(57)【要約】【課題】有機物等を光触媒によって酸化分解させる方法においては、光触媒粒子の加熱が難しく、電気ヒーターやガスバーナーでは、装置の不要な部分が加熱されるため熱量が無駄であり、加熱に時間がかかっていた。よって、短期間に運転と停止を繰り返す場合には、エネルギーの無駄が非常に多くなる。【解決手段】酸化又は分解される目的物質を加熱された光触媒粒子に接触させ、加熱によって活性化された該光触媒と酸素によって、該目的物質を酸化又は分解する方法であって、該加熱は誘導加熱によって行なうもの。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化又は分解される目的物質を加熱された光触媒粒子に接触させ、加熱によって活性化された該光触媒と酸素によって、該目的物質を酸化又は分解する方法であって、該加熱は誘導加熱によって行なうものであることを特徴とする目的物質の酸化又は分解方法。
【請求項２】
該誘導加熱によって直接加熱されるものは、光触媒粒子の導電体製容器である請求項１記載の目的物質の酸化又は分解方法。
【請求項３】
該誘導加熱によって直接加熱されるものは、光触媒粒子層の中又は周囲に配置される導電体製のメッシュ状体、格子状体、およびハニカム状体から選ばれるものである請求項１記載の目的物質の酸化又は分解方法。
【請求項４】
該誘導加熱によって直接加熱されるものは、光触媒粒子層の中に混合される導電体製の小片である請求項１記載の目的物質の酸化又は分解方法。
【請求項５】
目的物質を酸化又は分解する反応槽の全部又は一部を導電体で構成し、少なくともその表面に光触媒粒子を固着したものである請求項１記載の目的物質の酸化又は分解方法。
【請求項６】
該誘電加熱によって直接加熱されるものは、光触媒粒子を連続層とし内部に導電性の小片を含む一体化粒状物である請求項１記載の目的物質の酸化又は分解方法。
【請求項７】
該誘電加熱によって直接加熱されるものは、光触媒粒子層を表面に固着してなるメッシュ状体、格子状体、およびハニカム状体から選ばれるものである請求項１記載の目的物質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、目的物質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、有機物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、有機物を加熱した光触媒粉体と接触させるものであり、低温で簡単に有機物が分解できる優れた方法である。
【特許文献１】特開２００５−１６９２９３
【０００６】
しかしながら、この方法では光触媒粒子の加熱が難しく、電気ヒーターやガスバーナーでは、装置の不要な部分が加熱されるため熱量が無駄であり、加熱に時間がかかっていた。
即ち、反応器の外側に設けられた加熱装置（例えば、電気ヒーター）で、触媒を３００℃に上げる場合、加熱をスタートするとまづ反応器が加熱され、反応器が３００℃以上にならないと触媒が３００℃にならない。よって、すぐに運転したり、逆にすぐに冷却したりすることはできない。
よって、短期間に運転と停止を繰り返す場合には、エネルギーの無駄が非常に多くなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、光触媒をできる限り短時間で加熱できる方法を提供する。
【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目的物質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、酸化又は分解される目的物質を加熱された光触媒粒子に接触させ、加熱によって活性化された該光触媒と酸素によって、該目的物質を酸化又は分解する方法であって、該加熱は誘導加熱によって行なう点にある。
【０００９】
本発明者等は、光触媒を種々実験することによって、光触媒という名称から光触媒は紫外線等の照射によってのみ活性化するものという常識を覆した。即ち、光触媒は紫外線等の照射がなくても、加熱のみによって活性化し酸化源があれば、目的物質を酸化又は分解するという原理を用いている。
【００１０】
ここで目的物質とは、酸化又は分解できるものである。即ち、有機物のすべて及び無機物であって完全酸化されていない物質である。このような無機物としては、硫化水素、一酸化炭素、亜硫酸、塩素ガス、アンモニア、水素ガス等である。
【００１１】
また、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。
【００１２】
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もよい。
【００１３】
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、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、その粒径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、特別限定はしない。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、種々の方法で大きく（造粒等）してもよい。
