(57)【要約】  本発明によれば、流体の流量が大きく、製造コストが低く、メンテナンスが容易である流体流通器および光化学反応器を提供する。本発明の流体流通器１は、外面２１および内面２２を有する外管２と、外面３１および内面３２を有し、外管２の内側に配置され、外管２の内面２２および外面３１で流体の流路を形成する内管３とを含み、外管２の肉厚方向における外管２の内面２２と内管３の外面３１との間の距離が１００ｎｍ〜５ｍｍである。本発明の光化学反応器は、本発明の流体流通器１と、外管２の内面２２および内管３の外面３１の少なくとも一方の面に配置された光触媒とを含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外面および内面を有する外管と、
外面および内面を有し、該外管の内側に配置され、該外管の内面および該外面で流体の流路を形成する内管、または外面を有し、該外管の内側に配置され、該外管の内面および該外面で流体の流路を形成する棒状体とを含み、
前記外管の肉厚方向における前記外管の内面と前記内管または前記棒状体の外面との間の距離が１００ｎｍ〜５ｍｍである流体流通器。
【請求項２】
前記外管の肉厚方向における前記外管の内面と前記内管または前記棒状体の外面との間の距離が１μｍ〜１ｍｍである請求項１に記載の流体流通器。
【請求項３】
前記外管または前記内管もしくは前記棒状体が円周方向に回転するか、または、前記外管および前記内管もしくは前記棒状体の両方が円周方向に、および相互に反対方向に回転する請求項１または２に記載の流体流通路。
【請求項４】
前記外管または前記内管もしくは前記棒状体の回転方向が周期的に反転する請求項３に記載の流体流通路。
【請求項５】
中心が前記外管の中心軸と一致するように前記外管の外側に配置されたリング状治具と、
前記内管と固定され、前記内管の内部に配置され磁石と、
前記内管の内部に配置された前記磁石とＮ−Ｓ対を形成し、かつ対向するように前記リング状治具の内側に配置された磁石と、
前記リング状治具を円周方向に回転させる回転装置とをさらに含み、
前記リング状治具を円周方向に回転させると、前記内管が円周方向に回転する請求項１〜４のいずれか１項に記載の流体流通路。
【請求項６】
前記外管または前記内管もしくは前記棒状体の少なくとも一部が多孔質材料で構成される請求項１〜５のいずれか１項に記載の流体流通器。
【請求項７】
前記多孔質材料は、多孔質セラミック材料、多孔質ガラス材料、多孔質金属材料または多孔質樹脂材料である請求項６に記載の流体流通器。
【請求項８】
前記多孔質材料は、ポリテトラフルオロエチレン、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリ塩化ビニリデン、ポリ塩化ビニル、ナフィオン（Ｒ）、ポリフルオロエチレンプロペンコポリマー、パーフルオロアルコキシアルカン、エチレン・テトラフルオロエチレンコポリマー、テトラフルオロエチレン-パーフルオロジオキソールコポリマー、ポリエーテルケトン、ポリイミド、ポリブチレンナフタレート、ポリエーテルサルフォン、芳香族ポリエステル、ポリアミド、ナイロン、ポリビニルピロリドン、ポリアリルアミン、ポリスチレンおよびその置換体、ポリエチレン、ポリビニルアルコール、ポリプロピレンおよびポリカーボネートからなる群から選択される少なくとも一種またはこれらの一部を含む共重合体である多孔性樹脂材料からなる請求項７に記載の流体流通器。
【請求項９】
前記多孔質材料は、金属製多孔質材料、金属微粉末焼結多孔質体、金属コイルフィルタ、これらの多孔質金属材料の表面に有機表面処理剤を塗布した多孔質構造体、これらの多孔質金属材料の表面に高分子薄膜を形成した多孔質構造体、またはこれらの多孔質金属材料の表面に無機化合物の表面被覆層を形成した多孔質構造体である請求項７に記載の流体流通器。
【請求項１０】
前記外管の軸方向に対して垂直方向における前記外管の内面の断面形状が円または楕円であり、
前記内管の軸方向に対して垂直方向における前記内管の外面の断面形状、または前記棒状体の軸方向に対して垂直方向における断面形状が円または楕円である請求項１〜４のいずれか１項に記載の流体流通器。
【請求項１１】
前記外管の軸方向に対して垂直方向における前記外管の内面の断面形状が多角形であり、
前記内管の軸方向に対して垂直方向における前記内管の外面の断面形状、または前記棒状体の軸方向に対して垂直方向における断面形状が多角形である請求項１〜４のいずれか１項に記載の流体流通器。
【請求項１２】
前記外管の内面上および前記内管または前記棒状体の外面上の少なくとも一方の面上に配置され、前記外管の肉厚方向における前記流路の幅を狭めるためのスペーサをさらに含む請求項１〜１１のいずれか１項に記載の流体流通器。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の流体流通器と、
前記外管の内面および前記内管もしくは前記棒状体の外面の少なくとも一方の面に配置された光触媒とを含む光化学反応器。
【請求項１４】
前記内管の内側に配置され、前記内管を透過し前記光触媒を励起する光を放射する光源をさらに含む請求項１３に記載の光化学反応器。
【請求項１５】
前記外管の外側に配置され、前記外管を透過し前記光触媒を励起する光を放射する光源をさらに含む請求項１３に記載の光化学反応器。
【請求項１６】
前記光触媒は酸化チタンである請求項１３〜１５のいずれか１項に記載の光化学反応器。
【請求項１７】
前記光触媒は、ブルッカイト型酸化チタンを５０％以上含む酸化チタンである請求項１３〜１６のいずれか１項に記載の光化学反応器。
【請求項１８】
前記光触媒は気相法で製造された酸化チタンである請求項１３〜１６のいずれか１項に記載の光化学反応器。
【請求項１９】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の流体流通器と、
前記外管の外側に光源を有し、該外管が光を透過することができるか、前記内管の内側に光源を有し、該内管が光を透過することができるか、または、前記外管の外側および前記内管の内側に光源を有し、該外管および該内管が光を透過することができる光化学反応器。
【請求項２０】
前記外管の材料または前記内管もしくは前記棒状体の材料は石英ガラスである請求項１９に記載の光化学反応器。
【請求項２１】
前記外管の外側に光源を有し、該外管が光を透過することができるか、前記内管の内側に光源を有し、該内管が光を透過することができるか、または、前記外管の外側および前記内管の内側に光源を有し、該外管および該内管が光を透過することができる請求項１３〜１８のいずれか１項に記載の光化学反応器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロチャネル型反応器の連続的な原料供給、生成物回収、濃縮および精製工程に使用するか、または光化学反応器に使用する流体流通器、および光触媒を使用して流体を処理する光化学反応器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラス素材により形成した多数の粒体を加熱して作製した多孔質ガラスをガラス管の中に設け、多孔質ガラスの表面およびガラス管の内面に光触媒層を形成した光反応器が従来技術として知られている（たとえば、特許文献１参照）。この光反応器によれば、ガラス管の側壁から入射した光が多孔質ガラス内を通過することにより、光反応器の内部まで光を行き渡らせることができ、内部表面に担持した光触媒を活性化することにより溶液を処理することができる。これにより、溶解物の濃度が高い溶液および懸濁溶液などの光透過性が低い溶液も処理することができる。また、多孔質ガラスが中に設けられた複数のガラス管を並列に配置することにより、光反応器のスケールアップを容易にすることができる。さらに、多孔質ガラスが中に設けられた複数のガラス管を直列に配置することにより、光反応器の処理能力を容易に高めることができる。また、ガラス素材として石英ガラスを使用することにより、光反応器で利用する光の波長帯域を広くすることができる。【０００３】
