(57)【要約】【課題】本発明は、汚濁水中の汚濁物質の分解効率が高く、固液分離が容易な光触媒体、及び光触媒体を用いた水質浄化装置を提供する。【解決手段】光触媒体１は、光によって励起状態になり、それ自身は変化することなくエネルギーを他の分子に与えて化学反応を促進する光触媒粒子２と、磁界の中に入って磁化する磁性体３とにより構成され、その形態を直径約数ｎｍから数百ｎｍの超微粒子、いわゆる０次元のナノ材料に成形され、単位体積当たりの表面積が大きく形成される。これら光触媒体１が、汚濁水に投入された上で光を照射されると、光触媒粒子２が光を吸収して励起状態となり、その表面で汚濁水中の有機汚濁物や脂分が分解される。また、汚濁水が浄化された浄化水中に残留する光触媒体１は磁性体３を備えているため、磁場を形成する磁力フィルターを通過させることにより、磁性体３容易に固液分離できる。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光照射により励起する光触媒粒子と、磁場の影響を受けて磁化する磁性体とにより構成され、その形態を０次元のナノ材料に成形されることを特徴とする光触媒体。
【請求項２】
請求項１に記載の光触媒体において、
前記磁性体が、その色を透明に生成されており、前記光触媒粒子の表面に添加されていることを特徴とする光触媒体。
【請求項３】
請求項１に記載の光触媒体において、
前記磁性体が、カプセル形状に成形されて、その内方に前記光触媒粒子が封入されることを特徴とする光触媒体。
【請求項４】
請求項１に記載の光触媒体において、
前記光触媒粒子が、カプセル形状に成形されて、その内方に前記磁性体が封入されることを特徴とする光触媒体。
【請求項５】
請求項１に記載の光触媒体において、
前記光触媒粒子が、前記磁性体の表面に被覆されていることを特徴とする光触媒体。
【請求項６】
請求項１から５に記載の光触媒体を用いた水質浄化装置であって、
浄化したい汚濁水が貯留される貯留槽と、
該貯留槽より汚濁水が供給され、槽内に光触媒体を投入する光触媒体投入装置が備えられる浄化槽と、
前記貯留槽から浄化槽に汚濁水を供給する第１の配管と、
前記浄化槽で浄化された浄化水を前記貯留槽に循環する第２の配管と、
該第２の配管に備えられ、磁性体を吸着する磁力フィルターにより構成されることを特徴とする水質浄化装置。
【請求項７】
請求項１から５に記載の光触媒体を用いた水質浄化装置であって、
浄化したい汚濁水が貯留されるとともに、光触媒体を投入する光触媒体投入装置が備えられる貯留槽と、
前記浄化槽で浄化された浄化水を排水する第２の配管と、
該第２の配管に備えられ、磁性体を吸着する磁力フィルターにより構成されることを特徴とする水質浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁性を有するナノ材料に成形される光触媒体と、光触媒体を用いた水質浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
公衆浴場や温泉、プール等の公共貯水施設には、環境問題への関心の高まりや貴重な観光資源の枯渇対策等を考慮し、使用後の温水や温泉水等の汚濁水を循環利用することを目的としたろ過循環装置が設けられている。このろ過循環装置は、使用済みの温泉水や温水等の汚濁水から、ゴミや雑菌、ウィルス等の水質を汚濁する物質を除去し、浄化水を生成するものである。
このようなろ過循環装置を用いた水質浄化には様々な方法が実施されており、塩素やオゾン等を用いた殺菌・除菌、サンドフィルターやセラミックフィルター等のろ過剤による有機汚濁物や脂分の除去等が、一般に行われている。しかし、これらの方法はいずれもレジオネラ菌の感染源となりやすいことが指摘されるようになった。
【０００３】
