(57)【要約】【課題】細菌、汚れなど雑汚染物や悪臭を効率よく分解・除去でき、製造工程が簡便で低コストの浄水化処理剤および浄水化処理方法を提供することである。【解決手段】粒状のスポンジチタンの表面にバーナ加熱などの加熱処理およびその後の窒素ガス中での冷却処理により、光触媒分解作用を有する酸化チタン（ＴｉＯ2）を形成し、このスポンジチタンと吸着作用を有する多孔質体の麦飯石から浄水化処理剤を構成したのである。それにより、スポンジチタンの表面に簡便に酸化チタンを形成でき、観賞魚用水槽などで、水中に存在する細菌や汚れなどの雑汚染物が、まず麦飯石に吸着され、この吸着された物質がすぐに表面拡散により、スポンジチタン表面の酸化チタン上に移動し、その光触媒作用により、すみやかに酸化・分解され、悪臭とともに除去される。そして、麦飯石のミネラルの溶出作用やイオン交換による水質調整作用も加わり、水が浄化される。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
その表面に酸化チタンが形成された粒状のスポンジチタンと、吸着作用を有する粒状の多孔質体とから構成された浄水化処理剤。
【請求項２】
前記酸化チタンが加熱処理によって形成された請求項１に記載の浄水化処理剤。
【請求項３】
前記多孔質体が麦飯石である請求項１または２に記載の浄水化処理剤。
【請求項４】
前記スポンジチタンの加熱処理がバーナを用いて行なわれた請求項２または３に記載の浄水化処理剤。
【請求項５】
前記スポンジチタンが、前記加熱処理後に不活性ガス中で冷却された請求項２から４のいずれかに記載の浄水化処理剤。
【請求項６】
その表面に酸化チタンが形成された粒状のスポンジチタンと、吸着作用を有する粒状の多孔質体とを共存させた状態で被処理水に浸漬または接触させる浄水化処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、水の浄化処理剤に係り、詳しくは、光触媒分解作用を有する酸化チタンと鉱産物の吸着剤の組み合わせからなる浄水化処理剤とその浄水化処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
酸化チタン、中でもアナターゼ型結晶構造の酸化チタン（ＴｉＯ2）は、太陽光や蛍光灯などの紫外線が当たると、活性酸素などを発生し、強力な酸化分解作用、即ち光触媒分解作用を発生させるため、接触してくる、細菌、悪臭や汚れなどの雑汚染物を酸化によって分解・除去することができる。このため、酸化チタンは抗菌、防汚、脱臭など、環境などの改善に優れた機能を発揮する。そして、例えば、観賞魚用水槽の水の悪臭を消し、きれいに保つために、従来使用されていた吸着剤を収容したフィルタ装置の代わりに、酸化チタンの光触媒分解作用を利用した成形物を用いる方法が知られている。
【０００３】
前記酸化チタンの形成方法として、従来、例えば、金属の有機化合物であるチタンのアルコキシドを加水分解してチタンの微粒子が溶解したチタニアゾルを、ガラス、セラミックスなどの基材上に塗布した後、焼成してゲル化し、酸化チタン被膜を生成するゾル・ゲル法などの被膜形成法が知られている。しかし、この被膜形成法では、加水分解処理に長時間を要し、かつ、高温での焼成処理が必要であること等から、被膜形成工程が複雑である。このため、前記光触媒分解作用を水質浄化に利用する成形物に酸化チタン被膜を形成する方法として、例えば、金属またはセラミックスなどの被処理成形品の表面に、チタンまたはチタン合金粉末を所要の速度または所要の圧力で噴射して衝突させ、この衝突時の熱エネルギーによって前記粉末が加熱されて被処理成形品に活性化吸着させ、大気中の酸素と反応して酸化チタン皮膜を形成する方法が開示されている。（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−６１３１４（［００１６］〜［００２９］）
【特許文献２】
特開２００２−２７３２３５（［００１５］〜［００１９］）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記酸化チタンは、触媒として強力な酸化分解作用を発現させるため、酸化チタン自体の長期間の使用は可能であるが、特許文献１、２に開示されたように、チタン粉末を被処理成形品に噴射、衝突させる方法では、酸化チタンが被膜として金属製品の表面に形成されるだけであるため、被膜の亀裂や剥離等により、使用寿命が低下するおそれがある。また、原材料としてチタンまたはチタン合金粉末を使用し、この粉末を高速または高圧で被処理成形品の表面に噴射・衝突させるため、材料の取り扱いや高速または高圧噴射処理工程が煩雑となり、またコスト高となる。
