有害物質の分解装置及び分解方法
【課題】大気中に排出される化学物質を高効率に分解する安価な分解装置を提供する。
【解決手段】大気中に含まれる有害物質を光触媒で分解し除去する分解装置１Ａであって、光触媒を有する光触媒部２と、光触媒部２に、有害物質を含む導入ガスＤＧを導入する導入部と、光触媒部に光を照射する光源４，５と、少なくとも光触媒部２を加熱する加熱装置７と、を備え、光触媒部２を加熱し、且つ光触媒部２に光を照射しつつ、有害物質と光触媒とを接触させることを特徴とする。
【解決手段】大気中に含まれる有害物質を光触媒で分解し除去する分解装置１Ａであって、光触媒を有する光触媒部２と、光触媒部２に、有害物質を含む導入ガスＤＧを導入する導入部と、光触媒部に光を照射する光源４，５と、少なくとも光触媒部２を加熱する加熱装置７と、を備え、光触媒部２を加熱し、且つ光触媒部２に光を照射しつつ、有害物質と光触媒とを接触させることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有害物質の分解装置及び分解方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の環境意識の高まりから、産業設備から大気中に排出される化学物質が問題視されることが多くなってきている。
【０００３】
このような化学物質としては、例えば印刷工場、印刷工場、クリーニング店、ゴム工場などから多く排出されるトルエンやイソプロピルアルコールなどの揮発性有機化合物（ＶＯＣ）、汚水処理場や畜産関連施設、医療施設等から排出される臭気などが挙げられる。更には、集会場やレストラン等の施設から排出されるたばこの煙や、プラスチック加工場や塗料を用いる作業場から排出される微小な樹脂（プラスチック）の粉じんなども問題となる場合がある。
【０００４】
これらのうち、例えば、ＶＯＣについては大気汚染防止法において規制対象・基準値が決められている。しかし、ＶＯＣに由来して、光化学スモッグの原因となる光化学オキシダントが発生したり、浮遊粒子状物質（Suspended Particulate Matter：ＳＰＭ）が発生したりすることが知られており、人体への悪影響が懸念されていることから、大気汚染防止法を改正し規制を厳しくするという動きがある。このような動きの中には、中小規模の工場や事業所（以下、中小事業所）への排出量制限の動きも含まれる。中小事業所については、２０１０年度からＶＯＣ排出量の削減規定が適用されることから、削減目標を達成するために早急な対策が求められている。
【０００５】
従来、ＶＯＣの排出量削減方法としては、主にＶＯＣを燃焼させる事でＣＯ２と水とにまで酸化・分解する方法が取られている。その方法として、ＶＯＣを含む空気を火炎に接触させ直接燃焼させる方法（直接燃焼法）や、金属触媒を用いることで直接燃焼法より低温でＶＯＣを酸化分解する方法（触媒燃焼法）が用いられている。その他にも、セラミックなどの蓄熱体を用い、蓄熱体による熱交換によりＶＯＣを含む空気を昇温させてＶＯＣを酸化分解させる方法（蓄熱式燃焼法）や、吸着剤にＶＯＣを吸着させた後に、加熱空気で脱着し燃焼法にて酸化分解させる方法（吸着式濃縮燃焼法）などが知られている。現在は、これら各種の燃焼法を原理とした処理装置が普及しており、ＶＯＣの排出量削減に効果を示している。
【０００６】
更に近年では、上記のような燃焼法の他に、酸化チタンなどの光触媒の強い酸化作用を利用し、ＶＯＣを酸化し分解することが提案されている。例えば、特許文献１には、管状の筐体の中に紫外線ランプと光触媒とを入れ、紫外線を照射しながら管内に揮発性有機化合物を含むガスを通過させることで、揮発性有機化合物を分解する揮発性有機化合物の分解除去装置が示されている。また、特許文献２では、１５０〜６００℃に加熱した酸化チタンにＶＯＣを接触させることで、ＶＯＣを分解する方法が示されている。
【特許文献１】特開平９−１５５１６０号公報
【特許文献２】特開２００８−１９４６８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
中小事業所は、大規模な事業所と比べると圧倒的に数が多い上に、設備投資や設備維持にかけることができる経済的な余裕が少ない場合が多い。そのため、導入コストやランニングコストが小さい安価な装置が求められている。更には、従業員数が少なくメンテナンスのために人員を割きにくいため、メンテナンスフリーであることが望まれる。
【０００８】
しかしながら、現在普及している処理装置は、大規模な工場から大量に排出される化学物質を処理するために開発された大型設備が多いため、導入コストやランニングコストが大きく、中小事業所で導入しやすいものとはなっていない。上述した燃焼法の中では、金属触媒を用いた触媒燃焼法が処理効率の上で秀でていることが知られているが、触媒に用いるＰｔ，Ｐｄ，Ｒｈ等の金属はいずれも非常に高価であり、また、使用に伴い触媒表面に触媒毒が付着するために頻繁に取り替える必要が生じるなど、中小事業所に適した処理方法となっていない。
【０００９】
また、特許文献１に記載された光触媒は、酸化作用が非常に強力であることは知られている一方で、照射した光量に対する分解反応の効率（量子収率）が非常に悪いことも知られている。したがって、中小事業所で行われる生産活動で排出されるＶＯＣを分解し、削減目標を達成可能なほどの高効率な分解処理は達成出来ていない。特許文献２に記載された方法では、良好な分解を実現するためには５００℃程度にまで酸化チタンを加熱する必要があり、加熱に必要なエネルギーのためにランニングコストが増大する。
【００１０】
このような課題は、排出される化学物質がＶＯＣである場合に限るものではなく、臭気やたばこの煙や樹脂の粉じんが排出される各種の設備であっても同様の課題を抱えている。即ち、現在普及している処理装置は、コスト面において中小事業所の要望に応えるものとなっておらず、中小事業所から大気中に排出される化学物質の削減推進が困難となっている。
【００１１】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、大気中に排出される化学物質を高効率に分解する安価な分解装置を提供することを目的とする。更には、高効率な化学物質の分解を実現する化学物質の分解方法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】
【００１２】
発明者らは、上記の課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、酸化チタン触媒に光照射を行って化学物質を分解する際に、酸化チタン触媒を加熱しておくと分解反応の効率が飛躍的に高まることを見出した。すなわち、加熱した酸化チタンに光照射を行うと、それぞれ加熱のみ、光照射のみを酸化チタンに施した場合と比べ、極めて高効率な分解反応が可能であり、本発明はこの新たに見出した現象を利用したものである。
【００１３】
すなわち、上記の課題を解決するため、本発明の分解装置は、大気中に含まれる有害物質を光触媒で分解し除去する分解装置であって、前記光触媒を有する光触媒部と、前記光触媒部に、前記有害物質を含む導入ガスを導入する導入部と、前記光触媒部に光を照射する光源と、少なくとも前記光触媒部を加熱する加熱装置と、を備え、前記光触媒部を加熱し、且つ前記光触媒部に光を照射しつつ、前記有害物質と前記光触媒とを接触させることを特徴とする。
この構成によれば、酸化チタンに加熱と光照射とを行うことができ、熱および光のエネルギーの相乗効果により良好な分解反応が可能な分解装置とすることができる。
【００１４】
本発明においては、前記光触媒として用いる酸化チタンが、２０℃以上２３０℃以下の温度に加熱されていることが望ましい。