また、流路用溝を有する流路基板と、流路用溝を閉塞する蓋基板とを備えた流路構造体が従来技術として知られている（たとえば、特許文献２参照）。この流路構造体の流路の壁面には、光触媒の微粒子が配置されている。これにより、流路が詰まることを抑制できる。さらに、反応流路を形成するための溝を備えた基板と溝の開口部を塞ぐ天板とを含むマイクロ反応器が従来技術として知られている（たとえば、特許文献３参照）。反応流路内には触媒層が形成されている。これにより、反応流路内を流通する溶液などに対して触媒反応を進行させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１２／０１７６３７号パンフレット
【特許文献２】特開２００９−１３６８１９号公報
【特許文献３】特開２００８−１９４５９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の光反応器では、ガラス素材により形成した多数の粒体を加熱して多孔質ガラスを作製するとき、製造コストが高くなる。また、光反応器のメンテナンスで、多孔質ガラスの閉塞した部分を取り除く場合、化学的な洗浄のみで多孔質ガラスの閉塞した部分を取り除かなければならず、手間がかかるばかりでなく、その部分を完全には取り除けない場合がある。さらに、多孔質ガラスの閉塞した部分を取り除けない場合、多孔質ガラスを取り換える必要がある。しかし、上述したように、多孔質ガラスの製造コストは高いため、多孔質ガラスの交換費用が高くなる。【０００６】
一方、特許文献２に記載された流路構造体および特許文献３に記載されたマイクロ反応器では、溝を形成した基板と溝の開口部を塞ぐための基板とを用意すれば、流路構造体およびマイクロ反応器を容易に形成できるため、製造コストは低い。また、流路構造体およびマイクロ反応器を、溝を形成した基板と溝の開口部を塞ぐための基板とに分割することにより、流路を塞ぐ異物を容易に取り除くことができるので、流路構造体およびマイクロ反応器のメンテナンスは容易である。しかし、特許文献２に記載された流路構造体および特許文献３に記載されたマイクロ反応器では、流体の流通量が小さいため、流体の処理量が小さい。【０００７】
本発明は、このような状況下になされたものであり、流体の流通量が大きく、製造コストが低く、メンテナンスが容易である流体流通器および光化学反応器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】
【０００８】
本発明者らは、外管の内側に内管を配置し、外管の内面および内管の外面で流体の流路を形成することにより、流体の流通量が大きく、製造コストが低く、メンテナンスが容易である流体流通器および光化学反応器を作製できることを見出し、本発明を完成させた。すなわち、本発明は次の［１］〜［２１］の発明を提供するものである。
［１］外面および内面を有する外管と、外面および内面を有し、外管の内側に配置され、外管の内面および外面で流体の流路を形成する内管、または外面を有し、外管の内側に配置され、外管の内面および外面で流体の流路を形成する棒状体とを含み、外管の肉厚方向における外管の内面と内管または棒状体の外面との間の距離が１００ｎｍ〜５ｍｍである流体流通器。
［２］外管の肉厚方向における外管の内面と内管または棒状体の外面との間の距離が１μｍ〜１ｍｍである上記［１］に記載の流体流通器。
［３］外管または内管もしくは棒状体が円周方向に回転するか、または、外管および内管もしくは棒状体の両方が円周方向に、および相互に反対方向に回転する上記［１］または［２］に記載の流体流通路。
［４］外管または内管もしくは棒状体の回転方向が周期的に反転する上記［３］に記載の流体流通路。
［５］中心が外管の中心軸と一致するように外管の外側に配置されたリング状治具と、内管と固定され、内管の内部に配置され磁石と、内管の内部に配置された磁石とＮ−Ｓ対を形成し、かつ対向するようにリング状治具の内側に配置された磁石と、リング状治具を円周方向に回転させる回転装置とをさらに含み、リング状治具を円周方向に回転させると、内管が円周方向に回転する上記［１］〜［４］のいずれかに記載の流体流通路。
［６］外管または内管もしくは棒状体の少なくとも一部が多孔質材料で構成される上記［１］〜［５］のいずれかに記載の流体流通器。
［７］多孔質材料は、多孔質セラミック材料、多孔質ガラス材料、多孔質金属材料または多孔質樹脂材料である上記［６］に記載の流体流通器。
［８］多孔質材料は、ポリテトラフルオロエチレン、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリ塩化ビニリデン、ポリ塩化ビニル、ナフィオン（Ｒ）、ポリフルオロエチレンプロペンコポリマー、パーフルオロアルコキシアルカン、エチレン・テトラフルオロエチレンコポリマー、テトラフルオロエチレン-パーフルオロジオキソールコポリマー、ポリエーテルケトン、ポリイミド、ポリブチレンナフタレート、ポリエーテルサルフォン、芳香族ポリエステル、ポリアミド、ナイロン、ポリビニルピロリドン、ポリアリルアミン、ポリスチレンおよびその置換体、ポリエチレン、ポリビニルアルコール、ポリプロピレンおよびポリカーボネートからなる群から選択される少なくとも一種またはこれらの一部を含む共重合体である多孔性樹脂材料からなる上記［７］に記載の流体流通器。
[９]多孔質材料は、金属製多孔質材料、金属微粉末焼結多孔質体、金属コイルフィルタ、これらの多孔質金属材料の表面に有機表面処理剤を塗布した多孔質構造体、これらの多孔質金属材料の表面に高分子薄膜を形成した多孔質構造体、またはこれらの多孔質金属材料の表面に無機化合物の表面被覆層を形成した多孔質構造体である上記［７］に記載の流体流通器。
［１０］外管の軸方向に対して垂直方向における外管の内面の断面形状が円または楕円であり、内管の軸方向に対して垂直方向における内管の外面の断面形状、または棒状体の軸方向に対して垂直方向における断面形状が円または楕円である上記［１］〜［４］のいずれかに記載の流体流通器。
［１１］外管の軸方向に対して垂直方向における外管の内面の断面形状が多角形であり、内管の軸方向に対して垂直方向における内管の外面の断面形状、または棒状体の軸方向に対して垂直方向における断面形状が多角形である上記［１］〜［４］のいずれかに記載の流体流通器。
［１２］外管の内面上および内管もしくは棒状体の外面上の少なくとも一方の面上に配置され、外管の肉厚方向における流路の幅を狭めるためのスペーサをさらに含む上記［１］〜［１１］のいずれかに記載の流体流通器。
［１３］上記［１］〜［１２］のいずれかに記載の流体流通器と、外管の内面および内管もしくは棒状体の外面の少なくとも一方の面に配置された光触媒とを含む光化学反応器。
［１４］内管の内側に配置され、内管を透過し光触媒を励起する光を放射する光源をさらに含む上記［１３］に記載の光化学反応器。
