(57)【要約】【課題】中空糸膜を用いた光触媒フィルタ装置を提供する。【解決手段】透明な無機質材料によって中空柱状に形成され、光触媒フィルタを同軸方向に収納する中空糸膜ケース５の周壁部に開けられた側部開口５１に処理流体を導入すべき処理流体導入管４が流体密（気密および液密）に連通連結され、また中空糸膜ケース５の軸方向の少なくとも一端には処理後流体を排出させるための処理後流体排出管６が連通連結されてなる光触媒フィルタ装置である。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
適宜の高分子材料によって中空管状に形成され、その外周部に内部にまで連通する多数の微細孔（２）を有し、前記外周部および内周部のいずれか一方または双方の表面および前記微細孔（２）の周壁面に、適宜の光触媒（３）を高密度に付着させてなる光触媒担持中空糸膜（１）。
【請求項２】
適宜の非多孔質高分子材料によって中空管状にに形成され、その外周部または内周部のいずれか一方または双方の表面に適宜の光触媒（３）を高密度に付着させてなる光触媒担持非多孔質中空糸膜（１Ａ）。
【請求項３】
前記光触媒担持中空糸膜（１）または光触媒担持非多孔質中空糸膜（１Ａ）の複数本を、その管軸線を平行に互いに密集するように束ねて成る光触媒フィルタ。
【請求項４】
前記光触媒担持中空糸膜（１）または光触媒担持非多孔質中空糸膜（１Ａ）の複数本を、その管軸線を平行に互いに密集するように束ねられた内部に、光照射用の少なくとも１本の光ファイバ（９）を設けたことを特徴とする請求項３記載の光触媒フィルタ。
【請求項５】
透明な無機質材料によって中空柱状に形成され、前記請求項３または請求項４記載の光触媒フィルタを同軸方向に収納する中空糸膜ケース（５）の周壁部に開けられた側部開口（５１）に処理流体を導入すべき処理流体導入管（４）が流体密（気密および液密）に連通連結され、また前記中空糸膜ケース（５）の軸方向の少なくとも一端には処理後流体を排出させるための処理後流体排出管（６）が連通連結されてなる光触媒フィルタ装置。
【請求項６】
透明な無機質材料によって中空柱状に形成され、前記請求項３または請求項４記載の光触媒フィルタを同軸方向に収納する中空糸膜ケース（５）の軸方向の一端は閉じられ、他端は開口してここに前記処理流体導入管（４）が流体密に連通連結され、前記中空糸膜ケース（５）の周壁部には多数の小孔（５２）が穿設され、この小孔（５２）を流体密に覆うように透明な無機質材料によるジャケット（７）が設けられ、このジャケット（７）に連通するように前記処理後流体排出管（６）が連結されてなる光触媒フィルタ装置。
【請求項７】
前記ジャケット（７）の、前記処理後流体排出管（６）の連結側と反対側に、純水（Ｈ２Ｏ）、酸素（Ｏ２）またはオゾン（Ｏ３）のような反応促進流体を導入するための反応促進流体導入管（８）を連通連結したことを特徴とする請求項６記載の光触媒フィルタ装置。
【請求項８】
透明な無機質材料によって中空柱状に形成され、前記請求項３または請求項４記載の光触媒フィルタを同軸方向に収納する中空糸膜ケース（５）の軸方向の一端は開口してここに前記反応促進流体導入管（８）が流体密に連通連結され、また他端には前記処理後流体排出管（６）が流体密に連通連結され、さらに前記中空糸膜ケース（５）の周壁部には多数の小孔（５２）が穿設され、この小孔（５２）を流体密に覆うように透明な無機質材料によるジャケット（７）が設けられ、このジャケット（７）に連通するように前記処理流体導入管（４）が連通連結されてなる光触媒フィルタ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は光触媒担持中空糸膜およびこれを用いた光触媒フィルタ装置、さらに詳しく言えば、光触媒を担持した多数の微細孔を有する中空糸膜や、非多孔質高分子材料による中空糸膜を酸素、オゾンあるいは水の導入管として機能させることにより、従来難しかった反応に必要な物質、たとえば酸素の希薄な場所での光触媒反応の効率を促進させ得るようにした光触媒フィルタ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術文献に言及する前に、光触媒フィルタが効率よく機能するための必要かつ十分な構成上の条件を以下に説明する。中空糸膜を用いる光触媒フィルタ装置の場合は、一般の光触媒フィルタ装置の条件の他に、中空糸膜の中空部を処理流体や処理後流体の通路としていかにうまく利用するかということが要件となる。まず一般的な条件からはじめる。