【００１４】
大きくする方法としては、光触媒微粒子を接着剤を用いて造粒する方法、焼結する方法、また担体に光触媒粒子を固着する方法、更には、他の物質と共に造粒する等種々の方法が考えられる。また、フィルターのようなものに固着（担持）させてもよい。
【００１５】
加熱の方法は、誘電加熱による方法である。勿論、他の方法と組み合わせてもよい。誘電加熱とは、電磁誘導によって、導電体中に発生する誘導電流（うず電流）がその導電体のもつ抵抗により熱を発生する原理を用いたものである。工業的には種々のプロセスにおいて加熱方法として応用されているが、家庭用のＩＨヒーターとしても使用されている。
【００１６】
この誘導加熱を行なう装置、即ち磁場を発生させる装置（コイル等）は、従来のものでよく特別なものである必要はない。その電圧や電力も加熱する光触媒の量や温度、処理すべき目的物質の量等によって決めればよい。
【００１７】
誘電加熱によって加熱されるものは導電体であり、一定の抵抗を有するものである。金属やカーボン等である。発熱量としては、抵抗が大きい方がよいため、ニクロム等が好適であるが、価格その他の面から現実的には鉄がよい。しかし、最近では、その他の種々の金属でも可能なものが考案されてきている。アルミニウムや銅でも可能なものがある。要するに、加熱できればどのようなものでもよい。
【００１８】
この導電体を加熱し、その熱によって光触媒を加熱するのである。具体的な方法はこの導電体をどのような構造にし、光触媒に対してどのような位置に置くかが問題である。
以下種々のケースについて説明する。
【００１９】
最初の方法としては、加熱される導電体によって光触媒粒子の容器（鍋状等の形状、メッシュで構成してもよい）を構成し、その中に光触媒を入れる方法がある。容器が加熱されれば光触媒もそれによって加熱される。
この場合、磁場発生装置はその容器の近傍に配置する。
【００２０】
次に光触媒層の中に、導電体製のメッシュ状のものを挿入する方法がある。この方法は通常は、磁場発生装置はその導電体の端部に置き、その熱伝導によって導電体全体を加熱する。メッシュ状等のものが加熱されると、その周囲にある光触媒粒子が加熱される。勿論、メッシュ状に限らず、網状、格子状、ハニカム状、多孔体、フィルタータイプ、その他流体が通過できるような構造であればよい。
【００２１】
また、単に上記のようなメッシュ状等の導電体を近接するだけでなく、そのような構造体の表面に光触媒粉体を固着（接着その他）してもよい。特に目的物質が気体の場合には、有効である。交換が容易であり、気体の通過も容易である。
【００２２】
また、光触媒粒子層に導電体製の小片を混合し、その小片を誘電加熱によって加熱してもよい。小片は１ｍｍ程度の粒子、１ｃｍ角程度の板等その形状や大きさは自由である。これを加熱してそれによって光触媒を加熱する。
【００２３】
更に、この小片と光触媒粒子を固着しておいてもよい。例えば、導電体製の芯材の周囲に光触媒を固着する方法、その逆の方法、更には同じ程度の大きさにして固着する等である。要するに、光触媒と導電体を固着すればよい。
固着の方法は、分解されにくいフッ素系樹脂、シリコン系の樹脂、更には水ガラス等で接着してもよく、また単に水だけでも可能である。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。
【００２４】
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、小片と光触媒を固着したものでもよい。
固着の方法は、まず小片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５０％程度がよい。
【００２５】
また、反応槽の全部又は一部を導電体で構成し、少なくともその表面に光触媒粒子を固着する方法もある。この方法では、内部に水が満たされ、その水に目的物質が溶解している場合にも使用できる可能性がある。
【００２６】
加熱する温度としては、光触媒が触媒効果を発揮する温度でよく、その目的物質によって、低くてもよい場合がある。３００〜３５０℃程度が好適であるが、１００〜５００℃でもよい。ここでいう温度は光触媒の温度であり、反応器全体の温度ではない。
【００２７】
光触媒粒子は、上記したごとくメッシュ状体等（特にフィルタータイプ）に固着した場合には、反応器にそのフィルターを１又は複数設置すればよく、フリーの粒子状の場合には、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する等自由である。
【００２８】
本発明でいう酸素は、酸素源という意味であり、厳密に酸素ガスのみをさすものではない。過酸化水素水や水等の分子内に酸素を有するものでもよい。光触媒が充填されている容器内に目的物質を酸化又は分解する程度の酸素（空気）があれば特に導入したり、別途考慮する必要はない。しかし、不足するようであれば別途空気導入管から導入してもよい。酸素源が含まれていれば空気でなくともよい。