［１５］外管の外側に配置され、外管を透過し光触媒を励起する光を放射する光源をさらに含む上記［１３］に記載の光化学反応器。
［１６］光触媒は酸化チタンである上記［１３］〜［１５］のいずれかに記載の光化学反応器。
［１７］光触媒は、ブルッカイト型酸化チタンを５０％以上含む酸化チタンである上記［１３］〜［１６］のいずれかに記載の光化学反応器。
［１８］光触媒は気相法で製造された酸化チタンである上記［１３］〜［１６］のいずれかに記載の光化学反応器。
［１９］上記［１］〜［１２］のいずれかに記載の流体流通器と、外管の外側に光源を有し、外管が光を透過することができるか、内管の内側に光源を有し、内管が光を透過することができるか、または、外管の外側および内管の内側に光源を有し、外管および内管が光を透過することができる光化学反応器。
［２０］外管の材料または内管もしくは棒状体の材料は石英ガラスである上記［１９］に記載の光化学反応器。
［２１］外管の外側に光源を有し、外管が光を透過することができるか、内管の内側に光源を有し、内管が光を透過することができるか、または、外管の外側および内管の内側に光源を有し、外管および内管が光を透過することができる上記［１］〜［１８］のいずれかに記載の光化学反応器。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、流体の流通量が大きく、製造コストが低く、メンテナンスが容易である流体流通器および光化学反応器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の一実施形態における流体流通器の斜視図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態における流体流通器の変形例の斜視図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態における流体流通器の変形例の斜視図である。
【図４】図４は、本発明の一実施形態における流体流通器の変形例の斜視図である。
【図５】図５は、本発明の一実施形態における流体流通器の変形例の斜視図である。
【図６】図６は、本発明の一実施形態における流体流通器の変形例の断面図である。
【図７】図７は、本発明の一実施形態における光化学反応器の変形例の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図を参照して本発明の一実施形態における光化学反応器および本発明の一実施形態における流体流通器を説明する。
【００１２】
［光化学反応器］
本発明の一実施形態における光化学反応器は、本発明の一実施形態における流体流通器と光触媒とを含む。
【００１３】
（流体流通器）
図１に示すように、本発明の一実施形態における流体流通器１は、外面２１および内面２２を有する外管２と、外面３１および内面３２を有し、外管２の内側に配置され、外管２の内面２２および外面３１で溶液の流路４を形成する内管３とを含む。これにより、外管２の内面２２および内管３の外面３１により形成される空間の広い範囲にわたって、流体を流通させることができるので、流体の流通量を大きくすることができる。なお、流体は、流路４の中を、外管２および内管３の軸方向に流れる。また、所定の内径を有する外管２と所定の外径を有する内管３とを作製すれば、外管２の肉厚方向における幅が小さい流路４を形成できるので、流体流通器１の製造コストを低くすることができる。さらに、光化学反応器のメンテナンスで、流体流通器１の流路４の閉塞した部分を取り除く場合、外管２の内側に配置された内管３を外管２から外して、外管２および内管３を洗浄すれば、流路４の閉塞した部分を容易に取り除くことができる。また、上述したように、流体流通器１の製造コストは安いため、光化学反応器のメンテナンスで、外管２および／または内管３を取り換える場合でも、交換費用を安くすることができる。
【００１４】
既往のマイクロチャネル反応器では、溶液は、流路の上面、底面に加えて側壁とも接触しているため、流路長が長くなると圧力損失が大きくなる。しかし、本発明の一実施形態における流体流通器１では、流路４に事実上、側壁は存在しないため、側壁に由来する圧力損失は原理的に存在しない。このことから、圧力損失は少なくとも同じ流路長の通常のマイクロチャネル反応器の１/２となる。一方、上面（外管２の内面２２）または底面（内管３の外面３１）との接触は良好であり、以下に記載する光の透過性、または後述の変形例で説明する多孔質管を用いたときにガス透過性を高めることが可能となる。
【００１５】
流体流通器１の外管２の外側から光を照射して、光化学反応器の光触媒を励起させる場合は、外管２は、光触媒を励起させる光を透過する材料であることが好ましい。外管２の材料には、たとえば、石英ガラス、シリカガラス、ソーダ石灰ガラス、ほうケイ酸塩ガラスおよびアルミノケイ酸塩ガラスなどのガラス、ならびにポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、シクロオレフィンポリマー、脂環式アクリル樹脂、フッ素樹脂、ポリイミド、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル、ビニルエステル樹脂、スチレンポリマー、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリ塩化ビニリデン、ポリ塩化ビニル、ナフィオン（Ｒ）、ポリフルオロエチレンプロペンコポリマー、パーフルオロアルコキシアルカン、エチレン・テトラフルオロエチレンコポリマー、テトラフルオロエチレン-パーフルオロジオキソールコポリマー、ポリエーテルケトン、ポリブチレンナフタレート、ポリエーテルサルフォン、芳香族ポリエステル、ポリアミド、ナイロン、ポリビニルピロリドン、ポリアリルアミン、ポリスチレンおよびその置換体、ポリエチレン、ポリビニルアルコール、ポリプロピレンおよびポリカーボネートからなる群から選択される少なくとも一種またはこれらの一部を含む共重合体などの樹脂などが挙げられる。透過する光の波長帯域が広いことから、加えて、耐熱性の観点から、外管２のより好ましい材料は石英ガラスである。この場合、内管３は光触媒を励起させる光を透過しなくてもよい。内管３の材料には、たとえば、ガラス、金属、樹脂、セラミックス、木材およびこれらの複合材料などが挙げられる。また、内管３の材料は、外管２の材料と同じであってもよい。内管３の材料は、より好ましくは、樹脂である。内管３の材料を樹脂とすることにより、樹脂の軟化点近傍の温度まで内管３を加熱して、内管３の両端を閉じて加圧することにより、外管の肉厚方向における外管２の内面２２と内管３の外面３１との間の距離を調節することができる。
【００１６】
