(57)【要約】【課題】高い反応効率を有するとともに耐久性に優れた光触媒機能皮膜およびそれを用いた水処理方法を提供する。【解決手段】光触媒機能被膜は、二酸化チタンを含む微粒子、好ましくは、アパタイト、ゼオライトおよび活性炭からなる群より選択される１または２以上の吸着剤と、二酸化チタンとを、１：９９〜７：９３の質量比で含有する混合物を原料粉として、フレーム温度７００〜２０００℃の高速フレーム溶射により形成される。この光触媒機能被膜を有する光触媒反応器１０と貯蔵容器３１との間で被処理水を循環させながら、または、第１の貯蔵容器４１から光触媒反応器１０へ処理前の被処理水を供給し、光触媒反応器１０から第２の貯蔵容器４２へ処理後の被処理水を流出させながら、処理後の被処理水の一部を循環させて、光触媒反応による水処理を行う。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二酸化チタン（ＴｉＯ２）を含む微粒子を原料粉として、フレーム温度７００〜２０００℃の高速フレーム溶射により形成されることを特徴とする光触媒機能皮膜。
【請求項２】
請求項１記載の光触媒機能皮膜において、前記原料粉として、アパタイト、ゼオライトおよび活性炭からなる群より選択される１または２以上の吸着剤と、二酸化チタンとを、１：９９〜７：９３の質量比で含有する混合物を用いることを特徴とする光触媒機能皮膜。
【請求項３】
請求項１および２のいずれか１項に記載の光触媒機能皮膜において、その表面上を流れる２，４−ジニトロフェノール水溶液の線流速が０．０１〜０．０４ｍ／秒である場合において、２，４−ジニトロフェノールの分解反応について、分解速度の最大値が０．０５ｍｇ／ｍ３／分以上であることを特徴とする光触媒機能皮膜。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の光触媒機能被膜を有する光触媒反応器を用いた水処理方法において、被処理水を前記光反応触媒器と貯蔵容器との間で循環させながら光触媒反応による処理を行うことを特徴とする光触媒機能被膜を用いた水処理方法。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の光触媒機能被膜を有する光触媒反応器を用いた水処理方法において、第１の貯蔵容器に貯留された処理前の被処理水を前記光触媒反応器へ供給し、かつ前記光触媒反応器で処理された処理後の被処理水を第２の貯蔵容器へ流出させながら、前記処理後の被処理水の一部を循環させて、光触媒反応による処理を行うことを特徴とする光触媒機能被膜を用いた水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光触媒機能皮膜およびそれを用いた水処理方法に係り、更に詳細には二酸化チタンを含む原料粉を用いて高速フレーム溶射法により形成された光触媒機能皮膜、およびこの光触媒機能皮膜を有する光触媒反応器を用いて、光触媒反応による処理を行う水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光触媒として優れた特性を有する二酸化チタン（ＴｉＯ２）の、大気中や水中の有害物質（ＮＯｘ、ＳＯｘ、有害有機物等）の分解、建築物や衛生陶器の防汚処理等への応用に関する研究開発が近年盛んに行われている。
二酸化チタンを含む光触媒機能皮膜の成膜方法としては、従来からゾル−ゲル法による成膜法が一般的である。ゾル−ゲル法においては、二酸化チタンおよびバインダーを含むコロイド(ゾル)溶液を基材にコーティングし、電気炉等を用いて３００〜５００℃で焼結することにより成膜が行われる。
また、最近、乾式法による二酸化チタンの製膜方法として、高速フレーム溶射法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。高速フレーム溶射法は、可燃性ガスあるいは灯油等の液体燃料を高圧で燃焼させてノズルより超音速のフレームとして噴出させ、そのフレームの中に光触媒活性がより高いアナターゼ型二酸化チタンの微粉末を投入して高速度に加速し、それを基材上に吹付けて皮膜を形成する方法である。
