(57)【要約】【解決手段】光を照射して水と光触媒とから光化学反応により水素を発生させる際に光として深紫外光を照射する。深紫外光の照射には深紫外光の吸収の少ないフッ素を添加した光ファイバ１や光パイプ５を用いる。光ファイバ１を用いる場合は光ファイバ１の外部に水を流し、深紫外光を光ファイバ１の外部に漏洩させ照射する。光パイプ５を用いる場合は光パイプ５の内部に水を流し光パイプ５の内部に深紫外光を漏洩させ照射する。【効果】高エネルギーの深紫外光を照射するので高効率に水素を発生させる水素発生方法を提供することができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を照射して水と光触媒とから光化学反応により水素を発生させる方法であって、前記光化学反応を誘起させる手段として深紫外光を用いることを特徴とする水素発生方法。
【請求項２】
前記光化学反応は深紫外光透過用光ファイバから前記深紫外光を外部に漏洩させて照射し、この深紫外光と前記光ファイバの外部の水及び光触媒とを反応させることを特徴とする請求項１記載の水素発生方法。
【請求項３】
前記光触媒は前記深紫外光透過用光ファイバの外表面に塗布されていることを特徴とする請求項２記載の水素発生方法。
【請求項４】
前記深紫外光透過用光ファイバは純石英ガラスからなるコアにフッ素が添加されていることを特徴とする請求項２または請求項３記載の水素発生方法。
【請求項５】
前記深紫外光透過用光ファイバは水素処理が施されていることを特徴とする請求項２から請求項４までのいずれかの請求項に記載の水素発生方法。
【請求項６】
前記光化学反応は深紫外光透過用光パイプから前記深紫外光を光パイプ内部に漏洩させて照射し、この深紫外光と前記光パイプ内の水及び光触媒とを反応させることを特徴とする請求項１記載の水素発生方法。
【請求項７】
前記光触媒は前記深紫外光透過用光パイプの内表面に塗布されていることを特徴とする請求項６記載の水素発生方法。
【請求項８】
前記光パイプの内径は５００μｍ以下であることを特徴とする請求項６または請求項７記載の水素発生方法。
【請求項９】
前記光パイプの内径は１００μｍ以下であることを特徴とする請求項８記載の水素発生方法。
【請求項１０】
前記深紫外光透過用光パイプは純石英ガラスにフッ素が含有されていることを特徴とする請求項６から請求項９までのいずれかの請求項に記載の水素発生方法。
【請求項１１】
前記深紫外光透過用光パイプは水素処理が施されていることを特徴とする請求項６から請求項１０までのいずれかの請求項に記載の水素発生方法。
【請求項１２】
前記光触媒は二酸化チタンであることを特徴とする請求項１から請求項１１までのいずれかの請求項に記載の水素発生方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水に光を照射し、光触媒を用いて光化学反応により水素を発生させる方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から光を照射して光触媒を用いて光化学反応により水を水素と酸素に分解して水素を回収する技術は良く知られており、最近では水素の回収効率を向上させるために精力的に研究開発が行われている。
【０００３】
従来は水を収納した容器に例えば二酸化チタン等の光触媒の粉末を投入し、水を撹拌しながらその容器に光を照射して光化学反応により水を水素と酸素に分解して水素を回収していた。
【０００４】
上記のように光化学反応を用いる場合、照射する光は可視光を用いる。しかし可視光は水を分解するにはエネルギーが極めて小さいという問題があり、蛍光灯や太陽光中の紫外光を用いることも提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、太陽光を照射して水を分解して水素を発生させる場合に、光ファイバを用いることも知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−９６２７６号公報
【特許文献２】
特表平８−５０３７３８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような従来の技術には、次のような解決すべき課題があった。
即ち、従来の水素発生方法では、光化学反応の励起光として可視光または紫外光を用いていたが、前記したように可視光は水の分解にはエネルギーが極めて小さいという問題点があった。
【０００７】
また紫外光も例えば４００ｎｍ付近の波長を用いた場合でも、水を分解するためにはまだエネルギーが不足しているという問題点もあった。
【０００８】