流体流通器１の内管３の内側から光を照射して、光化学反応器の光触媒を励起させる場合は、内管３は、光触媒を励起させる光を透過する材料であることが好ましい。内管３の材料には、たとえば、石英ガラス、シリカガラス、ソーダ石灰ガラス、ほうケイ酸塩ガラスおよびアルミノケイ酸塩ガラスなどのガラス、ならびにポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、シクロオレフィンポリマー、脂環式アクリル樹脂、フッ素樹脂、ポリイミド、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル、ビニルエステル樹脂、スチレンポリマー、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリ塩化ビニリデン、ポリ塩化ビニル、ナフィオン（Ｒ）、ポリフルオロエチレンプロペンコポリマー、パーフルオロアルコキシアルカン、エチレン・テトラフルオロエチレンコポリマー、テトラフルオロエチレン-パーフルオロジオキソールコポリマー、ポリエーテルケトン、ポリブチレンナフタレート、ポリエーテルサルフォン、芳香族ポリエステル、ポリアミド、ナイロン、ポリビニルピロリドン、ポリアリルアミン、ポリスチレンおよびその置換体、ポリエチレン、ポリビニルアルコール、ポリプロピレンおよびポリカーボネートからなる群から選択される少なくとも一種またはこれらの一部を含む共重合体などの樹脂などが挙げられる。透過する光の波長帯域が広いことから、内管３のより好ましい材料は石英ガラスである。この場合、外管２は光触媒を励起させる光を透過しなくてもよい。外管２の材料には、たとえば、ガラス、金属、樹脂、セラミックスおよび木材などが挙げられる。また、外管２の材料は、内管３の材料と同じであってもよい。外管２の材料は、より好ましくは、樹脂である。外管２の材料を樹脂とすることにより、樹脂の軟化点近傍の温度まで外管２を加熱して、外管２を吸引すること、または外管２を熱収縮させることにより、外管の肉厚方向における外管２の内面２２と内管３の外面３１との間の距離を調節することができる。
【００１７】
外管の肉厚方向における外管２の内面２２と内管３の外面３１との間の距離は、流体流通器の用途や光化学反応器の用途、選択した光の波長、反応液の光透過性等により異なるが、１００ｎｍ〜５ｍｍであり、好ましくは１μｍ〜１ｍｍであり、より好ましくは１０μｍ〜０．５ｍｍである。外管の肉厚方向における外管２の内面２２と内管３の外面３１との間の距離が１００ｎｍよりも小さいと、溶液が流路４の中を流れることが困難になる場合がある。外管の肉厚方向における外管２の内面２２と内管３の外面３１との間の距離が５ｍｍよりも大きいと、光触媒を励起させるための光が、流路４を流れる溶液に透過しない場合がある。光触媒を励起させるための光が流路４を流れる溶液に透過しないと、後述の外管２の内面２２および内管３の外面３１の少なくとも一方の面に配置された光触媒を上記光により励起させることが難しい場合がある。本発明の一実施形態における流体流通器によれば、このような外管２の肉厚方向における幅が小さい流路４を容易に形成できる。
【００１８】
上述の特許文献１の図１３に記載されている光反応器のように、外管の内面と内管の外面との間に粒体および／または多孔質体が充填されると、光化学反応器の製造コストが高くなり、メンテナンスが難しくなる。したがって、外管２の内面２２と内管３の外面３１との間に形成される流路は、粒体および／または多孔質体が充填されてない。
【００１９】
なお、外管２の内面２２または内管３の外面３１に１０〜１００μｍの微小な凹凸または１０〜１００μｍの厚さを有する多孔質ガラス層を形成していてもよい。これらの凹凸または多孔質ガラス層は、外管２の内部から内管３を取り出したとき、対抗する表面と切り離されているため、流路４を閉塞する閉塞物の除去または流路表面の汚損物質を除去するための洗浄が容易に行うことができる。したがって、本発明の一実施形態における流体流通器１は、上述の特許文献１に記載されている光反応器と比較して、新規性および進歩性の両方を有している。
【００２０】
外管２の軸方向に対して垂直方向における外管２の内面２２の断面形状は好ましくは円であり、内管３の軸方向に対して垂直方向における内管３の外面３１の断面形状は好ましくは円である。これにより、外管２の内面２２および内管３の外面３１により形成される流路４を外管２および内管３の軸方向に流れる溶液の流れを均一にすることができる。なお、外管２の軸方向に対して垂直方向における外管２の内面の断面形状は楕円であり、内管３の軸方向に対して垂直方向における内管の外面の断面形状は楕円であってもよい。
【００２１】
（光触媒）
光触媒は、外管２の内面２２および内管３の外面３１の少なくとも一方の面に配置される。これにより、外管２の内面２２および内管３の外面３１により形成される流路４を流れる溶液を光触媒により処理することができる。たとえば、溶液が水である場合、水を浄化することができる。
【００２２】
外管２の内面２２および内管３の外面３１の少なくとも一方の面に配置する光触媒には、たとえば、酸化チタン系光触媒および酸化タングステン系光触媒が挙げられる。酸化チタン系光触媒には、たとえば、ＴｉＯ２、ＴｉＯ（Ｎ）２Ｐｔ／ＴｉＯ２、銅系化合物修飾酸化チタン、鉄系化合物修飾酸化チタン、金属修飾酸化チタン、銅系化合物修飾酸化タングステン、金属修飾酸化タングステン、およびタンタルオキシナイトライドなどが挙げられる。ＴｉＯ２には、たとえば、アモルファスＴｉＯ２、ルチル型ＴｉＯ２、ブルッカイト型ＴｉＯ２およびアナターゼ型ＴｉＯ２などが挙げられる。酸化タングステン系光触媒は、たとえば、Ｐｔ／ＷＯ３である。
【００２３】
光触媒は、外管２の内面２２および内管３の外面３１の少なくとも一方の面に担持させることによって、外管２の内面２２および内管３の外面３１の少なくとも一方の面に配置してもよい。また、外管２の内面２２および内管３の外面３１の少なくとも一方の面の上に光触媒層を形成することによって、外管２の内面２２および内管３の外面３１の少なくとも一方の面に配置してもよい。具体的には、光触媒は、たとえば、次のようにして外管２の内面２２に配置させることができる。外管２の中に酸化チタンのコロイド分散流体を充填して、しばらく放置し、外管２の内面２２に酸化チタンのコロイド粒子を付着させる。そして、酸化チタンのコロイド分散溶液を外管２から排出する。次に、内面２２に酸化チタンのコロイド粒子が付着した外管２を乾燥した後、加熱して、酸化チタン層を外管２の内面２２に形成する。このようにして、外管２の内面２２に光触媒を配置させることができる。
【００２４】
なお、光触媒は、コロイド粒子から形成されたものであることが好ましい。これにより、光生成した電子および正孔が光触媒の表面に移動するときに移動距離が短くてすむ。また、コロイド粒子状の酸化チタンとしては、ブルッカイト型酸化チタンを主成分とする酸化チタンが好ましい。ブルッカイト型酸化チタンは、水分散性の良い粒子となることが知られており、本発明の一実施形態における光化学反応器の表面に酸化チタンを配置するための加工をする際に、好都合である。作製したコロイド粒子の酸化チタンがブルッカイト型酸化チタンであるか否かは、コロイド粒子を乾燥させたのちに粉砕し、Ｘ線回折測定を行い、ブルッカイト型に帰属されるピークの存在で確認することにより判断することができる。作製したコロイド粒子の酸化チタンにおいてブルッカイト型酸化チタンが主成分か否かは、たとえば、リートベルト解析などの既知の方法を用いて、ブルッカイト型酸化チタン：アナターゼ型酸化チタン：ルチル型酸化チタンの構成比を算出することによりわかる。酸化チタンの構成比から算出したブルッカイト型酸化チタンの割合が５０％以上であれば、その酸化チタンはブルッカイト型酸化チタンを主成分とする酸化チタンであるということができる。また、酸化チタンは気相法で製造されたものが好ましい。これにより、非常に細かく、かつ、結晶性が高い酸化チタン粒子を得ることができる。たとえば、チタンの塩化物やオキシ塩化物の蒸気を５００℃以上（好ましくは８００℃以上）に加熱して酸素または水蒸気中で酸化させることにより酸化チタンを合成することができる。このような気相法で得られた酸化チタンは、瞬時に高温雰囲気で合成するため、微細ながらも、結晶性が高く、格子欠陥が少ない。このため、気相法で得られた酸化チタンは、本発明の一実施形態の光化学反応器に用いる光触媒として好適な材料であるといえる。