【０００６】
そこで、この発明の課題は、悪臭、細菌、汚れなどの雑汚染物を効率よく分解・除去でき、製造工程が簡便で低コストの浄水化処理剤およびそれを用いた浄水化処理方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために、この発明では以下の構成を採用したのである。
【０００８】
即ち、浄水化処理剤を、その表面に酸化チタンが形成された粒状のスポンジチタンと、吸着作用を有する粒状の多孔質体とから構成したのである。
【０００９】
前記スポンジチタンは、チタン鉱石から、四塩化チタン（ＴｉＣｌ4）のＭｇなどによる還元反応を経て溶解用原料として製造され、海綿のような形状の多孔質金属であるため、比表面積が大きい。従って、粒状に整粒され、その表面に光触媒分解作用を有する酸化チタン（ＴｉＯ2）が形成されたスポンジチタンと吸着作用を有する粒状の多孔質体を組み合わせて用いると、例えば、観賞魚用水槽などで、水中に存在する大腸菌などの細菌や汚れなどの雑汚染物が、まず多孔質体上に吸着され、この吸着された物質が、すぐに表面拡散により、比表面積の大きいスポンジチタン上に移動する。そして、このスポンジチタンの表面に形成された酸化チタンの光触媒分解作用により、吸着物質がすみやかに酸化・分解される。それとともに、抗菌作用や脱臭作用をも有する。
【００１０】
ここで、粒状とは、スポンジチタン、前記多孔質体のいずれについても、微粒から塊状のものまでを意味し、大きさが異なる粒が混在する状態を含むものとする。
【００１１】
前記酸化チタンを加熱処理によって形成することができる。
【００１２】
このように、前記スポンジチタンは、取り扱いが煩雑で、高価なチタン金属粉末を、金属またはセラミックスなどの成形品、即ち担体に所要の速度または圧力で噴射する代わりに、酸素の存在下で加熱処理を行なうだけで、凹凸のあるその表面に光触媒分解作用を有する酸化チタンを形成することができる。従って、チタン金属粉末を用いる場合に比べて、酸化チタンの剥離や亀裂が生じにくく、製造工程が簡便で低コストの、酸化・分解効率に優れた浄水化処理剤が得られる。
【００１３】
前記多孔質体が麦飯石であることが望ましい。
【００１４】
無水珪酸および酸化アルミニウムを主要成分とし、酸化鉄、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ナトリウム、酸化カリウム、酸化チタン、無水リン酸などの鉱物組成を有する麦飯石は、前記スポンジチタンと同様に多孔質で比表面積が大きく、その極めて高い吸着力により、水中の細菌や雑汚染物を吸着する作用を有する。そして、前述のように、吸着された物質は、すぐに表面拡散によりスポンジチタン表面の酸化チタン上に移動し、すみやかに酸化・分解される。
【００１５】
また、前記麦飯石は、多種の鉱物からできているため、ミネラルを豊富に含んでおり、このミネラルの溶出作用を有し、かつ、イオン交換により、水中の溶存酸素を豊富にするなどの水質調整作用を有する。このため、ミネラルと酸素を多く含んだ、生命機能に有益な活性水が作り出され、前記浄水化処理に対して、付加的効果がもたらされる。
【００１６】
前記スポンジチタンの加熱処理を、バーナを用いて行なうことが望ましい。
【００１７】
このようにすれば、バーナフレームの輝炎放射を伴う加熱作用により、多孔質で比表面積の大きい粒状のスポンジチタンの内部表面までを加熱して、簡便にアナターゼ型の酸化チタン（ＴｉＯ2）を形成することができる。なお、バーナフレームが直接スポンジチタンに接触するようにして、即ち焼くように加熱することもできる。また、バーナ燃料として、都市ガスやＬＰガス、および重油などを用いることができる。
【００１８】
前記スポンジチタンを前記加熱処理後に不活性ガス中で冷却することが望ましい。
【００１９】
チタンは活性な金属であり、バーナ加熱で、表面が赤色を帯びる程度に加熱すると発火するため、加熱処理終了後に、窒素ガスなどの不活性ガス中で冷却することにより発火を抑制し、過熱を防止することにより、光触媒分解作用の強いアナターゼ型からの高温相への転移防止に有効である。また、冷却速度を速めることにより、加熱処理サイクルの短縮にも有効である。特に、窒素ガス中で冷却した場合には、窒化効果による硬度上昇が若干認められ、取扱い時に、スポンジチタンの欠けなどによる金属屑の発生防止に寄与できる。