本発明は、より高いエネルギーを有する紫外光を用いて水素の発生効率を高め、簡便に水素と酸素を分離回収できる水素発生方法を提供しようとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は以上の点を解決するため次の構成を採用する。
〈構成１〉
光を照射して水と光触媒とから光化学反応により水素を発生させる方法であって、上記光化学反応を誘起させる手段として深紫外光を用いることを特徴とする水素発生方法。
【００１０】
〈構成２〉
上記光化学反応は深紫外光透過用光ファイバから上記深紫外光を外部に漏洩させて照射し、この深紫外光と上記光ファイバの外部の水及び光触媒とを反応させることを特徴とする構成１記載の水素発生方法。
【００１１】
〈構成３〉
上記光触媒は上記深紫外光透過用光ファイバの外表面に塗布されていることを特徴とする構成２記載の水素発生方法。
【００１２】
〈構成４〉
上記深紫外光透過用光ファイバは純石英ガラスからなるコアにフッ素が添加されていることを特徴とする構成２または構成３記載の水素発生方法。
【００１３】
〈構成５〉
上記深紫外光透過用光ファイバは水素処理が施されていることを特徴とする構成２から構成４までのいずれかの構成に記載の水素発生方法。
【００１４】
〈構成６〉
上記光化学反応は深紫外光透過用光パイプから上記深紫外光を光パイプ内部に漏洩させて照射し、この深紫外光と上記光パイプ内の水及び光触媒とを反応させることを特徴とする構成１記載の水素発生方法。
【００１５】
〈構成７〉
上記光触媒は上記深紫外光透過用光パイプの内表面に塗布されていることを特徴とする構成６記載の水素発生方法。
【００１６】
〈構成８〉
上記光パイプの内径は５００μｍ以下であることを特徴とする構成６または構成７記載の水素発生方法。
【００１７】
〈構成９〉
上記光パイプの内径は１００μｍ以下であることを特徴とする構成８記載の水素発生方法。
【００１８】
〈構成１０〉
上記深紫外光透過用光パイプは純石英ガラスにフッ素が含有されていることを特徴とする構成６から構成９までのいずれかの構成に記載の水素発生方法。
【００１９】
〈構成１１〉
上記深紫外光透過用光パイプは水素処理が施されていることを特徴とする構成６から構成１０までのいずれかの構成に記載の水素発生方法。
【００２０】
〈構成１２〉
上記光触媒は二酸化チタンであることを特徴とする構成１から構成１１までのいずれかの構成に記載の水素発生方法。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
図１は本発明の一実施の形態を表す断面図である。
図１において、本実施の形態の水素発生方法は水Ｗの中に光ファイバ１を配置し、この光ファイバ１のコア２中に波長が３００ｎｍ以下の深紫外光を例えば矢印方向から透過させる。光ファイバ１の外表面、即ちクラッド３の外表面には二酸化チタンからなる光触媒４が塗布されている。
【００２２】
水の分解にはより高いエネルギーを有する光を照射すると効率よく水素を発生させることができる。従って、波長が３００ｎｍ以下の深紫外光は水を分解するためのエネルギーが高く、水素発生に用いられる光の波長としては好適である。
【００２３】
しかし、深紫外光は純石英ガラス中に透過させた場合吸収が大きく、本来深紫外光が有する高エネルギーを十分に利用することができない。そこで本発明に用いられる光ファイバ１は、純石英ガラスからなるコアにフッ素を添加したものである。フッ素を添加すると特に３００ｎｍ以下の深紫外光の吸収が少なくなり、高エネルギーを保持したまま深紫外光を照射できるので水素の発生効率を向上させることが可能となる。
【００２４】
なお、クラッド部にはコアよりも屈折率を低下させるためにコアより高濃度のフッ素を添加したり、フッ素の他に硼素を共添加すればよい。また、光ファイバを一定条件のもとで水素処理を行うと深紫外光の透過能がより高くなるので好ましい。
【００２５】
光ファイバ１はその外部に深紫外光が漏洩するような構造とされている。本実施の形態では光ファイバを透過する深紫外光を光ファイバの外部に漏洩させて、この光ファイバ１の外表面に塗布されている光触媒４の作用で光ファイバの周囲に矢印のごとく水を流して光化学反応により分解させて水素を発生させるものである。
【００２６】
ここで、深紫外光が漏洩するような構造としては、例えばコアよりも屈折率の低いクラッド部の屈折率を外表面に向かうに従って連続的に高くして深紫外光を漏洩しやすくなるようにしたり、クラッド部を内層と外層に区分し、外層の屈折率を内層の屈折率よりも階段状に高くして深紫外光を漏洩しやすくなるようにしたりなど、屈折率分布を深紫外光を漏洩しやすいように調整すればよい。
【００２７】