酸化チタンの温度が２０℃未満の場合は、熱エネルギーが不足し、通常の光照射と変わりない効果しか得られない。また、酸化チタンの温度が２３０℃を超える場合には、加熱に用いるエネルギーが過大となるため、加熱に要するランニングコストが増大するため不適である。この構成のような温度条件で酸化チタンを加熱し、同時に紫外線照射を行って分解処理を行うことで、熱および光のエネルギーの相乗効果により高効率な分解処理を実現することができる。
【００１５】
本発明においては、前記光触媒部の上流側の前記導入部に、前記導入ガスを加熱する予備加熱部を有することが望ましい。
この構成によれば、予め加熱した導入ガスを光触媒部に供給することができるため、導入する導入ガスによって光触媒部の温度が低下してしまうことを防ぎ、良好な分解処理を行うことが可能な分解装置とすることができる。
【００１６】
本発明においては、前記予備加熱部は、前記光触媒部を通過した気体を用いて前記光触媒部に導入される前記導入ガスを加熱する熱交換部であることが望ましい。
この構成によれば、加熱された光触媒部を通過した気体が内包している熱エネルギーを回収することができるため、導入ガスを加熱するために必要とするエネルギーを低減させることができる。そのため、維持費を下げることができると共に、良好に化学物質を分解反応する分解装置とすることができる。
【００１７】
また、本発明の化学物質の分解方法は、酸化チタンを用い、大気中に含まれる有害物質を光触媒で分解し除去する分解方法であって、２０℃以上２３０℃以下の温度に加熱された前記酸化チタンに光を照射し、当該酸化チタンに前記被処理物質を接触させることを特徴とする。
この方法によれば、酸化チタンの加熱による活性化と、酸化チタンへの光照射による活性化とが同時に生じ、熱および光のエネルギーの相乗効果により触媒効果が活性化するため、飛躍的に分解効率を高めることができる分解方法とすることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、安価な酸化チタンを化学物質の分解反応の触媒として用い、酸化チタンを２０〜２３０℃という低温で加熱しながら光照射することにより、高効率な化学物質の分解が可能な分解装置を提供することができる。更には、酸化チタンの加熱と光照射とを組み合わせることで、酸化チタンを用いた分解反応では従来にない高効率な分解を実現する化学物質の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】
【００１９】
［第１実施形態］
以下、図１を参照しながら本発明の第１実施形態に係る化学物質の分解装置について説明する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の膜厚や寸法の比率などは適宜異ならせてある。
【００２０】
ここで、本発明の分解装置が分解可能な「有害物質」としては、大気汚染防止法で規定される揮発性有機化合物や、悪臭防止法で規定される特定悪臭物質の他に、生ゴミ臭や畜産関連施設からの臭気、医療施設の薬品臭や医療施設で用いられる設備の排気に含まれる各種薬品、その他たばこの煙、樹脂粉じん、ＰＣＢなど、産業施設等から排出される排気に含まれる各種の化学物質が対象となり、固体、液体、気体を問わない。以下の説明では、これらの化学物質を含む空気のことを「導入ガス」と称する。本発明の分解装置は、大気中に含まれる有害物質を分解する機能を有する。
【００２１】
図１は、本実施形態の分解装置１Ａを示す模式図である。分解装置１Ａは、光透過性の筐体に光触媒が充填された光触媒部２、分解装置１Ａに導入される導入ガスを予め加熱しておくための熱気化室（予備加熱部）６を備え、それぞれに配管１２，１６，１８が接続されている。また、光触媒部２に近接して光触媒部２に光を照射する光源４，５が設けられており、光触媒部２、光源４，５は筐体１０の中に収納されている。
【００２２】
筐体１０の内部は、筐体の内壁に取り付けられた加熱装置７により加熱可能となっており、同様に、熱気化室６の内部は、筐体の内壁に取り付けられた加熱装置８により加熱可能となっている。
以下、各構成について、導入ガスが分解装置１Ａ内を通過する順に説明する。
【００２３】
まず、配管（導入部）１２の端部である流入口１２ａから供給される導入ガスＤＧは、熱気化室６内に導入される。熱気化室６は、導入ガスＤＧを予備的に加熱するために設けられており、導入ガスＤＧは予め設定された熱気化室６内の温度にまで昇温される。導入ガスＤＧに含まれる有害物質の沸点が高く、配管内で結露しやすいものであっても、熱気化室６内で加熱されるために、有害物質の気化が促進され、良好に下流の光触媒部２に供給することが出来る。
【００２４】
熱気化室６に設けられた加熱装置８は、側壁に取り付けられた熱源である電熱ヒータ（ヒータ）８ａと、内温を設定温度に管理するためにヒータ８ａの駆動を制御する温度制御装置８ｂと、を有している。本実施形態の温度制御装置８ｂは、熱気化室６の内温を１５０℃となるように制御している。
【００２５】
熱気化室６で予備加熱されたガスは、配管（導入部）１６を介して筐体１０内に配置された光触媒部２へ供給される。筐体１０の内壁には加熱装置７が配置されており、筐体１０内部が加熱されている。加熱装置７は、筐体１０の側壁に取り付けられた電熱ヒータ（ヒータ）７ａと温度制御装置７ｂとを有している。ヒータ７ａは、筐体１０内部を加熱し、内部温度を室温よりも高い温度にまで加熱するために設けられている。ヒータ７ａによって筐体１０内の空気が加熱されると、間接的に光触媒部２が加熱されることとなる。
【００２６】
温度制御装置７ｂは、光触媒部２の温度が設定温度となるようにヒータ７ａの駆動を制御する。また、温度制御装置７ｂへ接続される温度センサを筐体１０の内部側壁や光触媒ユニット２ａに設け、測定される温度に応じてヒータ７ａの駆動をフィードバック制御することとしても良い。
【００２７】
筐体１０は、加熱装置７により加熱された内部の空気が漏れ出さないように気密性高く設けられていると良い。また、筐体１０の内部が加熱されるため、筐体１０の壁面は断熱構造を有していることが望ましい。断熱構造としては、通常知られた構造であれば用いることができ、筐体１０を構成する壁材が２重構造となっていて断熱空気層を挟持している構造や、発泡樹脂のような断熱材を用いた構造などを挙げることができる。筐体１０は遮光性を有していても良く、また透光性を有していても構わない。
【００２８】
配管１６と接続する光触媒部２は、複数（ここでは５本）の光触媒ユニット２ａを有している。各々の光触媒ユニット２ａは、下流側が５本に分岐した配管１６の下流側端部のそれぞれと接続している。光触媒ユニット２ａは、光透過性の筐体の内部に光触媒が充填されたものを使用することができる。本実施形態では、５本の光触媒ユニット２ａが各々並列に配置されており、それぞれの光触媒ユニット２ａで導入ガスに含まれる化学物質を並列に分解処理している。
【００２９】
光触媒ユニット２ａが有する光透過性の筐体としては、例えば、光触媒の触媒作用にて分解されない素材で形成された、両端が開口している管状のものを用いることができる。このような素材としては、ガラスや石英などの無機物をあげることができるが、紫外線を吸収しない石英を形成材料とする方が好ましい。
【００３０】
光触媒ユニット２ａで用いられる光触媒としては、酸化チタンを挙げることができる。光触媒として用いる酸化チタンは、通常知られるようにバンドギャップが小さく光照射により触媒作用を発現しやすいアナタース型の結晶構造のものを用いることが望ましい。また、酸化チタンの表面積を増やし反応効率を高める目的で、粒状の酸化チタンを用いても良く、同様の目的により、広い表面積を有する担体の表面に酸化チタンを付着させたものを用いても良い。
