(57)【要約】【課題】  プラスチック等の処理は、従来から焼却法であった。焼却は炉内で高温で燃焼させ、二酸化炭素、その他の酸化物にすることである。しかしながら、燃焼方法では完全燃焼しない限り有毒ガスが発生する危険性がある。よって、どうしても高温で燃料を使用して燃焼させることとなる。よって、不要な燃料も焼却しているため、周囲環境を加熱し、二酸化炭素を不必要に発生していることとなる。そこで、有機物をできる限り短時間で酸化又は分解でき、高価な装置をできるだけでき軽減した方法を提供する。【解決手段】  加熱された光触媒粒子中に、有機物を導入し、加熱によって活性化された該光触媒と酸素によって、該有機物を酸化又は分解し、更にその後工程として、酸化触媒によって、さらに酸化又は分解する方法。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱された光触媒粒子中に、有機物を導入し、加熱によって活性化された該光触媒と酸素によって、該有機物を酸化又は分解し、更にその後工程として、酸化触媒によって、さらに酸化又は分解することを特徴とする有機物の酸化又は分解方法。
【請求項２】
該加熱温度は、５０℃〜６００℃である請求項１記載の有機物の酸化又は分解方法。
【請求項３】
該光触媒粒子は、光触媒微粒子を接着剤によって造粒したものである請求項１記載の有機物の酸化又は分解方法。
【請求項４】
該酸化触媒はハニカム形状のものに白金を担持させたものである請求項１〜３記載の有機物の酸化又は分解方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機物の酸化又は分解方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近、プラスチック等の有機物の処理が大きな社会問題となっている。これはプラスチックがそのままでは分解しないため、埋め立てでは解決しないこと、またその埋め立て場所もなくなりつつあるということが大きな原因である。
【０００３】
このようなプラスチック等の処理は、従来から焼却法であった。焼却は炉内で高温で燃焼させ、二酸化炭素、その他の酸化物にすることである。
【０００４】
しかしながら、燃焼方法では完全燃焼しない限り有毒ガスが発生する危険性がある。よって、どうしても高温で燃料を使用して燃焼させることとなる。よって、不要な燃料も焼却しているため、周囲環境を加熱し、二酸化炭素を不必要に発生していることとなる。
更に、ダイオキシンの発生を完全に押さえることも難しい。
【０００５】
そこで、発明者等は、プラスチックを光触媒によって比較的低温で酸化分解させる方法を考案し特許出願もしている。
これは、プラスチック砕片を加熱した光触媒粉体と混合するものであり、低温で簡単にプラスチックが分解できる優れた方法である。
【特許文献１】特開２００２−３６３３３７
【０００６】
しかしながら、この方法では紫外線等の電磁波照射装置が必須であり、その装置（ランプ）が熱に弱く、どうしても高価な石英ガラスを用いたり、光透過性の冷却パイプに入れたりしなければならなかった。
そこで、光触媒を熱のみで活性化させ、有機物を分解する方法も特許出願している。この方法では高価な紫外線ランプは不要であり、その点では優れている。しかし、熱だけではどうしても、完全に酸化することは難しい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、有機物をできる限り短時間で酸化又は分解でき、更に残余の未酸化物をほぼ完全に酸化又は分解する方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以上のような現状に鑑み、本発明者は鋭意研究の結果本発明有機物の酸化又は分解方法を完成したものであり、その特徴とするところは、加熱された光触媒粒子中に、有機物を導入し、加熱によって活性化された該光触媒と酸素によって、該有機物を酸化又は分解し、更にその後工程として、酸化触媒によって、さらに酸化又は分解する点にある。
【０００９】
本発明者の第１の特徴は、光触媒に電磁波の照射をせず、熱のみで活性化させる点である。即ち、加熱することによって活性化し酸化源があれば、有機物を酸化又は分解するのである。従来は、高温の酸化触媒に対して、低温で酸化、分解ができる光触媒という利点がうたわれていたため、加熱するということ自体まったく想起しなかったのである。
【００１０】
ここで、有機物としては、プラスチック等の固体、油脂や有機溶媒のような液体だけでなく、ＰＣＢ等の有毒物も含まれる。有機物も低分子、高分子は問わない。更に、気体でもよい。例えば、工場や養鶏場からの悪臭ガスや有機物の分解装置から出る分解ガス等でもよい。要するに、有機物であればどのようなものでもよい。
【００１１】
固体の場合には、分解効率からして破砕、粉砕した方が好ましいことは当然である。固体は光触媒粒子と混合攪拌しながら分解させるのが好適である。
液体の場合には、充填加熱された光触媒粒子の上から噴霧するのが好適であるが、光触媒を浮遊させた反応器内にスプレーしてもよい。
気体の場合には、加熱された光触媒粒子間を通過させるだけでよい。
【００１２】
