説明

アミン系化合物分解方法及びアミン系化合物分解装置

【課題】アミン系化合物を含む被処理溶液のアミン系化合物を短時間で分解処理することができるアミン系化合物分解装置を提供する。
【解決手段】アミン系化合物のN−H結合の解離エネルギー以上のエネルギーを有する紫外線を含む光を照射する紫外光源13と、光を照射すると活性化する光触媒11と、被処理溶液Aを光触媒の上方から散水する散水ノズル12と、被処理溶液を蓄える筐体14と、ポンプとを有する。アミン系化合物を含む被処理溶液Aをポンプにより光触媒11の上方から散水して光触媒に接触させながら、紫外光源から光を照射する。これにより、アミン系化合物のN−H結合の解離を促進して、従来の装置に比べて、アミン系化合物の分解処理を短時間で行なうことができる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、アミン系化合物を含む被処理溶液中のアミン系化合物を分解することができるアミン系化合物分解方法及びアミン系化合物分解装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来から、有機自硬性鋳型を用いて鋳造を行なう鋳造工場等では、金属溶湯を鋳型内に注湯するときに、鋳型の樹脂や硬化剤が分解されて臭気ガスが発生し、問題となっている。この臭気ガスを処理する装置として、例えば特開2003−339833号公報の循環式光触媒脱臭装置等が提案されている。この循環式光触媒脱臭装置では、鋳物工場で発生した臭気ガスを水処理装置(スクラバー)で洗浄水に溶かし込み、臭気ガスを溶かした溶液を浄化装置で浄化している。
【0003】
【特許文献1】特開2003−339833号公報
【特許文献2】特開平5−192738号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上述した従来の浄化装置は、ブラックライトを光触媒に照射することにより、光触媒を活性化させて溶液中の臭気成分を分解している。しかしながら、従来の浄化装置では、溶液に溶けた臭気成分を分解するために、溶液を循環させて繰り返し光触媒に接触させる必要があり、臭気成分の分解に長時間を要していた。このため、この分解処理時間の短縮が望まれている。
【0005】
本発明は上記事情に基づいてなされたものであり、アミン系化合物を含む被処理溶液のアミン系化合物を短時間で分解処理することができるアミン系化合物分解方法及びアミン系化合物分解装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記の目的を達成するための請求項1記載の発明にかかるアミン系化合物分解方法は、アミン系化合物を含む被処理溶液を光触媒に接触させながら、N−H結合の解離エネルギー以上のエネルギーを有する紫外線を含む光を前記溶液に照射することにより、前記アミン系化合物を分解することを特徴とする。
【0007】
上記の目的を達成するための請求項9記載の発明にかかるアミン系化合物分解装置は、N−H結合の解離エネルギー以上のエネルギーを有する紫外線を含む光を照射する紫外光源と、光を照射すると活性化する光触媒と、を有し、アミン系化合物を含む被処理溶液を光触媒に接触させながら、前記紫外光源からの光を前記溶液に照射することにより、前記アミン系化合物を分解することを特徴とする。
【発明の効果】
【0008】
鋳物工場等で発生する臭気ガスは、アミン系化合物が主な成分であることが多い。ここで、アミン系化合物とは、アンモニア(NH3)及び、アンモニアの水素原子を炭化水素基等の原子団で置換した化合物(すなわち、アミン)を指す。上記臭気ガス中に含まれるアミンの例としては、モノメチルアミン、ジメチルアミン、ヘキサメチレンテトラミン(別名 ヘキサミン)等を挙げることができる。
【0009】
上記臭気ガス中に含まれるアミン系化合物は、実際には上記のような複数の化合物から構成されているが、以下の説明では、簡単のために、臭気ガス中にアンモニアだけが含まれると仮定する。こうすれば、この臭気ガスを溶かした溶液はアンモニアを溶かした溶液と同等のものと考えることができる。この溶液(被処理溶液)は、ブラックライトを照射して活性化させた光触媒に接触させることにより、アンモニアを分解することができる。しかしながら、従来のこの方法は上述したように処理に時間がかかる。ところで、アンモニアの分解工程には、アンモニアのN−H結合を解離する解離工程と、解離したNやHをOと結合させる酸化工程とがある。本発明者等は、前者の解離工程に着目し、解離工程の時間短縮方法を模索した。アンモニアのN−H結合を解離するには、約84kcal/molの解離エネルギーが必要となる。この解離エネルギーは、従来は光触媒によって与えられると考えられていた。光触媒以外に、解離エネルギーを外部から供給できれば、解離工程の処理時間の短縮が可能となる。従来の装置で使用されているブラックライトの波長は365nmであり、そのエネルギーは約78.4kcal/molである。したがって、ブラックライトからの光は光触媒を活性化することはできても、アンモニアのN−H結合を解離するには、エネルギーが少し足りない。そこで、本発明者等は、アンモニアの解離に必要なエネルギーを有する紫外線を被処理溶液に照射すれば、アンモニアの解離が促進されるのではないかと考え、後述する実験を行なった。後述する実験により、アンモニアの解離に必要なエネルギーを有する紫外線を被処理溶液に照射することにより、アンモニアの分解処理時間を大幅に短縮することができることを確認した。
