(57)【要約】【課題】安全性に優れ、経済的で、環境にやさしいという二酸化チタンの特徴を生かし、二酸化チタンによって溶存酸素濃度を制御することを可能とする新しい技術手段を提供する。【解決手段】ｐＨ４〜８の液中に二酸化チタンを分散させ、光照射により溶存酸素濃度を減少させ、光照射を止めることにより溶存酸素濃度を安定させることで溶存酸素濃度を制御する。【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｐＨ４〜８の液中に二酸化チタンを分散させ、光照射により溶存酸素濃度を減少させ、光照射を止めることで溶存酸素濃度を安定させることを特徴とする溶存酸素濃度の制御方法。
【請求項２】
ｐＨ４〜８の液中に二酸化チタンを分散させ、光照射により溶存酸素濃度を減少させることを特徴とする溶存酸素濃度の制御方法。
【請求項３】
溶存酸素濃度を０ｍｇ／ｌとすることを特徴とする請求項２の溶存酸素濃度の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、溶存酸素濃度の制御方法に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、環境浄化技術の分野をはじめ、化学工業、食品工業、医・農薬工業、機械や電気・電子工業等の広範囲な分野において有用な、液中の溶存酸素濃度の制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より二酸化チタン（ＴｉＯ２）は化学的に安定で、食品添加物として認可されるほど安全であって、しかも安価に製造されることが知られている。また、近年では、光触媒としての作用が注目され、酸素との相互関係についても関心が高まっている。
【０００３】
たとえば、気相中の酸素の吸着能をもつ二酸化チタンの製造方法が提案されている（文献１）。
【０００４】
しかしながら、二酸化チタンと酸素との関係を技術的に利用することは容易ではない。実際、上記の気相中の酸素の吸着についても、酸素吸着能を発揮させるためには、二酸化チタンの前処理が必要であり、しかも、前処理後に酸素吸着に使用するまでの間は酸素に触れないような特殊な保管をしなければならない。また、気相中の酸素ではなく、溶存酸素との関係については全く不明である。
【０００５】
二酸化チタンによって溶存酸素濃度の制御が可能とされるのであれば、その有用性は高く、安価に安全に、しかも使用後に廃棄しても環境を汚染しないことから大変に重要なものとなる。だが、溶存酸素との関係については、二酸化チタン分散液中の溶存酸素はＵＶ照射しても変化せず、白金を添加したり、他の酸化物との複合系においてのみＵＶ照射で溶存酸素が減少することが報告されている（文献２）一方で、これとは全く逆に、二酸化チタン分散液中の溶存酸素が光照射によって減少することも報告されている（文献３）。このような報告はその結果が全く矛盾するものであって、二酸化チタンの溶存酸素濃度の制御に有効かどうかは不明と言うほかにない。
【０００６】
また、仮に、後者の報告（文献３）が正しいとしても、二酸化チタンによる溶存酸素濃度の制御の実現は予期することもできない。その理由として次のことが指摘される。
【０００７】
１）上記報告（文献３）には、光照射を止めた後の溶存酸素量の変化が示されておらず、二酸化チタンが溶存酸素の制御に利用できるかどうかの決定的情報が欠けている。もし光照射の停止後に溶存酸素量が変化するならば、二酸化チタンに光照射することで溶存酸素量を制御することは不可能である。２）定量的な議論がなされておらず、二酸化チタンがどれだけの溶存酸素を吸着するのか不明である。３）光照射強度が４７０ｍＷ／ｃｍ２と異常に大きく、非現実的である。現実的な光照射強度（二酸化チタンの光照射実験で多く用いられる照射強度は数ｍＷ／ｃｍ２）で溶存酸素量の減少が起こるのか、また起こるとしても制御に利用できるぐらいに十分な減少なのか、不明である。４）溶存酸素の変化が測定されたのは、分散液のｐＨが２と１４の場合についてだけであり、中性付近での測定結果がない。したがって、光吸着の現象は分散液が強酸性あるいは強アルカリ性の場合にだけ起こる現象かもしれず、非常に制限された条件下でしかこの現象を利用できないのかもしれない。