【００３１】
酸化チタンを付着させる担体としては、円柱状、球状、ハニカム状、板状など所望の形状のものを用いることができる。これらの担体の表面に酸化チタンを付着させた後に、担体と共に上記光透過性の筐体に充填して、光触媒ユニット２ａとすることができる。担体の形成材料としては、例えば光触媒の触媒作用にて分解されないセラミックなどを用いることができる。
【００３２】
光源４，５は、光触媒部２に触媒活性を生じさせるための光Ｌを照射するものである。本実施形態の分解装置１Ａでは、光源４，５に紫外線を照射する紫外線ランプを用い、光触媒部２を挟んで両側から紫外線（光）Ｌを照射する。光触媒部２に紫外線Ｌが照射されると、光触媒ユニット２ａ内の酸化チタンは触媒活性を発現する。
【００３３】
発明者らの検討により、酸化チタンを加熱し同時に紫外線照射を行って分解処理を行うと、通常の室温条件下で紫外線照射を行う場合と比べ、熱および光のエネルギーの相乗効果により高効率な分解処理が実現可能であることが分かった。この検討結果を受け、分解装置１Ａの温度制御装置７ｂは、光触媒部２の設定温度を２０℃以上２３０℃以下に管理することとしている。本実施形態の温度制御装置７ｂは、設定温度が１５０℃となっている。
【００３４】
酸化チタンの温度が２０℃未満の場合は、熱エネルギーが不足するため、通常の光照射と変わりない効果しか得られない。また、酸化チタンの温度が２３０℃を超える場合には、加熱に用いるエネルギーが過大となるため、加熱に要するランニングコストが増大するため不適である。したがって、上記のような温度条件で酸化チタンを加熱し、同時に紫外線照射を行って分解処理を行うことで、熱および光のエネルギーの相乗効果により高効率な分解処理を実現することができる。また、供給される導入ガスＤＧは、熱気化室６において予備的に加熱されているため、導入ガスＤＧによって光触媒部２が冷却されてしまうことなく、良好な加熱状態を保ったまま分解処理が可能となる。
【００３５】
上記のような条件で加熱され、且つ紫外線が照射された光触媒部２において化学物質を分解する。各々の光触媒ユニット２ａの下流側は、各々上流側が５本に分岐した配管１と接続しており、配管１８を介して配管１８の端部である排出口１８ａから化学物質が除かれた無害化されたガス（無害化ガス）ＣＧが排出される。
【００３６】
その他、分解装置１Ａには、導入ガスＤＧを光触媒部２へ供給するために導入ガスＤＧを押し出すブロアーを配管１２に接続することとしても良い。また、熱気化室６の上流側に導入ガス濃度を調節するためのバッファタンクを設けることとしても構わない。
本実施形態の分解装置１Ａは、以上のような構成となっている。
【００３７】
以上のような構成の分解装置１Ａによれば、光触媒部２の光触媒である酸化チタンに加熱と紫外線照射とを行うことができ、熱および光のエネルギーの相乗効果により良好な分解反応が可能な分解装置１Ａとすることができる。
【００３８】
また、以上のような分解方法では、光触媒部２の光触媒である酸化チタンを加熱により活性化すると共に、光照射によっても活性化させる。その結果、酸化チタンは、熱および光のエネルギーの相乗効果により触媒効果が活性化するため、飛躍的に分解効率を高めることが可能な分解方法とすることができる。
【００３９】
なお、本実施形態においては、通電することで発熱する電熱ヒータを熱源として用いたが、ヒータの代わりにバーナーを配置し、バーナーで燃やす炎によって導入ガスＤＧや筐体１０内の空気を加熱することとしても良い。
【００４０】
また、本実施形態においては、加熱装置７により筐体１０内の空気を加熱することにより間接的に光触媒部２を加熱することとしたが、これに限らない。例えば、光源４，５のうち一方を赤外線を照射する赤外線ランプとし、赤外線を照射することで光触媒部２を加熱することとしても良い。もちろん、紫外線を照射する光源４，５の他に、赤外線を照射し光触媒部２を加熱する赤外線ランプを別途設ける事としても構わない。更には、光触媒ユニット２ａに電熱線などの加熱装置を取り付け、直接加熱することとしても良い。いずれにおいても、光触媒部２に対する紫外線照射を遮るような構成ではなく、また、複数の光触媒ユニット２ａ毎に温度ムラが生じないように加熱を行うと良いのは言うまでもない。
【００４１】
また、本実施形態においては、光源４，５を筐体１０の内部に収容することとしているが、筐体１０の外から光触媒部２に光を照射することとしても良い。
【００４２】
また、本実施形態においては、光触媒部２に紫外線を照射することとしたが、可視光線を照射して触媒活性を発現させることもできる。通常の光触媒では、光触媒活性を発現するためには紫外線照射が必要であることが知られているが、加熱した光触媒部２に蛍光灯から可視光線領域の波長の光を照射しても触媒活性を発現することを確認した。
【００４３】
［第２実施形態］
図２は、本発明の第２実施形態に係る分解装置１Ｂの説明図である。分解装置１Ｂは、光触媒部２２、光源２４、加温浴２６、加熱装置３０を備えている。以下、各構成について説明する。
【００４４】
光触媒部２２は、２つのＵ字管の一端同士が更なるＵ字管で連結された、略Ｗ字状の曲がったガラス管に、前述の光触媒を充填して形成されている。両端には配管３２、３４が接続されており、配管（導入部）３２の端部である流入口３２ａから光触媒部２２に導入ガスＤＧが導入され、導入ガスＤＧに含まれる化学物質が分解された後、配管３４の端部である排出口３４ａから無害化ガスＣＧが排出される。光触媒部２２のガラス管、および配管３２，３４は、分解装置１Ｂの装置本体２１を構成している。
【００４５】
光源２４は、光触媒部２２に光を照射し触媒活性を起こすために設けられる。第１実施形態の光源４，５と同様の装置を用いることができる。
【００４６】
加温浴２６は、内部に貯留する熱媒体２８を用いて光触媒部２２を加熱する。熱媒体２８は、湯やシリコーンオイル等を用いることができ、光触媒部２２の加熱温度によって変更することができる。
【００４７】
加熱装置３０は、ヒータ３０ａと温度制御装置３０ｂとを有しており、熱媒体２８を加熱する。
分解装置１Ｂは、以上のような構成となっている。
【００４８】
以上のような構成の分解装置１Ｂであっても同様に、光触媒部を加熱しながら光照射することで、良好に化学物質を分解反応する分解装置とすることができる。
【００４９】
［第３実施形態］
図３は、本発明の第３実施形態に係る分解装置１Ｃの説明図である。分解装置１Ｃは、管状の装置本体４１を有しており、装置本体４１の一端に設けられた流入口４１ａから導入ガスＤＧが導入され、導入ガスＤＧに含まれる化学物質が分解された後、他端に設けられた排出口４１ｂから無害化ガスＣＧが排出される構成となっている。
【００５０】
分解装置１Ｃの装置本体４１は、内部に設けられた光触媒部４２の上流側（導入部）の一部を下流側の一部が貫いており、この上流と下流との重なり部分は熱交換部４６となっている。熱交換部４６は導入ガスＤＧの予備加熱部として機能しており、流入口４１ａから導入される導入ガスＤＧは、熱交換部４６において無害化ガスＣＧにより予備的に加熱される。
【００５１】
熱交換部４６の下流側には、加熱装置４４が配置された加熱部４７が設けられ、導入ガスＤＧを加熱しており、加熱部４７の下流側には、光触媒部４２、光源４３が配置された分解部４８が設けられ、加熱された導入ガスに含まれる化学物質を酸化・分解している。光触媒部４２は、導入ガスにより適温に加熱されている。
【００５２】
