(57)【要約】【課題】光触媒を利用した水浄化装置において、処理水のｐＨを低下させ、光触媒の活性低下を抑制することを目的とする。【解決手段】本発明の水浄化装置２０２は、光触媒を利用した水中の有機物分解ユニットとしての光触媒ユニット２０４の前段に、処理水のｐＨを低下させるｐＨ調整ユニットとしての処理水酸性化ユニット２０３を設け、処理水のｐＨが低下した後で、処理水が光触媒を利用した水中の光触媒ユニット２０４に投入される構成となることで、光触媒の有機物分解活性低下の抑制や、メンテナンス回数の低減が可能となる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光触媒を利用して処理水中の有機物分解を行う水浄化装置であって、光触媒を利用して有機物分解を行う有機物分解ユニットの前段に、処理水のｐＨを調整するｐＨ調整ユニットを設け、このｐＨ調整ユニットで処理水のｐＨを調整した後、処理水が前記有機物分解ユニットに投入されることを特徴とする水浄化装置。
【請求項２】
光触媒が、フッ素を含有する酸化チタンであることを特徴とする、請求項１記載の水浄化装置。
【請求項３】
ｐＨ調整ユニットから排出される処理水のｐＨが、７以下であることを特徴とする、請求項１または２記載の水浄化装置。
【請求項４】
ｐＨ調整ユニットが、酸性物質を投入する機構を有することを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載の水浄化装置。
【請求項５】
酸性物質が、無機酸であることを特徴とする、請求項４記載の水浄化装置。
【請求項６】
ｐＨ調整ユニットが、陽イオン交換樹脂を有することを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載の水浄化装置。
【請求項７】
有機物分解ユニットの後段に、処理水の中和ユニットを設けた、請求項１乃至６のいずれかに記載の水浄化装置。
【請求項８】
中和ユニットが、塩基性物質を投入する機構を利用したユニットであることを特徴とする、請求項７記載の水浄化装置。
【請求項９】
中和ユニットが、陰イオン交換樹脂を利用したユニットであることを特徴とする、請求項８記載の水浄化装置。
【請求項１０】
有機物分解ユニットの後段に、フッ化物イオン濃度測定装置を備えた、請求項１乃至９のいずれかに記載の水浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光触媒を利用した水浄化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光触媒の有機物分解作用は約３０年前に見出された。酸化チタンなどある種の半導体は光照射で励起電子と、正孔を生成し、その電荷担体が半導体表面でスパーオキサイドアニオンやヒドロキシラジカルを生成する。これらが有機分子を攻撃し、有機物を分解する。
【０００３】
この種の作用をもつ半導体材料を光触媒と呼んでいる。特に酸化チタンは、光触媒の代表的な材料の一つである。
【０００４】
今までにこの光触媒による有機分解作用を利用した製品やデバイスの提案が数多くされており、多様な、フィルタ、デバイス、装置が開発されている。
【０００５】
特に水浄化に用いる場合においては、多孔質材料に光触媒を担持する方法（例えば特許文献１参照）や、光触媒を担持した充填材を用い、水の流れを制御する方法（例えば特許文献２参照）など、光触媒に加えて多様な手法で水浄化の効率を向上させているものもある。
【０００６】
また、水浄化に限らなければ、例えば光触媒の表面にフッ素を化学結合させること（例えば特許文献３参照）で、ＯＨラジカルのような活性酸素種の放出を促すことで有機物分解活性を向上させる方法などが知られており、それ以外にも多種多様な方法で、光触媒そのものの有機物分解活性の向上がなされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平７−１４８４３４号公報
【特許文献２】特開平８−４７６８７号公報
【特許文献３】国際公開第２００８／１３２８２４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前記従来例のような光触媒水処理装置は、処理水の水質によって水浄化性能が大きく異なる。
【０００９】
特に塩基性溶液中では、無機イオンは水酸化物となり、溶解度が低下するものが多く、結果スケール成分として付着し、光触媒の有機物分解性能を低下させる恐れがある。
【００１０】
また、光触媒の中には、塩基性溶液中で性能が低下する材料があり、特にフッ素を化学結合させることで表面にフッ素を含有する酸化チタン光触媒は、フッ化物イオンと、水酸化物イオンとが交換反応することから、塩基性領域においてフッ化物イオンの脱離が生じる。
【００１１】
他にも、光触媒として酸化タングステンを利用する場合は、酸化タングステンが塩基性水溶液中にて溶解するため使用できない。
【００１２】
このように、処理水の液性が塩基性であることは、光触媒を利用した水浄化装置において、性能低下につながるという課題を有していた。