【００２５】
光触媒を励起させる光源として、たとえば、低圧水銀灯、ブラックライトおよびＬＥＤ（発光ダイオード）などが使用される。また、太陽光を光源として使用してもよいし、低圧水銀灯、ブラックライトおよびＬＥＤ（発光ダイオード）などの光源と組み合わせて太陽光を光源として使用してもよい。光源から放射される光の波長を制御するために、カットオフフィルター、バンドパスフィルター、流体フィルターおよびモノクロメーターなどを使用してもよい。
【００２６】
外管２の内面２２および内管３の外面３１の少なくとも一方の面に光触媒を配置した流路４に溶液が通過すると、光触媒の光触媒反応により、溶液中の菌および有機物などは分解される。本発明の一実施形態における光化学反応器は、好ましくは、水質浄化のために使用される。たとえば、流路４を流れる水中の各種環境ホルモン、ダイオキシン、トリハロメタンおよび細菌類等の有害物質は、光触媒の光触媒反応により、分解または不活性化される。
【００２７】
［変形例］
本発明の一実施形態における流体流通器および本発明の一実施形態における光化学反応器を次のように変形することができる。
【００２８】
（流体流通器の変形例１）
外管または内管の少なくとも一部が多孔質材料で構成されるようにしてもよい。これにより、外管または内管の多孔質材料から構成されている部分から、光触媒による光触媒反応に必要な気体を供給したり、光触媒による光触媒反応により生成した気体を流路から回収したりすることができる。上記多孔質材料は、液体と気体とを分離することができる多孔質材料であればとくに限定されない。上記多孔質材料には、たとえば、多孔質セラミック材料、多孔質ガラス材料、多孔質金属材料および多孔質樹脂材料などが挙げられる。好ましい多孔質材料は、多孔質樹脂材料である。好ましい多孔質樹脂材料は、たとえば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリ塩化ビニリデン、ポリ塩化ビニル、ナフィオン（Ｒ）、ポリフルオロエチレンプロペンコポリマー、パーフルオロアルコキシアルカン、エチレン・テトラフルオロエチレンコポリマー、テトラフルオロエチレン-パーフルオロジオキソールコポリマー、ポリエーテルケトン、ポリイミド、ポリブチレンナフタレート、ポリエーテルサルフォン、芳香族ポリエステル、ポリアミド、ナイロン、ポリビニルピロリドン、ポリアリルアミン、ポリスチレンおよびその置換体、ポリエチレン、ポリビニルアルコール、ポリプロピレンおよびポリカーボネートからなる群から選択される少なくとも一種またはこれらの一部を含む共重合体などである。より好ましい多孔質樹脂材料はポリテトラフルオロエチレンである。多孔質材料を通じて溶液に供給する気体には、たとえば、酸素、二酸化炭素、窒素およびアルゴンなどが挙げられる。多孔質材料の平均細孔径、細孔径分布および気孔率は、気体と液体とを分離することができる平均細孔径、細孔径分布および気孔率であればとくに限定されない。また、多孔質材料は、金属製多孔質材料、金属微粉末焼結多孔質体、金属コイルフィルタ、これらの多孔質金属材料の表面に有機表面処理剤を塗布した多孔質構造体、これらの多孔質金属材料の表面に高分子薄膜を形成した多孔質構造体、またはこれらの多孔質金属材料の表面に無機化合物の表面被覆層を形成した多孔質構造体であってもよい。
【００２９】
外管の少なくとも一部が多孔質材料である場合、流体流通器の環境中に含まれる窒素、酸素ガスおよび二酸化炭素ガスなどを外管の多孔質材料を通じて、流路を流れる溶液に供給することができる。また、外管の外側に、外管を囲む管をさらに設置すれば、その管と外管との間の隙間により形成した流路に気体を流通させることにより、外管と内管との間の流路を流れる溶液に、上記気体を供給することができる。さらに、外管を囲む管と外管との間の隙間により形成した流路を負圧にすることにより、外管と内管との間の流路を流れる溶液から生成した気体を、外管を囲む管と外管との間の隙間により形成した流路を通じて回収することができる。この気体には、溶媒の蒸発した蒸気を含めることが可能であり、これにより、溶液の濃縮が可能となる。このような、外管を囲む管、外管および内管という構成により、とくに化学平衡条件下で外管と内管との間の流路を流れる溶液または気体を反応させる場合、溶液の濃度を反応の全経過時間において適切に制御することが可能となり、溶液の処理効率を高めることができる。さらに、外管の外側の圧力を減圧することにより、流路を流れる溶液から溶媒を部分的に留去することが可能となり、これにより、流路を流れる溶液を濃縮することが可能となる。また、外管と内管との間の流路を流れる溶液、外管を囲む管と外管との間の流路を流れる気体および内管の内部から放射される光と、溶液、気体および光の供給路が完全に分離される。したがって、溶液の流量、気体の流量および光の照射量をそれぞれ独立に制御することにより、光触媒の光触媒反応を、より細かく制御することが可能である。
【００３０】
上述したように、流体流通器の内管の内側から光を照射して、光化学反応器の光触媒を励起させる場合は、外管は光触媒を励起させる光を透過しなくてもよい。この場合は、外管の少なくとも一部が多孔質材料であってもよい。
【００３１】
上述したように、流体流通器の外管の外側から光を照射して、光化学反応器の光触媒を励起させる場合は、内管は光触媒を励起させる光を透過しなくてもよい。この場合、内管の少なくとも一部が多孔質材料であっても構わない。とくに多孔質材料の内管を、流体流通器の内管として使用することにより、内管を通じて、溶液に気体を供給したり、溶液から生成した気体を回収したりすることができる。この場合、内管自体が気体を供給、または回収するための流路を形成するので、外管の少なくとも一部が多孔質材料である場合のように、気体を供給、または回収するための流路を形成するために、外管を囲む管などのさらに別の管を設置しなくてもよい。
【００３２】
（流体流通器の変形例２）
以上、説明した流体流通器１における外管２の軸方向に対して垂直方向における外管２の内面２１の断面形状が円または楕円であり、内管３の軸方向に対して垂直方向における内管３の外面３１の断面形状が円または楕円であった。しかし、流体流通器１における外管の軸方向に対して垂直方向における外管の内面の断面形状が多角形であり、内管の軸方向に対して垂直方向における内管の外面の断面形状が多角形であってもよい。たとえば、図２に示す流体流通器１Ａのように、外管２Ａの軸方向に対して垂直方向における外管２Ａの内面２２Ａの断面形状が四角形であり、内管３Ａの軸方向に対して垂直方向における内管３Ａの外面３１Ａの断面形状が四角形であってもよい。なお、図２において、符号２１Ａは外管２Ａの外面を示し、符号３２Ａは内管３Ａの内面を示す。さらに、符号４Ａは、外管２Ａの内面２２Ａおよび内管３Ａの外面３１Ａにより形成される流路を示す。
【００３３】