このような中、有機汚濁物や脂分を除去する新たな水質浄化方法として、光触媒を利用した浄化方法が着目されている。この方法は、光照射で励起する触媒物質を、浄化対象となる温水や温泉水等の汚濁水に攪拌しながら投入して光照射するものである。これにより、触媒物質が汚濁水中に存在する有機汚濁物や脂分および細菌を分解し、汚濁水を浄化するものである。これら光照射で励起する触媒物質には、その形態をフィルター状に成形するものや、磁性体もしくは比重調整材とともに細片状に成形するもの（特許文献１の図１参照）、塊状や分散状の磁性体を内包させた核粒子の表面に光触媒粒子を結合させるもの（特許文献２の図１参照）等が用いられている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−２９０１６５号公報（第１図を参照）
【特許文献２】
特開平４−３７１２３３号公報（第１図を参照）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、いずれの形態を用いた場合にも、汚濁水中における有機汚濁物や脂分および細菌等の分解効率が低い、もしくは分解効率を向上できても、触媒物質を浄化後の浄化水より分離する固液分離が困難で実用化に至らない、といった課題が生じている。
【０００６】
上記事情に鑑み、本発明は、汚濁水中の汚濁物質の分解効率が高く、固液分離が容易な光触媒体、及び光触媒体を用いた水質浄化装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の光触媒体は、光照射により励起する光触媒粒子と、磁場の影響を受けて磁化する磁性体とにより構成され、その形態を０次元のナノ材料に成形されることを特徴としている。
【０００８】
請求項２記載の光触媒体は、前記磁性体が、その色を透明に生成されており、前記光触媒粒子の表面に添加されていることを特徴としている。
【０００９】
請求項３記載の光触媒体は、前記磁性体が、カプセル形状に成形されて、その内方に前記光触媒粒子が封入されることを特徴としている。
【００１０】
請求項４記載の光触媒体は、前記光触媒粒子が、カプセル形状に成形されて、その内方に前記磁性体が封入されることを特徴としている。
【００１１】
請求項５記載の光触媒体は、前記光触媒粒子が、前記磁性体の表面に被覆されていることを特徴としている。
【００１２】
請求項６記載の水質浄化装置は、請求項１から５に記載の光触媒体を用いた水質浄化装置であって、浄化したい汚濁水が貯留される貯留槽と、該貯留槽より汚濁水が供給され、槽内に光触媒体を投入する光触媒体投入装置が備えられる浄化槽と、前記貯留槽から浄化槽に汚濁水を供給する第１の配管と、前記浄化槽で浄化された浄化水を前記貯留槽に循環する第２の配管と、該第２の配管に備えられ、磁性体を吸着する磁力フィルターにより構成されることを特徴としている。
【００１３】
請求項７記載の水質浄化装置は、請求項１から５に記載の光触媒体を用いた水質浄化装置であって、浄化したい汚濁水が貯留されるとともに、光触媒体を投入する光触媒体投入装置が備えられる貯留槽と、前記浄化槽で浄化された浄化水を排水する第２の配管と、該第２の配管に備えられ、磁性体を吸着する磁力フィルターにより構成されることを特徴としている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の光触媒体、及び光触媒体を用いた水質浄化装置を図１から図４に示す。本発明は、磁性体及び光照射で励起する光触媒粒子を一体化した光触媒体を成形するにあたり、その形状を微粒子状の０次元ナノ材料とすることにより、水質汚濁の原因となる有機汚濁物等の分解効率を向上する。また、この光触媒体を用いた水質浄化装置には、浄化水を排水する配管に磁性体を吸着する磁力フィルターを備えることで、固液分離を容易に行うものである。
【００１５】