光触媒は、通常酸化チタンのアナターゼ型結晶がよく知られているが、これ以外のものでもよい。要するに、電磁波（紫外線や可視光等）を受けて光酸化反応を起こすものである。
光触媒は、その粒は小さいほど効率がよいため、通常は、数ｎｍ〜数μｍが好適であるが、特別サイズは限定しない。また、微粉末では舞い上がりや、気体と同伴され系外に出るため、それをできるだけ解消するため、次のような種々のタイプのものが好適である。
（１）  微粉末をバインダー（接着剤）で造粒したもの。
（２）  微粉末を焼結して造粒したもの。
（３）  微粉末又は造粒したものを担体に担持したもの。
（４）  造粒したものを破砕又は粉砕したもの。
【００１３】
微粉末をバインダー（接着剤）で造粒したものは、種々の接着剤で可能であるが、チタンアルコキシドのようなものを使用するのがよい。全体として触媒効果を発揮させるためである。
【００１４】
微粉末を焼結して造粒したものは、強度が大きいため粉化しにくい。よって、扱いが容易である。
【００１５】
担持に使用する担体はどのようなものでもよい。例えば、ケイ砂等の粒子でもよく、繊維状のものでもよい。サイズは、特に限定はしないが、１０ｍｍ以下、好ましくは数μｍ〜６ｍｍ、更に好ましくは１０μｍ〜１ｍｍ程度である。
担体への固着の方法は、分解されにくいフッ素系樹脂やシリコン系の樹脂で接着してもよい。また、接着剤としてチタンアルコキシドを使用すると全体として触媒効率が向上すると考えられる。また破砕したときにも同様である。
この接着造粒タイプのサイズも、自由であるが１０μｍ〜１０ｍｍ程度が好適である。
【００１６】
更に、水系樹脂（水溶性樹脂やエマルジョンタイプ樹脂）とセメント（水硬反応で硬化するものすべて）の両方で、担体に光触媒を固着したものでもよい。
固着の方法は、まず担体に水系樹脂を塗布し、次いでセメント、及び光触媒を固着するものである。最初に水系樹脂の初期接着力によりセメントや光触媒を固着する。そして、セメントが硬化すれば、光触媒による酸化力で水系樹脂が分解されてもセメントによって保持されているのである。
付着させる量は、自由であり、付着の方法にはよらないが担体との大きさの差により、通常は担体の重量の１％から１０％程度がよい。
【００１７】
光触媒粒子は、単に反応器に充填しても、メッシュ状の容器に充填してそれを反応器に設置しても、フィルターに担持させても、反応器内で浮遊させる等どのような状態でもよい。
【００１８】
ここでいうフィルターは、単に通路が多数の小さい孔になっているという程度の意味である。よって、粒を充填したもの、布、不織布、スポンジ、多孔物質等どのようなものでもよい。このフィルターに光触媒が担持されているのである。担持の方法は、分解されにくいフッ素系樹脂やシリコン系の樹脂を用いても、無機系の接着剤で固着してもよい。更に前記した水系樹脂とセメントの両方で固着したものでもよい。形状としては、網で構成したブロックや板状体に光触媒担持粒子を充填したもの、前記した布や不織布に光触媒粒子を固着して枠を付けたもの等自由である。
【００１９】
加熱温度は、分解すべき有機物の種類と、光触媒の形体やサイズによって決まる。通常は、５０〜６００℃であるが、１００〜４５０℃、なかでも１５０〜３５０℃が好適である。これは、分解効率と加熱経費やその他の兼ね合いからである。
【００２０】
加熱の方法は、光触媒粒子層を加熱できればどのようなものでもよい。電気ヒーター、ガスバーナー等である。温度制御装置を設けて温度コントロールするのが好適である。
【００２１】
酸素は光触媒が充填されている容器内に有機物を酸化する程度の酸素（空気）があれば問題はない。しかし、不足するようであれば別途空気導入管から導入する。酸素が含まれていれば空気でなくともよい。
【００２２】
酸化とは、アンモニアが酸化窒素になるような反応であり、ここで分解とは高分子が低分子になることをいう。このうち一方又は両方が起って有機物が変化する。変化した生成物は二酸化炭素と水がほとんどであるが、原料に窒素やイオウが含まれていれば、窒素やイオウの酸化物も当然発生する。
【００２３】
このように加熱された光触媒によって酸化又は分解された有機物でも、すべてが完全に酸化又は分解されるとは限らない。未反応物や中間生成物がそのまま光触媒層を出ていく可能性がある。このため、本発明では、その後工程として酸化触媒によって酸化又は分解する。
【００２４】
酸化触媒とは、一般的に無触媒時より低い温度で且つ短時間で酸化、分解反応を起こすものである。２００〜４００℃で十分である。このような酸化触媒は従来から種々のものが知られ、市販もされている。
例えば、白金、パラジウム、コバルト、マンガン等の金属触媒や種々の合金触媒等がある。これらの粉体を種々の形状の担体に固着して使用するのが一般的である。担体の形状としては、ハニカムタイプ、ペレットタイプ、金属発泡体タイプ等があり、本発明ではどれも使用できる。
【００２５】
特に、ハニカム状の白金触媒が好適であった。自動車の排気ガスの酸化用でマフラー等に入れて使用するタイプのものがよい。サイズは装置の有機物の処理量その他の条件で決めればよい。
【００２６】