【００２９】
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等をいう。このうち一方又は両方が起って目的物質が変化する。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。これらは後の工程で処理すればよい。
【００３０】
また、本発明方法で目的物質を完全に酸化又は分解する必要はない。即ち、未分解や未酸化のものが残っていても問題はない。よって、他の処理装置の前処理のラフな分解方法として採用してもよい。特に本発明は簡単で装置も安価なものでできるため、このような前処理法としても非常に優れている。
【００３１】
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。
【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）  光触媒を加熱することによって効率よく酸化又は分解ができる。
（２）  光触媒を用いているにもかかわらず、紫外線ランプ等が不要である。
（３）  誘電加熱の場合には、火がなく、また電熱線（ニクロム線等）のような高温部分もないため安全である。
（４）  磁場発生装置と導電体が接触していなくともよいため、種々の加熱スタイルが可能である。
（５）  光触媒が導電体に近接しているため、瞬時に加熱された導電体から熱が触媒にすばやく伝えられ昇温することとなる。
【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、本発明目的物質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、上下が不織布製のフィルター３で閉じられた空間４（触媒層）に光触媒粒子５が充填されている。この光触媒粒子５は、酸化チタンのアナターゼ型結晶の微粉末を造粒し１〜２ｍｍ程度にしたものである。
【００３５】
触媒層４内に、網状の導電体（鉄製）６が挿入され、その端部７は反応器２の壁面に沿うよう成形されている。この端部７に沿うような位置に磁場発生装置８が設けられている。更に、反応器２には、目的物質導入口９、排出口１０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】
まず、導入口９から被処理気体を含む目的物質（気体）を導入する。同時に空気も導入される。磁場発生装置によって端部７に電流が発生し加熱される。それによって、網状体６全体が加熱される。そして、この熱によって触媒層中の光触媒粒子が加熱される。
【００３７】
加熱（この例では３５０℃）によって、光触媒が活性化しているため、酸素と反応し被処理気体は分解又は酸化される。これによって、有害物が無害化されたり、脱臭されたりする。排出口１０以降は大気開放でも、他の処理工程でもよい。
【００３８】
この例の装置に、硫化水素が５００ｐｐｍ含まれた空気を４０l／分で導入した。光触媒の全量は、約２ｋｇであった。このときの排出口でも硫化水素濃度は、ほぼ最初から最後まで１ｐｐｍ以下であった。
【００３９】
図２は、本発明目的物質の酸化又は分解方法を実施する装置１の他の例を示す概略断面図である。反応器２内に、図１と同様、上下が不織布製のフィルター３で閉じられた空間４（触媒層）に光触媒粒子５が充填されている。
鉄製の導電体７が触媒層の内壁に１つ又は複数設けられている。これが、近接する磁場発生装置８によって加熱される。その熱によって、内部の光触媒粒子が加熱される。この例では装置が簡単で安価である。導電体も簡単、迅速に加熱できる。
光触媒粒子は、層内で浮遊するようにするのが好ましい。これは、その粒子のサイズや被処理気体の流速を決めればよい。
【００４０】
図３は、図２と類似の構造であるが、鉄製の導電体がなく、その代わりに鉄製の粒体１１が光触媒粒子５と混合されて充填されている。誘電加熱によって、この鉄製の粒体が加熱される。その熱によって光触媒粒子が加熱される。加熱されるものが光触媒粒子に近接しているため加熱が速い。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【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。
【図２】本発明方法を実施する装置の他の例を示す概略断面図である。
【図３】本発明方法を実施する装置の更に他の例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１  装置
２  反応器
３  フィルター
４  触媒層
５  光触媒粒子
６  網状体
７  端部
８  磁場発生装置
９  導入口
１０  排出口
１１  鉄粒
【図１】
2007325980.tif 000003
【図２】
2007325980.tif 000004
【図３】
2007325980.tif 000005