なお、流体流通器１における外管２の軸方向に対して垂直方向における外管２の内面２１の断面形状と、内管３の軸方向に対して垂直方向における内管３の外面３１の断面形状は同じでなくてもよい。たとえば、図３に示す流体流通器１Ｂのように、外管２Ｂの軸方向に対して垂直方向における外管２Ｂの内面２２Ｂの断面形状が円であり、内管３Ｂの軸方向に対して垂直方向における内管３Ｂの外面３１Ｂの断面形状が楕円であってもよい。なお、図３において、符号２１Ｂは外管２Ｂの外面を示し、符号３２Ｂは内管３Ｂの内面を示す。さらに、符号４Ｂは、外管２Ｂの内面２２Ｂおよび内管３Ｂの外面３１Ｂにより形成される流路を示す。
【００３４】
また、図４に示す流体流通器１Ｃのように、外管２Ｃの軸方向に対して垂直方向における外管２Ｃの内面２２Ｃの断面形状が円であり、内管３Ｃの軸方向に対して垂直方向における内管３Ｃの外面３１Ｃの断面形状が六角形であってもよい。なお、図４において、符号２１Ｃは外管２Ｃの外面を示し、符号３２Ｃは内管３Ｃの内面を示す。さらに、符号４Ｃは、外管２Ｃの内面２２Ｃおよび内管３Ｃの外面３１Ｃにより形成される流路を示す。
【００３５】
さらに、図５に示す流体流通器１Ｄのように、外管２Ｄの軸方向に対して垂直方向における外管２Ｄの内面２２Ｄの断面形状が八角形であり、内管３Ｄの軸方向に対して垂直方向における内管３Ｄの外面３１Ｄの断面形状が四角形であってもよい。なお、図５において、符号２１Ｄは外管２Ｄの外面を示し、符号３２Ｄは内管３Ｄの内面を示す。さらに、符号４Ｄは、外管２Ｄの内面２２Ｄおよび内管３Ｄの外面３１Ｄにより形成される流路を示す。
【００３６】
（流体流通器の変形例３）
本発明の一実施形態における流体流通器は、外管の内面上および内管の外面上の少なくとも一方の面上に配置され、外管の肉厚方向における流路の幅を狭めるためのスペーサをさらに含んでもよい。これにより、外管の肉厚方向における流路の幅のより細かい制御が可能になる。たとえば、図６に示す流体流通器１Ｅに示すように、内管３Ｅの外面３１Ｅ上にスペーサ５を配置して、外管２Ｅの内面２２Ｅおよび内管３Ｅの外面３１Ｅにより形成される流路４Ｅの外管２Ｅの肉厚方向４１Ｅにおける幅を狭めるようにしてもよい。たとえば、樹脂フィルム、織布および不織布などをスペーサとして使用することができる。
【００３７】
（流体流通器の変形例４）
以上、本発明の一実施形態の流体流通器および上記流体流通器の変形例１〜４を、光化学反応器に用いたが、本発明の一実施形態の流体流通器および上記流体流通器の変形例１〜３の用途は光化学反応器に限定されない。たとえば、本発明の一実施形態の流体流通器および上記流体流通器の変形例１〜３を、マイクロチャネル型反応器の連続的な原料供給、生成物回収、濃縮および精製工程に使用する流体流通器として使用することができる。
【００３８】
外管または内管の少なくとも一部が多孔質材料で構成される場合、多孔質材料として、フッ素系高分子材料の親水性および／またはイオン交換性多孔質膜を使用することにより、イオン性物質、親水性原料および生成物の濃度制御、供給、回収および分離が可能である。たとえば、反応器の最終段で、本発明の一実施形態の流体流通器の変形例１を使用して溶媒成分の減圧濃縮工程を実施し、濃縮生成物溶液を回収することができる。
【００３９】
（流体流通器の変形例５）
以上の一実施形態の流体流通路の内側に配置されるものは内管であったが、内管の代わりに、棒状体を配置してもよい。この場合も、外管の内面および棒状体の外面により流路を形成することができる。棒状体には、たとえば、円柱および角柱などが挙げられる。棒状体の材料として、たとえば、上に記載された、流体流通器１の外管２の外側から光を照射して、光化学反応器の光触媒を励起させる場合の内管３の材料と同じものを使用してもよい。また、棒状体の少なくとも一部が多孔質材料で構成されるようにしてもよい。これにより、棒状体の多孔質材料から構成されている部分から、光触媒による光触媒反応に必要な気体を供給したり、光触媒による光触媒反応により生成した気体を流路から回収したりすることができる。
【００４０】
（流体流通器の変形例６）
以上、流体流通路の流路を流れる物質の相について、溶液である液体を例に挙げて説明したが、流体流通路の流路を流れる物質の相は流体であれば、液体に限定されない。たとえば、流体流通路の流路に気体が流れてもよい。
【００４１】
（流体流通器の変形例７）
流体流通路の流路を流れる流体の撹拌を促進するため、内管を円周方向に回転させてもよい。とくに、内管の外面に触媒を塗布した場合、これにより光触媒と流体との間の接触を促進することができる。たとえば、次のようにして内管を回転させることができる。内管の内部に磁石を配置し、内管と固定する。また、中心が外管の中心軸と一致するように外管の外側にリング状治具を配置する。リング状治具の内側に反対の磁極を持つ磁石を配置する。具体的には、内管の内部に配置された磁石とＮ−Ｓ対を形成し、かつ対向するように、リング状治具の磁石を配置する。リング状治具を、モーターなどの回転装置を使用して円周方向に回転させると、リング状の治具に設けられた磁石の磁力によって、内管の内部に設置された磁石も回転する。内管の内部に設置された磁石は内管と固定されているので、内管も一緒に回転する。これにより、非接触で内管を回転させることができる。なお、磁石は、磁力が強い磁石であることが好ましくは、たとえば、希土類磁石である。
【００４２】
流体流通路の流路を流れる流体の粘度が高くなると、内管を回転させるのに必要な応力が大きくなる。また、リング状治具に設けられた磁石と内管の内部に設置された磁石との間の磁力により、リング状治具の回転によって付与できる内管の回転力は変わる。このため、流体流通路の流路を流れる流体の粘度に応じて、リング状の治具に設けられた磁石および／または内管の内部に設置された磁石の数を変えるようにしてもよい。また、流体流通器に接続されている配管がねじれることを抑制するために、内管の回転方向を周期的に反転させてもよい。
【００４３】
また、内管の代わりに、外管を円周方向に回転させてよい。とくに、外管の内面に光触媒を塗布した場合、これにより光触媒と流体との間の接触を促進することができる。流体流通器に接続されている配管が巻き付いたり、配管がねじれたりすることを抑制するために、外管の回転方向を周期的に反転させてもよい。さらに、外管および内管の両方を円周方向に回転させてもよい。この場合、外管の回転方向は内管の回転方向の反対方向になることが好ましい。これにより、流体流通路の流路を流れる流体の撹拌をさらに促進させることができる。
【００４４】
（光化学反応器の変形例１）
本発明の一実施形態の光化学反応器は、内管の内側に配置され、内管を透過し光触媒を励起する光を放射する光源をさらに含んでもよい。たとえば、図７に示す光化学反応器１０Ｆのように、内管３Ｆの内側に光源６を配置してもよい。光源６は、内管３Ｆを透過し光触媒を励起する光を放射するものであれば限定されない。たとえば、光源６は、低圧水銀灯、ブラックライトまたはＬＥＤ（発光ダイオード）である。なお、符号２Ｆは外管を示し、符号４Ｆは流路を示す。
【００４５】
（光化学反応器の変形例２）
以上の一実施形態における光化学反応器では、光触媒が外管の内面および内管の外面の少なくとも一方の面に配置されていた。しかし、光感応性原料などの原料自体が光の照射により反応する原料を処理する光化学反応器の場合、光化学反応器に光触媒を配置しなくてもよい。この場合の光化学反応器は、たとえば、本発明の一実施形態における流体流通器と、外管の外側に光源とを有し、外管が光を透過することができる光化学反応器、または、本発明の一実施形態における流体流通器と、内管の内側に光源とを有し、内管が光を透過することができる光化学反応器である。このとき、流体流通器の外管の外側から光を照射して、流体中の原料を励起させるか、または、流体流通器の内管の内側から光を照射して、流体中の原料を励起させる。さらに、光化学反応器の変形例２は、本発明の一実施形態における流体流通器と、外管の外側に光源と、内管の内側に光源とを有し、外管および内管が光を透過することができる光化学反応器であってもよい。
