光分解方法
【課題】分解能力が高い光分解方法を提供する。
【解決手段】酸化剤及び被分解物を含む水溶液中に浸漬された光触媒に光を照射することにより、被分解物を光分解する工程を有する。光触媒は、二酸化チタンを含んでいる。水溶液のｐＨは６以上である。酸化剤として、オゾンを水溶液に対して1０重量ｐｐｍ以上５０重量ｐｐｍ以下、酸素を水溶液に対して５重量ｐｐｍ以上３０重量ｐｐｍ以下、過酸化水素を水溶液に対して２００重量ｐｐｍ以上２５０００重量ｐｐｍ以下含有している。
【解決手段】酸化剤及び被分解物を含む水溶液中に浸漬された光触媒に光を照射することにより、被分解物を光分解する工程を有する。光触媒は、二酸化チタンを含んでいる。水溶液のｐＨは６以上である。酸化剤として、オゾンを水溶液に対して1０重量ｐｐｍ以上５０重量ｐｐｍ以下、酸素を水溶液に対して５重量ｐｐｍ以上３０重量ｐｐｍ以下、過酸化水素を水溶液に対して２００重量ｐｐｍ以上２５０００重量ｐｐｍ以下含有している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光触媒を用いて被分解物を分解する光分解方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
二酸化チタンを含む光触媒を酸化剤中で使用することにより、被分解物を分解する技術がある。例えば特許文献１には、被処理水に酸化剤として、過酸化水素、オゾン、及び酸素の少なくとも一種を添加することが開示されている。
【特許文献１】特開２０００−１１７２７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、酸化剤として過酸化水素、オゾン、又は酸素を用いるのみでは、難分解性の物質は分解できない。本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、分解能力が高い光分解方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明によれば、酸化剤及び被分解物を含む水溶液中に浸漬された光触媒に光を照射することにより、前記被分解物を光分解する工程を有し、
前記光触媒は、二酸化チタンを含んでおり、
前記水溶液のｐＨは６以上であり、
前記酸化剤として、オゾンを前記水溶液に対して1０重量ｐｐｍ以上５０重量ｐｐｍ以下、酸素を前記水溶液に対して５重量ｐｐｍ以上３０重量ｐｐｍ以下、過酸化水素を前記水溶液に対して２００重量ｐｐｍ以上２５０００重量ｐｐｍ以下含有している光分解方法が提供される。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、分解能力が高い光分解方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の実施の形態について説明する。本実施形態にかかる光分解方法は、酸化剤及び被分解物を含む水溶液中に浸漬された光触媒に光を照射することにより、被分解物を光分解する工程を有する。本発明者らが鋭意検討を行った結果、光触媒として二酸化チタンを用いた場合、酸化剤として過酸化水素、オゾン、及び酸素の３種類を同時に使用し、これらの濃度を適切な範囲に制御し、かつ水溶液のｐＨを適切な範囲に制御することにより、光分解法の分解能力が高まることを見出した。
【０００７】
オゾンの濃度は水溶液に対して１０重量ｐｐｍ以上５０重量ｐｐｍ以下であり、好ましくは２５重量ｐｐｍ以上４０重量ｐｐｍ以下である。酸素の濃度は水溶液に対して５重量ｐｐｍ以上３０重量ｐｐｍ以下であり、好ましくは７重量ｐｐｍ以上３０重量ｐｐｍ以下である。過酸化水素の濃度は水溶液に対して２００重量ｐｐｍ以上２５０００重量ｐｐｍ以下であり、好ましくは３００重量ｐｐｍ以上５０００重量ｐｐｍ以下である。
【０００８】