【０００８】
以上のことから、これまでのところ、二酸化チタンを含んだ液体に光照射することでその液中の溶存酸素濃度が制御できるかどうかは不明であり、したがってその制御技術も確立されていないのが実情である。
【０００９】
【文献】
１：特開２０００−８６４１５号公報
２：Ｅ．  Ｂｏｒｇａｒｅｌｌｏ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｉｎｏｒｇａｎｉｃａ  Ｃｈｉｍｉｃａ  Ａｃｔａ，  ９１（１９８４）２９５
３：Ｇ．  Ｍｕｎｕｅｒａ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｓｔｕｄｉｅｓ  ｉｎ  Ｓｕｆａｃｅ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｃａｔａｌｙｓｉｓ
１９（１９８４）３３５
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
この出願の発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、従来技術の限界を克服し、安全性に優れ、経済的で、環境にやさしいという二酸化チタンの特徴を生かし、二酸化チタンによって溶存酸素濃度を制御することを可能とする新しい技術手段を提供することを課題としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、第１には、ｐＨ４〜８の液中に二酸化チタンを分散させ、光照射により溶存酸素濃度を減少させ、光照射を止めることで溶存酸素濃度を安定させることを特徴とする溶存酸素濃度の制御方法を提供する。
【００１２】
また、第２には、ｐＨ４〜８の液中に二酸化チタンを分散させ、光照射により溶存酸素濃度を減少させることを特徴とする溶存酸素濃度の制御方法を提供し、第３には、溶存酸素濃度を０ｍｇ／ｌとすることを特徴とする溶存酸素濃度の制御方法を提供する。
【００１３】
以上のこの出願の発明は、発明者による二酸化チタンの光反応性に着目しての定量的な研究の結果、二酸化チタン分散液に光照射を行うと、分散液中の溶存酸素量が減少し、光照射を止めると安定するという事実、ならびに、わずか０．０５ｗｔ％の二酸化チタン濃度の分散液に２ｍＷ／ｃｍ２のＵＶ照射を約３０分することで溶存酸素濃度が０ｍｇ／ｌになるという事実が見出され、この知見に基づいて完成されたものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
この出願の発明は上記の特徴をもつものであるが、以下にその実施の形態について説明する。
【００１５】
この出願の発明に用いられる二酸化チタンについては、その結晶構造は、ルチル型かアナターゼ型いずれでもよいが、アナターゼ型の方が好ましい。二酸化チタンの形状は粉末状がよく、液中で良く分散するものが特に好ましい。
【００１６】
二酸化チタンの粒径や使用量については特に限定はなく、実際に溶存酸素濃度の制御の対象とする被処理液の状態や量、目標とする制御の度合いに応じて選択することができる。一般的な目安としては、制御の効率や取扱い性等を考慮して粒径は数百ｎｍ程度までのものがより好ましい。また、使用量については、被処理液に対しての割合が０．０１〜１．０ｗｔ％の範囲とすることが好ましく考慮される。
【００１７】
分散液を光照射するための光源は、二酸化チタンのバンドキャップエネルギーに相当する波長（約４００ｎｍ）よりも短い波長を適度な割合で含んでいればよく、市販のブラックライトでもよい。光照射のエネルギーについても特に限定されないが、より低エネルギーでの制御が可能とされるこの出願の発明方法では、数ｍＷ／ｃｍ２程度までの光照射エネルギーであってよい。また光照射の時間は、この照射の強度と二酸化チタンの濃度を考慮して適宜に設定すればよい。光照射に際しては、光が二酸化チタンの全表面に当たるように、分散液を攪拌させることが望ましい。
【００１８】
溶存酸素量を制御したい液体を、光が透過しやすく密閉が可能な容器に満たし、そこへ二酸化チタンを分散させることが考慮される。その分散液を光照射すると溶存酸素が二酸化チタンに吸着し、溶存酸素濃度は減少する。光照射をやめると吸着は止まり、吸着した分の溶存酸素が脱離することはない。したがって、光照射時間を調節することで、任意の溶存酸素濃度を実現できる。