アナターゼ型の二酸化チタンは、約８００℃で光触媒活性のより低いルチル型へ相転移するため、二酸化チタン粉末への入熱を抑制するために、例えば、特許文献２に記載の自動溶射装置を用いて、燃料ガスと酸素または空気の混合比を調節するか、または二酸化チタンの微粉末をスラリー化することにより、高速フレームの温度を低温度に制御することが可能となる。
【０００３】
低温高速フレーム溶射法により成膜された二酸化チタンの光触媒機能皮膜は、ゾル−ゲル法によるものと比較して、光触媒機能皮膜と基材との密着強度が高い上、皮膜自体の硬さが高いため、膜剥離による光触媒活性の低下の問題に対処できる。また、溶射による成膜法は、溶射材料に予め、ゼオライト等の吸着剤を均一に混合できる。この場合、吸着剤に捕獲された反応物は、その傍にある光触媒機能粒子で効率よく分解されると考えられるので、空気や水等の清浄器で問題となる境膜拡散抵抗の影響を小さくすることができる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−０５１４３９号公報
【特許文献２】特開２００５−０６８４５７号公報
【非特許文献１】白石文秀他、「ジャーナル・オブ・ケミカル・テクノロジー・アンド・バイオテクノロジー（Journal  of  Chemical  Technology  &  Biotechnology）」、（英国）、英国化学工業協会（Society  of  Chemical  Industry）、２００６年４月２４日、第８１巻、第６号、ｐ．１０３９−１０４８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
水浄化は光触媒反応プロセスの応用分野の一つであるが、光触媒機能皮膜を水中に含まれる有機物の分解除去に適用する場合には、以下のような点で、空気浄化の場合に比べて困難である。
（１）境膜拡散抵抗が大きく、その除去が難しい。
（２）紫外線の強度が水中で著しく減衰する。
（３）ヒドロキシルラジカル（ＨＯ・）等のラジカル活性種が水分子によって迅速に消化される。
光触媒周辺の境膜拡散抵抗は、処理液を高速で循環させることにより低減できる。しかしながら、従来の光触媒反応による処理液の実用システムにおいては、極めて速い流速で処理液を流通するための高性能で大容量のポンプが不可欠である。このようなポンプは著しく高価で、電気の大量消費、あるいは光触媒機能皮膜の剥離等メンテナンスにおいても大きな問題が生じる。
【０００６】
火薬工場や染料工場からの廃液に含まれる芳香族ニトロ化合物は、着色しており生物難分解性であることに加え、環境化学物質として取り扱われているため、廃液処理が不可欠である。しかし、芳香族ニトロ化合物の構造や濃度によっては従来の光触媒酸化法による処理が困難な場合があった。そのため、芳香族ニトロ化合物を含む廃液の処理という観点からも、反応効率の高い光触媒の開発が望まれている。
【０００７】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、高い反応効率を有するとともに耐久性に優れた光触媒機能皮膜およびそれを用いた水処理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】
【０００８】
前記目的に沿う第１の発明に係る光触媒機能皮膜は、二酸化チタン（ＴｉＯ２）を含む微粒子を原料粉として、フレーム温度７００〜２０００℃の高速フレーム溶射により形成される
ここで、「フレーム温度」とは、溶射ガン先端から２００ｍｍの位置で測定した温度をいう。
【０００９】
第１の発明に係る光触媒機能皮膜において、前記原料粉として、アパタイト、ゼオライトおよび活性炭からなる群より選択される１または２以上の吸着剤と、二酸化チタンとを、１：９９〜７：９３の質量比で含有する混合物を用いることが好ましい。