加熱装置４４は、ヒータ４４ａと温度制御装置４４ｂと、温度制御装置４４ｂに接続された温度センサ４５ａ，４５ｂを有している。温度センサ４５ａは光触媒部４２の上流側、温度センサ４５ｂは光触媒部４２の下流側にそれぞれ配置され、検知する温度に基づいて、温度制御装置４４ｂがヒータ４４ａを制御し、光触媒部４２および導入ガスＤＧの温度が導入ガスに含まれる化学物質に適した処理温度となるように導入ガスＤＧを加熱する。
【００５３】
光触媒部４２の上流側には、光触媒部４２に供給される導入ガス中に含まれる砂埃等を除去するためのフィルタ４９を備えていると、光触媒部４２の表面が汚染されず好ましい。
分解装置１Ｃは、以上のような構成となっている。
【００５４】
以上のような構成の分解装置１Ｃは、熱交換部４６を有し導入ガスＤＧが熱エネルギーを回収しているため、加熱部４７で必要とするエネルギーを低減させることができる。そのため、維持費を下げることができると共に、良好に化学物質を分解反応する分解装置とすることができる。
【００５５】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【実施例】
【００５６】
次に、実施例をあげて本発明を説明するが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。
【００５７】
（装置構成）
本実施例では、前述の第１実施形態に示した分解装置１Ａを用いた。
実施例では、光触媒ユニットに使用する酸化チタンとして、堺化学工業（株）の球状酸化チタンＣＳ−３００Ｓ−２４（アナタース型１００％、直径２〜４ｍｍ）を用いた。このような酸化チタンを内径１５ｍｍ〜３０ｍｍ×長さ８０ｃｍのガラス管に充填し、評価用の光触媒ユニットとして用いた。ここでは、内径２５ｍｍのガラス管を用いた場合の結果を示す。
【００５８】
また、光触媒ユニットに照射する光として紫外線を使用した。紫外線の光源として、東芝ライテック（株）社製の捕虫器用蛍光ランプＦＬ３０ＳＢＬを用いた。
【００５９】
（被処理物）
本実施例では、導入ガスのモデルを作成して、評価を行った。ここでは、被処理物質（化学物質）として酸化エチレンを選択し、一定量を気化させる事で酸化エチレンと空気とを所定の濃度となるように混合して混合ガスを作成した。
【００６０】
（測定装置）
実験結果は、以下の測定装置を用いて測定した。
光触媒ユニット内を流通させる混合ガスの流量（Ｌ／ｍｉｎ）は、流量計として日本パナメトリックス（株）社製のクランプオン方式超音波ガス流量計ＧＣ８６８を用い、光触媒ユニットの出口にて測定した。
混合ガスの排出炭素濃度（ｐｐｍＣ）は、ＶＯＣ計として堀場製作所（株）社製のＦＩＤ法ポータブルＶＯＣ分析計（ＦＶ−２５０）及び新コスモス電機（株）社製の高感度ポータブル型ＴＶＯＣ（総揮発性有機化合物）検知器ＸＰ−３３９Ｖを用いて測定した。測定に際しては、あらかじめ既知の濃度の酸化エチレン混合ガスを用いて校正曲線を作成した上で使用した。
【００６１】
（処理条件）
作成した混合ガスを、所定流量にて光触媒ユニットへ導入し、混合ガスに含まれる酸化エチレンの分解処理を行った。光触媒ユニット内を通過した混合ガスをサンプリングし、サンプルに含まれる酸化エチレン量をＶＯＣ計にて測定して、光触媒ユニットによる処理能力を確認した。本実施例においては、混合ガスの濃度および流量、光触媒ユニットの温度、を変更し、各々の条件における本発明の効果を確認した。各設定値は、図４に示す通りである。
【００６２】
光触媒ユニットによる酸化エチレンの処理率（％）は、ＶＯＣ計で定量したＶＯＣ量から、以下の式１により求めた。
【００６３】
【数１】
【００６４】
以上のような処理条件にて処理を行った結果を図５の表に示す。比較例として、同じ装置を用いて紫外線照射は行うが光触媒ユニットの加熱を行わないもの（比較例１）、及び、紫外線照射を行わず光触媒ユニットの加熱のみ行うもの（比較例２）の結果を同時に示す。表には、上記式１にて求めた処理率が９９％以上となる流量を示している。
【００６５】
表に示すように、本実施例では７００ｐｐｍＣ〜２００００ｐｐｍＣの濃度の混合ガスを図４の表に示す範囲の流量で流した場合であっても、処理率９９％以上であることを確認した。一方で、比較例１，２では、７００ｐｐｍＣ〜２００００ｐｐｍＣの濃度の混合ガスをいずれも２Ｌ／ｍｉｎ以下としないと処理率９９％以上を達成することが出来なかった。
【００６６】
また、被処理物質を酸化エチレンからトルエンに換えて実験を行ったところ、光照射のみ、または加熱のみ行う方法と比べて、光照射と加熱とを併用した本発明の分解方法では高効率の処理が可能であることが同様に確かめられた。
【００６７】
この結果より、本発明の構成を備える分解方法の高い処理能力が確認でき、本発明の方法が課題解決に有効であることが確かめられた。
【００６８】
本実施例で用いた装置構成から、更に処理能力を高める場合には、例えば、光触媒ユニットの数を増やす、光触媒ユニットの内径を大きくする、といった変更により、導入ガスの流量を増やし光触媒と導入ガスに含まれる化学物質との接触面積を増やす構成とすると良い。また、光源から照射する光の波長、光量を変化させることとしても処理能力を制御することができる。本発明の分解装置にそのような変更を加えることで、例えば５０ｍ３／ｍｉｎという大容量の導入ガスを処理することも可能となり、目的とする中小事業所から排出される有害物質の分解処理を行い、排出量の削減を実現可能な分解装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る分解装置を示す模式図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る分解装置を示す模式図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係る分解装置を示す模式図である。
【図４】実施例の条件を示す表である。
【図５】実施例の結果を示す表である。
【符号の説明】
【００７０】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…分解装置、２，２２，４２…光触媒部、４，５，２４，４３…光源、６…熱気化室（予備加熱部）、７，３０，４４…加熱装置、１２ａ，３２ａ，４１ａ…流入口、１８ａ，３４ａ，４１ｂ…排出口、４６…熱交換部（予備加熱部）、ＤＧ…導入ガス、Ｌ…光（紫外線）、
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有害物質の分解装置及び分解方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の環境意識の高まりから、産業設備から大気中に排出される化学物質が問題視されることが多くなってきている。
【０００３】
このような化学物質としては、例えば印刷工場、印刷工場、クリーニング店、ゴム工場などから多く排出されるトルエンやイソプロピルアルコールなどの揮発性有機化合物（ＶＯＣ）、汚水処理場や畜産関連施設、医療施設等から排出される臭気などが挙げられる。更には、集会場やレストラン等の施設から排出されるたばこの煙や、プラスチック加工場や塗料を用いる作業場から排出される微小な樹脂（プラスチック）の粉じんなども問題となる場合がある。
【０００４】
これらのうち、例えば、ＶＯＣについては大気汚染防止法において規制対象・基準値が決められている。しかし、ＶＯＣに由来して、光化学スモッグの原因となる光化学オキシダントが発生したり、浮遊粒子状物質（Suspended Particulate Matter：ＳＰＭ）が発生したりすることが知られており、人体への悪影響が懸念されていることから、大気汚染防止法を改正し規制を厳しくするという動きがある。このような動きの中には、中小規模の工場や事業所（以下、中小事業所）への排出量制限の動きも含まれる。中小事業所については、２０１０年度からＶＯＣ排出量の削減規定が適用されることから、削減目標を達成するために早急な対策が求められている。