【発明を実施するための最良の形態】
【0010】
以下に、図面を参照して、本願に係る発明を実施するための最良の形態について説明する。図1は本発明の一実施形態であるアミン系化合物分解装置の概略正面図、図2はそのアミン系化合物分解装置の概略側部断面図である。図1に示すように本発明の一実施形態であるアミン系化合物分解装置1は、光を受けて活性化する6組の光触媒11と、被処理溶液Aをシャワー状にして光触媒11に散水するための6個の散水ノズル12と、光触媒11に接触している被処理溶液Aに紫外線を照射するための紫外光源13と、下部に被処理溶液Aを蓄えると共に、上方に光触媒11、散水ノズル12及び紫外光源13等を収納する筐体14とを備えている。尚、本実施形態のアミン系化合物分解装置1は、被処理溶液Aを循環して散水するためのパイプ15やポンプ(不図示)等を備えている。
【0011】
紫外光源13として、2本を一組として合計14本の低圧水銀灯を設けている。この低圧水銀灯は、254nmの波長の紫外線を含む光を発するものである。また、本実施形態の紫外光源13は、低圧水銀灯に被処理溶液Aや塵埃等が付着するのを防ぐために保護管131内に収められている。この保護管131は、紫外線を透過するものである。また、本実施形態では、光触媒11としては、酸化チタンを含むものを用いている。
【0012】
本実施形態では、有機自硬性鋳型を用いて鋳造を行なう鋳物工場等で、鋳造時に発生する臭気ガスを回収して脱臭装置で水に溶かした溶液を被処理溶液Aとして使用する。なお、この臭気ガスはアンモニアを主な成分としているので、本実施形態の被処理溶液Aは、アンモニアの溶液と考えることができる。
【0013】
次に、本実施形態のアミン系化合物分解装置の動作について説明する。予め、上述した被処理溶液Aを本アミン系化合物分解装置1内に所定量だけ蓄える。次に、図示しないポンプを稼動して、筐体14内の下部に蓄えた被処理溶液Aを汲み上げて散水ノズル12から光触媒11に散水する。このとき、紫外光源13により254nmの波長の紫外線を含む光を光触媒11及び被処理溶液Aに照射する。この254nmの波長の紫外線を含む光を照射することにより、光触媒11が活性化されると同時に、被処理溶液Aのアンモニアが254nmの波長の紫外線の照射を受けて、アンモニアのN−H結合の解離が促進され酸素と結合し、一酸化窒素NO、二酸化窒素NOを経て、下の反応式(1)に示すように最終的にはアンモニアは硝酸と水に分解される。
【0014】
NH+2O → HNO+HO (1)
【実施例】
【0015】
次に、図1及び図2に示すアミン系化合物分解装置を使用して行った実験結果について説明する。本実験に使用した筐体14の容積は約400Lである。また、被処理溶液Aとして、実際に鋳造を行っている鋳造工場内で臭気ガスを脱臭処理する際に生ずる、臭気ガスを含む溶液を水で約5倍に希釈したものを使用した。また、本実験では、400mm×240mmの可視光応答型光触媒フィルタを、6組の光触媒の各々に3枚ずつ、合計18枚使用している。
【0016】
紫外光源13である低圧水銀灯としては、岩崎電気株式会社製の40Wのもの(型式:EGL40-2)を使用した。また、比較のために、40Wのブラックライトを用いた実験も行なった。上述した低圧水銀灯を連続点灯し、被処理溶液Aを循環させて、上方から光触媒11に散水し、0から24時間の間で4回測定した。また、被処理溶液Aに含まれるアンモニアの濃度はイオン電極法により測定した。
【0017】
図3は、本実験の結果得られたデータに基づいて作成した、アンモニアの除去率と受光エネルギーの関係を示す図であり、縦軸にアンモニアの除去率(%)を取り、横軸に受光エネルギー(kJ)を取っている。なお、ランプを点灯せずに、被処理溶液を循環させて光触媒に接触させただけでも、アンモニアを分解することができる。そこで、図3では、ランプによるアンモニアの分解の効果だけを比較するために、ランプを点灯してアンモニアの分解処理を行なった時の処理後のアンモニアの濃度から、ランプを点灯せずにアンモニアの分解処理を行った時の処理後のアンモニアの濃度を差し引いた値を処理後のアンモニアの濃度として、アンモニアの除去率を算出した。ここで、アンモニアの除去率というのは、[{(処理前のアンモニアの濃度)−(処理後のアンモニアの濃度)}÷(処理前のアンモニアの濃度)]×100の式で算出される値である。
【0018】
また、受光エネルギーは{照度×時間×光触媒面積}で表し、ブラックライトは365nmの波長をピークとする照度,低圧水銀灯は254nmの波長をピークとする照度を基に受光エネルギーを算出した。