【００１０】
第１の発明に係る光触媒機能皮膜において、その表面上を流れる２，４−ジニトロフェノール水溶液の線流速が０．０１〜０．０４ｍ／秒である場合において、２，４−ジニトロフェノールの分解反応について、分解速度の最大値が０．０５ｍｇ／ｍ３／分以上であることが好ましい。
芳香族ニトロ化合物の一種である２，４−ジニトロフェノールは、主に黒色硫化染料中間体、防腐剤等に用いられているが、水圏では生分解を受けにくく、光触媒酸化法による分解が困難であることが知られており、その処理が大きな問題となっている有機物質である。
【００１１】
第２の発明に係る光触媒機能皮膜を用いた水処理方法は、第１の発明に係る光触媒機能被膜を有する光触媒反応器を用いて、被処理水を前記光反応触媒器と貯蔵容器との間で循環させながら光触媒反応による処理を行う。
【００１２】
第３の発明に係る光触媒機能皮膜を用いた水処理方法は、第１の貯蔵容器に貯留された処理前の被処理水を前記光触媒反応器へ供給し、かつ前記光触媒反応器で処理された処理後の被処理水を第２の貯蔵容器へ流出させながら、前記処理後の被処理水の一部を循環させて、光触媒反応による処理を行う。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１〜３に記載の光触媒機能皮膜は、７００〜２０００℃のフレームを用いた高速フレーム溶射により形成されているので、溶射時の原料粉への入熱が抑制できるため、光触媒活性の高いアナターゼ型二酸化チタンの残存比率を高くすることができる。また、光触媒機能皮膜は、高速フレーム溶射により形成されており、緻密で密着強度が高いため、剥離強度が高く、耐久性に優れ、長期間にわたって光触媒活性を発揮することができる。
【００１４】
特に、請求項２に記載の光触媒機能皮膜においては、二酸化チタンと吸着剤を均一に混合した原料粉を用いて、低温高速フレーム溶射するので、得られた溶射皮膜は緻密で、二酸化チタンと吸着剤が均一に分布している。そのため、光触媒機能皮膜の表面への反応物の吸着作用が促進され、吸着された反応物は二酸化チタンの光触媒反応により直ちに分解される
【００１５】
請求項３に記載の光触媒機能皮膜においては、その表面上を線流速０．０１〜０．０４ｍ／秒で流れる２，４−ジニトロフェノール（ＤＮＰ）水溶液中の２，４−ジニトロフェノールの分解速度の最大値が０．０５ｍｇ／ｍ３／分以上であるため、この光触媒機能被膜を用いると、特に光触媒酸化法による分解が困難な芳香族ニトロ化合物の１つであるＤＮＰを低流速域においても効率よく分解することができる。また、ＤＮＰの分解速度が最大となるときの線流速が０．０１〜０．０４ｍ／秒であるので、境膜拡散抵抗の影響を低減するために、高価な大容量のポンプを使用する必要がなくなる。そのため、この光触媒機能被膜を用いると光触媒反応システムを安価に構築および運転することができる。
【００１６】
請求項４に記載の光触媒機能皮膜を用いた水処理方法においては、被処理水を光反応触媒器と貯蔵容器との間で循環させながら光触媒反応による処理を行うので、境膜拡散抵抗を低下させ、光触媒反応の反応率をさらに向上することができる。また、本方法の実施に用いる機器の構成が簡単であるので、水処理コストを低下させることができる。
【００１７】
請求項５に記載の光触媒機能皮膜を用いた水処理方法においては、被処理水の連続処理を行うことができる。また、処理後の被処理水の一部を循環させて、光触媒反応による処理を行うので、第１の貯蔵容器から光触媒反応器への被処理水の供給速度が低い場合でも境膜拡散抵抗を低くすることができる。そのため、光触媒反応の反応率を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここで、図１は本発明の第２および第３の実施の形態に係る光触媒機能皮膜を用いた水処理方法に用いられる光触媒反応器の概略説明図、図２は本発明の第２の実施の形態に係る光触媒機能皮膜を用いた水処理方法に用いられる水処理システムの概略説明図、図３は本発明の第３の実施の形態に係る光触媒機能皮膜を用いた水処理方法に用いられる水処理システムの概略説明図である。