水溶液のｐＨは、６以上であり、好ましくは６以上１３以下である。ｐＨが１３超になると、反応装置の腐食が問題になるため、好ましくない。
【０００９】
また、水溶液に含まれる二酸化チタンの量は、０.５ｇ／リットル以上８ｇ／リットル以下であるのが好ましい。なお二酸化チタンは、修飾改質されていてもよい。光源としては、例えば水銀灯、キセノンランプ、重水素ランプ、蛍光灯、ブラックライト、及び太陽光の少なくとも一つを用いることができる。
【００１０】
本実施形態によれば、光分解法の分解能力を高めることができる。このため、例えば被分解物がトリアジン系農薬であったとしても、トリアジン系農薬をシアヌル酸、水、二酸化炭素、硝酸イオン及びアンモニウムイオンに分解し、さらに難分解性の中間生成物であるシアヌル酸を水、二酸化炭素、硝酸イオン及びアンモニウムイオンに分解することができる。その結果、トリアジン系農薬の有機炭素を、すべて無機化合物である二酸化炭素に変えることができる。
【００１１】
なお、トリアジン系農薬は、下記一般式（１）
【化２】
（式中、ＸはＣｌ、Ｂｒ、ＯＣＨ３、又はＳＣＨ３を表す。Ｒ１は、ＣＨ３、Ｃ２Ｈ５、Ｃ３Ｈ７、又はＣＨ（ＣＨ３）２を表す。Ｒ２は、Ｈ、ＣＨ３、Ｃ２Ｈ５、Ｃ３Ｈ７、又はＣＨ（ＣＨ３）２を表す。Ｒ３は、ＣＨ３、Ｃ２Ｈ５、Ｃ３Ｈ７、又はＣＨ（ＣＨ３）２を表す。）
で示される構造を１種以上有する化合物を含有している。
【００１２】
（実施例１）
水５０ｍＬに、トリアジン系農薬の分解反応の中間生成物であるシアヌル酸０．０５ｍｍｏｌを溶解させた水溶液を準備した。この水溶液及び二酸化チタンを反応器の中にいれ、酸化剤の導入及び光の照射を行いつつ、マグネチックスターラーで攪拌することにより、２４時間ほど光分解を行った。光源としては水銀灯を用いた。なお、酸化剤の組成、二酸化チタンの量、及び水溶液のｐＨを変えることにより、実施例及び比較例の実験を行った。表１に、各実施例及び比較例における実験条件及びシアヌル酸の分解率を示す。
【００１３】
【表１】
【００１４】
実施例である試料１〜６において、水溶液のｐＨを１２とした。また、試料１〜５において二酸化チタンの量を２ｇ／Ｌとして、試料６において二酸化チタンの量を０．６ｇ／Ｌとした。
【００１５】
そして、試料１では、シアヌル酸の分解率は１００％であった。このときの酸化剤の組成は、オゾン（Ｏ３）が２５重量ｐｐｍ、酸素（Ｏ２）が７重量ｐｐｍ、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）が５４４重量ｐｐｍであった。
【００１６】
また、試料２，３ではシアヌル酸の分解率は７０％であった。このときの酸化剤の組成は、過酸化水素が２４０重量ｐｐｍ、２０４００重量ｐｐｍであった点を除いて、試料１と同様であった。
【００１７】
また、試料４，５ではシアヌル酸の分解率は８０％であった。このときの酸化剤の組成は、過酸化水素が３１０重量ｐｐｍ、４４２０重量ｐｐｍであった点を除いて、試料１と同様であった。
【００１８】
また試料６では、二酸化チタンの量が少ないにもかかわらず、シアヌル酸の分解率は４４％であった。なお酸化剤の組成は、試料１と同様である。
【００１９】
一方、比較例である試料７では、酸化剤にはオゾンが２５重量ｐｐｍ、酸素が７重量ｐｐｍ含まれていたが、過酸化水素が含まれていなかったため、他の条件が試料１と同様であったにもかかわらず、シアヌル酸の分解率は４０％であった。
【００２０】
また比較例である試料８では、水溶液のｐＨが４であったため、他の実験条件が試料１と同様であったにもかかわらず、シアヌル酸の分解率は０％であった。
【００２１】
また比較例である試料９では、酸化剤には酸素が７重量ｐｐｍ含まれていたが、オゾン及び過酸化水素が含まれていなかったため、他の条件が試料１と同様であったにもかかわらず、シアヌル酸の分解率は３０％であった。
