水中のＶＯＣ物質の分解方法ならびに装置
【課題】 ＶＯＣ物質含有水中のＶＯＣ物質を分解して無害化する技術において、ＶＯＣ物質の分解性が高く、有害物質の発生などの副作用がなく、完全度の高い分解方法と装置を提供する。
【解決手段】 透明ガラス管部５内のＶＯＣ物質含有水８に、１０００ピコ秒〜５０フェムト秒の超短パルスレ−ザ−２を集光して照射し、前記ＶＯＣ含有水中のＶＯＣ物質の分子の結合部を切断して分解し、無害な水とする方法と装置を提供し得た。
前記超短パルスレ−ザ−照射によって、ＶＯＣ物質の分子結合部を完全に切断することが可能で、有害な副生成物の発生がない、クリ−ンな技術であることが検証された。
【解決手段】 透明ガラス管部５内のＶＯＣ物質含有水８に、１０００ピコ秒〜５０フェムト秒の超短パルスレ−ザ−２を集光して照射し、前記ＶＯＣ含有水中のＶＯＣ物質の分子の結合部を切断して分解し、無害な水とする方法と装置を提供し得た。
前記超短パルスレ−ザ−照射によって、ＶＯＣ物質の分子結合部を完全に切断することが可能で、有害な副生成物の発生がない、クリ−ンな技術であることが検証された。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水中に存在する有害物質を無害化する技術に関し、さらに詳しくは水中のＶＯＣ物質を分解する方法および装置に係わる。
【背景技術】
【０００２】
ＶＯＣ物質の除去方法や無害化方法は現在、燃焼分解法、吸着式除去法、触媒燃焼法、あるいは蓄熱式分解法などが行われている。
有害物質を無害化する技術に関し、示唆あるいは参考にすべき文献を以下に記載する。
【特許文献１】特開２００６−１１０１１７
【特許文献２】特開２００６−７１４９２
【特許文献３】特開２００５−８１２５９
【特許文献４】特開２００４−２４９４２
【特許文献５】特開２００１−３００２５６
【特許文献６】特開２０００−１２６５４９
【特許文献７】特開平７−８７４５
なお、前記文献の概略説明において、前記文献からの引用文およびその説明は、前記文献に用いられている表現をそのまま用いるもとする。
【０００３】
「特許文献１」は、レ−ザ−を用いて有害物質を特定し、さらに有害物質を無害化するロボットについての開示である。
「特許文献１」の段落番号「００１２」に、「・・・前記ロボット本体には、レ−ザを照射して有害物質を特定する有害物特定手段と、前記レ−ザを広範囲に照射して濃度分布計測を行う事により有害物質の濃度が最も高い箇所を発生源とする有害物質発生源特定手段と、前記レ−ザとは別のレ−ザをさらに照射して前記有害物質を無害化処理する無害化処理手段とを有するレ−ザ装置と、前記ロボット本体の周囲を撮影する撮影手段と、前記ロボット本体の遠隔操作信号を送受信すると共に、前記撮影手段により撮影された映像のデ−タを送信する送受信装置を設けたことを特徴とする。前記有害物質としては、炭素菌、ボツヌリス菌、ペスト菌、セブ、リシン、天然痘ウイルス、ツアヌシア菌などの生物や、ＶＸガス、サリン、ソマン、マスタ−ドガス、ルイサイト、青酸ガス等の化学剤が挙げられる。・・・」、と開示されている。
なお、「特許文献１」には、使用レ−ザ光に関する、レ−ザ媒質、波長、発信形態、出力などについては記載されてない。
【０００４】
「特許文献２」の関連部分は、ガス中のガス成分を排除し、微粒子成分のみの分析を行うことを目的として、レ−ザ−を微粒子成分に照射して微粒子成分の揮発性有機化合物を気化させるレ−ザ装置で、気化した揮発性有機化合物にレ−ザ−を照射してイオン化させる装置に関する開示である
「特許文献２」の段落番号「００１０」に、「第４の発明は、第３の発明において、前記第２の減圧室のプラズマ化装置が波長１８０〜４００ｎｍの範囲のレ−ザ光を微粒子成分に照射して微粒子成分の揮発性有機化合物を気化させるレ−ザ装置であり、第３の減圧室のプラズマ装置が１８０〜４００ｎｍの範囲のレ−ザ光を気化した揮発性有機化合物に照射してイオン化させるレ−ザ装置であることを特徴とするガス中の微粒子成分計測装置にある。」、と開示されている。
【０００５】
「特許文献３」は、有害成分が含まれる領域に、水蒸気を励起する特定波長のレ−ザ−を照射し、該励起された高いエネルギ−により有害物質を分解処理するレ−ザ−分解装置及び方法に関する開示である。
「特許文献３」の段落番号「０００７」に、「・・・水蒸気を励起するレ−ザ光を照射するレ−ザ装置を備え、レ−ザ光の照射によって高い励起状態となった水蒸気により被分解物を分解する・・・」、と開示されている。
また、「特許文献３」の段落番号「００１１」に、「・・・水蒸気の励起波長が１１００〜１１６０ｎｍ、１３４０〜１５００ｎｍの波長域の１又は２以上の特定波長であり、且つ該レ−ザ光を増幅し、被分解物が存在する領域に照射し、該領域に存在する水蒸気を高いエネルギ−状態とし、被分解物を分解する・・・」、と開示されている。
【０００６】
「特許文献４」は、汚染現場において汚染土壌を直接浄化処理が可能な、レ−ザ−を用いた浄化技術に関する開示である。
「特許文献４」の段落番号「０００５」に、「・・・レ−ザビ−ムを汚染土壌を典型とする汚染物の表面に直接照射する方式であれば、焼却炉のような大掛かりな施設が不要であり、例えば半導体レ−ザのように小型軽量のレ−ザ発信器を用いれば、汚染現場に機材を持ち込み、その場で浄化処理を実施できる。」、と。
また、「レ−ザビ−ムの照射による加熱温度は摂氏１，０００〜１，５００度に達するため、雑菌に対する殺菌処理は勿論のこと、ダイオキシンや鉛等の除去も可能である。しかも、レ−ザビ−ムによる加熱工程は瞬間的に完了するため、特に冷却工程を設けることなく、元の場所に戻すことができる。・・・」、と開示されている。
【０００７】
また、「特許文献４」の段落番号「００１２」に、「上記レ−ザ発振器１４は、例えば１０ｋｗ級の出力を備えた半導体レ−ザ発振器よりなる。また、レ−ザ発振器１４とレ−ザヘッド１６との間は光ファイバ２４によって接続されている。上記レ−ザヘッド１６内には、シリンドリカルレンズ等の光学素子が組み込まれており、レ−ザ発振器１４から出力されたレ−ザビ−ムは、これらの光学素子の作用によって線状ビ−ム化される。」、と開示されている。
【０００８】
「特許文献５」は、ごみ焼却炉で発生した排出ガスの排気ダクトに、レ−ザ−を照射する分解処理部を設け、排出ガス中のダイオキシン等の有害物質を分解する方法と装置に関する開示である。
「特許文献５」の段落番号「０００４」に、「・・・排出ガスの発生源で発生した排出ガスにＣＯ２レ−ザ光を照射することにより、加熱されたＣＯ２を介して排出ガスに含有される有害物質を分解するようにした有害物質の分解方法において、上記ＣＯ２レ−ザ光を排出ガスに照射する際の該上記排出ガスに含有されるＣＯ２の濃度を、上記排出ガスの発生源から発生する排出ガスに含有されるＣＯ２の濃度よりも高い濃度に増加させるように構成したものである。」、と開示されている。
【０００９】
また同段落番号に、「・・・排出ガスの発生源で発生した排出ガスにＣＯ２レ−ザ光を照射することにより、加熱されたＣＯ２を介して排出ガスに含有される有害物質を分解する分解処理部を備える有害物質の分解装置において、上記分解処理部が排出ガスにＣＯ２レ−ザ光を照射する際の排出ガスに含有されるＣＯ２の濃度を所定値以上に増加させる濃度増加手段を設けたものである。」、と開示されている。
また、「特許文献５」の段落番号「０００５」に、「上述した構成によれば、後述する実験結果から明らかなように、排出ガス中に含まれるダイオキシンを略１００％分解することが可能となる。」、と開示されている。
【００１０】
「特許文献６」は、焼却炉等からの排出ガスにＣＯ２レ−ザ−を照射する際、ダイオキシン等の有害物質をその分解温度間で効率的に加熱することが開示されている。
「特許文献６」の段落番号「０００４」に、「・・・焼却炉等からの排出ガスにＣＯ２レ−ザ光を照射してダイオキシン等の有害物質の分解温度まで加熱して、該排気ガス中に存在する有害物質を分解することを特徴とするものである。また本発明装置は、焼却炉等からの排出ガスが流通する排気ダクトと、該排気ダクト内にＣＯ２レ−ザ光を照射して、該排気ダクトをＣＯ２レ−ザ光で閉鎖させるＣＯ２レ−ザ発振器とを備えることを特徴とするものである。」、と開示されている。
【００１１】
「特許文献７」は、レ−ザ−による有害ガスの分解に際し、光子ロスを最小限にしつつ反応生成物によるエネルギ効率の低減化を抑制する方法の開示である。
「特許文献７」の段落番号「０００７」に、「・・・ガス体へレ−ザを照射することにより含有された有害物質を除去する装置であって、中央の平面鏡とその周囲の凹面鏡からなる多重反射鏡を備えたレ−ザ反応容器をガス流路に直列状態で多段に配置するとともに、各レ−ザ反応器間を分解生成物吸収材を充填した通路部によって接続し、各レ−ザ反応容器内で光化学反応により生成した分解生成物を前記通路部で除去しつつ下流側のレ−ザ反応容器にガスを導入することを連続して繰り返すことにより有害物を連続除去可能としたものである。」、と開示されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