【００１９】
本発明の第１の実施の形態に係る光触媒機能皮膜は、原料粉に含まれる二酸化チタンのうち、結晶構造がアナターゼ（Ａｎａｔａｓｅ）型のものが、光触媒活性の低いルチル（Ｒｕｔｉｌｅ）型に変態するのを制御して抑制しながら、低温度の溶射フレームを用いて、基材上に二酸化チタンおよび吸着剤の粒子の高速溶射を行い、二酸化チタンの粒子のアナターゼ型を維持しながら積層して形成したものである。ここで、「制御」とは、例えば、アナターゼ型の残存率を変えることをいい、具体的には、溶射温度、フレームの噴出速度、および雰囲気の酸化還元性のいずれか１または２以上をコントロールすることを意味する。
なお、基材としては、例えば、コンクリート、タイルガラス、繊維、プラスチック、金属系の建材、または、金属、ガラス、セラミックス、プラスチック等の材質よりなる光触媒反応器本体の内壁等が挙げられる。
【００２０】
光触媒機能皮膜の製膜に用いることのできる高速溶射装置としては、例えば、特開２００５−０６８４５７号公報に記載の溶射温度可変型の高速溶射装置が挙げられる。
この装置を用いると、燃料ガスと酸素または空気との混合比を調節するか、あるいは原料粉をスラリー化して、高速フレームの温度を低温度に制御することにより原料粉に含まれる二酸化チタンのルチル型への変態の制御を行うことができる。
【００２１】
溶射に用いる原料粉としては、アナターゼ型を主成分とする二酸化チタンに、吸着剤を所定の割合で混合した混合物が用いられる。
用いることのできる吸着剤の具体例としては、ゼオライト、アパタイト、活性炭のいずれか１または２以上が挙げられる。
原料粉中の吸着剤と二酸化チタンの質量比は、１：９９〜７：９３であることが好ましく、５：９５であることが最も好ましい。原料粉中の吸着剤の量が１質量％を下回ると、二酸化チタンの溶射皮膜の表面に存在する吸着剤の量が少なくなるため、境膜拡散抵抗を低減する効果が小さくなる。また、原料粉中の吸着剤の量が７質量％を上回ると、二酸化チタンの溶射皮膜の表面に存在する二酸化チタンの量が少なくなるため、光触媒反応の効率が低下する。
【００２２】
溶射を行う際の溶射フレームの温度は、７００℃以上２０００℃以下、好ましくは７００℃以上１５００℃以下、より好ましくは７５０℃以上１０００℃以下である。溶射フレームの下限温度が７００℃を下回ると、溶射する二酸化チタンへの入熱が不十分であるため、溶射により二酸化チタンの皮膜を安定に形成することができなくなる。また、溶射フレームの上限温度が２０００℃を上回ると、溶射する二酸化チタン粒子への入熱が過剰になり、アナターゼ型から光触媒活性の低いルチル型への相転移が起こりやすくなるため光触媒活性が低下する。
【００２３】
このようにして得られる光触媒機能皮膜は、その表面上を線流速０．０１〜０．０４ｍ／秒で流れる２，４−ジニトロフェノール水溶液中の２，４−ジニトロフェノール（以下「ＤＮＰ」ともいう）を、光触媒反応により、最大値０．０５ｍｇ／ｍ３／分以上の分解速度で分解することができる。
本実施の形態に係る光触媒機能皮膜を光触媒反応器に用いると、通常の半分以下の線流速でＤＮＰ水溶液を流通させた場合にも、境膜拡散抵抗の影響を低減し、光触媒反応により効率よくＤＮＰを分解することができる。
【００２４】
本発明の第２および第３の実施の形態に係る光触媒機能皮膜を用いた水処理方法に用いられる光触媒反応器１０を図１に示す。光触媒反応器１０は、内側に第１の実施の形態に係る光触媒機能皮膜と同じ方法で形成した、光触媒機能皮膜である二酸化チタンの溶射皮膜１２が設けられた円筒形の外管１１、外管１１の内側に同軸状に配置された紫外線透過性を有する内管１３、内管１３の内側に配置されたブラックライト（紫外線源の一例）１４を有している。内管１３の長さは、外管１１のそれよりも大きく、両端部が外管１１から突出した状態で同軸状に配置されている。