【００２０】
その表面に酸化チタンが形成された粒状のスポンジチタンと、吸着作用を有する粒状の多孔質体とを共存させた状態で被処理水に浸漬または接触させて浄水化処理を行なうことが望ましい。
【００２１】
スポンジチタンしか用いない場合には、海水中の細菌や雑汚染物の吸着作用が不充分となり、これらの物質の、スポンジチタン表面に形成された酸化チタン上への移動量が少なくなる。また、麦飯石しか用いない場合には、海水中の細菌や雑汚染物の吸着は行なわれるものの、光触媒が存在しないため、この吸着物質の酸化・分解が行なわれなくなる。このため、いずれか一方しか用いない場合には、浄水化が不充分となる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明の実施形態について説明する。
【００２３】
所要の粒度範囲に整粒されたスポンジチタンを、表面に残存する還元反応生成物の塩化マグネシウムなどを除去して酸化面を清浄にするために、アルコール洗浄した後、２００℃〜４００℃の温度域、望ましくは３００℃程度に加熱して乾燥させる。この乾燥処理をした粒状のスポンジチタンをバーナを備えた大気炉に装入して、バーナ加熱により、スポンジチタンの表面にアナターゼ型の酸化チタンが形成されるように、およそ４００℃〜９００℃の温度範囲、望ましくは５００℃〜８００℃程度に加熱する。また、この粒状のスポンジチタンを大気炉に装入する代わりに、耐火物等の耐熱材上に分散載置、即ち固まらないように載置して、バーナフレームが直接スポンジチタンに触れるようにバーナ加熱してもよい。このような加熱によって、通常、スポンジチタンは発火するために、不活性ガス、望ましくは窒素ガス雰囲気で冷却される。
【００２４】
一般に、チタンを酸素の存在下で加熱すると、表面に酸化チタンが形成され、およそ４００℃〜９００℃の適正温度範囲、望ましくは５００℃〜８００℃の温度範囲では、加熱時間が余り長くならない場合に、光触媒分解作用を有する酸化チタン（ＴｉＯ2）が形成される。上述の温度範囲に、高温のバーナフレームの輝炎放射を伴う加熱作用により、比表面積の大きい粒状のスポンジチタンの内部表面までを加熱でき、加熱速度が速いために、アナターゼ型の酸化チタン（ＴｉＯ2）が優先的に形成され、以下に記すような水中の細菌や雑汚染物の酸化・分解効果が得られるものと考えられる。
【００２５】
なお、前記スポンジチタンは、通常、１ｍｍ〜７０ｍｍの範囲に整粒され、とくに、およそ５ｍｍ〜３０ｍｍの範囲に整粒することが望ましい。また、前記スポンジチタンの加熱による酸化チタンの形成は、バーナ加熱の代わりに、ヒータ加熱によって行なうこともできる。さらに、チタニアゾルなどチタンの微粒子が溶解した原溶液にスポンジチタンを浸漬するなどして、その表面に前記溶液を塗布した後、焼成処理により、酸化チタンを形成することもできる。そして、前記のスポンジチタンや麦飯石からの反応生成物や付着物等の除去を、アルコールなどによる洗浄処理に代えて、煮沸処理により行うこともできる。
【００２６】
一方、無水珪酸および酸化アルミニウム主要組成とし、酸化鉄、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ナトリウム、酸化カリウム、酸化チタン、無水リン酸などの鉱物組成を有し、吸着作用を有する多孔質体の麦飯石を、所要の粒度に整粒した後に、前記スポンジチタンの場合と同様に、表面に付着した異物を除去するために、アルコール洗浄した後、２００℃〜４００℃の温度域、望ましくは３００℃程度に加熱して乾燥させる。この乾燥後の、粒状の麦飯石を、バーナ加熱後に窒素ガス雰囲気で冷却した粒状のスポンジチタンに、通常は、それぞれ同程度の重量となるように混合して、本発明の浄水化処理剤が製造される。
【００２７】
【実施例１】
【００２８】
【表１】
2004195435.tif 000002
【００２９】
前述の洗浄処理、乾燥処理、大気炉でのバーナによる加熱処理、および窒素ガスによる冷却処理を施した平均粒度が５〜３０メッシュ程度のスポンジチタン約５００グラムと、前述の洗浄処理および乾燥処理を施した平均粒度が、同様に５〜３０メッシュ程度の麦飯石約５００グラムを混合して、容量約１０リットルの透明プラスチックのボトル容器の底部に入れ、その上から海水をほぼ容器一杯に満たして、この容器内の海水の透明度を目視観察した。比較として、前記ボトル容器に、前記処理を施したスポンジチタン約５００グラムのみを入れた前記ボトル容器、前記処理を施した麦飯石のみを入れた前記ボトル容器に、何も入れない前記ボトル容器にも海水をそれぞれ、ほぼ容器一杯に満たしたものについても透明度を目視観察した。これらの試験条件を表１にまとめて示す。