【0019】
図3に示すように、例えば、10000kJの時には、ブラックライトの光を照射させる本発明の装置を用いて処理した時の除去率は約8%位であるが、本発明の40Wのランプを点灯して処理した時の除去率は約34%位である。すなわち、ブラックライトを照射したときと、本発明の254nmの紫外線を照射したときとでは、アンモニアを分解する効果に約4倍の差がある。
【0020】
次に、上述した40Wの低圧水銀灯に使用する安定器や供給電圧を変えて、光触媒表面の平均照度を8.09mW/cmにしたときと、光触媒表面の平均照度を4.61mW/cmにしたときと、光触媒表面の平均照度を3.42mW/cmにしたときについて各々実験を行なった。ランプ以外の他の実験条件は、上述した実験条件と同じである。なお、同じ光触媒の表面であっても、ランプからの距離等により照度が異なるので、ここでは、光触媒の表面の複数箇所について照度を測定して得た値を平均した平均照度を用いている。図4は、本実験の結果得られたデータに基づいて作成した、アンモニアの除去率と照射時間の関係を示す図である。
【0021】
図4より、光触媒表面の照度が大きい程、アンモニアの除去率が大きくなり、また時間を長く照射する程、アンモニアの除去率が大きくなることが解かる。従来のブラックライトの光を照射する方法では、光触媒の表面の照度は約1mW/cmで十分であり、照度をこれ以上大きくしても効果は変らないと考えられていた。しかしながら、254nmの波長の紫外線を照射する本発明の場合、照度が大きい程、すなわち使用するランプの容量が大きい程、アンモニアの分解処理時間を短縮することができ、またしたがって装置全体を小型化することができる。
【0022】
上記の実施形態によれば、254nmの波長の紫外線を照射することにより、従来のブラックライトを用いる方法に比べて、短時間で、アンモニアの分解処理を行うことができる。このように、従来のブラックライトの光を使用する場合に比べて、254nmの波長の紫外線を使用すると、短時間でアンモニアの分解処理を行うことができるのは、以下の理由によると考える。波長が365nmのブラックライトの光のエネルギーは78.4kcal/molであり、したがって、ブラックライトの光はアンモニアのN−H結合を解離するのに必要なエネルギーに持っていない。これに対して本実施形態の254nmの波長の紫外線のエネルギーは112.7kcal/molであり、254nmの紫外線はアンモニアのN−H結合を解離するのに必要十分なエネルギーを持っている。すなわち、254nmの波長の紫外線を使用する場合、この紫外線は、単に光触媒を活性化させるだけでなく、光触媒とともにアンモニアの解離を促進していると考える。また、本実験の結果、本実施形態の場合、照射する紫外線の照度を高くすると、よりアンモニアの分解処理を短時間で行なうことができることが確認できた。したがって、本実施形態のアミン系化合物分解装置によれば、大きな容量のランプを使用することにより、従来の装置に比べて短時間でアンモニアの分解処理を行うことができ、また装備するランプの灯数が少なくてすむので、装置をより小型化することができる。
【0023】
尚、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内において種々の変形が可能である。例えば、上記の実施形態では、254nmの波長の紫外線を照射する場合について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、アンモニアの解離エネルギーは、84kcal/molであるので、この解離エネルギー以上のエネルギーを有する紫外線、すなわち波長が340nm以下の紫外線であればよい。波長が短い程、光子のエネルギーは大きくなるからである。
【0024】
また、上記の本実施形態では、鋳造工場で発生するアンモニアを主成分とする臭気ガスを含む被処理溶液を処理する場合について説明したが、本発明これに限定されるものではなく、被処理溶液は、アミン系化合物を含む臭気ガスであれば、どのような臭気ガスの溶液であってもよい。
【0025】
また、上記の本実施形態では、紫外光源として254nmの波長の紫外線を含む光を発する低圧水銀灯を用いる場合について説明したが、紫外光源は、340nm以下の紫外線を含む光を発するものであれば、例えば高圧水銀灯等であってもよい。
【0026】
また、上記の本実施形態では、被処理溶液を光触媒の上方から散水する場合にいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、被処理溶液中に光触媒を配置して紫外線を照射するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【0027】
以上説明したように、本発明のアンモニア分解装置によれば、従来の装置に比べて短時間でアンモニアを分解することができる。したがって、本発明は、鋳物工場等で使用されている臭気性ガスの脱臭装置における洗浄水の浄化装置等に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【0028】
