又はガス流の光触媒処理のための、特に、有機及び／又は無機物質で汚染した排気ガス又は廃水の光触媒浄化のための方法は、当業者にとって基本的に公知である。
【００６６】
好ましい実施の形態では、本発明は、処理されるべき液体又はガス流が汚染物質含有水であることを特徴とする、本発明に係るその方法に関する。
【００６７】
さらなる好ましい実施の形態では、本発明は、少なくとも一種の酸化剤が処理されるべき液体又はガス流中に添加されることを特徴とする、本発明に係る方法に関する。
【００６８】
本発明に係る反応器に関して記載されたことは、本発明に係る方法に関して適用する。
【００６９】
本発明に係る方法は、通常、実施されるべきその処理に適切な温度で、例えば、水の光触媒浄化のためには４〜８０℃、好ましくは１５〜５０℃の温度で実施される。他の工程パラメータは当業者にとって公知である。
【００７０】
本発明の特に好ましい実施の形態を、図１を例に説明する。
【００７１】
図１中、引用符号は以下の意味を有する：
１  管
２  ＵＶ光源
３  入口部
４  出口部
５  二酸化チタン棒を充填した網状体
６  反射体
７  管と反射体表面の間の角度
【実施例】
【００７２】
実施例１
反応器は、長さ５１０ｍｍ及び幅１６８ｍｍであり、８ｌの反応器容積を有する。ランプは、４．５ｋＷの最大光量を有する中圧放射器である。ランプは薄暗いものでも良い。手段Ｍ１はＰＶＤＦインレー中に埋め込まれた１．５ｍｍのＴｉＯ2棒である。活性表面積全体は３６００ｃｍ2である。その棒は収縮性網状体で締め付けられている。１０個の手段Ｍ１を使用する。手段Ｍ２は手段Ｍ１の間で外側の反応器壁に設置されており、放射光を反射し、２８ｍｍの高さ、底部で１２ｍｍの幅、及び頂部で８ｍｍの幅である。１１個の手段Ｍ２を使用する。手段Ｍ１間の距離は手段Ｍ２の厚さ（２８ｍｍ）に等しい。反応器は直立型である。処理されるべき流体は、１ｍ3／ｈの流速で５０ｌ容の貯蔵容器から手段Ｍ１を経由してその底部から頂部まで流れ、貯蔵容器へと戻る。処理されるべき流体を貯蔵容器で４０℃未満に冷却する。貯蔵容器中で、受動的な空気交換が生じ得る。
【００７３】
処理されるべき流体は、０．５ｇ／ｌのジクロロ酢酸（ＤＣＡ）を有する脱イオン水である。ＤＣＡ溶液のｐＨを、ｐＨ３に調整する。流体の光触媒浄化は２４時間の反応時間後におけるＤＣＡの分解量（ｇ／ｈ）によって定義し、ｐＨ測定によって決定する。ＤＣＡ溶液は、光照射することのない８時間を超えるポンプ輸送により反応器を通って循環する。循環後、ランプのスイッチを入れ、４００Ｗの光量で照射した。２４時間後の光触媒分解率は０．４６ｇDCA／ｈである。
【００７４】
実施例２
実施例１の反応器を使用する。処理されるべき流体は１．０ｇ／ｌのジクロロ酢酸（ＤＣＡ）を有する脱イオン水である。ＤＣＡ溶液のｐＨをｐＨ３に調整する。その流体の光触媒浄化は分解されるＤＣＡの量（ｇ／ｈ）によって定義し、ｐＨ測定によって決定する。ＤＣＡ溶液は光照射することなく８時間を超えるポンプ輸送により反応器を通って循環する。循環後、ランプのスイッチを入れ、４００Ｗの光量で照射する。２４時間後の光触媒分解率は０．８１ｇDCA／ｈである。
【００７５】
実施例３
実施例１の反応器を使用する。処理されるべき流体は２．２ｇ／ｌのジクロロ酢酸（ＤＣＡ）を有する脱イオン水である。ＤＣＡ溶液のｐＨを３に調節する。流体の光触媒浄化は分解されるＤＣＡの量（ｇ／ｈ）によって定義し、ｐＨ測定によって決定する。ＤＣＡ溶液は光照射することなく８時間を超えるポンプ輸送により反応器を通って循環する。循環後、ランプのスイッチを入れ、４００Ｗの光量で照射する。２４時間後の光触媒分解柄率は１．７０ｇDCA／ｈである。
【００７６】
実施例４