大気、水や土壌などの環境の汚染は、過度な森林の伐採などの環境破壊、生産活動、消費活動などに伴ってもたらされ、その殆どが人為的な結果である。
われわれを取り巻く有害な化学物質としては、重金属としては鉛や水銀など、金属化合物としては六価クロム化合物、カドミウム化合物、ニッケル化合物あるいはアンチモン化合物など、無機元素としてヒ素、ホウ素、フッ素など、また、シアン化合物などがあげられる。
また、揮発性有機塩素化合物であるトリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、ジクロロエチレン、塩化メチレン、四塩化炭素、二塩化エチレンなどがあげられる。
【００１３】
また、芳香族炭化水素類としてベンゼンやトルエンなど、フロン・代替フロンとしてはＣＦＣ（クロロフルオロカ−ボン）、ハロン、ＨＦＣ（ハイドロフルオロカ−ボン）あるいはＨＣＦＣ（ハイドロクロロフルオロカ−ボン）など、発ガン性物質としてアスベスト、やＭＴＢＥ（メチル−ｔ−ブチルエ−テル）など、その他ホルムアルデヒドなどがあげられる。
また、これらに重複する種類も含むが、ＶＯＣ（揮発性有機化合物）という化学物質グル−プのくくり方がある。
【００１４】
さらに、前記ＶＯＣより沸点の低いＶＶＯＣ（高揮発性有機化合物）、前記ＶＯＣより沸点の高いＳＶＯＣ（準揮発性有機化合物）を含め、単にＶＯＣと呼称する場合がある。
ＳＶＯＣよりさらに沸点が高いＰＯＭ（粒子状有機物質）を含めて、ＴＶＯＣ（ｔｏｔａｌ ｖｏｌａｔｉｌｅ ｏｒｇａｎｉｃ ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ；全揮発性有機化合物）と称する場合がある。
勿論、沸点のみでＶＯＣの特性を区分することはできないが、他に妥当な区分法がないので、ＶＯＣは沸点による区分が一般に行われている。
【００１５】
ＷＨＯでは、沸点によるＶＯＣの区分を次の如く定めている。
すなわち、沸点０−５０〜１００℃をＶＶＯＣ、沸点５０−１００〜２４０−２６０℃をＶＯＣ、および沸点２４０−２６０〜３８０−４００℃をＳＶＯＣと定めているが、その境界は必ずしも定かでない。
本発明においては、沸点区分で沸点の低いＶＶＯＣから、沸点の高いＳＶＯＣまでをＶＯＣ物質と称するもので、ＶＯＣ物質と特に呼称するのは狭義のＶＯＣとの区別を明確にするためである。
【００１６】
ＶＯＣ物質は、大気中にあるベンゼンやホルムアルデヒドなどの有機化合物で、ＮＯＸなどとともに光化学大気汚染をもたらす原因物質として知られている。
ＶＯＣの有害性については、二通りの意味があるとされる。
第一の観点は、人の健康への影響という観点からの直接的な有害物質としてのＶＯＣ物質であり、発ガン性など人体に有害な影響を及ぼすものも多く、シックハウス症候群の原因物質としても知られている有害性である。
第二の観点は、光化学オキシダントやＳＰＭ（浮遊粒子状物質）などを二次的に生成する原因物質の一つとしてのＶＯＣ物質の有害性である。
例えば、脂肪族ハロゲン化合物による地下水汚染に端を発し、土壌汚染、水道におけるトリハロメタンの生成、大気汚染の原因物質、あるいは室内空気汚染の原因物質として重要な物質群である。
【００１７】
ＶＯＣ物質は、アルカン類、アルケン類、アルデヒド類、ケトン類、脂肪族ハロゲン化合物、芳香族炭化水素類、テルペン類、あるいは農薬として用いられる化合物などである。
ＧＣ／ＭＳ法（ｇａｓ ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ／ｍａｓｓ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）などで、液相中のＶＯＣ物質の濃度を分析することができるＶＯＣ物質を次に掲げる。
すなわち具体的には、ヘンゼン、ジクロロメタン、四塩化炭素、１，２−ジクロロエタン、１，１−ジクロロエチレン、ｃｉｓ−１，２−ジクロロエチレン、１，１，１−トリクロロエタン、１，１，２−トリクロロエタン、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、１，３−ジクロロプロペン、トルエン、キシレン、クロロホルム、ｔｒａｎｓ−１，２−ジクロロエチレン、１，２−ジクロロプロパン、ｐ−ジクロロべンゼン、ブロモジクロロメタン、ジブロモクロロメタン、トリクロロメタン（クロロホルム）、トリブロモメタン（ブロモホルム）、などがあげられる。
【００１８】
また、ＶＶＯＣとしては、酢酸エチル、ｎ−ヘキサン、ジクロロメタン、ペンタン、アセトアルデヒド、メチルメルカプタン、などがあげられる。
また、ＳＶＯＣとしては、リン酸トリブチル、クロロピリフォス、チアペンタゾ−ル、フタル酸ジブチル、フタル酸ジオクチル、ＰＣＢ（ポリ塩化ビフェニル）、およびコプラナ−ＰＣＢ、などがあげられる。
【００１９】
ＶＯＣ物質は、一般に揮発性が大きいために、量的には発生源での排出は大気中への排出が主となり、環境中での挙動も大気中が中心となる。
しかしながら、降雨なとによる水環境、土壌環境の汚染も問題になっている。
つまりＶＯＣ物質の多くは、水よりも比重が大きく、かつ粘性と表面張力が小さいため、土壌に漏洩した場合、相対的に土壌に吸着し難く、ひび割れなどがあればコンクリ−トも通過して地下深く浸透して、帯水層で拡散して広域の地下水汚染を招く可能性がある。
【００２０】
液状のＶＯＣ物質は、常温下では揮発性を有する主として不燃性の液体である。
従来、液状のＶＯＣ物質の多くは溶解度が高いことから、各種洗浄剤を中心として、原料系では各種化学製品の溶剤として、化学工業、医薬品、電子部品・機器、金属部品・機器などの工業用途から、ドライクリ−ニングまで、極めて幅広い分野で有用な溶剤として大量に使用されてきた。
有害性が問題視されるに至って、ＶＯＣ物質は代表的なトリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、４塩化炭素などは、製造、輸入および使用などに規制が課されている。
ＶＯＣは、重金属などのように自然由来ということはなく、自然界に存在する物質でないので、人為的な原因によるものであり、それゆえに例え環境基準以下であっても、自然の状態でないと解される。
かようなことから、工場からの排出水にＶＯＣ物質が含まれている場合が多々あり、さらに空気より処理し易いところから、水に溶解や分散させて処理する方法がとられる場合がある。
【００２１】
ＶＯＣ物質の除去法や無害化方法には、燃焼分解法、吸着式除去法、触媒燃焼法、あるいは蓄熱式分解法などがある。
前記燃焼分解法は、７５０℃程度の加熱でＶＯＣ物質を分解する方法であるが、分解率が高い反面、燃焼に重油燃料を用いる場合に、ＳＯＸ、ＮＯＸなどが生成するなどの欠陥がある。
前記吸着式除去法は、活性炭層にＶＯＣ物質を吸着させて熱風を当てる方法であり、装置の構造が簡単ではあるが、定期的な交換やメインテナンスが必要となる問題点がある。
前記触媒燃焼法は、３５０℃程度に加熱した触媒にＶＯＣ物質を当てる方法であり、比較的低温で処理できる利点があるが、触媒そのものが毒化するので廃棄の問題が生じ、また、処理に伴ってＮＯＸが発生する問題点がある。
前記蓄熱式分解法は、蓄熱材間の室内を燃焼加熱し、前記室内にＶＯＣ物質を通過させる分解法であるが、蓄熱材の寿命が半永久的なのに対し、ＳＯＸ、ＮＯＸなどが生成する欠陥がある。
【００２２】
前記したように、現在行われているＶＯＣ物質の除去方法である、燃焼分解法、吸着式除去法、触媒燃焼法、ならびに蓄熱式分解法などは、それぞれ長所があるが、欠陥や問題点も多いのが現状である。
また、ＶＯＣ物質の係わる有害性が問題視されてからの歴史が浅く、より画期的な方法や装置の提供が望まれているところである。
【００２３】
本発明は、上記従来の課題を考慮して、ＶＯＣ物質が水中に存在する、ＶＯＣ物質水溶液あるいは／およびＶＯＣ物質分散水（以降、ＶＯＣ物質含有水と称す）の中の、前記ＶＯＣ物質の分解技術の提供を目的とする。
すなわち、ＶＯＣ物質の分解性が高く、有害物質の発生などの副作用がなく、消耗材料が少なくて済む、完全度の高い分解方法ならびに装置を提供して、前記ＶＯＣ物質含有水を無害にする方法、ならびに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】
【００２４】
発明者は、ＶＯＣ物質含有水の中のＶＯＣ物質を、レ−ザ−を利用して分解する技術について鋭意検討の結果、以下の発明に至った。
すなわち、レ−ザ−を利用した分解方法については、沸点区分において、沸点の低いＶＶＯＣから、沸点の高いＳＶＯＣまでのＶＯＣ物質が、水中に存在するＶＯＣ物質含有水に、レ−ザ−を照射して、前記ＶＯＣ物質含有水中の前記ＶＯＣ物質を無害化する方法の発明である。
図３に示すように、透明なガラス管部５中に存在する前記ＶＯＣ物質含有水８に、前記ガラス管部の外側から、発振パルス波形の半値幅が１０００ｐｓ（ピコ秒）〜５０ｆｓ（フェムト秒）の超短パルスレ−ザ−２を、対物レンズ３で集光させて密度を上げると共に、点状あるいは線状に焦点４を結ぶように照射する。