外管１１の両端には、中心部に貫通孔を有する蓋１５、１６が取付けられ、外管１１に対し同軸状に配置された状態で内管１３を支持するとともに、外管１１と内管１３との間の空隙の両端を閉塞し、光触媒反応槽２１を形成している。
外管１１の側面には、光触媒反応槽２１に連通するように入口２２および出口２３が形成されている。入口２２および出口２３には、外管１１の軸心に直交する方向に入口管２４および出口管２５がそれぞれ接続されている。
【００２５】
外管１１に用いることのできる材質としては、被処理水により膨潤や腐食等を受けず、光触媒反応による分解を受けにくい任意の材料が挙げられる。より具体的には、ガラス、セラミックス、プラスチック、金属等が挙げられる。
【００２６】
二酸化チタンの溶射皮膜１２の表面積を増大させるために、外管１０の内側に円筒形状のメッシュを配置し、その上に二酸化チタンの溶射皮膜１２を形成してもよい。
メッシュの材質に特に制限はないが、本実施の形態ではステンレス製のメッシュを用いている。
【００２７】
外管１１の内側に同軸状に配置された状態で、かつ蓋１５、１６の貫通孔で支持されている内管１３は、紫外線透過性を有しているので、その内側に配置されたブラックライト１４から発生する紫外線を光触媒反応槽２１の内部へ透過させることができる。
内管１３に用いることができる材質としては、石英ガラス等が挙げられる。
【００２８】
内管１３の内部には、ブラックライト１４が配置されており、図示されない配線等を介して電源に接続されている。ブラックライト１４の出力、および使用する本数は、光触媒反応器１０および光触媒反応槽２１の大きさ、単位時間あたりの処理容量等に応じて適宜調整される。
また、紫外線源としては、例えば、低圧水銀灯等を用いることもできる。
【００２９】
外管１１の両端部の外周面およびこの外周部に被さる蓋１５、１６の外管１１との接触面には、外管１１の両端に蓋１５、１６を締結固定することができるように、互いに係合するねじ溝が形成されている。また、蓋１５、１６の外管１１および内管１３の端部との当接部には、それぞれパッキン（Ｏリング）１７、１８、１９、および２０が配置され、光触媒反応槽２１から被処理水が漏出することがないようにシールしている。
【００３０】
次に、図２を参照しながら、本発明の第２の実施の形態に係る光触媒機能皮膜を用いた水処理方法およびこの水処理方法に用いられる水処理システム３０について説明する。
光触媒反応システム３０は、光触媒反応器１０を用いて被処理水の回分（バッチ）処理を行う光触媒反応システムである。光触媒反応システム３０は、被処理水３２を貯蔵する貯蔵容器３１、被処理水３２を撹拌するための撹拌羽根（撹拌手段の一例）３３、貯蔵容器３１と入口管２４とを接続する第１の流路３４、出口管２５と貯蔵容器３１とを接続する第２の流路３５、および貯蔵容器３１と光触媒反応器１０との間で被処理水を循環させるポンプ３６とを有する。
【００３１】
光触媒反応による処理を行う被処理水３２を貯蔵容器３１に入れ、撹拌羽根３３で撹拌しながらポンプ３６を作動させ、貯蔵容器３１と光触媒反応器１０との間で被処理水を循環させながら処理を行う。貯蔵容器３１中の被処理水中に含まれる反応物の濃度を、サンプリングにより、またはオンラインで適宜モニタリングを行い、所望の反応率が達成された時点でポンプ３６を停止し、被処理水３２を取り出す。
被処理水３２は、光触媒反応器１０内を流動するため、被処理水３２が光触媒反応器１０内で静止している場合に比べ境膜拡散抵抗が低減し、光触媒反応の効率を向上させることができる。
ポンプ３６としては、水等の流体の循環に通常用いられる任意のポンプを用いることができ、その容量は、光触媒反応器１０の大きさ、単位時間当たりの処理量等に応じて適宜調整される。
また、被処理水３２の循環速度すなわち光触媒反応器１０内を流動する際の線流速は、光触媒反応の反応物の種類および濃度、単位時間当たりの処理量等によるため、一義的に定めることは困難である。また、循環速度は一定であってもよく、適宜変化させてもよい。