【０００３】
Ｃ１．（条件１の意味、以下同じ）  処理のために処理対象流体を捕捉し、所要の化学反応が完了するまで、フィルタ内にある程度の時間滞留させることと、この反応がおこる場所を広くするためにフィルタの容積に比して接触表面積が大きいことが必要である。中空糸膜の構造はそれ自体この接触表面積を大きくすることに役立っている。
【０００４】
Ｃ２．しかしてこのすべての連通空隙部の表面に、たとえばＴｉＯ２のような光触媒が高い密度で付着配設されていることが必要である。この条件Ｃ１，Ｃ２の二つは、処理すべき流体が、高密度に存在する光触媒にある程度の時間、直接に接触することを保証するものである。
【０００５】
Ｃ３．しかして光触媒反応を効率的におこなわせるために、この光触媒には所要の波長の光、たとえば上記の例のＴｉＯ２（二酸化チタン）であれば紫外線、あるいは可視光が継続的に十分に照射されることが必要である。
【０００６】
Ｃ４．処理のための化学反応のためには酸素（Ｏ２）の存在が必要である。酸素の代わりにこれを含む水分（Ｈ２Ｏ）が存在してもよい。
【０００７】
Ｃ５．中空糸膜を用いる光触媒フィルタ装置の場合は、この中空糸膜の中空管内部を、処理流体、あるいは処理後流体、あるいは酸素や水のような反応促進流体の導入路または排出路として巧妙に利用し、そして装置としては実際にそれらの反応促進流体を積極的に供給し、それにより光触媒反応を効率的に促進させる構造になっているか、ということも条件に加わる。
【０００８】
以上の５つの条件を頭に置いて、まず特開２０００−１５０６５号「触媒担持中空糸膜」（特許文献１参照）を調べてみる。ここに開示されている中空糸膜使用のフィルタ装置においては、その図５および図６からよく分かるように、処理流体は単に中空糸膜の内部の中空部に沿って軸方向に流動して中空糸膜を半径方向に通過するものではないから、微細孔を利用することもなく、通過が速すぎて十分な接触滞留時間がとれないＣ２条件欠格の不都合がある。
【０００９】
また特開平１１−２５６４７２号「抗菌性繊維類及び抗菌性フィルタ材並びにそれらの製造方法」（特許文献２参照）は、天然または合成繊維の表面に水酸アパタイトの皮膜を形成し、その上に二酸化チタン（ＴｉＯ２）のような光触媒を担持させて抗菌性を持たせた構造であるが、この発明の実施例で示された効果なるものは、静的に放置されている培養液中のある種の細菌に対してこれを滅菌する効果だけであり、この溶液を流動状態において清浄化する、いわゆるフィルタ効果はなかった。つまりこの従来発明は、条件Ｃ５に関して欠格である。
【００１０】
特開平９−８５２９５号「水系の被処理液の処理方法」（特許文献３参照）には、特に図２および図３の関連説明には、光触媒を持つ中空糸膜エレメントの束を水中に浸漬してこれにより周囲に存在する水を浄化することが記載されているが、これでは単に中空糸膜の外部周囲における光触媒反応による処理後液を、中空糸膜の外部から内部に向かう透過の流れだけで取り出すことが示され、濾過処理効率は極めて低い。つまりこの発明は、条件Ｃ５に関して欠格である。
【００１１】
また特開２００２−２８４６２号「オゾン処理装置」（特許文献４参照）は、非多孔質分子膜を中空糸膜状に形成してその内部にオゾンガスを透過させ、純水にオゾンを溶け込ませてオゾン水を作る方法を提案しており、効果的な中空糸膜利用フィルタを特に開示するものではない。
【００１２】
【特許文献１】
特開２０００−１５０６５号公報（図５、図６の関連説明）
【特許文献２】
特開平１１−２５６４７２号公報（特に実施例の説明）