図１に示すように、水質汚濁の原因となる有機汚濁物等の分解に用いる光触媒体１は、光触媒粒子２と磁性体３とにより構成されている。該光触媒粒子２は、光によって励起状態になり、それ自身は変化することなくエネルギーを他の分子に与えて化学反応を促進する物質であり、本実施の形態では酸化チタンを用いている。酸化チタンは、光触媒活性が高いものの、温度変化に安定した物質として知られている。また、前記磁性体３は、磁界の中に入って磁化する物質であり、本実施の形態では中でも強く磁化され，磁界を取りさってもその磁化された性質がそのまま保存される希土類金属や酸化鉄等の強磁性体を用いている。これらの材料よりなる光触媒粒子２と磁性体３が一体となって、磁性を有する光触媒体１を形成することとなる。
【００１６】
該光触媒体１は、汚濁水に投入された上で光を照射されると、光触媒粒子２が光を吸収して励起状態となり、その表面で汚濁水１３中の有機汚濁物や脂分が分解される。また、光触媒体１は、抗菌効果が高く、光照射により光触媒粒子２の表面で生成した活性酸素（Ｏ２ラジカル（・Ｏ２−）過酸化水素水（Ｈ２Ｏ２）やＯＨラジカル（・ＯＨ））が細菌を殺菌し、さらにその死骸は有機物であるため、これをも最終的には水と二酸化炭素に分解することができるものである。
【００１７】
ところで、該光触媒体１は、図１に示すように、その形態を直径約数ｎｍから数百ｎｍの超微粒子、いわゆる０次元のナノ材料に成形されている。一般に、ある材料の大きさをナノ材料の形態にまで小さくすると、単位面積当たりに含まれるナノ材料の数や、単位体積当たりのナノ材料の表面積が、サイズの２乗に反比例して、急激に増大することが知られている。先にも述べたように、前記光触媒体１を構成する光触媒粒子２は、光の照射下において、その表面で汚濁水１３中の有機汚濁物や脂分および細菌の分解を促進させることから、前記光触媒体１を０次元のナノ材料とする構成は、その表面積を大きく形成させて、触媒効率を向上しようとするものである。
【００１８】
このような光触媒体１における光触媒粒子２と磁性体３の組み合わせ形態は、０次元のナノ材料に成形されれば、その形態にこだわるものではないが、例えば、図１（ａ）に示すように、酸化チタンよりなる光触媒粒子２に、ニッケルやコバルト等の磁性体３をドープ（添加）する、図１（ｂ）に示すように、酸化チタンよりなる光触媒粒子２の微粉末を、マグネタイト等の酸化鉄よりなる磁性体３で形成した超微粒子カプセルの内方に封入する、あるいは図１（ｃ）に示すように、酸化鉄等よりなる磁性体３の微粉末を、酸化チタンよりなる光触媒粒子２で形成した超微粒子カプセルの内方に封入する等が考えられる。
また、図１（ｄ）に示すように、マグネタイト等の酸化鉄、鉄、ニッケル、コバルト等の希土類金属等よりなる磁性体３に、酸化チタンよりなる光触媒粒子２を表面コーティングすることも考えられる。なお、磁性体３には、ハロゲン元素を添加することにより磁性体に生成される炭素フラーレンを用いても良い。
【００１９】
上述する光触媒体１を用いた水質浄化装置４を以下に示す。
図２に示す水質浄化装置４は、貯留槽５、浄化槽６、第１の配管７、第２の配管８及び磁力フィルター９により構成されている。前記貯留槽５は、公衆で利用されているプールや温泉、公衆浴場等の公共貯水施設であり、槽内には使用中もしくは使用後の温泉水や温水等の汚濁水１３が貯留されている。
また、前記浄化槽６は、前述した光触媒体１を用いて、前記貯留槽５で使用された汚濁水１３を浄化し、浄化水１４を生成する施設である。このため、浄化槽６には、槽内に光触媒体１を投入するホッパー１０が設けられている。なお、該ホッパー１０には、水質浄化に用いる光触媒体１の投入量を調整する図示しない制御装置を備えてもよい。また、該ホッパー１０は必ずしも設ける必要はなく、必要に応じ適宜人力で投入しても良い。
【００２０】
ところで、前記浄化槽６の内方には、ブラックライト１１が備えられている。該ブラックライト１１は、一般に非破壊検査やコンクリートひび割れ検査、金属疲労検査等に用いられており、水銀ランプから発生する特有な波長を持つ光（近紫外線３００〜４５０ｎｍ）を、紫外線フィルターで取り出した目に見えない光を持つ照明で、浄化槽６の槽内における紫外線強度を強化することを目的に用いられるものである。