【００１９】
光照射による溶存酸素濃度の単位時間あたりの減少幅は、分散液のｐＨが４から８のときに大きく、３以下あるいは９以上のｐＨにおける減少幅は最大のときの半分以下である。それゆえ、分散液のｐＨが４から８のとき、短時間で効率的な制御ができる。
【００２０】
制御の対象とする被処理液については、その組成において、水を主としており、少量の無機イオンや有機物が共存していてもよい。２５℃の水中における飽和溶存酸素の濃度は約８ｍｇ／ｌであるが、この出願の発明が対象とする被処理液は過飽和の状態のものであってもよい。
【００２１】
そこで以下に実施例を示し、さらに詳しく説明する。もちろん、以下の例によって発明が限定されることはない。
【００２２】
【実施例】
＜実施例１＞
光が透過しやすく密閉が可能な容器に、よく空気を溶かし込んだ水を約１００ｍｌ入れ、マグネットスターラーで攪拌した。溶存酸素濃度は溶存酸素計で測定した。測定は溶存酸素計の電極を水に浸し、容器を密閉した後に行なった。測定を始めて数分後、溶存酸素濃度は約８ｍｇ／ｌで安定した。そこで、いったん容器を開け、結晶型が主にアナターゼ型の二酸化チタン粉末０．０５ｇを入れ、容器を密閉した。この分散液のｐＨは５であった。数分後、溶存酸素濃度は二酸化チタン導入前と同じになり、安定した。容器の上部に固定した１０Ｗのブラックライト３本を点灯したところ（光照射強度２ｍＷ／ｃｍ２）、溶存酸素濃度は減少し、５分後には約６ｍｇ／ｌになった。ブラックライトを消灯すると濃度の減少は止まり、安定した。以下、ブラックライトを点灯すると溶存酸素濃度は減少し、消灯すると安定するということが複数回観察された後、溶存酸素濃度は０ｍｇ／ｌになった。ブラックライトを消して１時間経過後も溶存酸素濃度は０ｍｇ／ｌだった。
【００２３】
＜実施例２＞
分散液を作る際、アナターゼ型の二酸化チタン粉末０．１ｇを使って、実施例１と同様の実験を行ったところ、実施例１と同様の結果が得られた。
【００２４】
＜実施例３＞
分散液を作る際、ルチル型の二酸化チタン粉末０．１ｇを使って、実施例１と同様の実験を行ったところ、溶存酸素濃度は、単位時間あたり実施例１の４０〜５０％の減少幅で低減された。
【００２５】
＜実施例４＞
分散液を作る際、中性の水ではなくアルカリ性の水酸化ナトリウム溶液を使って、実施例１と同様の実験を行ったところ、分散液のｐＨが７のとき、溶存酸素濃度の単位時間あたりの減少幅は、実施例１のｐＨが５の場合の６０％程度であった。
【００２６】
＜比較例１＞
分散液を作る際、中性の水ではなく酸性の塩酸溶液を使って、実施例１と同様の実験を行ったところ、分散液のｐＨが１のとき、溶存酸素濃度の減少は見られなかった。
【００２７】
＜比較例２＞
分散液を作る際、中性の水ではなく酸性の塩酸溶液を使って、実施例１と同様の実験を行ったところ、分散液のｐＨが３のとき、溶存酸素濃度の単位時間あたりの減少幅は、実施例１のｐＨが５の場合の３０％以下であった。
【００２８】
＜比較例３＞
分散液を作る際、中性の水ではなくアルカリ性の水酸化ナトリウム溶液を使って、実施例１と同様の実験を行ったところ、分散液のｐＨが９のとき、溶存酸素濃度の単位時間あたりの減少幅は、実施例１のｐＨが５の場合の３０％以下であった。
【００２９】
＜比較例４＞
分散液を作る際、中性の水ではなくアルカリ性の水酸化ナトリウム溶液を使って、実施例１と同様の実験を行ったところ、分散液のｐＨが１２のとき、溶存酸素濃度の単位時間あたりの減少幅は、実施例１のｐＨが５の場合の２０％以下であった。
【００３０】
【発明の効果】
以上詳しく説明したとおり、この出願の発明によれば、重量比でわずか０．０５％の二酸化チタン粉末を液中に分散させ、光照射することで、分散液中の溶存酸素濃度を制御することができ、約３０分の光照射で濃度を約８ｍｇ／ｌから０ｍｇ／ｌにすることができる。分散液のｐＨが４から７のとき、短時間で効率的な制御ができる。制御に用いる二酸化チタンには前処理が不要で、大量生産され安価な市販品をそのまま使用できる。さらに、使用後の二酸化チタンを廃棄しても環境を害することはない。