【００３２】
次に図３を参照しながら、本発明の第３の実施の形態に係る光触媒機能皮膜を用いた水処理方法およびこの水処理方法に用いられる水処理システム４０について説明する。
光触媒反応システム４０は、処理前の被処理水を貯留する第１の貯蔵容器４１、処理後の被処理水を貯留する第２の貯蔵容器４２、第１の貯蔵容器４１と光触媒反応器１０の入口管２４とを接続し、途中に第１の分岐４５を有する第１の流路４４、光触媒反応器１０の出口管２５と第２の貯蔵容器４２とを接続し、途中に第２の分岐４７を有する第２の流路４６、分岐４５と分岐４７との間を接続し、光触媒反応処理後の被処理水の一部を第２の分岐４７から第１の分岐４５へ環流させる第３の流路４８、第１の流路４４の途中に設けられ、被処理水を第１の貯蔵容器４１から、光触媒反応器１０を通って第２の貯蔵容器４２へ流通させる第１のポンプ４９、および光触媒反応処理後の被処理水の一部を第２の分岐４７からから第１の分岐４５へ環流させる第２のポンプ５０を有する。
【００３３】
光触媒反応による処理を行う被処理水を第１の貯蔵容器４１に入れ、第１のポンプ４９および第２のポンプ５０を作動させ、第１の貯蔵容器４１から第１の流路を介して光触媒反応器１０に処理前の被処理水を供給し、第２の流路４６を介して、光触媒反応器１０で処理された被処理水を第２の貯蔵容器４２へ流通させつつ、第３の流路４８を介して処理後の被処理水の一部を循環させながら光触媒反応による水処理を行う。
被処理水は光触媒反応器１０内を流動するため、被処理水４３が光触媒反応器１０内で静止している場合に比べ境膜拡散抵抗が低減し、光触媒反応の効率を向上させることができる。また、被処理水の一部を循環させて、光触媒反応器１０で光触媒反応による処理を行うため、被処理水の光触媒反応器１０内での滞留時間の減少による反応率の低下を防ぐことができる。さらに、光触媒反応システム４０においては、被処理水の連続処理が可能である。
【実施例】
【００３４】
次に、本発明の作用効果を確認するために行った実施例について説明する。ここで、図４は２，４−ジニトロフェノール（ＤＮＰ）１０ｐｐｍ水溶液の線流速とＤＮＰの分解反応速度との関係を示すグラフである。
【００３５】
光触媒反応によるＤＮＰの分解速度に及ぼすＤＮＰ水溶液の線流速、および光触媒機能皮膜中に存在する吸着剤の量の影響について、下記の実験により検討を行った。
光触媒反応装置としては、図１に示すような構造を有する管状光触媒反応器を用いた。外管の内径および長さは、それぞれ２．８５ｃｍおよび１４ｃｍ、内管（石英ガラス製）の外径は２．４ｃｍである。光触媒反応槽の断面積は１．８５×１０−６ｍ２、光触媒機能皮膜の表面積は０．０１２５ｍ２である。また、内管の内側に配置される紫外線源としては６Ｗのブラックライトを用いた。
それぞれ異なる条件（製膜法および原料粉に含まれる吸着剤の質量％、図４中の表を参照）で製膜された光触媒機能皮膜を外管の内側に有する４基（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４）の光触媒反応器を用意した。
【００３６】
これらの光触媒反応器を用いて、図２に示すような光触媒反応システムを構成し、濃度を１０ｐｐｍに調整したＤＮＰ水溶液５００ｍｌの光触媒反応による処理を行った。ＤＮＰ水溶液の撹拌にはマグネチックスターラーを用い、ＤＮＰ水溶液の循環にはローラーポンプを用いた。ＤＮＰ水溶液が光触媒反応器内を流れる際の線流速は、毎分あたりの流量を光触媒反応槽の断面積で除することにより求めた。
ＤＮＰ水溶液を異なる線流速（０．００５〜０．１１ｍ／秒）で循環させながら１２０分間光触媒反応処理を行った。一定時間ごとにＤＮＰ水溶液を取り出し、紫外可視分光光度計を用いて５５０ｎｍの吸光度を測定することにより、ＤＮＰ濃度の経時変化をモニターした。得られたＤＮＰ濃度の経時変化のデータより、個々の反応条件下におけるＤＮＰの分解速度を求めた。得られたＤＮＰの分解速度を、光触媒反応器ごとに線流速に対してプロットしたグラフを図４に示す。