この酸化触媒は、一酸化炭素や炭化水素のような未燃物の酸化に対して大きな効果を有するもので、酸素とある程度の温度があれば直ちに、且つほとんどが酸化される。一酸化炭素ならば二酸化炭素に、水素ならば水に、炭化水素ならば二酸化炭素と水になる。
【００２７】
このように本発明は光触媒による酸化、分解と、酸化触媒による酸化、分解とを組み合わせているため、光触媒によって主として炭素炭素結合を切断し分子を小さくし、酸化触媒によって主として酸素と結合するという反応が起こっているものと考えられる。
【００２８】
この光触媒による酸化、分解と、酸化触媒による酸化、分解とは、同じ反応器内で行なってもよい。即ち、光触媒による反応部分よりも下流側に酸化触媒を設けておく方式である。また、別の反応器で反応させてもよい。別の反応器で行なう方が温度管理や酸素（空気等）の量の管理が容易である。
酸化触媒反応の手前で酸素（空気等）を導入してもよい。
【００２９】
本発明酸化又は分解方法は、連続式でもバッチ式でも実施可能である。また、使用した光触媒の表面にタール状物やカーボン等が付着した場合には、廃棄しても再生してもよいが、本発明には直接関係はない。
【００３０】
また、上記した２つの必須工程（光触媒による酸化分解と、酸化触媒による酸化分解）の間に、他の処理工程を設けてもよい。例えば、光触媒を充填又は固着した層を設ける、他の触媒層を設ける、単なるフィルターを設ける等である。
これらは、光触媒による酸化分解工程から、分解固形分（タール等）が排出されたり、光触媒自体が排出された場合に、この部分で分解したり、キャッチ（吸着）するためのものである。勿論、下流に酸化触媒工程があるため、完全分解等する必要はない。また、これらは簡単に交換できるようにしたり、高温で再生できるようにしてもよい。
【００３１】
この処理工程も単独の容器や装置で行っても、他の反応器内で行なってもよい。また、バイパスラインを設けて、不要なときにはそこを通らないようにしてもよい。温度やその他の条件は上流の反応器のままでもよいが、ここだけ変えてもよい。
【発明の効果】
【００３２】
本発明方法には、次のような大きな利点がある。
（１）  光触媒によって効率よく酸化又は分解ができ、且つ未酸化、未分解物は下流の酸化触媒部分で酸化、分解される。よって、ほとんど未酸化物が残らない。
（２）  光触媒と酸化触媒の両方を用いているため、それぞれが効率よく起こす反応が組み合わされ、非常に効率がよい。光触媒だけでは完全酸化は難しく、酸化触媒だけでは炭素炭素結合を切断するのは難しい。
（３）  非常に簡単な装置で実施でき、プラスチックその他の有機物が簡単に分解できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下好適な実施例に基づいて本発明をより詳細に説明する。
【実施例１】
【００３４】
図１は、本発明有機物の酸化又は分解方法を実施する装置１の１例を示す概略断面図である。反応器２内に光触媒粒子３が充填されている。この粒子３は、微粉末を０．５ｍｍサイズに造粒したものである。光触媒層には、冷却コイル４が設置されている。これは、内部に空気又は水が通過し、触媒層を冷却するものである。酸化反応によって過剰に温度が上昇した場合に冷却するためのものである。接触効率向上のため攪拌装置５を設けて回転させている。
【００３５】
下方にはバーナー６が設けられている。これも温度制御可能なものである。反応器２には、有機物導入口７、空気導入口８、排出口９が設けられている。これらは、連続的に開放でも、断続的に開放してもよい。
【００３６】
反応器２内の上部には、酸化触媒層１０が設けられている。この例では、ハニカム状の白金触媒である。この例では１段であるが多段式でもよい。ほとんどガスのみが通過するため、目は細かくてもよい。
【００３７】
まず、有機物導入口７から有機物（ここではプラスチックの破砕片）を導入する。同時に空気も導入する。触媒層中の攪拌装置５によって、触媒と有機物が混合攪拌される。触媒は加熱され（この例では４００℃）活性化しているため、酸素と反応しプラスチックは分解され低分子のガスとなる。ガスとしては二酸化炭素、一酸化炭素、炭化水素、その他であり、そのまま酸化触媒層１０に接触する。そこで、一酸化炭素等の未酸化物が酸化される。排出口９以降は大気開放でも、他の処理工程でもよい。
【００３８】
上記の装置に光触媒（酸化チタン）の造粒粒子（１〜５ｍｍ程度のサイズ）を１００ｋｇ入れ、そこにポリエチレンの破砕物（１〜１０ｍｍ程度のサイズ）を１０ｋｇ入れて４００℃に加熱した。よく攪拌しつつ分解させ、分解してガス化したものを白金の触媒層に通過させた。
白金層の前では、一酸化炭素が０．１％程度含まれていたが、白金層の下流では、数ｐｐｍであった。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明方法を実施する装置の１例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１  有機物分解装置
２  反応器
３  光触媒粒子
４  冷却コイル
５  攪拌装置
６  バーナー
７  有機物導入口
８  空気導入口
９  排出口
１０  酸化触媒層
【図１】
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