前記超短パルスレ−ザ−の作用で、前記ガラス管部内に存在する前記ＶＯＣ物質含有水中の前記ＶＯＣ物質の分子結合部が切断して分解し、無害化することに特徴を有する、水中に含有するＶＯＣ物質の分解方法の発明に至った。
【００２５】
また、レ−ザ−を利用した分解装置については、沸点区分において、沸点の低いＶＶＯＣから、沸点の高いＳＶＯＣまでのＶＯＣ物質が、水中に存在するＶＯＣ物質含有水に、レ−ザ−を照射して、前記ＶＯＣ物質含有水中の前記ＶＯＣ物質を無害化する装置の発明である。
前記装置は、図４に示す如く、前記ＶＯＣ物質含有水の流通部と、前記ＶＯＣ物質含有水へのレ−ザ−照射部５９とからなり、前記流通部は、前記ＶＯＣ物質含有水が流通する導管部４６、４９を有し、前記導管部には透明なガラス管部４８が挿入接続されていて、前記道管部には、前記ガラス管部を滞留あるいは通過させる前記ＶＯＣ物質含有水の流通用ポンプ装置部５１、循環あるいは非循環を選択する切替え栓部５２、および排出用導管部５７を具備している。
前記ポンプ装置部、前記切替え栓部には、前記ガラス管内における前記ＶＯＣ物質含有水の通過態様、すなわち一時滞留、一時通過、あるいは複数回循環通過などを制御する制御部を具備している。
前記レ−ザ−照射部は、前記ガラス管部の外側から、レ−ザ−発振器からの発振パルス波形の半値幅が１０００ｐｓ〜５０ｆｓの超短パルスレ−ザ−６１を、対物レンズ６２で集光させて密度を上げると共に、前記ガラス管内に点状あるいは線状に焦点を結ばせることができる装置である。
前記導管部に挿入接続された前記ガラス管部において、前記ＶＯＣ物質含有水中の前記ＶＯＣ物質の分子の結合部を切断して分解し無害化して、前記排出用導管部から排出する装置であることを特徴とする、水中に含有するＶＯＣ物質の分解装置の発明である。
【００２６】
さらに、前記ＶＯＣ物質含有水中のＶＯＣ物質分解方法において、前記ＶＯＣ物質含有水に、金属、あるいは／および金属化合物、あるいは／および単体半導体、あるいは／および半導体化合物を添加する方法である。
前記方法によって、前記超短パルスレ−ザ−の作用による前記ＶＯＣ物質含有水中の前記ＶＯＣ物質の分解効率を上げ、あるいは／および前記分解に伴う副生成物を低減化させることを特徴とする、水中に含有するＶＯＣ物質の分解方法の発明である。
【００２７】
加えて、前記ＶＯＣ物質含有水中のＶＯＣ物質分解装置において、前記ＶＯＣ物質含有水に添加物、すなわち金属、あるいは／および金属化合物、あるいは／および単体半導体、あるいは／および半導体化合物を、前記ＶＯＣ物質含有水の注入量に応じて添加することが可能な装置である。
前記装置の使用によって前記添加物を添加し、前記超短パルスレ−ザ−の作用による前記ＶＯＣ物質含有水中の前記ＶＯＣ物質の分解効率を上げ、あるいは／および前記分解に伴う副生成物を低減化させることが可能であることを特徴とする、水中に含有するＶＯＣ物質の分解装置とする発明である。
【発明の効果】
【００２８】
（１） 超短パルスレ−ザ−を照射する方法を用いて、ＶＯＣ物質の分子結合を完全に切断することが可能であり、添加物（触媒など）の微量添加によって、副生成物を全く発生しないようにすることができる。
（２） ＶＯＣ物質の分解方法、分解装置においてクリ−ンな方法であり、消耗材料などが殆ど不要であり、ト−タル的にみて経済的である。
（３） 工場などから排出するＶＯＣ物質を水中に溶解あるいは／および分散させ、ＶＯＣ物質含有水としてから、濃縮してＶＯＣ物質濃度を上げて後、本発明の方法や装置を適用すれば、排出ＶＯＣ物質の処理方法として一段と効率化できる。
（４） ＶＯＣ物質含有水に、Ａｕなどの金属、金属化合物、半導体単体、あるいは半導体化合物などの微粉末を小量添加することによって、より低エネルギの−のレ−ザ−の照射でＶＯＣ物質を分解できる。
（５） 本発明のＶＯＣ物質の分解方法は、多くの他の有害な化学物質の分解にも応用が可能であり、環境問題の改善に資するところが大きい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
発明の実施の形態を、実施例にもとづき図面を参照して説明する。
図１は、本発明の概念を示す略図で、ＶＯＣ物質含有水に超短パルスレ−ザ−を照射する概念略図である。
図１において、矢印７方向から流入するＶＯＣ物質含有水８は、導管部６から透明なガラス管部５内を通過、あるいは一時滞留して導管部９に至り、矢印１０方向に流出する。
一方、レ−ザ−発振器１から照射された超短パルスレ−ザ−２は、対物レンズ３によって集光して、ガラス管部５の中心部に焦点（集光点）４を結ぶ。
したがって、ガラス管内のＶＯＣ物質含有水８中に存在するＶＯＣ物質は、パワ−密度が極めて高い超短パルスレ−ザ１１の作用を受けて分解して無害な水になる。
なお、対物レンズ３をシリンドリカル形レンズとし、ガラス管部５の横断面（図において紙面に直角方向）の中心に線状集合させてもよい。
【００３０】
レ−ザ−発振にはＣＷ発振（連続発振）とパルス発振とがあり、ＣＷ発振は、電気的にオンのときに発振が連続的に継続され、パルス発振は、オンとオフが繰り返される発振である。
パルス発振の場合のパルス幅は、パルスの半値幅（ｆｕｌｌ ｗｉｄｔｈ ａｔ ｈａｌｆ ｍａｘｉｍｕｍ；半値全幅ともいう）で示し、パルスのパワ−尖頭値の１／２の部位のパルス幅（時間）とする。
パルス発振の場合は、オフ時間のパワ−が、オン時間のパルスに集約されるので、瞬時の高パワ−が得られるのである。
したがって、半値幅で示される１パルスの幅が重要な要素となる。
かようなことから、レ−ザ−発振のパワ−は、一般に前記ＣＷ発信の場合は１秒間当たりの仕事量Ｊ（ジュ−ル）つまり仕事率Ｗ（ワット）で示されるが、パルス発信の場合は１パルス当たりの仕事量Ｊで示される。
【００３１】
パルス発振レ−ザ−のなかで、超短パルスレ−ザは、パルス半値幅が極く短く、レ−ザ−の照射部に熱が及ぶ前に、極めて高パワ−のレ−ザ−が作用部に及ぶ。
発明者は、超短パルスレ−ザ−を水中に含有するＶＯＣ物質に照射すると、極く短時間で、ＶＯＣ物質の分子の特定の結合部が切れて、前記ＶＯＣ物質が分解する作用があることを見いだしたものである。
つまり、前記照射部に熱が及ぶ前にアブレ−ション効果（熱を伴わない破壊過程）で、各ＶＯＣ物質の分子の特定の結合部を切断破壊し、無害化するのである。
したがって、パルス幅ｐｓオ−ダ−、あるいはパルス幅ｆｓオ−ダ−の超短パルスレ−ザ−は、原子間あるいは分子間結合をカットする作用があるので、分子メスの呼称があてはまると云い得る。
【００３２】
発明者は、ＶＯＣ物質の分子の特定の結合部が分解する作用がある超短パルスレ−ザ−の範囲を検討し、実験の結果と論理的考察の結果、その境界は定かでないが、パルス幅が大凡１０００ｐｓから２０ｆｓ程度の範囲であることが分かった。
つまり、パルス幅が大凡１０００ｐｓ程度付近にその境界が存在し、１０００ｐｓ程度より短い場合に、アブレ−ション効果による分子結合部の破壊が得られることを見いだしたものである。
超短パルスレ−ザ−のパルス半値幅は、短い方がパワ−密度は高くなるのであるが、半値幅が２０ｆｓ程度までの超短パルス発振器は実験用や研究用には作られているものの、５０ｆｓ以下の超短パルスレ−ザ−発振器が未だ殆ど実用されてない実体から、実用面がら１０００ｐｓから５０ｆｓの範囲が妥当であると考えられる。
【００３３】
ｐｓオ−ダ−の超短パルスレ−ザ−としては、レ−ザ−媒質が液体で色素と有機溶剤を用いる波長が３２０〜１２６０ｎｍ（ナノメ−トル）の色素レ−ザ−、波長が近赤外１０６４ｎｍのＮｄ：ＹＶＯ４、ＹＡＧモ−ドロックレ−ザ−などがあげられる。
ｆｓオ−ダ−の超短パルスレ−ザ−としては、チタンサファイアレ−ザ−（母材サファイアにチタンＴｉをド−プしたＴｉＡｌ２Ｏ３レ−ザ−）があげられる。
チタンサファイアレ−ザ−は、レ−ザ−ミラ−の他に波長選択素子を用い、コントロ−ラ−あるいは外部信号によって駆動させ、自動的に波長の選択ができ、７００〜１０００ｎｍ付近で任意の波長のレ−ザ−を出力することができる。
【００３４】
図２は、超短パルスレ−ザ−のパルス波形とパルス幅（時間）を示す概念略図である。
図２は、よこ軸に時間ｔ、たて軸にレ−ザパワ−（エネルギ−）Ｐをとり、パルス波形２８として概念形で描いたものである。
瞬間に発振したレ−ザ−のパルス波形２８において、前記したようにパルス幅ｗは、一般にレ−ザ−の尖頭値（ピ−ク強度）ｐｍの１／２の箇所であるｐｈ部における半値幅ｗで示される。
パルス発振励起の繰返し周波数の１周波分のオフ時のパワ−が、超短パルスレ−ザ−の１パルスに集約されるので、前記１パルス当たりのパワ−が非常に高くなるのである。
【００３５】
ｆｓオ−ダ−の超短パルスレ−ザ−において、例えばチタンサファイアレ−ザ−による近赤外線領域の波長８００ｎｍでのパワ−密度は、パルス幅が１００ｆｓの場合、対物レンズで集光させたとき、１０１３Ｗ／ｃｍ２程度と極めて高パワ−なのである。