【００４６】
（光化学反応器の変形例３）
以上、流体流通路の流路に液体が流れる光化学反応器について説明したが、光化学反応器の流体流通路に流れるものは流体であれば、液体に限定されない。たとえば、光化学反応器の流体流通路の流路に気体が流れてもよい。流体が気体の場合、光化学反応器は、気体に含まれる窒素酸化物、ＶＯＣ（揮発性有機化合物）および臭気成分などを分解することができる。
【００４７】
以上の説明はあくまで一例であり、本発明は、上記の実施形態に何ら限定されるものではない。また、上記の実施形態と上記変形例、または上記変形例同士を組み合わせることは可能である。
【実施例】
【００４８】
以下、実施例を参照して、本発明をさらに詳細に説明する。なお、下記の実施例は本発明を限定するものではない。【００４９】
［実施例１の光化学反応器の作製］
（外管の内面の光触媒層の形成）
昭和電工セラミックス（株）製のＮＴＢ１コロイド分散液（ブルッカイト型酸化チタンナノ粒子の分散液）６．６６ｇ、ポリエチレングリコール（和光純薬工業（株）製、平均分子量３００）２．４２ｇ、アセチルアセトン（和光純薬工業（株）製、型番：）１．０１ｇおよびエタノール（和光純薬工業（株）社製、型番：３２０−０００１７）２．０ｇをジルコニア製の遊星ボールミル（（株）伊藤製作所製、型番：ＬＰ−１）にて４００ｒｐｍ、３０分間の粉砕工程を経て、塗布溶液を調整した。次に、外径５．９ｍｍ、内径４．５ｍｍおよび長さ６５０ｍｍの石英ガラス管（（株）藤原製作所製、型番：＃４）の中に、この塗布溶液を充填し、過剰の溶液を排出後、ブロワーで空気を流して乾燥し、４５０℃で２時間焼成することにより、外管の内面にブルッカイト型酸化チタンナノ粒子のコーティング層を形成した。なお、別途、同じ手順にて平板状のパイレックス（登録商標）基板の表面に形成した酸化チタンナノ粒子薄膜の鉛筆引っ掻き試験機による塗膜強度は６Ｈであり、光触媒層をして十分な強度を有していることを確認した。【００５０】
（光化学反応器の組み立て）
内面にブルッカイト型酸化チタンナノ粒子のコーティング層を形成した上記石英ガラス管を外管とし、この内部に、外径３．９ｍｍ、内径２．５ ｍｍおよび長さ６５０ｍｍの石英ガラス管（（株）藤原製作所製、型番：＃２）の両端を溶封したガラス構造物を配置し、それらの両端にフッ素樹脂で作製した継手をそれぞれ取り付けた。それぞれの継手に１／１６インチのテフロン（登録商標）製配管を接続し、一方のテフロン（登録商標）製配管を送液ポンプに、他方のテフロン（登録商標）製配管を生成物溶液の回収容器にそれぞれ接続した。この流体流通器の外管の内面と内管の外面との間の距離は平均約５００μｍであり、外管の内面と内管の外面とで形成される流路の全体積は実測で３．６ｍＬであり、光源からの光を受光する外管の受光窓の面積は８２ｃｍ２であり、受光窓面積／流路体積比は２２９０ｍ−１であった。この外管の受光窓の面積は、マイクロチャネル反応器よりも広い受光面積であった。【００５１】
既往のマイクロチャネル反応器の受光部は、ガラス板に溶封された流路の片面から受光するが、流路間のガラス部分に入射した光はそのまま透過する。ところが、実施例１の光化学反応器は、外管の表面から入射した光はすべてチャネルを流れる容器に照射されるため、少なくとも単位構造あたりの受光面積は２倍となる。同様に、テフロン（登録商標）製のチューブを水銀灯に巻きつけて構成した光化学反応器の場合は、テフロン（登録商標）チューブの厚さ分は受光面積が少ないため、光化学反応器の受光面積は約２倍になる。【００５２】
［比較例１の光化学反応器の作製］
外管の内面に酸化チタンナノ粒子のコーティング層を形成しなかったことを除いて、実施例１の光化学反応器の作製方法と同様の方法で比較例１の光化学反応器を作製した。【００５３】
［比較例２の光化学反応器の作製］
内管を設けなかったことを除いて、実施例１の光化学反応器の作製方法と同様の方法で比較例２の光化学反応器を作製した。【００５４】
［反応活性評価１］
上述のように作製した光化学反応器を使用して水を浄化することにより光化学反応器を評価した。浄化の対象となる水には、典型的な水溶性汚染物質である４−クロロフェノール（厚生労働省の上水道の水質基準項目と基準値（５１項目）のフェノール類（フェノールの量に換算して０．００５ｍｇ／Ｌ以下）に対応する）を添加した。光触媒を励起させる光源として、６本の２０Ｗのブラックランプ（（株）東芝製、型番：ＦＬ２０Ｓ  ＢＬＢ）を使用した。上記ガラス管を取り囲み、上記ガラス管と平行になるように、６本の上記ブラックランプを配置した。６本のブラックランプを点灯した後、４−クロロフェノールの濃度１００μＭである水を、光化学反応器の流路に流通させた。流路を流れる水の流量を１０ｍＬ／分、５ｍＬ／分および１ｍＬ／分と変えて、光化学反応器を使用して水を処理した。【００５５】
光化学反応器により処理された水を採取して、高速液体クロマトグラフ装置（日本分光（株）製、型番：８７５−ＵＶ）を使用して４−クロロフェノールの濃度を測定し、４−クロロフェノールの転化率を調べた。なお、４−クロロフェノールは、完全に分解すると二酸化炭素になるが、４−クロロフェノールが二酸化炭素に分解する間に、フェノール、カテコールおよびヒドロキノンなどが中間体として生成すると予想される。光化学反応器により処理された水から、若干量のフェノール、カテコールおよびヒドロキノンが検出された。このことから、４−クロロフェノールは光触媒反応により脱塩素過程を経て、段階的に二酸化炭素に分解されたと推測される。【００５６】
［評価結果１］
実施例１の光化学反応器の４−クロロフェノールの転化率は、水の流量が１０ｍＬ／分のとき、６％であり、水の流量が５ｍＬ／分のとき、９％であり、水の流量が１ｍＬ／分のとき、３２％であった。一方、光を照射しない条件下での比較例１の光化学反応器の４−クロロフェノールの転化率は、水の流量が１０ｍＬ／分のとき、１％であり、水の流量が５ｍＬ／分のとき、１％であり、水の流量が１ｍＬ／分のとき、１％であった。これより、比較例１の光化学反応器では吸着がほとんど起こらないことを確認された。また、内管が設けられていない比較例２の光化学反応器の４−クロロフェノールの転化率は、最も滞留時間が長い条件である、水の流量が１ｍＬ／分のとき、１８％であった。比較例２の光化学反応器の体積は１０．３ｍＬであり、内管を有する光反応器と比較して、水が流路内に滞留する時間は２．８倍となった。光反応器に水が滞留する時間は水に光が照射される時間に相当するため、比較例２の光化学反応器が受光する光量は２．８倍となる。受光する単位光量当たりの反応効率で比較すると、外管の内側に内管を設けて流路を形成することによって、反応効率が約５倍になることがわかった。これより、本発明の光化学反応器を使用することによって、多くの水溶性汚染物質を水から除去できることがわかった。また、実施例１の光化学反応器の４−クロロフェノールの転化率は、４−クロロフェノールの濃度が１ｍＭである水を、１ｍＬ／分の流量で光化学反応器の流路に流通させた場合、７％であった。これは、４−クロロフェノールの分解量としては、４−クロロフェノールの濃度が１００μＭである水を、１ｍＬ／分の流量で光化学反応器の流路に流通させた場合に比べて約２倍の量に相当する。【００５７】