【００２２】
（実施例２）
実施例１の試料１と同様の条件において、二酸化チタンの量を変化させることにより、ビスフェノールＡの分解反応速度定数を測定した。結果を図１のグラフに示す。このグラフから、試料１と同様の条件においては、ビスフェノールＡの分解速度定数は、二酸化チタンの濃度が２ｇ／Ｌのときが最も大きいことがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】ビスフェノールＡの分解速度定数の二酸化チタン濃度依存性を示すグラフである。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光触媒を用いて被分解物を分解する光分解方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
二酸化チタンを含む光触媒を酸化剤中で使用することにより、被分解物を分解する技術がある。例えば特許文献１には、被処理水に酸化剤として、過酸化水素、オゾン、及び酸素の少なくとも一種を添加することが開示されている。
【特許文献１】特開２０００−１１７２７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、酸化剤として過酸化水素、オゾン、又は酸素を用いるのみでは、難分解性の物質は分解できない。本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、分解能力が高い光分解方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明によれば、酸化剤及び被分解物を含む水溶液中に浸漬された光触媒に光を照射することにより、前記被分解物を光分解する工程を有し、
前記光触媒は、二酸化チタンを含んでおり、
前記水溶液のｐＨは６以上であり、
前記酸化剤として、オゾンを前記水溶液に対して1０重量ｐｐｍ以上５０重量ｐｐｍ以下、酸素を前記水溶液に対して５重量ｐｐｍ以上３０重量ｐｐｍ以下、過酸化水素を前記水溶液に対して２００重量ｐｐｍ以上２５０００重量ｐｐｍ以下含有している光分解方法が提供される。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、分解能力が高い光分解方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の実施の形態について説明する。本実施形態にかかる光分解方法は、酸化剤及び被分解物を含む水溶液中に浸漬された光触媒に光を照射することにより、被分解物を光分解する工程を有する。本発明者らが鋭意検討を行った結果、光触媒として二酸化チタンを用いた場合、酸化剤として過酸化水素、オゾン、及び酸素の３種類を同時に使用し、これらの濃度を適切な範囲に制御し、かつ水溶液のｐＨを適切な範囲に制御することにより、光分解法の分解能力が高まることを見出した。
【０００７】
オゾンの濃度は水溶液に対して１０重量ｐｐｍ以上５０重量ｐｐｍ以下であり、好ましくは２５重量ｐｐｍ以上４０重量ｐｐｍ以下である。酸素の濃度は水溶液に対して５重量ｐｐｍ以上３０重量ｐｐｍ以下であり、好ましくは７重量ｐｐｍ以上３０重量ｐｐｍ以下である。過酸化水素の濃度は水溶液に対して２００重量ｐｐｍ以上２５０００重量ｐｐｍ以下であり、好ましくは３００重量ｐｐｍ以上５０００重量ｐｐｍ以下である。
【０００８】
水溶液のｐＨは、６以上であり、好ましくは６以上１３以下である。ｐＨが１３超になると、反応装置の腐食が問題になるため、好ましくない。
【０００９】
また、水溶液に含まれる二酸化チタンの量は、０.５ｇ／リットル以上８ｇ／リットル以下であるのが好ましい。なお二酸化チタンは、修飾改質されていてもよい。光源としては、例えば水銀灯、キセノンランプ、重水素ランプ、蛍光灯、ブラックライト、及び太陽光の少なくとも一つを用いることができる。