【図1】本発明の一実施形態であるアンモニア分解装置の概略正面図である。
【図2】本発明の一実施形態であるアンモニア分解装置の概略側部断面図である。
【図3】アンモニアの除去率と受光エネルギーの関係を示す図である。
【図4】アンモニアの除去率と照射時間の関係を示す図である。
【符号の説明】
【0029】
1 アンモニア分解装置
11 光触媒
12 散水ノズル
13 紫外光源
131 紫外光源の保護管
14 筐体
15 パイプ
A 被処理溶液


【特許請求の範囲】
【請求項1】
アミン系化合物を含む被処理溶液を光触媒に接触させながら、N−H結合の解離エネルギー以上のエネルギーを有する紫外線を含む光を前記溶液に照射することにより、前記アミン系化合物を分解することを特徴とするアミン系化合物分解方法。
【請求項2】
請求項1記載の発明において、前記アミン系化合物はアンモニア(NH3)、及び又はアンモニアの水素原子を炭化水素基等の原子団で置換した化合物(すなわち、アミン)を含むことを特徴とするアミン系化合物分解方法。
【請求項3】
請求項1又は2に記載の発明において、前記紫外線は、波長が約340nm以下であることを特徴とするアミン系化合物分解方法。
【請求項4】
請求項1又は2に記載の発明において、前記紫外線は、波長が約254nmであることを特徴とするアミン系化合物分解方法。
【請求項5】
請求項1乃至4の何れかに記載の発明において、前記紫外線は、低圧水銀灯又は高圧水銀灯の発する光であることを特徴とするアミン系化合物分解方法。
【請求項6】
請求項1乃至5の何れかに記載の発明において、前記光触媒は酸化チタンを含有するものであることを特徴とするアミン系化合物分解方法。
【請求項7】
請求項1乃至6の何れかに記載の発明において、前記アミン系化合物を含む被処理溶液は、有機自硬性鋳型を用いて鋳造する際に発生する臭気ガスを回収して水に溶かし込んだものであることを特徴とするアミン系化合物分解方法。
【請求項8】
請求項1乃至7の何れかに記載の発明において、前記アミン系化合物を含む被処理溶液をシャワー状に散水して前記光触媒に接触させるものであることを特徴とするアミン系化合物分解方法。
【請求項9】
N−H結合の解離エネルギー以上のエネルギーを有する紫外線を含む光を照射する紫外光源と、光を照射すると活性化する光触媒と、を有し、アミン系化合物を含む被処理溶液を光触媒に接触させながら、前記紫外光源からの光を前記溶液に照射することにより、前記アミン系化合物を分解することを特徴とするアミン系化合物分解装置。
【請求項10】
請求項9記載の発明において、前記アミン系化合物はアンモニア(NH3)、及び又はアンモニアの水素原子を炭化水素基等の原子団で置換した化合物(すなわち、アミン)を含むことを特徴とするアミン系化合物分解装置。
【請求項11】
請求項9又は10に記載の発明において、前記紫外光源は、波長が約340nm以下の紫外線を含む光を照射するものであることを特徴とするアミン系化合物分解装置。
【請求項12】
請求項9又は10に記載の発明において、前記紫外光源は、波長が約254nmの紫外線を含む光を照射するものであることを特徴とするアミン系化合物分解装置。
【請求項13】
請求項9乃至12の何れかに記載の発明において、前記紫外光源は、低圧水銀灯又は高圧水銀灯であることを特徴とするアミン系化合物分解装置。
【請求項14】
請求項9乃至13の何れかに記載の発明において、前記光触媒は酸化チタンを含有するものであることを特徴とするアミン系化合物分解装置。
【請求項15】
請求項9乃至14の何れかに記載の発明において、前記アンモニアを含む被処理溶液をシャワー状に散水するための散水装置を備え、前記被処理溶液をシャワー状に前記光触媒に散水して接触させるものであることを特徴とするアミン系化合物分解装置。
【請求項16】
請求項9乃至15の何れかに記載の発明において、前記紫外光源を保護するために前記紫外光源の周囲に設けられた保護手段を備えることを特徴とするアミン系化合物分解装置。
【請求項17】
請求項16に記載の発明において、前記保護手段は、前記紫外線を透過するものであることを特徴とするアミン系化合物分解装置。



【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公開番号】特開2006−239478(P2006−239478A)
【公開日】平成18年9月14日(2006.9.14)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−54621(P2005−54621)
【出願日】平成17年2月28日(2005.2.28)
【出願人】(000000192)岩崎電気株式会社 (533)
【出願人】(000003207)トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Fターム(参考)】