【０００５】
従来、ＶＯＣの排出量削減方法としては、主にＶＯＣを燃焼させる事でＣＯ２と水とにまで酸化・分解する方法が取られている。その方法として、ＶＯＣを含む空気を火炎に接触させ直接燃焼させる方法（直接燃焼法）や、金属触媒を用いることで直接燃焼法より低温でＶＯＣを酸化分解する方法（触媒燃焼法）が用いられている。その他にも、セラミックなどの蓄熱体を用い、蓄熱体による熱交換によりＶＯＣを含む空気を昇温させてＶＯＣを酸化分解させる方法（蓄熱式燃焼法）や、吸着剤にＶＯＣを吸着させた後に、加熱空気で脱着し燃焼法にて酸化分解させる方法（吸着式濃縮燃焼法）などが知られている。現在は、これら各種の燃焼法を原理とした処理装置が普及しており、ＶＯＣの排出量削減に効果を示している。
【０００６】
更に近年では、上記のような燃焼法の他に、酸化チタンなどの光触媒の強い酸化作用を利用し、ＶＯＣを酸化し分解することが提案されている。例えば、特許文献１には、管状の筐体の中に紫外線ランプと光触媒とを入れ、紫外線を照射しながら管内に揮発性有機化合物を含むガスを通過させることで、揮発性有機化合物を分解する揮発性有機化合物の分解除去装置が示されている。また、特許文献２では、１５０〜６００℃に加熱した酸化チタンにＶＯＣを接触させることで、ＶＯＣを分解する方法が示されている。
【特許文献１】特開平９−１５５１６０号公報
【特許文献２】特開２００８−１９４６８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
中小事業所は、大規模な事業所と比べると圧倒的に数が多い上に、設備投資や設備維持にかけることができる経済的な余裕が少ない場合が多い。そのため、導入コストやランニングコストが小さい安価な装置が求められている。更には、従業員数が少なくメンテナンスのために人員を割きにくいため、メンテナンスフリーであることが望まれる。
【０００８】
しかしながら、現在普及している処理装置は、大規模な工場から大量に排出される化学物質を処理するために開発された大型設備が多いため、導入コストやランニングコストが大きく、中小事業所で導入しやすいものとはなっていない。上述した燃焼法の中では、金属触媒を用いた触媒燃焼法が処理効率の上で秀でていることが知られているが、触媒に用いるＰｔ，Ｐｄ，Ｒｈ等の金属はいずれも非常に高価であり、また、使用に伴い触媒表面に触媒毒が付着するために頻繁に取り替える必要が生じるなど、中小事業所に適した処理方法となっていない。
【０００９】
また、特許文献１に記載された光触媒は、酸化作用が非常に強力であることは知られている一方で、照射した光量に対する分解反応の効率（量子収率）が非常に悪いことも知られている。したがって、中小事業所で行われる生産活動で排出されるＶＯＣを分解し、削減目標を達成可能なほどの高効率な分解処理は達成出来ていない。特許文献２に記載された方法では、良好な分解を実現するためには５００℃程度にまで酸化チタンを加熱する必要があり、加熱に必要なエネルギーのためにランニングコストが増大する。
【００１０】
このような課題は、排出される化学物質がＶＯＣである場合に限るものではなく、臭気やたばこの煙や樹脂の粉じんが排出される各種の設備であっても同様の課題を抱えている。即ち、現在普及している処理装置は、コスト面において中小事業所の要望に応えるものとなっておらず、中小事業所から大気中に排出される化学物質の削減推進が困難となっている。
【００１１】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、大気中に排出される化学物質を高効率に分解する安価な分解装置を提供することを目的とする。更には、高効率な化学物質の分解を実現する化学物質の分解方法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】
【００１２】
発明者らは、上記の課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、酸化チタン触媒に光照射を行って化学物質を分解する際に、酸化チタン触媒を加熱しておくと分解反応の効率が飛躍的に高まることを見出した。すなわち、加熱した酸化チタンに光照射を行うと、それぞれ加熱のみ、光照射のみを酸化チタンに施した場合と比べ、極めて高効率な分解反応が可能であり、本発明はこの新たに見出した現象を利用したものである。
【００１３】
すなわち、上記の課題を解決するため、本発明の分解装置は、大気中に含まれる有害物質を光触媒で分解し除去する分解装置であって、前記光触媒を有する光触媒部と、前記光触媒部に、前記有害物質を含む導入ガスを導入する導入部と、前記光触媒部に光を照射する光源と、少なくとも前記光触媒部を加熱する加熱装置と、を備え、前記光触媒部を加熱し、且つ前記光触媒部に光を照射しつつ、前記有害物質と前記光触媒とを接触させることを特徴とする。
この構成によれば、酸化チタンに加熱と光照射とを行うことができ、熱および光のエネルギーの相乗効果により良好な分解反応が可能な分解装置とすることができる。
【００１４】
本発明においては、前記光触媒として用いる酸化チタンが、２０℃以上２３０℃以下の温度に加熱されていることが望ましい。
酸化チタンの温度が２０℃未満の場合は、熱エネルギーが不足し、通常の光照射と変わりない効果しか得られない。また、酸化チタンの温度が２３０℃を超える場合には、加熱に用いるエネルギーが過大となるため、加熱に要するランニングコストが増大するため不適である。この構成のような温度条件で酸化チタンを加熱し、同時に紫外線照射を行って分解処理を行うことで、熱および光のエネルギーの相乗効果により高効率な分解処理を実現することができる。
【００１５】
本発明においては、前記光触媒部の上流側の前記導入部に、前記導入ガスを加熱する予備加熱部を有することが望ましい。
この構成によれば、予め加熱した導入ガスを光触媒部に供給することができるため、導入する導入ガスによって光触媒部の温度が低下してしまうことを防ぎ、良好な分解処理を行うことが可能な分解装置とすることができる。
【００１６】
本発明においては、前記予備加熱部は、前記光触媒部を通過した気体を用いて前記光触媒部に導入される前記導入ガスを加熱する熱交換部であることが望ましい。
この構成によれば、加熱された光触媒部を通過した気体が内包している熱エネルギーを回収することができるため、導入ガスを加熱するために必要とするエネルギーを低減させることができる。そのため、維持費を下げることができると共に、良好に化学物質を分解反応する分解装置とすることができる。
【００１７】
また、本発明の化学物質の分解方法は、酸化チタンを用い、大気中に含まれる有害物質を光触媒で分解し除去する分解方法であって、２０℃以上２３０℃以下の温度に加熱された前記酸化チタンに光を照射し、当該酸化チタンに前記被処理物質を接触させることを特徴とする。
この方法によれば、酸化チタンの加熱による活性化と、酸化チタンへの光照射による活性化とが同時に生じ、熱および光のエネルギーの相乗効果により触媒効果が活性化するため、飛躍的に分解効率を高めることができる分解方法とすることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、安価な酸化チタンを化学物質の分解反応の触媒として用い、酸化チタンを２０〜２３０℃という低温で加熱しながら光照射することにより、高効率な化学物質の分解が可能な分解装置を提供することができる。更には、酸化チタンの加熱と光照射とを組み合わせることで、酸化チタンを用いた分解反応では従来にない高効率な分解を実現する化学物質の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】