例えば、Ｏ−Ｈの結合エネルギ−は４６３．０ｋＪ／ｍｏｌ、炭素単結合Ｃ−Ｃのそれは３４７．９ｋＪ／ｍｏｌ、ならびにＣ−Ｈのそれは９８．８ｋＪ／ｍｏｌであり、ｆｓパルスレ−ザ−のパワ−は、前記の結合エネルギ−に比較して極めて高い。
【００３６】
図１に描く如く、透明なガラス管部５内に存在するＶＯＣ物質含有水のＶＯＣ物質に、高パワ−密度の超短パルスレ−ザ−が照射された場合に、特定の分子の結合部が破壊されることが確認されたＶＯＣ物質の例を以下に示す。
ＶＯＣとしては、１，１−ジクロロエチレン、ｔｒａｎｓ−１，２−ジクロロエチレン、ｃｉｓ−１，２−ジクロロエチレン、ならびにトリクロルエチレンなどである。
ＶＶＯＣとしては、アセトアルデヒド、ならびにメチルメルカプタンなどである。
また、ＳＶＯＣとしては、クロロピリフォス、フタル酸ジブチル、ＰＣＢ、コプラナ−ＰＣＢ、などである
【００３７】
さらに、発明者はＶＯＣ物質含有水に添加物として、Ａｕ、Ｐｔなどの単体金属、Ｓｉ、Ｇｅなどの単体半導体、あるいはＦｅＳｉ２ＣｄＳ、ＺｎＳ、ＧａＡｓ、ＩｎＳｂ、ＳｉＣ、あるいはＺｎＯなどの半導体化合物を微量添加することで、より低パワ−のレ−ザ−の照射でＶＯＣ物質を分解できることの示唆を得た。
レ−ザ−は金属、金属化合物、あるいは半導体と反応し、金属の場合には軟Ｘ線を放出したり、半導体の場合にはＴＨＺ（テラヘルツ；１０１２ヘルツ）オ−ダ−の電磁波を放出するなどの現象があり、かような波長の電磁波がＶＯＣ物質に影響を及ぼしてレ−ザ−の作用が強められるものと考えられる。
【００３８】
図３は、レ−ザ−が焦点を結ぶガラス管部５内におけるパワ−が及ぶ領域の概念略図である。
図１における透明なガラス管部５において、超短パルスレ−ザ−発振器１から照射された平行なレ−ザ−２が、対物レンズ３によって、前記ガラス管部内の中央部に焦点４を結んでいることを示している。
図３は、図１に示すガラス管部５の部分の拡大概念略図であり、照射レ−ザ−２が対物レンズ３によって、ガラス管部５の中央部に焦点４を形成している状態を示している。
図３において、ＶＯＣ物質含有水８は、矢印７方向からガラス管部５内を通過もしくは一時滞留して、矢印１０方向に流れているが、前記レ−ザ−のパワ−が最も強く及ぶ領域を概念的に示せば、レ−ザ−１１の焦点４を中心とした小破線囲み部３３部である。
発明者は、焦点４から離れるに従って前記レ−ザ−のパワ−は弱くなるものの、ＶＯＣ物質の結合部の破壊の場合は、破線囲み部３４で示した如く、広い範囲に及ぶことを見いだしたものである。
【００３９】
さらに、図３に描く対物レンズ３を凸レンズ形から、シリンドリカル形対物レンズに代えて、レ−ザ−２をガラス管部５の横断面方向の中央部に線状に集合させるようにすれば、ＶＯＣ物質含有水８により広領域に作用を及ぼすレ−ザ−を照射することができることが分かった。
【００４０】
レ−ザ−１１の焦点４を中心とした破線囲み部３４で示す領域は、内径１０ｍｍ（ミリメ−トル）程度の透明なガラス管の場合、断面方向においてはガラス管の前記内径の全般に及び、長手方向においては焦点４の前後数ｍｍに及ぶことが分かった。
また、対物レンズ３を、シリンドリカル対物レンズとして、レ−ザ−２を線状に集合させるようにすれば、ガラス管の前記内径の全般に万遍なく作用が及び、ＶＯＣ物質含有水８に効率的にレ−ザ−を照射することができることも分かった。
超短パルスレ−ザ−を金属や合成樹脂への微細穴加工や微細溝加工などに使用する場合には、このシャ−プな焦点部を利用するものであるが、本発明の目的であるＶＯＣ物質含有水のＶＯＣ物質分子の結合部の破壊の場合には、かなり広い領域においてＶＯＣ物質分子の結合部が破壊されることが分かった。
【００４１】
図４は、タンク内に保留されているＶＯＣ物質含有水中のＶＯＣ物質分解装置例の略図である。
図４は、矢印４４方向から導管部４５によってＶＯＣ物質含有水が注入され、タンク４０内に保留されているＶＯＣ物質含有水４１中のＶＯＣの分解を行う装置の一例である。
図４は、超短パルスレ−ザ−６１を作用させるガラス管部４８内に、ＶＯＣ物質含有水４１を通す場合に、循環通過処理、あるいは単通過処理の何れも採用できるようにした装置の例である。
また、前記装置には、ＶＯＣ物質含有水に添加物として金属、あるいは／および金属化合物、あるいは／および単体半導体、あるいは／および半導体化合物などの添加物を添加する場合に使用する、添加物添加器６３が注入用導管部４５の上流部に具備されている。
前記添加物添加器は、導管部４５からタンク４０内に注入されるＶＯＣ物質含有水４１の流量に応じて、予め定められた前記添加物を、定められた添加量で注入する装置である。
なお、注入した前記添加物の不均一状態や沈澱などを防ぐため、ＶＯＣ物質含有水用タンク４０内の攪拌プロペラ４２で、前記ＶＯＣ物質含有水を攪拌するような仕組みになっている。
【００４２】
前記循環通過処理の場合を説明すると、図４において、ポンプ５１によって、タンク内のＶＯＣ物質含有水４１は、導管部４６を経由して矢印４７方向に流れ、破線囲み部５９のレ−ザ−処理装置部の透明なガラス管部４８を通過する。
ガラス管部４８でレ−ザ−の作用を受けた後、導管部４９で矢印５０方向に流れ、ポンプ部５１を経由して、切替え栓５２によって導管部５３への流路を開とし、導管部５７への流路が閉とするので、導管部５３、５４を経由して、矢印５５、５６方向に流れて、タンク４０内に戻って循環する。
【００４３】
図４における破線囲み部で示すレ−ザ−処理装置部５９においては、レ−ザ−発振器６０からの超短パルスレ−ザ−６１が対物レンズ６２によって集光され、ガラス管部４８内の断面方向の中心部に焦点を結ぶようにしてある。
しかしてこの部分に、図３に描く如き破線囲み部３４で示す、レ−ザ−のパワ−の及ぶ領域を形成する。
前記ＶＯＣ物質含有水は、ガラス管部４８に一時滞留中あるいは通過中に、超短パルスレ−ザ−の作用を受けて、ＶＯＣ物質含有水のＶＯＣ物質分子の結合部が破壊される。
前記循環通過処理の場合にはこの循環を繰り返して、ＶＯＣ物質含有水のＶＯＣ物質の量が無害域に達したときに、切替え栓５１によって導管部５７への流路を開とし、導管部５３への流路を閉として、導管部５７から矢印５８方向に無害水として排出される。
【００４４】
前記単通過処理の場合には、ポンプ５１によって、ＶＯＣ物質含有水４１は、導管部４６を経由して矢印４７方向に流れ、レ−ザ−処理装置部５９のガラス管部４８を通って、超短パルスレ−ザ−の作用を受けて、導管部４９およびポンプ５１を経由して矢印５０方向に流れる。
切替え栓５２によって導管部５７への流路を開とし、導管部５３への流路を閉として、導管部５７から矢印５８方向に無害水として排出される。
かように、前記単通過処理の場合には、前記ＶＯＣ物質含有水はガラス管部４８内を１回の一時滞留もしくは通過で、ＶＯＣ水溶液中のＶＯＣ分子の結合部が破壊され、無害水として排出される。
【００４５】
循環通過処理あるいは単通過処理の何れを採用するかについては、ＶＯＣ物質含有水に含まれるＶＯＣ物質の種類や含有量などのＶＯＣ物質含有水の内容、および超短パルスレ−ザ−の種類、パワ−、あるいは触媒などの添加物の有無、などによって選択する。
なお、図４に示す如きＶＯＣ物質含有水のＶＯＣ物質分解装置は、液体のＶＯＣ物質を溶剤などとして用いる工場などからの、ＶＯＣ物質を含む排水などに適用する場合に効果的な装置である。
すなわち、排気中に含まれるＶＯＣ物質は水に溶解あるいは分散させ、場合によっては他系統からのＶＯＣ物質が含有する廃水と共に、ＶＯＣ物質含有水中のＶＯＣ物質を濃縮し、図４に示す如きＶＯＣ物質含有水中のＶＯＣ物質分解装置で無害処理すれば、効率的にＶＯＣ物質を処理できる。
【００４６】
本発明の方法あるいは装置によれば、前記レ−ザ−を用いてＶＯＣ物質の分子結合を完全に切断することが可能である。
また、適切な添加物（触媒など）の微量添加によって、ＶＯＣ物質の分解効率を上げることができ、あるいは／および副生成物が発生することが全く無いようにできるので、ＶＯＣ物質の分解方法においてクリ−ンな方法であり、消耗材料などが殆ど不要である利点がある。
【実施例１】
【００４７】
図５に、本実施例に使用した水中のＶＯＣ物質の分解装置の略図を示す。
図５において、分解しようとするＶＯＣ物質含有水６８中のＶＯＣ物質は、透明なガラス管状瓶６９に入れられて、水中ＶＯＣ物質の分解装置の部位にセットされている。
図５において、レ−ザ−発振器７２は、レ−ザ−媒質としてチタンサファイアを用いたパルスレ−ザ−発振器で、発振するｆｓパルスレ−ザ−の中心波長は７８０ｎｍ、繰り返し周波数は１ｋＨＺ、パルス幅は２１７ｆｓとした。
レ−ザ−発振器７２からのレ−ザ−７３は、矢印方向に照射され、ダイクロイックミラ−７４で方向を変え、フィルタ−７５、電磁シャッタ−７６を経由して、対物レンズ７７によって集光させ、ＶＯＣ物質含有水６８が入れられているガラス管状瓶６９の中央部に焦点４を結ぶように配置した。
【００４８】
透明なガラス管状瓶６９は、円形の管で内径が１ｃｍ、長さが３ｃｍとした。