【特許文献３】
特開平９−８５２９５号公報（図２，図３の関連説明）
【特許文献４】
特開２００２−２８４６２号公報（全文）
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、〔０００２〕〜〔０００７〕に述べた光触媒担持中空糸膜を用いた光触媒フィルタ装置としての必要かつ十分な条件Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４およびＣ５がすべて満たされる光触媒担持中空糸膜およびこれを用いた光触媒フィルタ装置を提供しようとするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この発明は上述の課題をすべて解決するためになされたものであって、請求項１の発明によるその解決手段は、適宜の高分子材料によって中空管状にに形成され、その外周部に内部にまで連通する多数の微細孔を有し、前記外周部および内周部のいずれか一方または双方の表面および前記微細孔の周壁面に、適宜の光触媒を高密度に付着させてなる光触媒担持中空糸膜である。
【００１５】
また請求項２の発明によるその解決手段は、適宜の非多孔質高分子材料によって中空管状にに形成され、その外周部または内周部のいずれか一方または双方の表面に適宜の光触媒を高密度に付着させてなる光触媒担持非多孔質中空糸膜である。
【００１６】
また請求項３の発明によるその解決手段は、前記光触媒担持中空糸膜または光触媒担持非多孔質中空糸膜の複数本を、その管軸線を平行に互いに密集するように束ねて成る光触媒フィルタである。
【００１７】
また請求項４の発明によるその解決手段は、前記光触媒担持中空糸膜または光触媒担持非多孔質中空糸膜の複数本を、その管軸線を平行に互いに密集するように束ねられた内部に、光照射用の少なくとも１本の光ファイバを設けたことを特徴とする請求項３記載の光触媒フィルタである。
【００１８】
また請求項５の発明によるその解決手段は、透明な無機質材料によって中空柱状に形成され、前記請求項３または請求項４記載の光触媒フィルタを同軸方向に収納する中空糸膜ケースの周壁部に開けられた側部開口に処理流体を導入すべき処理流体導入管が流体密（気密および液密）に連通連結され、また前記中空糸膜ケースの軸方向の少なくとも一端には処理後流体を排出させるための処理後流体排出管が連通連結されてなる光触媒フィルタ装置である。
【００１９】
また請求項６の発明によるその解決手段は、透明な無機質材料によって中空柱状に形成され、前記請求項３または請求項４記載の光触媒フィルタを同軸方向に収納する中空糸膜ケースの軸方向の一端は閉じられ、他端は開口してここに前記処理流体導入管が流体密に連通連結され、前記中空糸膜ケースの周壁部には多数の小孔が穿設され、この小孔を流体密に覆うように透明な無機質材料によるジャケットが設けられ、このジャケットに連通するように前記処理後流体排出管が連結されてなる光触媒フィルタ装置である。
【００２０】
また請求項７の発明によるその解決手段は、前記ジャケットの、前記処理後流体排出管の連結側と反対側に、純水、酸素またはオゾンのような反応促進流体を導入するための反応促進流体導入管を連通連結したことを特徴とする請求項６記載の光触媒フィルタ装置である。
【００２１】
また請求項８の発明によるその解決手段は、透明な無機質材料によって中空柱状に形成され、前記請求項３または請求項４記載の光触媒フィルタを同軸方向に収納する中空糸膜ケースの軸方向の一端は開口してここに前記反応促進流体導入管が流体密に連通連結され、また他端には前記処理後流体排出管が流体密に連通連結され、さらに前記中空糸膜ケースの周壁部には多数の小孔が穿設され、この小孔を流体密に覆うように透明な無機質材料によるジャケットが設けられ、このジャケットに連通するように前記処理流体導入管が連通連結されてなる光触媒フィルタ装置である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１に示すものは公知の中空糸膜１であり、多数の微細孔２が中空内部にまで貫通するように存在する。図２（ａ），（ｂ）は平面Ｐによるその中空糸膜１の断面図である。図２（ａ）には内周面に、また同（ｂ）には外周面に光触媒３が高密度に付着させたものが示される。図には描かれていないが、微細孔２の周壁にも光触媒３を付着させるようにしてもよい。なお外径０．４ｍｍ程度が普通に用いられる。