【００１９】
［第１実施形態］
以下、図１を参照しながら本発明の第１実施形態に係る化学物質の分解装置について説明する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の膜厚や寸法の比率などは適宜異ならせてある。
【００２０】
ここで、本発明の分解装置が分解可能な「有害物質」としては、大気汚染防止法で規定される揮発性有機化合物や、悪臭防止法で規定される特定悪臭物質の他に、生ゴミ臭や畜産関連施設からの臭気、医療施設の薬品臭や医療施設で用いられる設備の排気に含まれる各種薬品、その他たばこの煙、樹脂粉じん、ＰＣＢなど、産業施設等から排出される排気に含まれる各種の化学物質が対象となり、固体、液体、気体を問わない。以下の説明では、これらの化学物質を含む空気のことを「導入ガス」と称する。本発明の分解装置は、大気中に含まれる有害物質を分解する機能を有する。
【００２１】
図１は、本実施形態の分解装置１Ａを示す模式図である。分解装置１Ａは、光透過性の筐体に光触媒が充填された光触媒部２、分解装置１Ａに導入される導入ガスを予め加熱しておくための熱気化室（予備加熱部）６を備え、それぞれに配管１２，１６，１８が接続されている。また、光触媒部２に近接して光触媒部２に光を照射する光源４，５が設けられており、光触媒部２、光源４，５は筐体１０の中に収納されている。
【００２２】
筐体１０の内部は、筐体の内壁に取り付けられた加熱装置７により加熱可能となっており、同様に、熱気化室６の内部は、筐体の内壁に取り付けられた加熱装置８により加熱可能となっている。
以下、各構成について、導入ガスが分解装置１Ａ内を通過する順に説明する。
【００２３】
まず、配管（導入部）１２の端部である流入口１２ａから供給される導入ガスＤＧは、熱気化室６内に導入される。熱気化室６は、導入ガスＤＧを予備的に加熱するために設けられており、導入ガスＤＧは予め設定された熱気化室６内の温度にまで昇温される。導入ガスＤＧに含まれる有害物質の沸点が高く、配管内で結露しやすいものであっても、熱気化室６内で加熱されるために、有害物質の気化が促進され、良好に下流の光触媒部２に供給することが出来る。
【００２４】
熱気化室６に設けられた加熱装置８は、側壁に取り付けられた熱源である電熱ヒータ（ヒータ）８ａと、内温を設定温度に管理するためにヒータ８ａの駆動を制御する温度制御装置８ｂと、を有している。本実施形態の温度制御装置８ｂは、熱気化室６の内温を１５０℃となるように制御している。
【００２５】
熱気化室６で予備加熱されたガスは、配管（導入部）１６を介して筐体１０内に配置された光触媒部２へ供給される。筐体１０の内壁には加熱装置７が配置されており、筐体１０内部が加熱されている。加熱装置７は、筐体１０の側壁に取り付けられた電熱ヒータ（ヒータ）７ａと温度制御装置７ｂとを有している。ヒータ７ａは、筐体１０内部を加熱し、内部温度を室温よりも高い温度にまで加熱するために設けられている。ヒータ７ａによって筐体１０内の空気が加熱されると、間接的に光触媒部２が加熱されることとなる。
【００２６】
温度制御装置７ｂは、光触媒部２の温度が設定温度となるようにヒータ７ａの駆動を制御する。また、温度制御装置７ｂへ接続される温度センサを筐体１０の内部側壁や光触媒ユニット２ａに設け、測定される温度に応じてヒータ７ａの駆動をフィードバック制御することとしても良い。
【００２７】
筐体１０は、加熱装置７により加熱された内部の空気が漏れ出さないように気密性高く設けられていると良い。また、筐体１０の内部が加熱されるため、筐体１０の壁面は断熱構造を有していることが望ましい。断熱構造としては、通常知られた構造であれば用いることができ、筐体１０を構成する壁材が２重構造となっていて断熱空気層を挟持している構造や、発泡樹脂のような断熱材を用いた構造などを挙げることができる。筐体１０は遮光性を有していても良く、また透光性を有していても構わない。
【００２８】
配管１６と接続する光触媒部２は、複数（ここでは５本）の光触媒ユニット２ａを有している。各々の光触媒ユニット２ａは、下流側が５本に分岐した配管１６の下流側端部のそれぞれと接続している。光触媒ユニット２ａは、光透過性の筐体の内部に光触媒が充填されたものを使用することができる。本実施形態では、５本の光触媒ユニット２ａが各々並列に配置されており、それぞれの光触媒ユニット２ａで導入ガスに含まれる化学物質を並列に分解処理している。
【００２９】
光触媒ユニット２ａが有する光透過性の筐体としては、例えば、光触媒の触媒作用にて分解されない素材で形成された、両端が開口している管状のものを用いることができる。このような素材としては、ガラスや石英などの無機物をあげることができるが、紫外線を吸収しない石英を形成材料とする方が好ましい。
【００３０】
光触媒ユニット２ａで用いられる光触媒としては、酸化チタンを挙げることができる。光触媒として用いる酸化チタンは、通常知られるようにバンドギャップが小さく光照射により触媒作用を発現しやすいアナタース型の結晶構造のものを用いることが望ましい。また、酸化チタンの表面積を増やし反応効率を高める目的で、粒状の酸化チタンを用いても良く、同様の目的により、広い表面積を有する担体の表面に酸化チタンを付着させたものを用いても良い。
【００３１】
酸化チタンを付着させる担体としては、円柱状、球状、ハニカム状、板状など所望の形状のものを用いることができる。これらの担体の表面に酸化チタンを付着させた後に、担体と共に上記光透過性の筐体に充填して、光触媒ユニット２ａとすることができる。担体の形成材料としては、例えば光触媒の触媒作用にて分解されないセラミックなどを用いることができる。
【００３２】
光源４，５は、光触媒部２に触媒活性を生じさせるための光Ｌを照射するものである。本実施形態の分解装置１Ａでは、光源４，５に紫外線を照射する紫外線ランプを用い、光触媒部２を挟んで両側から紫外線（光）Ｌを照射する。光触媒部２に紫外線Ｌが照射されると、光触媒ユニット２ａ内の酸化チタンは触媒活性を発現する。
【００３３】
発明者らの検討により、酸化チタンを加熱し同時に紫外線照射を行って分解処理を行うと、通常の室温条件下で紫外線照射を行う場合と比べ、熱および光のエネルギーの相乗効果により高効率な分解処理が実現可能であることが分かった。この検討結果を受け、分解装置１Ａの温度制御装置７ｂは、光触媒部２の設定温度を２０℃以上２３０℃以下に管理することとしている。本実施形態の温度制御装置７ｂは、設定温度が１５０℃となっている。
【００３４】
酸化チタンの温度が２０℃未満の場合は、熱エネルギーが不足するため、通常の光照射と変わりない効果しか得られない。また、酸化チタンの温度が２３０℃を超える場合には、加熱に用いるエネルギーが過大となるため、加熱に要するランニングコストが増大するため不適である。したがって、上記のような温度条件で酸化チタンを加熱し、同時に紫外線照射を行って分解処理を行うことで、熱および光のエネルギーの相乗効果により高効率な分解処理を実現することができる。また、供給される導入ガスＤＧは、熱気化室６において予備的に加熱されているため、導入ガスＤＧによって光触媒部２が冷却されてしまうことなく、良好な加熱状態を保ったまま分解処理が可能となる。
【００３５】
上記のような条件で加熱され、且つ紫外線が照射された光触媒部２において化学物質を分解する。各々の光触媒ユニット２ａの下流側は、各々上流側が５本に分岐した配管１と接続しており、配管１８を介して配管１８の端部である排出口１８ａから化学物質が除かれた無害化されたガス（無害化ガス）ＣＧが排出される。