【００１０】
本実施形態によれば、光分解法の分解能力を高めることができる。このため、例えば被分解物がトリアジン系農薬であったとしても、トリアジン系農薬をシアヌル酸、水、二酸化炭素、硝酸イオン及びアンモニウムイオンに分解し、さらに難分解性の中間生成物であるシアヌル酸を水、二酸化炭素、硝酸イオン及びアンモニウムイオンに分解することができる。その結果、トリアジン系農薬の有機炭素を、すべて無機化合物である二酸化炭素に変えることができる。
【００１１】
なお、トリアジン系農薬は、下記一般式（１）
【化２】
（式中、ＸはＣｌ、Ｂｒ、ＯＣＨ３、又はＳＣＨ３を表す。Ｒ１は、ＣＨ３、Ｃ２Ｈ５、Ｃ３Ｈ７、又はＣＨ（ＣＨ３）２を表す。Ｒ２は、Ｈ、ＣＨ３、Ｃ２Ｈ５、Ｃ３Ｈ７、又はＣＨ（ＣＨ３）２を表す。Ｒ３は、ＣＨ３、Ｃ２Ｈ５、Ｃ３Ｈ７、又はＣＨ（ＣＨ３）２を表す。）
で示される構造を１種以上有する化合物を含有している。
【００１２】
（実施例１）
水５０ｍＬに、トリアジン系農薬の分解反応の中間生成物であるシアヌル酸０．０５ｍｍｏｌを溶解させた水溶液を準備した。この水溶液及び二酸化チタンを反応器の中にいれ、酸化剤の導入及び光の照射を行いつつ、マグネチックスターラーで攪拌することにより、２４時間ほど光分解を行った。光源としては水銀灯を用いた。なお、酸化剤の組成、二酸化チタンの量、及び水溶液のｐＨを変えることにより、実施例及び比較例の実験を行った。表１に、各実施例及び比較例における実験条件及びシアヌル酸の分解率を示す。
【００１３】
【表１】
【００１４】
実施例である試料１〜６において、水溶液のｐＨを１２とした。また、試料１〜５において二酸化チタンの量を２ｇ／Ｌとして、試料６において二酸化チタンの量を０．６ｇ／Ｌとした。
【００１５】
そして、試料１では、シアヌル酸の分解率は１００％であった。このときの酸化剤の組成は、オゾン（Ｏ３）が２５重量ｐｐｍ、酸素（Ｏ２）が７重量ｐｐｍ、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）が５４４重量ｐｐｍであった。
【００１６】
また、試料２，３ではシアヌル酸の分解率は７０％であった。このときの酸化剤の組成は、過酸化水素が２４０重量ｐｐｍ、２０４００重量ｐｐｍであった点を除いて、試料１と同様であった。
【００１７】
また、試料４，５ではシアヌル酸の分解率は８０％であった。このときの酸化剤の組成は、過酸化水素が３１０重量ｐｐｍ、４４２０重量ｐｐｍであった点を除いて、試料１と同様であった。
【００１８】
また試料６では、二酸化チタンの量が少ないにもかかわらず、シアヌル酸の分解率は４４％であった。なお酸化剤の組成は、試料１と同様である。
【００１９】
一方、比較例である試料７では、酸化剤にはオゾンが２５重量ｐｐｍ、酸素が７重量ｐｐｍ含まれていたが、過酸化水素が含まれていなかったため、他の条件が試料１と同様であったにもかかわらず、シアヌル酸の分解率は４０％であった。
【００２０】
また比較例である試料８では、水溶液のｐＨが４であったため、他の実験条件が試料１と同様であったにもかかわらず、シアヌル酸の分解率は０％であった。
【００２１】
また比較例である試料９では、酸化剤には酸素が７重量ｐｐｍ含まれていたが、オゾン及び過酸化水素が含まれていなかったため、他の条件が試料１と同様であったにもかかわらず、シアヌル酸の分解率は３０％であった。
【００２２】
（実施例２）