【００３７】
光触媒反応器Ｎｏ．１（実施例）およびＮｏ．３（比較例）について得られたデータを比較すると、すべての線流速域においてＮｏ．１の方がＮｏ．３よりもＤＮＰの分解速度が高いことがわかる。特に、光触媒反応器Ｎｏ．１においては、ＤＮＰ水溶液の線流速が０．０１〜０．０４ｍ／秒（より正確には０．０２〜０．０３５ｍ／秒）である場合に、ＤＮＰの分解速度の最大値が０．０５ｍｇ／分／ｍ３以上となっていることがわかる。以上のように、ゾル−ゲル法により形成させた二酸化チタンの光触媒機能皮膜よりも、高速フレーム溶射により形成された二酸化チタンの光触媒機能皮膜の方が、特に低い線流速域において高い分解速度でＤＮＰを分解することが明らかになった。
さらにＮｏ．３の比較例のゾル−ゲル法による光触媒機能皮膜では、水溶液のせん断力により少しずつ剥離し、僅か数ヶ月で光触媒反応機能が消滅するのに対し、実施例の光触媒機能皮膜では１年以上もその機能が持続し、強固な密着強度を示した。
【００３８】
Ｎｏ．２（実施例）は、Ｎｏ．１と比較して、ＤＮＰの分解速度が０．０５ｍｇ／分／ｍ３以上である領域が低流速側にシフトしていることがわかる。これは、原料粉中にゼオライトが存在するため、光触媒機能皮膜中にも吸着機能を有するゼオライトが均一に分布し、これが皮膜の表面にＤＮＰを捕捉することによる境膜拡散抵抗の影響の低減が、線流速が低い領域において特に顕著に現れているためと考えられる。
一方、Ｎｏ．４（比較例）においては、全流速域においてＤＮＰの分解速度が大きく低減している。これは、光触媒機能皮膜の原料粉中に含まれるゼオライトの存在比が高くなりすぎた結果、光触媒機能皮膜表面の二酸化チタンの密度が減少したために光触媒活性が低下したことによると考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明により提供される光触媒機能皮膜およびそれを用いた水処理方法は、排水等に含まれる微量の有害物質、微生物、ウイルス等の分解、殺菌、除去等を行う廃水処理システム等に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の第２および第３の実施の形態に係る光触媒機能皮膜を用いた水処理方法に用いられる光触媒反応器の概略説明図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る光触媒機能皮膜を用いた水処理方法に用いられる光触媒反応システムの概略説明図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態に係る光触媒機能皮膜を用いた水処理方法に用いられる光触媒反応システムの概略説明図である。
【図４】２，４−ジニトロフェノール（ＤＮＰ）１０ｐｐｍ水溶液の線流速とＤＮＰの分解速度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４１】
１０：光触媒反応器、１１：外管、１２：二酸化チタンの溶射皮膜、１３：内管、１４：ブラックライト、１５、１６：蓋、１７、１８、１９、２０：パッキン、２１：光触媒反応槽、２２：入口、２３：出口、２４：入口管、２５：出口管、３０：光触媒反応システム、３１：貯蔵容器、３２：被処理水、３３：撹拌羽根、３４：第１の流路、３５：第２の流路、３６：ポンプ、４０：光触媒反応システム、４１：第１の貯蔵容器、４２：第２の貯蔵容器、４４：第１の流路、４５：第１の分岐、４６：第２の流路、４７：第２の分岐、４８：第３の流路、４９：第１のポンプ、５０：第２のポンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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