【００３６】
その他、分解装置１Ａには、導入ガスＤＧを光触媒部２へ供給するために導入ガスＤＧを押し出すブロアーを配管１２に接続することとしても良い。また、熱気化室６の上流側に導入ガス濃度を調節するためのバッファタンクを設けることとしても構わない。
本実施形態の分解装置１Ａは、以上のような構成となっている。
【００３７】
以上のような構成の分解装置１Ａによれば、光触媒部２の光触媒である酸化チタンに加熱と紫外線照射とを行うことができ、熱および光のエネルギーの相乗効果により良好な分解反応が可能な分解装置１Ａとすることができる。
【００３８】
また、以上のような分解方法では、光触媒部２の光触媒である酸化チタンを加熱により活性化すると共に、光照射によっても活性化させる。その結果、酸化チタンは、熱および光のエネルギーの相乗効果により触媒効果が活性化するため、飛躍的に分解効率を高めることが可能な分解方法とすることができる。
【００３９】
なお、本実施形態においては、通電することで発熱する電熱ヒータを熱源として用いたが、ヒータの代わりにバーナーを配置し、バーナーで燃やす炎によって導入ガスＤＧや筐体１０内の空気を加熱することとしても良い。
【００４０】
また、本実施形態においては、加熱装置７により筐体１０内の空気を加熱することにより間接的に光触媒部２を加熱することとしたが、これに限らない。例えば、光源４，５のうち一方を赤外線を照射する赤外線ランプとし、赤外線を照射することで光触媒部２を加熱することとしても良い。もちろん、紫外線を照射する光源４，５の他に、赤外線を照射し光触媒部２を加熱する赤外線ランプを別途設ける事としても構わない。更には、光触媒ユニット２ａに電熱線などの加熱装置を取り付け、直接加熱することとしても良い。いずれにおいても、光触媒部２に対する紫外線照射を遮るような構成ではなく、また、複数の光触媒ユニット２ａ毎に温度ムラが生じないように加熱を行うと良いのは言うまでもない。
【００４１】
また、本実施形態においては、光源４，５を筐体１０の内部に収容することとしているが、筐体１０の外から光触媒部２に光を照射することとしても良い。
【００４２】
また、本実施形態においては、光触媒部２に紫外線を照射することとしたが、可視光線を照射して触媒活性を発現させることもできる。通常の光触媒では、光触媒活性を発現するためには紫外線照射が必要であることが知られているが、加熱した光触媒部２に蛍光灯から可視光線領域の波長の光を照射しても触媒活性を発現することを確認した。
【００４３】
［第２実施形態］
図２は、本発明の第２実施形態に係る分解装置１Ｂの説明図である。分解装置１Ｂは、光触媒部２２、光源２４、加温浴２６、加熱装置３０を備えている。以下、各構成について説明する。
【００４４】
光触媒部２２は、２つのＵ字管の一端同士が更なるＵ字管で連結された、略Ｗ字状の曲がったガラス管に、前述の光触媒を充填して形成されている。両端には配管３２、３４が接続されており、配管（導入部）３２の端部である流入口３２ａから光触媒部２２に導入ガスＤＧが導入され、導入ガスＤＧに含まれる化学物質が分解された後、配管３４の端部である排出口３４ａから無害化ガスＣＧが排出される。光触媒部２２のガラス管、および配管３２，３４は、分解装置１Ｂの装置本体２１を構成している。
【００４５】
光源２４は、光触媒部２２に光を照射し触媒活性を起こすために設けられる。第１実施形態の光源４，５と同様の装置を用いることができる。
【００４６】
加温浴２６は、内部に貯留する熱媒体２８を用いて光触媒部２２を加熱する。熱媒体２８は、湯やシリコーンオイル等を用いることができ、光触媒部２２の加熱温度によって変更することができる。
【００４７】
加熱装置３０は、ヒータ３０ａと温度制御装置３０ｂとを有しており、熱媒体２８を加熱する。
分解装置１Ｂは、以上のような構成となっている。
【００４８】
以上のような構成の分解装置１Ｂであっても同様に、光触媒部を加熱しながら光照射することで、良好に化学物質を分解反応する分解装置とすることができる。
【００４９】
［第３実施形態］
図３は、本発明の第３実施形態に係る分解装置１Ｃの説明図である。分解装置１Ｃは、管状の装置本体４１を有しており、装置本体４１の一端に設けられた流入口４１ａから導入ガスＤＧが導入され、導入ガスＤＧに含まれる化学物質が分解された後、他端に設けられた排出口４１ｂから無害化ガスＣＧが排出される構成となっている。
【００５０】
分解装置１Ｃの装置本体４１は、内部に設けられた光触媒部４２の上流側（導入部）の一部を下流側の一部が貫いており、この上流と下流との重なり部分は熱交換部４６となっている。熱交換部４６は導入ガスＤＧの予備加熱部として機能しており、流入口４１ａから導入される導入ガスＤＧは、熱交換部４６において無害化ガスＣＧにより予備的に加熱される。
【００５１】
熱交換部４６の下流側には、加熱装置４４が配置された加熱部４７が設けられ、導入ガスＤＧを加熱しており、加熱部４７の下流側には、光触媒部４２、光源４３が配置された分解部４８が設けられ、加熱された導入ガスに含まれる化学物質を酸化・分解している。光触媒部４２は、導入ガスにより適温に加熱されている。
【００５２】
加熱装置４４は、ヒータ４４ａと温度制御装置４４ｂと、温度制御装置４４ｂに接続された温度センサ４５ａ，４５ｂを有している。温度センサ４５ａは光触媒部４２の上流側、温度センサ４５ｂは光触媒部４２の下流側にそれぞれ配置され、検知する温度に基づいて、温度制御装置４４ｂがヒータ４４ａを制御し、光触媒部４２および導入ガスＤＧの温度が導入ガスに含まれる化学物質に適した処理温度となるように導入ガスＤＧを加熱する。
【００５３】
光触媒部４２の上流側には、光触媒部４２に供給される導入ガス中に含まれる砂埃等を除去するためのフィルタ４９を備えていると、光触媒部４２の表面が汚染されず好ましい。
分解装置１Ｃは、以上のような構成となっている。
【００５４】
以上のような構成の分解装置１Ｃは、熱交換部４６を有し導入ガスＤＧが熱エネルギーを回収しているため、加熱部４７で必要とするエネルギーを低減させることができる。そのため、維持費を下げることができると共に、良好に化学物質を分解反応する分解装置とすることができる。
【００５５】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【実施例】
【００５６】
次に、実施例をあげて本発明を説明するが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。
【００５７】
（装置構成）
本実施例では、前述の第１実施形態に示した分解装置１Ａを用いた。
実施例では、光触媒ユニットに使用する酸化チタンとして、堺化学工業（株）の球状酸化チタンＣＳ−３００Ｓ−２４（アナタース型１００％、直径２〜４ｍｍ）を用いた。このような酸化チタンを内径１５ｍｍ〜３０ｍｍ×長さ８０ｃｍのガラス管に充填し、評価用の光触媒ユニットとして用いた。ここでは、内径２５ｍｍのガラス管を用いた場合の結果を示す。
【００５８】
また、光触媒ユニットに照射する光として紫外線を使用した。紫外線の光源として、東芝ライテック（株）社製の捕虫器用蛍光ランプＦＬ３０ＳＢＬを用いた。
【００５９】
（被処理物）
本実施例では、導入ガスのモデルを作成して、評価を行った。ここでは、被処理物質（化学物質）として酸化エチレンを選択し、一定量を気化させる事で酸化エチレンと空気とを所定の濃度となるように混合して混合ガスを作成した。
【００６０】
（測定装置）
実験結果は、以下の測定装置を用いて測定した。