【００２３】
中空糸膜１の材質としてはポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ＰＶＣ、フッ素樹脂、ポリイミド等の樹脂を使用する。
【００２４】
中空糸膜を形成する材料として、たとえばテトラフルオロエチレン樹脂のようなフッ素系樹脂材、あるいはシリコン系樹脂材のような非多孔性高分子材料を用いるときは、図１に符号２で示した微細孔２がなく、流体の中空糸膜の内、外部間の移動は主として浸透圧による透過によることになる。図面ではこの場合は符号１Ａを用いた。
【００２５】
光触媒３の微粒子として、二酸化チタン（ＴｉＯ２）が最も好適であり、その結晶構造はブルッカイト型、ルチル型、アナターゼ型の３種類の中、アナターゼ型が特に望ましいが、ルチル型酸化チタン、含水酸化チタンでもよい。しかしてこの光触媒３の大きさは、粒径３０ｎｍ以下が望ましい。
【００２６】
また図示してはいないが、これらの光触媒３の表面にさらに金属粒子を付加担持させることで光触媒反応の速度をさらに増大させ得ることが知られており、付加される金属粒子の材質としては、白金、ルテニウム、パラジウム、ロジウム、タンタル、銀、ニッケル、銅、ジルコニウム、クロム、バナジウム、酸化テル、酸化スズ、酸化マンガン、酸化ニッケル、酸化ルテニウムなどがある。
【００２７】
これらに使用する光源としては、光触媒３として二酸化チタンを使用する場合は紫外光で励起されることが知られており、波長としては２００〜５００ｎｍが好ましい。この波長の光を連続出力できる水銀ランプ、紫外線ランプ、キセノンランプを使用することができる。また可視光型として可視光による応答をさせてもよい。
【００２８】
また本発明の各装置を屋外で作動させる場合は、反応効率は落ちるが集光レンズを用いて太陽光を光源とすることもできる。また中空糸膜１または１Ａを多数本束ねた内側にあって光が届きにくい個所に対しては、何本かの光ファイバ９による照射も有効となる。
【００２９】
本発明の中空糸膜１（１Ａ）をフィルタ要素として使用するときは、これらの中空糸膜をその軸線方向を平行にまとめて束にするのがよい。図３はこのようなフィルタ要素を、たとえば石英やガラスのような透明な無機質材料からなる中空円柱状または中空角柱状の中空柱状の中空糸膜ケース５に、容器と中空糸膜の両軸線方向を同じにするように収納してフィルタ装置としてまとめた一例を示す。
【００３０】
図３のフィルタ装置では、ケース５の周壁に側部開口５１があけられ、この開口５１に流体密に（気密または液密に）処理流体４の導入管４が連通接続され、ケースの軸方向の一端は閉じられ、他端に処理後流体を排出させるための処理後流体排出管６が流体密に取り付けられる。
【００３１】
このフィルタ装置においては、処理流体導入管４からフィルタ要素に導かれる処理流体は、各中空糸膜１（１Ａ）の外部から光触媒３による反応を受けつつ中空内部に入り（浸透圧により透過し）、あるいは内部に入ってから光触媒反応を受け、浄化されて処理後流体排出管６から排出される。
【００３２】
中空糸膜ケース５は透明だから外部から光触媒反応に必要十分な光エネルギーを受けることができ、またそれが十分でないときは光ファイバ９を介して所望波長の光を照射すればよい。
【００３３】
図４に示した装置は、図３の装置の場合とは逆に、処理流体が中空糸膜１の中空内部から外部に出るよう構成した装置であって、処理流体の導入管４はケース５の軸方向の一端から入り、処理後流体はケース５の周壁に開けられた多数の周壁孔５２から半径方向外方に取り出し、周壁部を流体密に覆うように設けられているジャケット７を経由して処理後流体排出管６に向かうような構成である。