ＶＯＣ物質含有水６８中のＶＯＣ物質と濃度は、前記ＧＣ／ＭＳ法で分析可能なＶＯＣ群の中から選定し、１，１−ジクロロエチレンは０．２ｍｇ／Ｌ（リットル）、ｔｒａｎｓ−１，２−ジクロロエチレンは１０ｍｇ／Ｌ、ｃｉｓ−１，２−ジクロロエチレンは１００ｍｇ／Ｌ、およびトリクロルエチレンは４００ｍｇ／Ｌ、の４種のＶＯＣ物質含有水とした。
【００４９】
パルスレ−ザ−発振器７２を動作し、前記ｆｓパルスレ−ザ−を、透明なガラス管瓶６９内のおのおの前記４種ＶＯＣ物質含有水に照射した。
１パルス当たりのパワ−は、前記フィルタ−によって調整して、２０μＪ（マイクロジュ−ル）および１００μＪの２水準とした。
前記ｆｓパルスレ−ザ−の照射時間は３０分とした。
【００５０】
未放射試料、および得られたｆｓパルスレ−ザ−照射試料の分析は、ＧＣ／ＭＳ法によって分析した。
かようにして、表１に示す結果を得た。
【００５１】
【表１】
【００５２】
表１によると、ＶＯＣ物質である、１，１−ジクロロエチレンの場合は、前記超短パルスレ−ザ光の未放射試料が０．２ｍｇ／Ｌであるのに対し、照射パワ−２０μＪ（パルス当りのパワ−値）のもとでは、添加物（触媒など）なし試料で０．１４ｍｇ／Ｌに低減し、添加物としてＡｕ（金）粉末を微量加えた試料ではＮＤ（検出下限値以下）という結果であった。
前記に同じＶＯＣ物質について、照射パワ−１００μＪのもとでは、添加物なし試料、および添加物としてＡｕ粉末を微量加えた試料の両者共、ＮＤであった。
【００５３】
ＶＯＣ物質である、ｔｒａｎｓ−１，２−ジクロロエチレンの場合は、未放射試料が１０ｍｇ／Ｌが、照射パワ−が２０μＪ、および１００μＪのもとで、添加物の無添加試料、およびＡｕ添加試料ともＮＤであった。
また、ＶＯＣ物質の、ｃｉｓ−１，２−ジクロロエチレンの場合は、未放射試料が１００ｍｇ／Ｌが、照射パワ−の２０μＪ、および１００μＪのもとで、添加物の無添加試料、およびＡｕ添加試料ともＮＤであった。
さらに、ＶＯＣ物質の、トリクロロエチレンの場合は、未放射試料が４００ｍｇ／Ｌが、放射パワ−の２０μＪ、および１００μＪのもとで、添加物の無添加試料、およびＡｕ添加試料ともＮＤであった。
【００５４】
以上まとめて、１，１−ジクロロエチレンの場合は、前記レ−ザ−の照射パワ−２０μＪのもとでは、Ａｕ微量添加無し試料では半減近く低減したのみであったが、Ａｕ微量添加でＮＤ、照射パワ−１００μＪのもとでは、Ａｕ微量添加の有無にかかわらずＮＤとなった。
したがって、Ａｕ微量添加は前記レ−ザ−の照射効果、すなわちＶＯＣ物質の分解力を高めることが分かった。
また、ｔｒａｎｓ−１，２−ジクロロエチレン、ｃｉｓ−１，２−ジクロロエチレン、およびトリクロロエチレンの場合は、放射パワ−が２０μＪ、および１００μＪのもとで、Ａｕ微量添加の有無にかかわらずＮＤであり、これらのＶＯＣ物質が完全に分解されたことを示した。
【実施例２】
【００５５】
実施例１と同様なｆｓパルスレ−ザ−において、実施例１の場合に比較して、さらに低パワ−の場合、照射時間がさらに短時間の場合、ならびにＶＯＣ物質含有水に添加する実施例１と異なる添加物、および前記添加物の他の面での効果を検討した。
ＶＯＣ物質含有水においては実施例１と同様な試料を用いて、実施例１と同じＶＯＣ物質含有水の分解装置を用いて行った。
選定したＶＯＣ物質は、実施例１と同様に、１，１−ジクロロエチレン、ｔｒａｎｓ−１，２−ジクロロエチレン、ｃｉｓ−１，２−ジクロロエチレン、およびトリクロルエチレン、の４種で、各濃度も実施例１と同様とした。
前記添加物としては、珪素、鉄などを真空下で高温度で焼結して得た焼結複合鉱体の粉末を微量添加した。
なお、前記焼結複合鉱体の主成分はＦｅＳｉ２であるので、前記添加物の表示はこれを用いた。
ｆｓパルスデ−ザ−の１パルス当たりのパワ−は、前記フィルタ−によって調整して、１、１０、および２０μＪとし、照射時間は１分、および３０分とした。
【００５６】
未照射試料、および得られた前記超短パルスレ−ザ−照射試料の分析は、実施例１と同様に、ＧＣ／ＭＳ法によった。
かようにして、表２に示す結果を得た。
【００５７】
【表２】
【００５８】
表２によると、１，１−ジクロロエチレン、ｔｒａｎｓ−１，２−ジクロロエチレン、ｃｉｓ−１，２−ジクロロエチレン、およびトリクロロエチレンの場合とも、レ−ザ−光照射後の試料からは検出されず、何れもＮＤであった。
パルスパワ−が１μＪにおいても、添加物ＦｅＳｉ２の有無にかかわらず、これらのＶＯＣ物質が完全に分解されていることを示した。
【００５９】
また、前記添加物のＶＯＣ物質の分解性についての寄与については、照射パワ−１μＪ未満については行わなかったので不明であったが、前記添加物の添加効果として、副生成物が全く発生しない効果が見られた。
すなわち、前記添加物の添加なしの試料からは、アセトン、酢酸、プロピオン酸が各微量検出されたのに対し、前記添加物の添加の試料からは、全く検出されなかったので、この点も大きな効果であるものと考えられる結果となった。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
超短パルスレ−ザ−を用いてＶＯＣ物質の分子結合を完全に切断することが可能であり、条件を整えれば副生成物が発生することがない。
したがって、従来から行われてきたＶＯＣ物質の除去法や無害化法である燃焼分解法、吸着式除去法、触媒燃焼法、あるいは蓄熱式分解法などに伴う如き、ＳＯＸＮＯＸなどの、二次有害物質が発生したり、触媒が毒物化したりする副作用がない。
また、本発明は、ＶＯＣ物質の分解方法においてクリ−ンな方法であり、将来の方向としてト−タル的にみて経済的であるものと考えられる。
【００６１】
特に、液状ＶＯＣ物質を使用する工場などから排出するＶＯＣを、水中に含有させ、濃縮してＶＯＣ濃度を上げ、本発明を適用するなどが工業的に適した方法である。
また、ＶＯＣ物質含有水に添加物としてＡｕ粉末などを微量添加することで、より低エネルギ−のレ−ザ−の照射でＶＯＣ物質を分解することができ、さらに添加物の選択によっては、全く副生成物が発生しない方法である。
したがって、より有効な触媒などの探索によって、より効率的な、また、より経済的なＶＯＣ物質を分解する技術の提供の可能性を示唆した。
また、本発明のＶＯＣ物質分解方法ならびに装置は、他の有害な化学物質の分解にも応用が可能であり、環境問題の改善に資するところが大きい。
よって、産業上の利用可能性が極めて広範囲であり、産業界に資するところも大きい。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】ＶＯＣ物質含有水にレ−ザ−を照射する概念略図
【図２】超短パルスレ−ザ−のパルス波形と幅を示す概念略図
【図３】レ−ザ−が焦点を結ぶガラス管部におけるパワ−が及ぶ範囲の概念略図
【図４】タンク内保留のＶＯＣ物質含有水におけるＶＯＣ物質分解装置の略図
【図５】フェムト秒パルスレ−ザによるＶＯＣ物質含有水のＶＯＣ物質分解装置の略図
【符号の説明】
【００６３】
１ レ−ザ−発振器
２ 超短パルスレ−ザ−
３ 対物レンズ
４ レ−ザ−の焦点（集光点）
５ 透明ガラス管部
６ 導管部
８ ＶＯＣ物質含有水
９ 導管部
２８ パルス波形
３３ 小破線囲み部；レ−ザ−の強いパワ−が及ぶ領域
３４ 破線囲み部；レ−ザ−のパワ−が及ぶ領域
４０ ＶＯＣ物質含有水用タンク
４１ ＶＯＣ物質含有水
４２ 攪拌プロペラ
４５ 注入用導管部
４６、４９ 装置内導管部
４８ 透明ガラス管部
５１ ポンプ
５２ 切替え栓
５３、５４ 循環用導管部
５５、５６ 矢印；循環の場合の流れ方向
５７ 排出用導管部
５８ 矢印；排出方向
５９ 破線囲み部；レ−ザ−処理装置部
６０ レ−ザ−発振器
６１ 超短パルスレ−ザ−
６２ 対物レンズ
６３ 添加物添加器
６８ ＶＯＣ物質含有水
６９ 管状ガラス瓶
７２ パルスレ−ザ発振器
７３ フェムト秒パルスレ−ザ光
７４ ダイクロイックミラ−
７５ フィルタ−
７６ 電磁シャッタ−
７７ 対物レンズ
ｔ 時間
Ｐ パワ−（エネルギ−）
ｐｍ パワ−の尖頭値
ｐｈ 尖頭値の半値位置
ｗ パルス半値幅（時間）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水中に存在する有害物質を無害化する技術に関し、さらに詳しくは水中のＶＯＣ物質を分解する方法および装置に係わる。
【背景技術】
【０００２】
ＶＯＣ物質の除去方法や無害化方法は現在、燃焼分解法、吸着式除去法、触媒燃焼法、あるいは蓄熱式分解法などが行われている。
有害物質を無害化する技術に関し、示唆あるいは参考にすべき文献を以下に記載する。
【特許文献１】特開２００６−１１０１１７
【特許文献２】特開２００６−７１４９２
【特許文献３】特開２００５−８１２５９
【特許文献４】特開２００４−２４９４２
【特許文献５】特開２００１−３００２５６
【特許文献６】特開２０００−１２６５４９
【特許文献７】特開平７−８７４５
なお、前記文献の概略説明において、前記文献からの引用文およびその説明は、前記文献に用いられている表現をそのまま用いるもとする。
【０００３】
「特許文献１」は、レ−ザ−を用いて有害物質を特定し、さらに有害物質を無害化するロボットについての開示である。