【００１３】
そこで本発明では、処理水のｐＨを低下させることで光触媒の性能低下を抑制し、従来利用が困難であった水質の処理水であっても光触媒を利用することができる、水浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前期従来の課題を解決するため、本発明の水浄化装置は、光触媒を利用した水中の有機物分解ユニットの前段に、未処理水のｐＨを低下させるユニットを設け、未処理水のｐＨを低下させた後、その未処理水が光触媒を利用した水中の有機物分解ユニットに投入される構成となる、光触媒を利用した水浄化装置である。
【００１５】
本構成により、例えば、光触媒上に化学結合したフッ素の脱離量低下を抑制することができ、光触媒の有機物分解活性低下の抑制や、メンテナンス回数の低減が可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の光触媒を利用した水浄化装置によれば、光触媒を利用した有機物分解ユニットの前段に、処理水のｐＨを低下させるユニットを設けることで、ｐＨが低下した処理水を、光触媒を利用した水中の有機物分解ユニットに投入させることができるため、ｐＨが高いときに生じる、スケールの付着やフッ素を含有する酸化チタンのフッ素の脱離を抑制することができ、光触媒の有機物分解活性低下の抑制やメンテナンス回数の低減といった効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の光触媒を利用した水浄化試験の試験系概略図
【図２】本発明の光触媒を利用した水浄化装置の系統図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１９】
（比較例１）
図１に水中有機物分解試験装置の概略図を示した。
【００２０】
光触媒２０ｍｇ、ジメチルスルホキシド（和光純薬製）１０ｇ／Ｌ水溶液３ｍＬを、蓋付２面透明石英セル１０１に入れ、スターラー１０２とスターラーチップ１０３にて撹拌しながら、２５４ｎｍのバンドパスフィルタをはさんだキセノンランプ光源１０４（朝日分光製：ＭＡＸ−３０２）から照射された光を集光ロッド１０５で集光し、２．００ｍＷ／ｃｍ2となる位置で、１０分間照射した。
【００２１】
このときの光強度は、紫外線積算光量計（ウシオ電機製：ＵＩＴ−２５０）に受光器（ウシオ電機製：ＵＶＤ−Ｓ２５４）を取り付けて測定した。
【００２２】
今回用いた光触媒は、光触媒酸化チタンとして市販されている、堺化学工業製のＳＳＰ−２５並びに、堺化学工業製のＳＳＰ−２５の表面をフッ酸処理することで、表面の水酸基の一部をフッ素に置き換えた、重量比３．５％のフッ素を含有する、フッ素含有酸化チタンである。
【００２３】
表１に、結果を示した。このとき、未処理水のｐＨは、６．５であった。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
フッ素含有酸化チタンは、１０分間当たりのジメチルスルホキシド分解量において、約３０％活性が向上しており、フッ素を含有することによる有機物分解活性の向上が確認された。
【００２６】
（実施例１）
次に、図１に示した試験方法と同様の方法にて、ジメチルスルホキシド水溶液のｐＨを変化させて実験を行った。
【００２７】
ｐＨの調整は、塩酸または水酸化ナトリウムを用い、事前に所定のｐＨに調整した水にジメチルスルホキシドを溶解させて１０ｍｇ／Ｌとした。
【００２８】
ｐＨの測定は、コンパクトｐＨメータ（堀場製作所製：Ｂ−２１２）にて測定した。
【００２９】
表２に、結果を示した。
【００３０】
【表２】
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【００３１】
ジメチルスルホキシド水溶液のｐＨが６．５以下のとき、フッ素含有酸化チタンの優位性は保たれているが、ｐＨが１２．０より大きい領域において、低下が見られる。
【００３２】
これはフッ素が水酸化物イオンと置換することで、フッ化物イオンとして溶液中に放出されることで、フッ素含有酸化チタンのフッ素が減少するものと考えており、ｐＨが７より大きい領域において、その効果が顕著に現れた結果だと考えられる。
【００３３】
フッ素含有酸化チタンのフッ素含有量は、重量比３．５％であることは、ＪＩＳ  Ｋ０１０２  ３４．１によるランタンアリザリンコンプレキソン吸光光度法にて求めた。
【００３４】
本実施例では、フッ素含有酸化チタンを用いたが、酸性溶液中と比較して塩基性溶液中にて１０分間当たりのジメチルスルホキシド分解量が低下する光触媒であれば、酸化タングステンなどに代表される、アルカリ溶液中にて溶出することが知られている他の光触媒材料などでもよく、フッ素含有酸化チタンに限定されない。
【００３５】
（実施例２）
次に、図１に示した試験方法と同様の方法にて以下の実験を行った。
【００３６】
ジメチルスルホキシド水溶液のｐＨを１２．０にした後、塩酸（和光純薬製）を加えてｐＨを２．３にしてから実験を行った。