実施例１の反応器を使用する。処理されるべき流体は２．２ｇ／ｌのジクロロ酢酸（ＤＣＡ）を有する脱イオン水である。ＤＣＡ溶液のｐＨをｐＨ３に調整する。流体の光触媒浄化は分解されるＤＣＡの量（ｇ／ｈ）によって定義し、ｐＨ測定によって決定する。ＤＣＡ溶液は光照射することなく８時間を超えるポンプ輸送により反応器を通って循環する。循環後、ランプのスイッチを入れ、４００Ｗの光量で照射する。大気を貯蔵容器（１０ｌ／ｈ）の気層に供給する。２４時間後の光触媒分解率は２．４１ｇDCA／ｈである。
【００７７】
実施例５
実施例１の反応器を使用する。処理されるべき流体は２．２ｇ／ｌのジクロロ酢酸（ＤＣＡ）を有する脱イオン水である。ＤＣＡ溶液のｐＨをｐＨ３に調整する。流体の光触媒浄化は分解されるＤＣＡの量（ｇ／ｈ）によって定義し、ｐＨ測定によって決定する。ＤＣＡ溶液は光照射することなく８時間を超えるポンプ輸送により反応器を通って循環する。循環後、ランプのスイッチを入れ、８００Ｗの光量で照射する。２４時間後の光触媒分解率は４．６４ｇDCA／ｈである。
【符号の説明】
【００７８】
１  管
２  ＵＶ光源
３  入口部
４  出口部
５  二酸化チタン棒を充填した網状体
６  反射体
７  管と反射体表面の間の角度
【図１】
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【手続補正書】
【提出日】平成23年7月7日(2011.7.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体又はガス流の光触媒処理のための反応器であって、
処理されるべき前記液体又はガス流が通過する管を含み、
前記管内に、少なくとも１個の光源、少なくとも一種の光触媒活性材料を備える少なくとも１個の平面手段Ｍ１、及び前記少なくとも１個の光源より放射される放射線を反射する少なくとも１個の平面手段Ｍ２が配置され、
光源から射出される光が少なくとも１個の手段Ｍ２により光触媒活性材料で反射するように、少なくとも１個の平面手段Ｍ２の反射面と前記管の内壁との角度が５〜８５°にされていることを特徴とする反応器。
【請求項２】
前記少なくとも１個の光源が前記管の中央に配置される請求項１に記載の反応器。
【請求項３】
前記少なくとも１個の平面手段Ｍ１の平面が、処理されるべき前記液体又はガス流の流れ方向に対して６０〜１３０°の角度で配置されている請求項１又は２に記載の反応器。
【請求項４】
処理されるべき前記液体又はガス流が前記少なくとも１個の平面手段Ｍ１を通過して流れる請求項１〜３の何れか１項に記載の反応器。
【請求項５】
変性又は未変性の二酸化チタン（ＴｉＯ2）を光触媒活性材料として用いる請求項１〜４に記載の反応器。
【請求項６】
光触媒活性モノリス、光触媒物質含有押出成形物を有する網状体、又は光触媒物質で被覆されたハニカム若しくは成形体を手段Ｍ１として用いる請求項１〜５の何れか１項に記載の反応器。
【請求項７】
処理されるべき前記液体又はガス流に少なくとも一種の酸化剤を添加する請求項１〜６の何れか１項に記載の反応器。
【請求項８】
処理されるべき前記液体又はガス流が汚染物質含有液である請求項１〜７の何れか１項に記載の反応器。
【請求項９】
処理されるべき前記液体又はガス流が汚染物質含有ガスである請求項１〜７の何れか１項に記載の反応器。
【請求項１０】
光照射による液体又はガス流の光触媒処理方法であって、請求項１〜９の何れか１項に記載の反応器内で実施する方法。
【請求項１１】
処理されるべき前記液体又はガス流が処理されるべき水である請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
少なくとも一種の酸化剤を処理されるべき前記液体又はガス流に添加する請求項１０又は１１に記載の方法。
【国際調査報告】
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