【００３４】
本発明では、光触媒反応に必要な水（Ｈ２Ｏ）や、酸素（Ｏ２）、あるいはオゾン（Ｏ３）を、処理流体自体が持っているものだけに頼ることなく、さらに積極的に別途供給する装置も含んでいる。
【００３５】
この種の装置は、たとえば処理流体が油性のもので、処理後の分解物質が残留して光触媒３を覆ったり、あるいは中空糸膜１（１Ａ）の中空の通路を阻害したりする事態を防止できる利点を持っている。たとえば図５および図６に示す装置がそうであって、この両装置では上記の水、酸素、オゾンのような反応促進流体を積極的に導入するための反応促進流体導入管８が設けられる。
【００３６】
図５の装置は処理流体導入管４から入る処理流体が中空糸膜１（１Ａ）の外部から中空内部に流れるように構成した装置、また図６の装置はこの逆方向に流れるように構成して、いずれも処理後流体排出管６から排出させるようにした装置であり、その構造は既に図３および図４の装置の説明から十分自明であるから、詳細な説明は省略する。
【００３７】
特に油中での有機物の分解処理の場合、生起する光触媒反応が目的の有機物だけでなく、媒質の油をも分解してしまう不都合があるが、使用する中空糸膜の微細孔２の直径の大きさを分離された有機物以下にするように調整して、これが中空内部に入らないようにして分離することができる。分離さえできれば、この有機物等は光触媒反応に必要なバンドギャップ以上の強度の光を照射して分解できる。この場合使用する装置は、図５に示す装置である。
【００３８】
また図示してはいないが、反応促進流体導入管８を、図５や図６のように離して設けるのでなく、たとえば処理流体導入管４と同軸的に設けたりする構成も考えられる。要は光触媒反応の生起する正にその場所に、酸素、オゾンあるいは水などの反応促進流体を効果的に供給できればよいのである。
【００３９】
【発明の効果】
請求項１〜請求項６の発明によれば、処理すべき流体は、所望の光を十分受けられるように透明なケースに収納され、また必要に応じて光照射用の光ファイバを備えた中空糸膜の束であるフィルタ要素によって、光触媒を担持した中空糸膜の外部から内部へ、あるいは逆に内部から外部への流れ、あるいは浸透圧による流体の透過移動の中で処理されるから、光触媒反応に必要な酸素や水の存在も十分であり、これによって光触媒反応を効率的に生起させることができる効果がある。
【００４０】
また請求項７および請求項８の発明によれば、光触媒反応に必要な酸素や水等の反応促進流体が不足しているとき、あるいは分解生成物が光触媒を覆ってその作用を阻害したり、あるいは中空糸膜の中空内部に蓄積して処理後流体の流通を妨げたりするときに、外部から別途、積極的に反応促進流体を注入供給することができ、これによってこのような光触媒反応妨害物を取り除いて、所期の有機物分解処理反応を効率的に実行できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の中空糸膜を示す斜視図である。
【図２】（ａ），（ｂ）は中空糸膜１の横断面図である。
【図３】処理流体を中空糸膜の外部から中空内部に流すように構成したフィルタ装置の一例を示す側断面図である。
【図４】処理流体を中空糸膜の中空内部から外部に向けて流すように構成したフィルタ装置の一例を示す側断面図である。
【図５】反応促進流体を別途供給するように構成したフィルタ装置の一例を示す側断面図である。
【図６】反応促進流体を別途供給するように構成したフィルタ装置の別の例を示す側断面図である。
【符号の説明】
１      中空糸膜
１Ａ    非多孔性中空糸膜
２      微細孔
３      光触媒
４      処理流体導入管
５      中空糸膜ケース
６      処理後流体排出管
７      ジャケット
８      反応促進流体導入管
【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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