「特許文献１」の段落番号「００１２」に、「・・・前記ロボット本体には、レ−ザを照射して有害物質を特定する有害物特定手段と、前記レ−ザを広範囲に照射して濃度分布計測を行う事により有害物質の濃度が最も高い箇所を発生源とする有害物質発生源特定手段と、前記レ−ザとは別のレ−ザをさらに照射して前記有害物質を無害化処理する無害化処理手段とを有するレ−ザ装置と、前記ロボット本体の周囲を撮影する撮影手段と、前記ロボット本体の遠隔操作信号を送受信すると共に、前記撮影手段により撮影された映像のデ−タを送信する送受信装置を設けたことを特徴とする。前記有害物質としては、炭素菌、ボツヌリス菌、ペスト菌、セブ、リシン、天然痘ウイルス、ツアヌシア菌などの生物や、ＶＸガス、サリン、ソマン、マスタ−ドガス、ルイサイト、青酸ガス等の化学剤が挙げられる。・・・」、と開示されている。
なお、「特許文献１」には、使用レ−ザ光に関する、レ−ザ媒質、波長、発信形態、出力などについては記載されてない。
【０００４】
「特許文献２」の関連部分は、ガス中のガス成分を排除し、微粒子成分のみの分析を行うことを目的として、レ−ザ−を微粒子成分に照射して微粒子成分の揮発性有機化合物を気化させるレ−ザ装置で、気化した揮発性有機化合物にレ−ザ−を照射してイオン化させる装置に関する開示である
「特許文献２」の段落番号「００１０」に、「第４の発明は、第３の発明において、前記第２の減圧室のプラズマ化装置が波長１８０〜４００ｎｍの範囲のレ−ザ光を微粒子成分に照射して微粒子成分の揮発性有機化合物を気化させるレ−ザ装置であり、第３の減圧室のプラズマ装置が１８０〜４００ｎｍの範囲のレ−ザ光を気化した揮発性有機化合物に照射してイオン化させるレ−ザ装置であることを特徴とするガス中の微粒子成分計測装置にある。」、と開示されている。
【０００５】
「特許文献３」は、有害成分が含まれる領域に、水蒸気を励起する特定波長のレ−ザ−を照射し、該励起された高いエネルギ−により有害物質を分解処理するレ−ザ−分解装置及び方法に関する開示である。
「特許文献３」の段落番号「０００７」に、「・・・水蒸気を励起するレ−ザ光を照射するレ−ザ装置を備え、レ−ザ光の照射によって高い励起状態となった水蒸気により被分解物を分解する・・・」、と開示されている。
また、「特許文献３」の段落番号「００１１」に、「・・・水蒸気の励起波長が１１００〜１１６０ｎｍ、１３４０〜１５００ｎｍの波長域の１又は２以上の特定波長であり、且つ該レ−ザ光を増幅し、被分解物が存在する領域に照射し、該領域に存在する水蒸気を高いエネルギ−状態とし、被分解物を分解する・・・」、と開示されている。
【０００６】
「特許文献４」は、汚染現場において汚染土壌を直接浄化処理が可能な、レ−ザ−を用いた浄化技術に関する開示である。
「特許文献４」の段落番号「０００５」に、「・・・レ−ザビ−ムを汚染土壌を典型とする汚染物の表面に直接照射する方式であれば、焼却炉のような大掛かりな施設が不要であり、例えば半導体レ−ザのように小型軽量のレ−ザ発信器を用いれば、汚染現場に機材を持ち込み、その場で浄化処理を実施できる。」、と。
また、「レ−ザビ−ムの照射による加熱温度は摂氏１，０００〜１，５００度に達するため、雑菌に対する殺菌処理は勿論のこと、ダイオキシンや鉛等の除去も可能である。しかも、レ−ザビ−ムによる加熱工程は瞬間的に完了するため、特に冷却工程を設けることなく、元の場所に戻すことができる。・・・」、と開示されている。
【０００７】
また、「特許文献４」の段落番号「００１２」に、「上記レ−ザ発振器１４は、例えば１０ｋｗ級の出力を備えた半導体レ−ザ発振器よりなる。また、レ−ザ発振器１４とレ−ザヘッド１６との間は光ファイバ２４によって接続されている。上記レ−ザヘッド１６内には、シリンドリカルレンズ等の光学素子が組み込まれており、レ−ザ発振器１４から出力されたレ−ザビ−ムは、これらの光学素子の作用によって線状ビ−ム化される。」、と開示されている。
【０００８】
「特許文献５」は、ごみ焼却炉で発生した排出ガスの排気ダクトに、レ−ザ−を照射する分解処理部を設け、排出ガス中のダイオキシン等の有害物質を分解する方法と装置に関する開示である。
「特許文献５」の段落番号「０００４」に、「・・・排出ガスの発生源で発生した排出ガスにＣＯ２レ−ザ光を照射することにより、加熱されたＣＯ２を介して排出ガスに含有される有害物質を分解するようにした有害物質の分解方法において、上記ＣＯ２レ−ザ光を排出ガスに照射する際の該上記排出ガスに含有されるＣＯ２の濃度を、上記排出ガスの発生源から発生する排出ガスに含有されるＣＯ２の濃度よりも高い濃度に増加させるように構成したものである。」、と開示されている。
【０００９】
また同段落番号に、「・・・排出ガスの発生源で発生した排出ガスにＣＯ２レ−ザ光を照射することにより、加熱されたＣＯ２を介して排出ガスに含有される有害物質を分解する分解処理部を備える有害物質の分解装置において、上記分解処理部が排出ガスにＣＯ２レ−ザ光を照射する際の排出ガスに含有されるＣＯ２の濃度を所定値以上に増加させる濃度増加手段を設けたものである。」、と開示されている。
また、「特許文献５」の段落番号「０００５」に、「上述した構成によれば、後述する実験結果から明らかなように、排出ガス中に含まれるダイオキシンを略１００％分解することが可能となる。」、と開示されている。
【００１０】
「特許文献６」は、焼却炉等からの排出ガスにＣＯ２レ−ザ−を照射する際、ダイオキシン等の有害物質をその分解温度間で効率的に加熱することが開示されている。
「特許文献６」の段落番号「０００４」に、「・・・焼却炉等からの排出ガスにＣＯ２レ−ザ光を照射してダイオキシン等の有害物質の分解温度まで加熱して、該排気ガス中に存在する有害物質を分解することを特徴とするものである。また本発明装置は、焼却炉等からの排出ガスが流通する排気ダクトと、該排気ダクト内にＣＯ２レ−ザ光を照射して、該排気ダクトをＣＯ２レ−ザ光で閉鎖させるＣＯ２レ−ザ発振器とを備えることを特徴とするものである。」、と開示されている。
【００１１】
「特許文献７」は、レ−ザ−による有害ガスの分解に際し、光子ロスを最小限にしつつ反応生成物によるエネルギ効率の低減化を抑制する方法の開示である。
「特許文献７」の段落番号「０００７」に、「・・・ガス体へレ−ザを照射することにより含有された有害物質を除去する装置であって、中央の平面鏡とその周囲の凹面鏡からなる多重反射鏡を備えたレ−ザ反応容器をガス流路に直列状態で多段に配置するとともに、各レ−ザ反応器間を分解生成物吸収材を充填した通路部によって接続し、各レ−ザ反応容器内で光化学反応により生成した分解生成物を前記通路部で除去しつつ下流側のレ−ザ反応容器にガスを導入することを連続して繰り返すことにより有害物を連続除去可能としたものである。」、と開示されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
大気、水や土壌などの環境の汚染は、過度な森林の伐採などの環境破壊、生産活動、消費活動などに伴ってもたらされ、その殆どが人為的な結果である。
われわれを取り巻く有害な化学物質としては、重金属としては鉛や水銀など、金属化合物としては六価クロム化合物、カドミウム化合物、ニッケル化合物あるいはアンチモン化合物など、無機元素としてヒ素、ホウ素、フッ素など、また、シアン化合物などがあげられる。
また、揮発性有機塩素化合物であるトリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、ジクロロエチレン、塩化メチレン、四塩化炭素、二塩化エチレンなどがあげられる。
【００１３】
また、芳香族炭化水素類としてベンゼンやトルエンなど、フロン・代替フロンとしてはＣＦＣ（クロロフルオロカ−ボン）、ハロン、ＨＦＣ（ハイドロフルオロカ−ボン）あるいはＨＣＦＣ（ハイドロクロロフルオロカ−ボン）など、発ガン性物質としてアスベスト、やＭＴＢＥ（メチル−ｔ−ブチルエ−テル）など、その他ホルムアルデヒドなどがあげられる。
また、これらに重複する種類も含むが、ＶＯＣ（揮発性有機化合物）という化学物質グル−プのくくり方がある。
【００１４】
さらに、前記ＶＯＣより沸点の低いＶＶＯＣ（高揮発性有機化合物）、前記ＶＯＣより沸点の高いＳＶＯＣ（準揮発性有機化合物）を含め、単にＶＯＣと呼称する場合がある。
ＳＶＯＣよりさらに沸点が高いＰＯＭ（粒子状有機物質）を含めて、ＴＶＯＣ（ｔｏｔａｌ ｖｏｌａｔｉｌｅ ｏｒｇａｎｉｃ ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ；全揮発性有機化合物）と称する場合がある。
勿論、沸点のみでＶＯＣの特性を区分することはできないが、他に妥当な区分法がないので、ＶＯＣは沸点による区分が一般に行われている。
【００１５】
ＷＨＯでは、沸点によるＶＯＣの区分を次の如く定めている。
すなわち、沸点０−５０〜１００℃をＶＶＯＣ、沸点５０−１００〜２４０−２６０℃をＶＯＣ、および沸点２４０−２６０〜３８０−４００℃をＳＶＯＣと定めているが、その境界は必ずしも定かでない。