また、クラッド部に部分的に欠損部を設けて深紫外光を漏洩するようにしてもよい。このように深紫外光を照射し、光触媒と水との光化学反応により効率よく水素が発生するならば、深紫外光が光ファイバ１の外部に漏洩するようにするためにはどのような方法でもよく、特に限定されるものではない。
【００２８】
なお、水素を発生させる際には同時に酸素も発生するが、上記のようにして水から分解された水素は例えば水素透過膜を介して図示しない回収装置に回収され、酸素はこれも図示しない排出装置により排出されるようにすればよい。
【００２９】
次に本発明の他の実施の形態を図面を用いて説明する。
図２は本発明の他の実施の形態を表す断面図である。
図２において、本実施の形態の水素発生方法は光パイプ５に波長が３００ｎｍ以下の深紫外光を矢印のように透過させる。光パイプ５の内表面には光触媒６が塗布されており、光パイプ５の内部に水Ｗを矢印のごとく流して光パイプ５内部に漏洩してきた深紫外光により、水と光触媒との光化学反応から水素を発生させる。
【００３０】
光パイプ５内部に深紫外光を漏洩させるには、例えば光パイプ５の外表面から内表面にかけて屈折率を連続的に若しくは階段状に高くするようにするとよい。
【００３１】
光パイプ５も純石英ガラスに３００ｎｍ以下の深紫外光の吸収を少なくするためにフッ素を添加する。フッ素を添加することで高エネルギーを保持したまま深紫外光を照射できるので水素の発生効率を向上させることが可能となる。また、光ファイバを一定条件のもとで水素処理を行うと深紫外光の透過能がより高くなるので好ましい。
【００３２】
光パイプ５の内径は５００μｍ以下であることが適している。これは５００μｍより内径が大きくなると光パイプ内の水中に水素と酸素の濃度分布ができ好ましくないためであり、径が大きい場合、発生する水素と酸素の濃度が高くなり、パイプ内面に気泡ができるなどして反応を阻害してしまう虞があるためである。反応を阻害するような現象を生じさせず反応効率を向上させるためには１００μｍ以下であることが特に好ましい。
【００３３】
本実施の形態においても分解された水素は例えば水素透過膜を介して図示しない回収装置に回収され、酸素はこれも図示しない排出装置により排出されるようにすればよい。
【００３４】
上記したように本発明では光ファイバの外表面や光パイプの内表面に二酸化チタンの光触媒を塗布することが好ましいとしているが、光触媒の種類としてはその他チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）やタンタル系酸化物（ＬｉＴａＯ３、ＮａＴａＯ３、ＫＴａＯ３、ＣａＴａ２Ｏ６、ＳｒＴａ２Ｏ６、Ｓｒ２Ｔａ２Ｏ７、ＢａＴａ２Ｏ６等）なども用いることができ、本発明の目的に適うものならば特に限定されるものではない。
【００３５】
このように本発明では、深紫外光を透過させるのに光ファイバや光パイプを用いるので、広い場所や大がかりな装置を必要とせず、任意の場所で水素を発生させることができる。
【００３６】
また、光ファイバの外部や光パイプの内部に深紫外光を照射する場合に光ファイバや光パイプの長手軸方向に亘って満遍なく光が照射されることになるので発生する水素の濃度分布が一定個所に偏ることなく反応効率を低下させることがない。さらに、光ファイバの外部や光パイプの内部に常に水を流すようにしているので発生した水素の回収効率が向上する。
【００３７】
従って、従来の方法に比較して極めて高効率に水素を発生させることができることはもちろん、例えば、深紫外光の吸収を少なくするフッ素を添加しない純石英ガラスだけの光ファイバや光パイプを用いて水素を発生させた場合の比較においてもはるかに高い効率で水素を発生させることができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、高エネルギーの深紫外光を用いて水を光化学反応により分解するので高効率に水素を発生させることができる。この時高エネルギーの深紫外光を照射するために、深紫外光の吸収を少なくするフッ素を添加した光ファイバや光パイプを用いるのでより効率がよい水素発生方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を表す断面図で、（ａ）は光ファイバとその周辺の縦断面図、（ｂ）はそのＸ−Ｘ横断面図である。
【図２】本発明の他の実施の形態を表す断面図で、（ａ）は光ファイバの縦断面図、（ｂ）はそのＹ−Ｙ横断面図である。
【符号の説明】
１        光ファイバ
２        コア
３        クラッド
４        光触媒
５        光パイプ
６        光触媒
【図１】
2004244241.tif 000003
【図２】
2004244241.tif 000004