【００３７】
表３に、結果を示した。
【００３８】
【表３】
2012217923.tif 000005
【００３９】
塩酸を加えることで、初期の濃度が若干低下したものの、１０分後の分解量は３．５ｍｇ／Ｌから３．３ｍｇ／Ｌへと、約６％の低下にとどめることができた。比較例として、塩酸を加えなかった場合、すなわち表２のｐＨが１２．０の場合において、１０分後の分解量が３．１ｍｇ／Ｌ、約１１％に低下したことから、本実施例２に示すように、塩酸を有機物分解処理前に追加することで、塩基性溶液による有機物分解性能の低下を抑制できることが確認された。
【００４０】
本実施例では塩酸を用いたが、酸性物質であれば、硝酸や硫酸、酢酸、リン酸などでもよく、塩酸に限定されない。
【００４１】
また、酢酸などの有機酸は、それ自体が光触媒の分解対象物であることから、光触媒の分解の妨げになる。このため、用いる酸性物質としては、無機酸が好ましい。
【００４２】
（実施例３）
次に、図１に示した試験方法と同様の方法にて以下の実験を行った。
【００４３】
ジメチルスルホキシド水溶液のｐＨを１２．０にした後、陽イオン交換樹脂を加えて撹拌し、ろ液を用いて実験を行った。このときｐＨは３．０であった。
【００４４】
表４に、結果を示した。
【００４５】
【表４】
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【００４６】
陽イオン交換樹脂を加えることで、初期の濃度が若干低下したものの、１０分後の分解量は３．５ｍｇ／Ｌのまま変化しなかった。このことから、陽イオン交換樹脂を有機物分解処理前に利用することで、塩基性溶液による有機物分解性能の低下を抑制できることが確認された。
【００４７】
（実施例４）
図２に、本発明の水浄化装置におけるユニット構成図を示した。
【００４８】
未処理水２０１が本発明の水浄化装置２０２によって処理され、処理済水２０７として排出されるような水処理装置構成において、未処理水２０１は、まずｐＨ調整ユニットとしての処理水酸性化ユニット２０３によって、所定のｐＨに低下する。
【００４９】
その後、有機物分解ユニットとしての光触媒ユニット２０４によって有機物が分解された後、中和ユニット２０５によって、所定のｐＨにまで高められ、処理済水２０７として排出される。
【００５０】
中和ユニット２０５は、処理水のｐＨが低下したことで、排出が困難となる場合において有効である。
【００５１】
具体的には、水酸化ナトリウムやアンモニア水といった塩基性物質を用いるか、陰イオン交換樹脂を用いることが好ましい。特に陰イオン交換樹脂は、光触媒ユニット２０４で完全分解しきれずに生成した有機酸の回収も可能になり、ＴＯＣを下げられることも期待でき、特に好ましい。
【００５２】
上記の中和方法は一例であり、中和方法を限定するものではない。
【００５３】
また、中和の必要がない場合は、中和ユニット２０５を取り付けなくてもかまわない。
【００５４】
光触媒として、フッ素を含有する酸化チタンを用いた場合には、光触媒ユニット２０４の後段に、フッ化物イオン濃度測定装置２０６を取り付け、モニタリングしておくことで、光触媒に残存するフッ素量の経時変化を追いかけることができ、触媒交換のタイミングを知ることができるようになる。
【００５５】
フッ化物イオン濃度を知る必要がない場合においては、フッ化物イオン濃度測定装置２０６を取り付けなくてもかまわない。
【００５６】
本実施例１乃至３では、光触媒を粉末で用い、懸濁させることで実験を行ったが、光触媒の利用方法は粉末を懸濁させて利用する方法に限定されるものではなく、ガラスクロスやセラミックペーパーなど多様な基材に光触媒を担持させ、フィルタとして利用することや、セラッミクボールや、多孔性の触媒担体などに光触媒を担持させ、充填させて利用する方法など、その利用の仕方を限定するものではない。
【００５７】
また、本実施例１乃至３では、バッチ式で処理を行ったが、装置の形態によっては、フローで連続的に行う方法でもよく、その処理方式を限定するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明にかかる光触媒を利用した水浄化装置は、利用する光触媒に適さないｐＨの処理水であっても処理できるようになるものであり、飲料水、工業用水、海水等の浄化に使用される水浄化装置として有用である。
【符号の説明】
【００５９】
１０１  蓋付２面透明石英セル
１０２  スターラー
１０３  スターラーチップ
１０４  キセノンランプ光源
１０５  集光ロッド
２０１  未処理水
２０２  水浄化装置
２０３  処理水酸性化ユニット
２０４  光触媒ユニット
２０５  中和ユニット
２０６  フッ化物イオン濃度測定装置
２０７  処理済水
【図１】
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【図２】
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