本発明においては、沸点区分で沸点の低いＶＶＯＣから、沸点の高いＳＶＯＣまでをＶＯＣ物質と称するもので、ＶＯＣ物質と特に呼称するのは狭義のＶＯＣとの区別を明確にするためである。
【００１６】
ＶＯＣ物質は、大気中にあるベンゼンやホルムアルデヒドなどの有機化合物で、ＮＯＸなどとともに光化学大気汚染をもたらす原因物質として知られている。
ＶＯＣの有害性については、二通りの意味があるとされる。
第一の観点は、人の健康への影響という観点からの直接的な有害物質としてのＶＯＣ物質であり、発ガン性など人体に有害な影響を及ぼすものも多く、シックハウス症候群の原因物質としても知られている有害性である。
第二の観点は、光化学オキシダントやＳＰＭ（浮遊粒子状物質）などを二次的に生成する原因物質の一つとしてのＶＯＣ物質の有害性である。
例えば、脂肪族ハロゲン化合物による地下水汚染に端を発し、土壌汚染、水道におけるトリハロメタンの生成、大気汚染の原因物質、あるいは室内空気汚染の原因物質として重要な物質群である。
【００１７】
ＶＯＣ物質は、アルカン類、アルケン類、アルデヒド類、ケトン類、脂肪族ハロゲン化合物、芳香族炭化水素類、テルペン類、あるいは農薬として用いられる化合物などである。
ＧＣ／ＭＳ法（ｇａｓ ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ／ｍａｓｓ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）などで、液相中のＶＯＣ物質の濃度を分析することができるＶＯＣ物質を次に掲げる。
すなわち具体的には、ヘンゼン、ジクロロメタン、四塩化炭素、１，２−ジクロロエタン、１，１−ジクロロエチレン、ｃｉｓ−１，２−ジクロロエチレン、１，１，１−トリクロロエタン、１，１，２−トリクロロエタン、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、１，３−ジクロロプロペン、トルエン、キシレン、クロロホルム、ｔｒａｎｓ−１，２−ジクロロエチレン、１，２−ジクロロプロパン、ｐ−ジクロロべンゼン、ブロモジクロロメタン、ジブロモクロロメタン、トリクロロメタン（クロロホルム）、トリブロモメタン（ブロモホルム）、などがあげられる。
【００１８】
また、ＶＶＯＣとしては、酢酸エチル、ｎ−ヘキサン、ジクロロメタン、ペンタン、アセトアルデヒド、メチルメルカプタン、などがあげられる。
また、ＳＶＯＣとしては、リン酸トリブチル、クロロピリフォス、チアペンタゾ−ル、フタル酸ジブチル、フタル酸ジオクチル、ＰＣＢ（ポリ塩化ビフェニル）、およびコプラナ−ＰＣＢ、などがあげられる。
【００１９】
ＶＯＣ物質は、一般に揮発性が大きいために、量的には発生源での排出は大気中への排出が主となり、環境中での挙動も大気中が中心となる。
しかしながら、降雨なとによる水環境、土壌環境の汚染も問題になっている。
つまりＶＯＣ物質の多くは、水よりも比重が大きく、かつ粘性と表面張力が小さいため、土壌に漏洩した場合、相対的に土壌に吸着し難く、ひび割れなどがあればコンクリ−トも通過して地下深く浸透して、帯水層で拡散して広域の地下水汚染を招く可能性がある。
【００２０】
液状のＶＯＣ物質は、常温下では揮発性を有する主として不燃性の液体である。
従来、液状のＶＯＣ物質の多くは溶解度が高いことから、各種洗浄剤を中心として、原料系では各種化学製品の溶剤として、化学工業、医薬品、電子部品・機器、金属部品・機器などの工業用途から、ドライクリ−ニングまで、極めて幅広い分野で有用な溶剤として大量に使用されてきた。
有害性が問題視されるに至って、ＶＯＣ物質は代表的なトリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、４塩化炭素などは、製造、輸入および使用などに規制が課されている。
ＶＯＣは、重金属などのように自然由来ということはなく、自然界に存在する物質でないので、人為的な原因によるものであり、それゆえに例え環境基準以下であっても、自然の状態でないと解される。
かようなことから、工場からの排出水にＶＯＣ物質が含まれている場合が多々あり、さらに空気より処理し易いところから、水に溶解や分散させて処理する方法がとられる場合がある。
【００２１】
ＶＯＣ物質の除去法や無害化方法には、燃焼分解法、吸着式除去法、触媒燃焼法、あるいは蓄熱式分解法などがある。
前記燃焼分解法は、７５０℃程度の加熱でＶＯＣ物質を分解する方法であるが、分解率が高い反面、燃焼に重油燃料を用いる場合に、ＳＯＸ、ＮＯＸなどが生成するなどの欠陥がある。
前記吸着式除去法は、活性炭層にＶＯＣ物質を吸着させて熱風を当てる方法であり、装置の構造が簡単ではあるが、定期的な交換やメインテナンスが必要となる問題点がある。
前記触媒燃焼法は、３５０℃程度に加熱した触媒にＶＯＣ物質を当てる方法であり、比較的低温で処理できる利点があるが、触媒そのものが毒化するので廃棄の問題が生じ、また、処理に伴ってＮＯＸが発生する問題点がある。
前記蓄熱式分解法は、蓄熱材間の室内を燃焼加熱し、前記室内にＶＯＣ物質を通過させる分解法であるが、蓄熱材の寿命が半永久的なのに対し、ＳＯＸ、ＮＯＸなどが生成する欠陥がある。
【００２２】
前記したように、現在行われているＶＯＣ物質の除去方法である、燃焼分解法、吸着式除去法、触媒燃焼法、ならびに蓄熱式分解法などは、それぞれ長所があるが、欠陥や問題点も多いのが現状である。
また、ＶＯＣ物質の係わる有害性が問題視されてからの歴史が浅く、より画期的な方法や装置の提供が望まれているところである。
【００２３】
本発明は、上記従来の課題を考慮して、ＶＯＣ物質が水中に存在する、ＶＯＣ物質水溶液あるいは／およびＶＯＣ物質分散水（以降、ＶＯＣ物質含有水と称す）の中の、前記ＶＯＣ物質の分解技術の提供を目的とする。
すなわち、ＶＯＣ物質の分解性が高く、有害物質の発生などの副作用がなく、消耗材料が少なくて済む、完全度の高い分解方法ならびに装置を提供して、前記ＶＯＣ物質含有水を無害にする方法、ならびに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】
【００２４】
発明者は、ＶＯＣ物質含有水の中のＶＯＣ物質を、レ−ザ−を利用して分解する技術について鋭意検討の結果、以下の発明に至った。
すなわち、レ−ザ−を利用した分解方法については、沸点区分において、沸点の低いＶＶＯＣから、沸点の高いＳＶＯＣまでのＶＯＣ物質が、水中に存在するＶＯＣ物質含有水に、レ−ザ−を照射して、前記ＶＯＣ物質含有水中の前記ＶＯＣ物質を無害化する方法の発明である。
図３に示すように、透明なガラス管部５中に存在する前記ＶＯＣ物質含有水８に、前記ガラス管部の外側から、発振パルス波形の半値幅が１０００ｐｓ（ピコ秒）〜５０ｆｓ（フェムト秒）の超短パルスレ−ザ−２を、対物レンズ３で集光させて密度を上げると共に、点状あるいは線状に焦点４を結ぶように照射する。
前記超短パルスレ−ザ−の作用で、前記ガラス管部内に存在する前記ＶＯＣ物質含有水中の前記ＶＯＣ物質の分子結合部が切断して分解し、無害化することに特徴を有する、水中に含有するＶＯＣ物質の分解方法の発明に至った。
【００２５】
また、レ−ザ−を利用した分解装置については、沸点区分において、沸点の低いＶＶＯＣから、沸点の高いＳＶＯＣまでのＶＯＣ物質が、水中に存在するＶＯＣ物質含有水に、レ−ザ−を照射して、前記ＶＯＣ物質含有水中の前記ＶＯＣ物質を無害化する装置の発明である。
前記装置は、図４に示す如く、前記ＶＯＣ物質含有水の流通部と、前記ＶＯＣ物質含有水へのレ−ザ−照射部５９とからなり、前記流通部は、前記ＶＯＣ物質含有水が流通する導管部４６、４９を有し、前記導管部には透明なガラス管部４８が挿入接続されていて、前記道管部には、前記ガラス管部を滞留あるいは通過させる前記ＶＯＣ物質含有水の流通用ポンプ装置部５１、循環あるいは非循環を選択する切替え栓部５２、および排出用導管部５７を具備している。
前記ポンプ装置部、前記切替え栓部には、前記ガラス管内における前記ＶＯＣ物質含有水の通過態様、すなわち一時滞留、一時通過、あるいは複数回循環通過などを制御する制御部を具備している。
前記レ−ザ−照射部は、前記ガラス管部の外側から、レ−ザ−発振器からの発振パルス波形の半値幅が１０００ｐｓ〜５０ｆｓの超短パルスレ−ザ−６１を、対物レンズ６２で集光させて密度を上げると共に、前記ガラス管内に点状あるいは線状に焦点を結ばせることができる装置である。
前記導管部に挿入接続された前記ガラス管部において、前記ＶＯＣ物質含有水中の前記ＶＯＣ物質の分子の結合部を切断して分解し無害化して、前記排出用導管部から排出する装置であることを特徴とする、水中に含有するＶＯＣ物質の分解装置の発明である。
【００２６】
さらに、前記ＶＯＣ物質含有水中のＶＯＣ物質分解方法において、前記ＶＯＣ物質含有水に、金属、あるいは／および金属化合物、あるいは／および単体半導体、あるいは／および半導体化合物を添加する方法である。