【００２１】
このような貯留槽５と浄化槽６との間には、両者を連結するように第１の配管７及び第２の配管８が備えられている。これら第１の配管７は、前記貯留槽５で使用された汚濁水１３を浄化槽６に供給するものであり、第２の配管８は浄化槽６における汚濁水１３の浄化作業により生成された浄化水１４を、貯留槽５に供給するものである。なお、第１の配管７もしくは第２の配管８には、図示しないポンプが設けられており、前記貯留槽５で利用される温泉や温泉水等は、使用後に汚濁水１３となると、強制的に浄化槽６に排水され、光触媒体１を用いた浄化処理が施されることにより浄化水１４に生成されて貯留槽５に戻されることとなる。つまり、水質浄化装置４は、温泉水や温水等を強制的に循環利用する従来のろ過循環装置と同様の閉鎖系の構成に、光触媒体１を用いたものである。
【００２２】
ところで、前記浄化槽６において、汚濁水１３の浄化作業により生成された浄化水１４には、光触媒体１が混入された状態となっている。浄化水１４を再度貯留槽５にて利用するためには、光触媒体１を固液分離し回収する必要がある。このため、第２の配管８には、光触媒体１を回収する磁力フィルター９が配されている。
該磁力フィルター９は、前記光触媒体１を構成する磁性体３を吸着することのできる磁石により構成されており、磁力フィルター９を浄化水１４が通過する際に、浄化水１４中に含まれている前記光触媒体１の磁性体３が、磁力フィルター９に吸着されることで、光触媒体１を浄化水１４から分離回収するものである。このような磁力フィルター９は、磁場を形成するための電流の入力及び切断が自在な構成となっており、これにより磁力フィルター９に対して光触媒体１の磁性体３は着脱が可能な構成となっている。
なお、該磁力フィルター９により回収された光触媒体１は、光触媒体１を構成する光触媒粒子２が損耗等の物理的な劣化が生じるまで、繰り返し利用することが可能なものである。
【００２３】
このような磁力フィルター９の形状は、図４（ａ）に示すようにメッシュ状に成形したものや、図４（ｂ）に示すように磁力フィルター９を円筒状に成形して内方の挿通孔９ａに浄化水１４を通過させる構成、または、図４（ｃ）に示すように、同じく磁力フィルター９が円筒状に成形されているものの内方の挿通孔９ａが複数本形成されており、磁力フィルター９と浄化水１４との接触効率を高め、分離回収率を向上させる構成等が考えられる。
なお、このような磁力フィルター９の形状は、上述するものにこだわるものではなく、浄化水１４を通過させた際に、効率よく前記光触媒体１を回収できるものであれば、これにこだわるものではない。
【００２４】
上述する閉鎖系の水質浄化装置４を用いた汚濁水１３の浄化方法を以下に示す。
前記貯留槽５で使用された汚濁水１３は、前記第１の配管７を介して、浄化槽６に強制排水される。該浄化槽６において汚濁水１３には、前記ホッパー１０より投入された光触媒体１が添加されるが、その添加量は、約０．０５〜１．０Ｖｏｌ％程度である。
このとき、前記浄化槽６に設けられたブラックライト１１が点灯されており、該ブラックライト１１より得られる紫外線を利用して、光触媒体１を構成する光触媒粒子２が励起し、その表面で汚濁水１３中の有機汚濁物及び脂分の分解や殺菌が行われ、浄化水１４が生成される。
なお、汚濁水１３は浄化槽６に強制排水されることから水流を持っているため、外力を用いて攪拌等を行わなくとも汚濁水１３と光触媒体１は十分攪拌される。また、分解反応を促進させたい場合には、前記ブラックライト１１の紫外線強度を上昇させればよい。
【００２５】
このように、浄化槽６で生成された浄化水１４は、第２の配管８を通過するが、第２の配管８に設けられた磁力フィルター９を通過することにより、浄化水１４中に残留する光触媒体１が回収された上で、前記貯留槽５に循環される。
【００２６】