実施例１の試料１と同様の条件において、二酸化チタンの量を変化させることにより、ビスフェノールＡの分解反応速度定数を測定した。結果を図１のグラフに示す。このグラフから、試料１と同様の条件においては、ビスフェノールＡの分解速度定数は、二酸化チタンの濃度が２ｇ／Ｌのときが最も大きいことがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】ビスフェノールＡの分解速度定数の二酸化チタン濃度依存性を示すグラフである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化剤及び被分解物を含む水溶液中に浸漬された光触媒に光を照射することにより、前記被分解物を光分解する工程を有し、
前記光触媒は、二酸化チタンを含んでおり、
前記水溶液のｐＨは６以上であり、
前記酸化剤として、オゾンを前記水溶液に対して1０重量ｐｐｍ以上５０重量ｐｐｍ以下、酸素を前記水溶液に対して５重量ｐｐｍ以上３０重量ｐｐｍ以下、過酸化水素を前記水溶液に対して２００重量ｐｐｍ以上２５０００重量ｐｐｍ以下含有している光分解方法。
【請求項２】
請求項１に記載の光分解方法において、前記酸化剤は、過酸化水素を前記水溶液に対して３００重量ｐｐｍ以上５０００重量ｐｐｍ以下含有している光分解方法。
【請求項３】
請求項２に記載の光分解方法において、
前記水溶液のｐＨは１３以下である光分解方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一つに記載の光分解方法において、
前記被分解物は、下記一般式（１）
【化１】
（式中、ＸはＣｌ、Ｂｒ、ＯＣＨ３、又はＳＣＨ３を表す。Ｒ１は、ＣＨ３、Ｃ２Ｈ５、Ｃ３Ｈ７、又はＣＨ（ＣＨ３）２を表す。Ｒ２は、Ｈ、ＣＨ３、Ｃ２Ｈ５、Ｃ３Ｈ７、又はＣＨ（ＣＨ３）２を表す。Ｒ３は、ＣＨ３、Ｃ２Ｈ５、Ｃ３Ｈ７、又はＣＨ（ＣＨ３）２を表す。）
で示される構造を１種以上有する化合物を含有する光分解方法。
【請求項１】
酸化剤及び被分解物を含む水溶液中に浸漬された光触媒に光を照射することにより、前記被分解物を光分解する工程を有し、
前記光触媒は、二酸化チタンを含んでおり、
前記水溶液のｐＨは６以上であり、
前記酸化剤として、オゾンを前記水溶液に対して1０重量ｐｐｍ以上５０重量ｐｐｍ以下、酸素を前記水溶液に対して５重量ｐｐｍ以上３０重量ｐｐｍ以下、過酸化水素を前記水溶液に対して２００重量ｐｐｍ以上２５０００重量ｐｐｍ以下含有している光分解方法。
【請求項２】
請求項１に記載の光分解方法において、前記酸化剤は、過酸化水素を前記水溶液に対して３００重量ｐｐｍ以上５０００重量ｐｐｍ以下含有している光分解方法。
【請求項３】
請求項２に記載の光分解方法において、
前記水溶液のｐＨは１３以下である光分解方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一つに記載の光分解方法において、
前記被分解物は、下記一般式（１）
【化１】
（式中、ＸはＣｌ、Ｂｒ、ＯＣＨ３、又はＳＣＨ３を表す。Ｒ１は、ＣＨ３、Ｃ２Ｈ５、Ｃ３Ｈ７、又はＣＨ（ＣＨ３）２を表す。Ｒ２は、Ｈ、ＣＨ３、Ｃ２Ｈ５、Ｃ３Ｈ７、又はＣＨ（ＣＨ３）２を表す。Ｒ３は、ＣＨ３、Ｃ２Ｈ５、Ｃ３Ｈ７、又はＣＨ（ＣＨ３）２を表す。）
で示される構造を１種以上有する化合物を含有する光分解方法。
【図１】
【公開番号】特開２０１０−２２９５８（Ｐ２０１０−２２９５８Ａ）
【公開日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１８８４４６（Ｐ２００８−１８８４４６）
【出願日】平成２０年７月２２日（２００８．７．２２）
【出願人】（８００００００８０）タマティーエルオー株式会社 (255)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月２２日（２００８．７．２２）
【出願人】（８００００００８０）タマティーエルオー株式会社 (255)
【Ｆターム（参考）】
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