［実施例２の光化学反応器の作製］
外径６．０ｍｍ、内径４．４ｍｍよび長さ６５０ｍｍの石英ガラス管（（株）藤原製作所製、型番：＃４）の内部に外径３．８ｍｍおよび長さ６５０ｍｍの透明石英ガラス管（（株）三商製、型番：ＩＱ−２）の両端を溶封した構造体を配置し、それらの両端にフッ素樹脂で作製した継手をそれぞれ取り付けた。この反応器は、溶液中の光反応性分子を直接光励起して活性化するため、光触媒層を設けていない。それぞれの継手に１／１６インチのテフロン（登録商標）製配管を接続し、一方のテフロン（登録商標）製配管をシリンジポンプ（アイシス（株）製、Ｆｕｓｉｏｎ  １００型）およびガスタイトシリンジ（ＳＧＥ、５０ｍＬ）に、他方のテフロン（登録商標）製配管を生成物溶液の回収容器にそれぞれ接続した。この流体流通器の外管の内面とガラス棒の外面との間の距離は平均約３００μｍであり、外管の内面とガラス棒の外面とで形成される流路の全体積は実測で２．２ｍＬであり、光源からの光を受光する外管の受光窓の面積は、ランプで照射している領域の実測値として１０９ｃｍ２であり、受光窓面積／流路体積比は４９５０ｍ−１であった。この外管の受光窓の面積は、マイクロチャネル反応器よりも広い受光面積であった。【００５８】
［比較例３の光化学反応器の作製］
透明石英ガラス管の両端を溶封した構造体を設けなかったことを除いて、実施例２の光化学反応器の作製方法と同様の方法で比較例３の光化学反応器を作製した。この反応器の反応器体積は、８．８ｍＬであり、光源からの光を受光する外管の受光窓の面積は、ランプで照射している領域の実測値として１０９ｃｍ２であり、受光窓面積／流路体積比は１２４０ｍ−１であり、ガラス棒を設けた反応器と比較して約１／４に減少した。【００５９】
［反応活性評価２］
上述のように作製した光化学反応器を使用して１Ｍイソホロン−メタノール溶液を使用して光化学反応器を評価した。１Ｍイソホロン−メタノール溶液は、メタノール（和光純薬工業（株）製、型番：１３６−０１８３７）にイソホロン（和光純薬工業（株）製、型番：０９５−０１７９６）を添加することにより作製した。光触媒を励起させる光源として、６本の２０Ｗの殺菌灯（（株）東芝製、型番：ＧＬ２０Ｆ）を使用した。上記ガラス管を取り囲み、上記ガラス管と平行になるように、６本の上記殺菌灯を配置した。そして、上記殺菌灯を使用して、実施例２の光化学反応器の外管の中央の５８０ｍｍの領域に光を照射した。実施例２の光化学反応器では、６本の殺菌灯を点灯した後、１Ｍイソホロン−メタノール溶液を、０．５ｃｍ３／分の流量で実施例２の光化学反応器の流路に流通させた。この条件では流速は１３cm／分となり、１Ｍイソホロン−メタノール溶液の実施例２の光化学反応器における滞留時間は４．４分であった。また、比較例３の光反応器においては、実施例２の反応器と同じ流速で比較するため、流量を２．０ｃｍ３／分とし、実施例２と同じ流速（１３ｃｍ／分）および反応器滞留時間（４．４分）の条件で、１Ｍイソホロン−メタノール溶液を流路に流通させた。【００６０】
光化学反応器のよって処理された１Ｍイソホロン−メタノール溶液は、液体クロマトグラフィー（カラム：ジーエルサイエンス（株）製、型番：Ｉｎｅｒｓｉｌ  ＣＮ−３、展開溶媒：ヘキサン：エタノール＝９５：５）を使用して分析した。【００６１】
［評価結果２］
実施例２の光化学反応器では、イソホロンのＨＴ型二量体の濃度は２．２ｍＭであり、ＨＨ型二量体の濃度は１２．５ｍＭであり、転化率は約３％となった。一方、比較例３の光化学反応器では、イソホロンのＨＴ型二量体の濃度は０．９ｍＭであり、ＨＨ型二量体の濃度は４．０ｍＭであり、転化率は約１％であった。これより、実施例２の光化学反応器の転化率は、比較例３の光化学反応器の転化率の約３倍に向上した。実施例２の光化学反応器のＨＨ／ＨＴ比は５．６であったのに対し、比較例３の光化学反応器のＨＨ／ＨＴは４．４であり、概ね同等の選択性を持つことがわかった。【００６２】
［実施例３の光化学反応器の作製］
実施例２の光化学反応器の外管（内径１４．５ｍｍのガラス管）の内壁にアナターゼ型酸化チタンの分散液（アナターゼ型酸化チタン（日揮触媒化成（株）製、型番：ＰＳＴ１８ＮＲ）の２０％エタノール溶液）をディップコートし、外管の内壁にアナターゼ型酸化チタンのコーティングを形成した。そして、そのコーティングを４５０℃で２時間焼成することにより、外管の内壁にアナターゼ型酸化チタン層を形成した。次に、内部に２つの希土類磁石を接着した後、両端を融着封止した内管（外形１４．０ｍｍのガラス管）を外管の内部に挿入した。外管の内径と内管の外径との差が５００μｍであるため、外管の内面と内管の外面とで形成さえる間隙は２５０μｍとなった。外管の中心軸と中心が略一致するように、この外管の外側にリング状のテフロン（登録商標）治具を配置した。リング状のテフロン（登録商標）治具の内壁には、内管の内部に接着されている希土類磁石とＮ−Ｓ対を形成し、かつ対向するように、２個の希土類磁石をそれぞれ配置した。これにより、モーターを利用してテフロン（登録商標）治具を回転させると内管が非接触で回転するようになった。【００６３】
この外管の下部と上部とに１／１６インチのテフロン（登録商標）配管を接続し、外管の両側に２０Ｗのブラックランプ（（株）日立製作所製、型番：ＦＬ２０Ｓ  ＢＬ−Ｂ）を１本ずつ配置して実施例３の光化学反応器を作製した。ランプの表面と外管の表面との間隔を２２ｍｍとした。【００６４】
［評価結果３］
シリンジポンプを使用して、外管と内管との間の流体流通路に４−クロロフェノール水溶液（５０μＭ）を流速１ｍＬ／分にて送液し、流体流通路から排出された溶液中の４−クロロフェノールの濃度を測定し、転化率を求めた。内管を回転させない場合の転化率は３９％であった。一方、８．６回転／分の回転速度で内管を回転させた場合の転化率は６０％であった。これは、内管を回転させない場合の転化率の約１．５倍の値であった。さらに、２７回転／分の回転速度で内管を回転させた場合の転化率は７０％であり、８０回転／分の回転速度で内管を回転させた場合の転化率は６９％であった。これより、内管を回転させることによって、転化率を増加させることができ、その効果は反応器の回転数が２７回転／分で概ね飽和することがわかった。これは、内管の回転により、流体流通路を流れる溶液の撹拌が促進されたためであると予測される。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明に係る流体流通器は、薄い流体層が流れる流体流通器として広く利用することができる。たとえば、本発明に係る流体流通器は、格段にスケールアップしたマイクロチャネル型反応器および光化学反応器などに利用できる。また、本発明の光化学反応器は、気体浄化装置、飲料水浄化装置および高濃度汚水処理装置器などの流体処理装置に利用できる。
【符号の説明】
【００６６】
１，１Ａ〜１Ｅ  流体流通器
２，２Ａ〜２Ｆ  外管
３，３Ａ〜３Ｆ  内管
４  流路
５  スペーサ
６  光源
１０Ｆ  光化学反応器
【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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【国際調査報告】
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