上述するような閉鎖系の水質浄化装置４に対し、前記貯留槽５にて水質浄化作業を行う開放系の構成を以下に示す。
図３に示すように、開放系の水質浄化装置４は、貯留槽５、第２の配管８及び磁力フィルター９により構成され、浄化槽６は用いられていない。前記貯留槽５は、閉鎖系と同様の公衆で利用されているプールや温泉、公衆浴場等の公共貯水施設であり、開放系では該貯留槽５において、光触媒体１を用いた水質浄化作業を行う。したがって、該貯留槽５には、槽内に光触媒体１を投入するホッパー１０が設けられている。なお、該ホッパー１０には、光触媒体１の投入量を調整する図示しない制御装置を備えてもよい。また、該ホッパー１０は必ずしも設ける必要はなく、必要に応じ適宜人力で投入しても良い。
【００２７】
また、該貯留槽５では、槽内で水流が生じないため、浄化槽６に排水された汚濁水１３と光触媒体１とを効率よく接触させて、有機汚濁物の分解効率を向上することを目的に攪拌機１２が設けられている。なお、本実施の形態では、槽内に前記ブラックライト１１を設けているが、必ずしも設ける必要はなく、必要に応じて設ければよい。
さらに、該貯留槽５には、槽内の汚濁水１３もしくは浄化水１４を排水する第２の配管８が連通されており、該第２の配管８には、閉鎖系の場合と同様の磁力フィルター９が配されている。したがって、前記貯留槽５の槽内より汚濁水１３を排水する場合には、磁力フィルター９の電源を切断しておき、浄化水１４を排水する場合には、磁力フィルター９の電流を入力し、浄化水１４より前記光触媒体１を分離回収した上で、排水すればよい。
【００２８】
上述する開放系の水質浄化装置４を用いた汚濁水１３の浄化方法を以下に示す。
前記貯留槽５で使用中もしくは使用後の汚濁水１３に、前記ホッパー１０より投入された光触媒体１を添加する。その添加量は、閉鎖系と同様で、約０．０５〜１．０Ｖｏｌ％程度である。このとき、前記浄化槽６に設けられた攪拌機１２を作動させて、汚濁水１３と光触媒体１とを十分攪拌する。これに伴い、一般光を利用して、光触媒体１を構成する光触媒粒子２が励起し、その表面で汚濁水１３中の有機汚濁物及び脂分の分解や殺菌が行われ、浄化水１４が生成される。なお、分解反応を促進させたい場合には、前記ブラックライト１１を利用しても良い。
【００２９】
このように、浄化槽６で生成された浄化水１４は、第２の配管８を通過するが、第２の配管８に設けられた磁力フィルター９を通過することにより、浄化水１４中に残留する光触媒体１を分離回収した上で排水される。
【００３０】
上述する構成によれば、前記光触媒体１を０次元のナノ材料に成形することにより、体積当たりの表面積の数量が飛躍的に向上するため、これに伴い光触媒体１の表面で行われる汚濁水１３の有機汚濁物の分解効率も大幅に向上することが可能となる。例えば、体積４ｍ３（２ｍ×２ｍ×１ｍ）の水槽に貯留されている汚濁水１３を浄化する際、従来より一般に用いられる光触媒フィルターでは、光触媒のコーティング膜は１２ｍ３程度であるが、これに代わり直径１０ｎｍ程度の光触媒体１を０．１ｖｏｌ％（４リットル）程度用いると、その表面積は２３９，０００ｍ２程度と約２万倍にまで増加する。
【００３１】
また、前記光触媒体１が光触媒粒子２と磁性体３により構成されることから、磁性体３を吸着できる磁力フィルター９を用いることにより、浄化水１４を通過させるのみで、光触媒体１を容易に固液分離することができ、固液分離を目的とした煩雑な装置を必要とせず、光触媒体１を用いた水質浄化に係る大幅なコスト削減を行うことが可能となる。
【００３２】
さらに、本実施の光触媒体１を用いた水質浄化装置４は、従来より一般に用いられているろ過循環装置に、光触媒体１を用いるとともに、例えば第２の配管８のような浄化後の排水機構に磁力フィルター９を備えた構成と同様であるため、簡略な構成で操作性がよいとともに、汚濁水１３中の有機汚濁物の分解効率を高く保持しながら、固液分離を容易に行うことが可能となるものである。