【００３０】
スポンジチタンと麦飯石とを混合した浄水化処理剤を用いた場合（表１、Ｎｏ．１）、海水充填後、約１０分位から透明度が上昇し始め、即ち、やや濁りが存在し、淡黄色を呈していた海水が澄み始めるのが認められ、約８時間経過後の目視観察時には、ほぼ無色透明となっていた。これに対し、スポンジチタンのみを用いた場合（Ｎｏ．２）、麦飯石のみを用いた場合（Ｎｏ．３）には、海水だけを充填した場合（Ｎｏ．４）に比べて透明度は上昇していたが、若干の濁りがある淡黄色が残存し、上記Ｎｏ．１の場合のような無色透明には至らなかった。
【００３１】
この浄水化試験の結果、スポンジチタンと麦飯石とを混合した場合に、浄水化効果が顕著に認められたのは、前述のように、麦飯石が、海水中の細菌や汚れなどの雑汚染物を吸着し、この吸着物質がすぐに表面拡散によって、スポンジチタン表面に形成された酸化チタン上に移動し、光触媒分解作用によって、すみやかに酸化・分解した結果と考えられる。
【００３２】
これに対し、スポンジチタンしか用いない場合には、前述のように、海水中の細菌や雑汚染物の吸着作用が不充分となり、これらの物質の、スポンジチタン表面に形成された酸化チタン上への移動量が少なくなり、光触媒分解作用による酸化・分解の進行が遅くなった結果と考えられる。また、麦飯石しか用いない場合には、海水中の細菌や雑汚染物の吸着は行なわれるものの、光触媒が存在しないため、この吸着物質の酸化・分解が行なわれず、浄化が不充分である結果と考えられる。
【００３３】
【実施例２】
前述の洗浄処理、乾燥処理、大気炉でのバーナによる加熱処理、および窒素ガスによる冷却処理を施した平均粒度が５〜３０メッシュ程度のスポンジチタン約１００グラムと、前述の洗浄処理および乾燥処理を施した平均粒度が、同様に５〜３０メッシュ程度の麦飯石約１００グラムを混合して、容量約２リットルの透明の円筒状ポリ容器に入れ、このポリ容器に水道水を満たした。そして、一掴みの薔薇などの草花を、その茎が容器内の水に浸るように差し入れた。約１００時間後の目視観察では、ポリ容器内の水は、当初の透明状態を保ち、また、悪臭も発生しなかった。これに対し、草花を水だけを満たしたポリ容器内に差し入れた場合には、同時間の目視観察で、水はやや濁りを伴って褐色味を帯び、かなりの臭いが発生し、草花のしおれが認められた。
【００３４】
このように、前述の、麦飯石の吸着作用とスポンジチタンの光触媒分解作用により、例えば、供花用の水に対しても優れた浄化作用が得られることが確認された。                                                
【００３５】
なお、吸着剤として、麦飯石のほかに、天然または合成ゼオライトや活性炭などの多孔質体を、前記スポンジチタンと組み合わせて用いることができる。また、前記浄水化処理剤を、観賞魚用水槽や供花用の花瓶などに使用する場合には、前記スポンジチタンと麦飯石とを、水との接触を妨げないように、網状容器に入れて使用することもできる。さらに、スポンジチタンと麦飯石とを混合せずに、別々に、例えば前記観賞魚用水槽などに投入しても前記酸化・分解作用を呈する。そして、前記スポンジチタンおよび麦飯石は、適宜、水洗により吸着作用や酸化・分解作用による付着物を除去し、繰り返し使用できるため、長期にわたり使用することができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように、この発明では、スポンジチタンの凹凸のある表面に、加熱処理等により光触媒分解作用を有する酸化チタンを形成し、吸着作用に加えてミネラルの溶出作用やイオン交換による水質調整作用を有する麦飯石と混合して浄水化処理剤を製造するようにしたので、麦飯石による吸着作用とスポンジチタンに形成された酸化チタンの光触媒分解作用により、水中の細菌および汚れなどの雑汚染物や悪臭が効率よく除去されるために、水を清浄な状態に保つことができる。
【００３７】
また、光触媒分解作用を有する酸化チタンを、比表面積の大きいスポンジチタンにバーナ加熱などによる加熱処理を施して形成するようにしたので、チタン金属粉末を用いる場合や従来からの酸化チタンの形成方法に比べて、簡便かつ低コストで、使用寿命の長い浄水化処理剤を提供することができる。