光触媒ユニット内を流通させる混合ガスの流量（Ｌ／ｍｉｎ）は、流量計として日本パナメトリックス（株）社製のクランプオン方式超音波ガス流量計ＧＣ８６８を用い、光触媒ユニットの出口にて測定した。
混合ガスの排出炭素濃度（ｐｐｍＣ）は、ＶＯＣ計として堀場製作所（株）社製のＦＩＤ法ポータブルＶＯＣ分析計（ＦＶ−２５０）及び新コスモス電機（株）社製の高感度ポータブル型ＴＶＯＣ（総揮発性有機化合物）検知器ＸＰ−３３９Ｖを用いて測定した。測定に際しては、あらかじめ既知の濃度の酸化エチレン混合ガスを用いて校正曲線を作成した上で使用した。
【００６１】
（処理条件）
作成した混合ガスを、所定流量にて光触媒ユニットへ導入し、混合ガスに含まれる酸化エチレンの分解処理を行った。光触媒ユニット内を通過した混合ガスをサンプリングし、サンプルに含まれる酸化エチレン量をＶＯＣ計にて測定して、光触媒ユニットによる処理能力を確認した。本実施例においては、混合ガスの濃度および流量、光触媒ユニットの温度、を変更し、各々の条件における本発明の効果を確認した。各設定値は、図４に示す通りである。
【００６２】
光触媒ユニットによる酸化エチレンの処理率（％）は、ＶＯＣ計で定量したＶＯＣ量から、以下の式１により求めた。
【００６３】
【数１】
【００６４】
以上のような処理条件にて処理を行った結果を図５の表に示す。比較例として、同じ装置を用いて紫外線照射は行うが光触媒ユニットの加熱を行わないもの（比較例１）、及び、紫外線照射を行わず光触媒ユニットの加熱のみ行うもの（比較例２）の結果を同時に示す。表には、上記式１にて求めた処理率が９９％以上となる流量を示している。
【００６５】
表に示すように、本実施例では７００ｐｐｍＣ〜２００００ｐｐｍＣの濃度の混合ガスを図４の表に示す範囲の流量で流した場合であっても、処理率９９％以上であることを確認した。一方で、比較例１，２では、７００ｐｐｍＣ〜２００００ｐｐｍＣの濃度の混合ガスをいずれも２Ｌ／ｍｉｎ以下としないと処理率９９％以上を達成することが出来なかった。
【００６６】
また、被処理物質を酸化エチレンからトルエンに換えて実験を行ったところ、光照射のみ、または加熱のみ行う方法と比べて、光照射と加熱とを併用した本発明の分解方法では高効率の処理が可能であることが同様に確かめられた。
【００６７】
この結果より、本発明の構成を備える分解方法の高い処理能力が確認でき、本発明の方法が課題解決に有効であることが確かめられた。
【００６８】
本実施例で用いた装置構成から、更に処理能力を高める場合には、例えば、光触媒ユニットの数を増やす、光触媒ユニットの内径を大きくする、といった変更により、導入ガスの流量を増やし光触媒と導入ガスに含まれる化学物質との接触面積を増やす構成とすると良い。また、光源から照射する光の波長、光量を変化させることとしても処理能力を制御することができる。本発明の分解装置にそのような変更を加えることで、例えば５０ｍ３／ｍｉｎという大容量の導入ガスを処理することも可能となり、目的とする中小事業所から排出される有害物質の分解処理を行い、排出量の削減を実現可能な分解装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る分解装置を示す模式図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る分解装置を示す模式図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係る分解装置を示す模式図である。
【図４】実施例の条件を示す表である。
【図５】実施例の結果を示す表である。
【符号の説明】
【００７０】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…分解装置、２，２２，４２…光触媒部、４，５，２４，４３…光源、６…熱気化室（予備加熱部）、７，３０，４４…加熱装置、１２ａ，３２ａ，４１ａ…流入口、１８ａ，３４ａ，４１ｂ…排出口、４６…熱交換部（予備加熱部）、ＤＧ…導入ガス、Ｌ…光（紫外線）、
【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気中に含まれる有害物質を光触媒で分解し除去する分解装置であって、
前記光触媒を有する光触媒部と、
前記光触媒部に、前記有害物質を含む導入ガスを導入する導入部と、
前記光触媒部に光を照射する光源と、
少なくとも前記光触媒部を加熱する加熱装置と、を備え、
前記光触媒部を加熱し、且つ前記光触媒部に光を照射しつつ、前記有害物質と前記光触媒とを接触させることを特徴とする分解装置。
【請求項２】
前記光触媒として用いる酸化チタンが、２０℃以上２３０℃以下の温度に加熱されていることを特徴とする請求項１に記載の分解装置。
【請求項３】
前記光触媒部の上流側の前記導入部に、前記導入ガスを加熱する予備加熱部を有することを特徴とする請求項１または２に記載の分解装置。
【請求項４】
前記予備加熱部は、前記光触媒部を通過した気体を用いて前記光触媒部に導入される前記導入ガスを加熱する熱交換部であることを特徴とする請求項３に記載の分解装置。
【請求項５】
酸化チタンを用い、大気中に含まれる有害物質を光触媒で分解し除去する分解方法であって、
２０℃以上２３０℃以下の温度に加熱された前記酸化チタンに光を照射し、当該酸化チタンに前記有害物質を接触させることを特徴とする有害物質の分解方法。
【請求項１】
大気中に含まれる有害物質を光触媒で分解し除去する分解装置であって、
前記光触媒を有する光触媒部と、
前記光触媒部に、前記有害物質を含む導入ガスを導入する導入部と、
前記光触媒部に光を照射する光源と、
少なくとも前記光触媒部を加熱する加熱装置と、を備え、
前記光触媒部を加熱し、且つ前記光触媒部に光を照射しつつ、前記有害物質と前記光触媒とを接触させることを特徴とする分解装置。
【請求項２】
前記光触媒として用いる酸化チタンが、２０℃以上２３０℃以下の温度に加熱されていることを特徴とする請求項１に記載の分解装置。
【請求項３】
前記光触媒部の上流側の前記導入部に、前記導入ガスを加熱する予備加熱部を有することを特徴とする請求項１または２に記載の分解装置。
【請求項４】
前記予備加熱部は、前記光触媒部を通過した気体を用いて前記光触媒部に導入される前記導入ガスを加熱する熱交換部であることを特徴とする請求項３に記載の分解装置。
【請求項５】
酸化チタンを用い、大気中に含まれる有害物質を光触媒で分解し除去する分解方法であって、
２０℃以上２３０℃以下の温度に加熱された前記酸化チタンに光を照射し、当該酸化チタンに前記有害物質を接触させることを特徴とする有害物質の分解方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−８８９６９（Ｐ２０１０−８８９６９Ａ）
【公開日】平成２２年４月２２日（２０１０．４．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２５８７７５（Ｐ２００８−２５８７７５）
【出願日】平成２０年１０月３日（２００８．１０．３）
【出願人】（５０４２５１３３３）エヌ・ティ・ティジーピー・エコ株式会社 (13)
【出願人】（５０８２９８９５０）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月２２日（２０１０．４．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月３日（２００８．１０．３）
【出願人】（５０４２５１３３３）エヌ・ティ・ティジーピー・エコ株式会社 (13)
【出願人】（５０８２９８９５０）
【Ｆターム（参考）】
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