また、汚濁水１３中の有機汚濁物の分解効率が高く殺菌効果も高いため、貯留槽の滑りやカビ・苔の付着等を防止することも可能となる。
【００３３】
また、開放系の前記水質浄化装置４では、使用している貯水槽５を利用して水質浄化作業を行うため、従来のろ過循環装置に必要とされていた常時水の循環が不要であるとともに、他のエネルギーをも必要としないため、省資源化、省力化に大きく寄与することが可能となる。
【００３４】
【発明の効果】
請求項１から５に記載の光触媒体によれば、光照射により励起する光触媒粒子と、磁場の影響を受けて磁化する磁性体とにより構成され、その形態を０次元のナノ材料に成形される。また、前記磁性体が、その色を透明に生成されており、前記光触媒粒子の表面に添加されている。または、前記磁性体が、カプセル形状に成形されて、その内方に前記光触媒粒子が封入される。または、前記光触媒粒子が、カプセル形状に成形されて、その内方に前記磁性体が封入される。または、前記光触媒粒子が、前記磁性体の表面に被覆されている。
上述する構成によれば、前記光触媒体を０次元のナノ材料に成形することにより、その表面積の数量が飛躍的に向上するため、これに伴い汚濁水に対する有機汚濁物の分解効率も大幅に向上することが可能となる。
【００３５】
また、前記光触媒体が光触媒粒子と磁性体により構成されることから、磁性体を吸着できる磁力フィルターを用いれば、浄化水を通過させるのみで、光触媒体を容易に固液分離することができるため、固液分離を目的とした煩雑な装置を必要とせず、光触媒体を用いた水質浄化に係る大幅なコスト削減を行うことが可能となる。
【００３６】
請求項６記載の水質浄化装置によれば、請求項１から５に記載の光触媒体を用いた水質浄化装置であって、浄化したい汚濁水が貯留される貯留槽と、該貯留槽より汚濁水が排水されるとともに、槽内に光触媒体を投入する光触媒体投入装置が備えられる浄化槽と、前記貯留槽から浄化槽に汚濁水を排水する第１の配管と、前記浄化槽で浄化された浄化水を前記貯留槽に循環する第２の配管と、該第２の配管に備えられ、前記浄化水に含まれる前記光触媒体を分離回収する磁力フィルターにより構成されることから、簡略な構成で操作性がよいとともに、汚濁水中の汚濁物質の分解効率を高く保持しながら、固液分離を容易に行うことが可能となるものである。
また、汚濁水中の有機汚濁物の分解効率が高く殺菌効果も高いため、貯留槽の滑りやカビ・苔の付着等を防止することも可能となる。
【００３７】
請求項７記載の水質浄化装置によれば、請求項１から５に記載の光触媒体を用いた水質浄化装置であって、浄化したい汚濁水が貯留されるとともに、光触媒体を投入する光触媒体投入装置が備えられる貯留槽と、前記浄化槽で浄化された浄化水を排水する第２の配管と、該第２の配管に備えられ、前記浄化水に含まれる前記光触媒体を分離回収する磁力フィルターにより構成されることから、従来のろ過循環装置に必要とされていた常時水の循環が不要であるとともに、他のエネルギーをも必要としないため、省資源化、省力化に大きく寄与することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光触媒体の概略を示す図である。
【図２】本発明に係る水質浄化装置の概略を示す図である。
【図３】本発明に係る水質浄化装置の他の事例を示す図である。
【図４】本発明に係る磁力フィルターの構成を示す図である。
【符号の説明】
１　光触媒体
２　光触媒粒子
３　磁性体
４　水質浄化装置
５　貯留槽
６　浄化槽
７　第１の配管
８　第２の配管
９　磁力フィルター
１０　ホッパー
１１　ブラックライト
１２　攪拌機
１３　汚濁水
１４　浄化水
【図１】
2004136199.tif 000003
【図２】
2004136199.tif 000004
【図３】
2004136199.tif 000005
【図４】
2004136199.tif 000006