前記方法によって、前記超短パルスレ−ザ−の作用による前記ＶＯＣ物質含有水中の前記ＶＯＣ物質の分解効率を上げ、あるいは／および前記分解に伴う副生成物を低減化させることを特徴とする、水中に含有するＶＯＣ物質の分解方法の発明である。
【００２７】
加えて、前記ＶＯＣ物質含有水中のＶＯＣ物質分解装置において、前記ＶＯＣ物質含有水に添加物、すなわち金属、あるいは／および金属化合物、あるいは／および単体半導体、あるいは／および半導体化合物を、前記ＶＯＣ物質含有水の注入量に応じて添加することが可能な装置である。
前記装置の使用によって前記添加物を添加し、前記超短パルスレ−ザ−の作用による前記ＶＯＣ物質含有水中の前記ＶＯＣ物質の分解効率を上げ、あるいは／および前記分解に伴う副生成物を低減化させることが可能であることを特徴とする、水中に含有するＶＯＣ物質の分解装置とする発明である。
【発明の効果】
【００２８】
（１） 超短パルスレ−ザ−を照射する方法を用いて、ＶＯＣ物質の分子結合を完全に切断することが可能であり、添加物（触媒など）の微量添加によって、副生成物を全く発生しないようにすることができる。
（２） ＶＯＣ物質の分解方法、分解装置においてクリ−ンな方法であり、消耗材料などが殆ど不要であり、ト−タル的にみて経済的である。
（３） 工場などから排出するＶＯＣ物質を水中に溶解あるいは／および分散させ、ＶＯＣ物質含有水としてから、濃縮してＶＯＣ物質濃度を上げて後、本発明の方法や装置を適用すれば、排出ＶＯＣ物質の処理方法として一段と効率化できる。
（４） ＶＯＣ物質含有水に、Ａｕなどの金属、金属化合物、半導体単体、あるいは半導体化合物などの微粉末を小量添加することによって、より低エネルギの−のレ−ザ−の照射でＶＯＣ物質を分解できる。
（５） 本発明のＶＯＣ物質の分解方法は、多くの他の有害な化学物質の分解にも応用が可能であり、環境問題の改善に資するところが大きい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
発明の実施の形態を、実施例にもとづき図面を参照して説明する。
図１は、本発明の概念を示す略図で、ＶＯＣ物質含有水に超短パルスレ−ザ−を照射する概念略図である。
図１において、矢印７方向から流入するＶＯＣ物質含有水８は、導管部６から透明なガラス管部５内を通過、あるいは一時滞留して導管部９に至り、矢印１０方向に流出する。
一方、レ−ザ−発振器１から照射された超短パルスレ−ザ−２は、対物レンズ３によって集光して、ガラス管部５の中心部に焦点（集光点）４を結ぶ。
したがって、ガラス管内のＶＯＣ物質含有水８中に存在するＶＯＣ物質は、パワ−密度が極めて高い超短パルスレ−ザ１１の作用を受けて分解して無害な水になる。
なお、対物レンズ３をシリンドリカル形レンズとし、ガラス管部５の横断面（図において紙面に直角方向）の中心に線状集合させてもよい。
【００３０】
レ−ザ−発振にはＣＷ発振（連続発振）とパルス発振とがあり、ＣＷ発振は、電気的にオンのときに発振が連続的に継続され、パルス発振は、オンとオフが繰り返される発振である。
パルス発振の場合のパルス幅は、パルスの半値幅（ｆｕｌｌ ｗｉｄｔｈ ａｔ ｈａｌｆ ｍａｘｉｍｕｍ；半値全幅ともいう）で示し、パルスのパワ−尖頭値の１／２の部位のパルス幅（時間）とする。
パルス発振の場合は、オフ時間のパワ−が、オン時間のパルスに集約されるので、瞬時の高パワ−が得られるのである。
したがって、半値幅で示される１パルスの幅が重要な要素となる。
かようなことから、レ−ザ−発振のパワ−は、一般に前記ＣＷ発信の場合は１秒間当たりの仕事量Ｊ（ジュ−ル）つまり仕事率Ｗ（ワット）で示されるが、パルス発信の場合は１パルス当たりの仕事量Ｊで示される。
【００３１】
パルス発振レ−ザ−のなかで、超短パルスレ−ザは、パルス半値幅が極く短く、レ−ザ−の照射部に熱が及ぶ前に、極めて高パワ−のレ−ザ−が作用部に及ぶ。
発明者は、超短パルスレ−ザ−を水中に含有するＶＯＣ物質に照射すると、極く短時間で、ＶＯＣ物質の分子の特定の結合部が切れて、前記ＶＯＣ物質が分解する作用があることを見いだしたものである。
つまり、前記照射部に熱が及ぶ前にアブレ−ション効果（熱を伴わない破壊過程）で、各ＶＯＣ物質の分子の特定の結合部を切断破壊し、無害化するのである。
したがって、パルス幅ｐｓオ−ダ−、あるいはパルス幅ｆｓオ−ダ−の超短パルスレ−ザ−は、原子間あるいは分子間結合をカットする作用があるので、分子メスの呼称があてはまると云い得る。
【００３２】
発明者は、ＶＯＣ物質の分子の特定の結合部が分解する作用がある超短パルスレ−ザ−の範囲を検討し、実験の結果と論理的考察の結果、その境界は定かでないが、パルス幅が大凡１０００ｐｓから２０ｆｓ程度の範囲であることが分かった。
つまり、パルス幅が大凡１０００ｐｓ程度付近にその境界が存在し、１０００ｐｓ程度より短い場合に、アブレ−ション効果による分子結合部の破壊が得られることを見いだしたものである。
超短パルスレ−ザ−のパルス半値幅は、短い方がパワ−密度は高くなるのであるが、半値幅が２０ｆｓ程度までの超短パルス発振器は実験用や研究用には作られているものの、５０ｆｓ以下の超短パルスレ−ザ−発振器が未だ殆ど実用されてない実体から、実用面がら１０００ｐｓから５０ｆｓの範囲が妥当であると考えられる。
【００３３】
ｐｓオ−ダ−の超短パルスレ−ザ−としては、レ−ザ−媒質が液体で色素と有機溶剤を用いる波長が３２０〜１２６０ｎｍ（ナノメ−トル）の色素レ−ザ−、波長が近赤外１０６４ｎｍのＮｄ：ＹＶＯ４、ＹＡＧモ−ドロックレ−ザ−などがあげられる。
ｆｓオ−ダ−の超短パルスレ−ザ−としては、チタンサファイアレ−ザ−（母材サファイアにチタンＴｉをド−プしたＴｉＡｌ２Ｏ３レ−ザ−）があげられる。
チタンサファイアレ−ザ−は、レ−ザ−ミラ−の他に波長選択素子を用い、コントロ−ラ−あるいは外部信号によって駆動させ、自動的に波長の選択ができ、７００〜１０００ｎｍ付近で任意の波長のレ−ザ−を出力することができる。
【００３４】
図２は、超短パルスレ−ザ−のパルス波形とパルス幅（時間）を示す概念略図である。
図２は、よこ軸に時間ｔ、たて軸にレ−ザパワ−（エネルギ−）Ｐをとり、パルス波形２８として概念形で描いたものである。
瞬間に発振したレ−ザ−のパルス波形２８において、前記したようにパルス幅ｗは、一般にレ−ザ−の尖頭値（ピ−ク強度）ｐｍの１／２の箇所であるｐｈ部における半値幅ｗで示される。
パルス発振励起の繰返し周波数の１周波分のオフ時のパワ−が、超短パルスレ−ザ−の１パルスに集約されるので、前記１パルス当たりのパワ−が非常に高くなるのである。
【００３５】
ｆｓオ−ダ−の超短パルスレ−ザ−において、例えばチタンサファイアレ−ザ−による近赤外線領域の波長８００ｎｍでのパワ−密度は、パルス幅が１００ｆｓの場合、対物レンズで集光させたとき、１０１３Ｗ／ｃｍ２程度と極めて高パワ−なのである。
例えば、Ｏ−Ｈの結合エネルギ−は４６３．０ｋＪ／ｍｏｌ、炭素単結合Ｃ−Ｃのそれは３４７．９ｋＪ／ｍｏｌ、ならびにＣ−Ｈのそれは９８．８ｋＪ／ｍｏｌであり、ｆｓパルスレ−ザ−のパワ−は、前記の結合エネルギ−に比較して極めて高い。
【００３６】
図１に描く如く、透明なガラス管部５内に存在するＶＯＣ物質含有水のＶＯＣ物質に、高パワ−密度の超短パルスレ−ザ−が照射された場合に、特定の分子の結合部が破壊されることが確認されたＶＯＣ物質の例を以下に示す。
ＶＯＣとしては、１，１−ジクロロエチレン、ｔｒａｎｓ−１，２−ジクロロエチレン、ｃｉｓ−１，２−ジクロロエチレン、ならびにトリクロルエチレンなどである。
ＶＶＯＣとしては、アセトアルデヒド、ならびにメチルメルカプタンなどである。
また、ＳＶＯＣとしては、クロロピリフォス、フタル酸ジブチル、ＰＣＢ、コプラナ−ＰＣＢ、などである
【００３７】
さらに、発明者はＶＯＣ物質含有水に添加物として、Ａｕ、Ｐｔなどの単体金属、Ｓｉ、Ｇｅなどの単体半導体、あるいはＦｅＳｉ２ＣｄＳ、ＺｎＳ、ＧａＡｓ、ＩｎＳｂ、ＳｉＣ、あるいはＺｎＯなどの半導体化合物を微量添加することで、より低パワ−のレ−ザ−の照射でＶＯＣ物質を分解できることの示唆を得た。
レ−ザ−は金属、金属化合物、あるいは半導体と反応し、金属の場合には軟Ｘ線を放出したり、半導体の場合にはＴＨＺ（テラヘルツ；１０１２ヘルツ）オ−ダ−の電磁波を放出するなどの現象があり、かような波長の電磁波がＶＯＣ物質に影響を及ぼしてレ−ザ−の作用が強められるものと考えられる。
【００３８】
図３は、レ−ザ−が焦点を結ぶガラス管部５内におけるパワ−が及ぶ領域の概念略図である。
図１における透明なガラス管部５において、超短パルスレ−ザ−発振器１から照射された平行なレ−ザ−２が、対物レンズ３によって、前記ガラス管部内の中央部に焦点４を結んでいることを示している。
図３は、図１に示すガラス管部５の部分の拡大概念略図であり、照射レ−ザ−２が対物レンズ３によって、ガラス管部５の中央部に焦点４を形成している状態を示している。
図３において、ＶＯＣ物質含有水８は、矢印７方向からガラス管部５内を通過もしくは一時滞留して、矢印１０方向に流れているが、前記レ−ザ−のパワ−が最も強く及ぶ領域を概念的に示せば、レ−ザ−１１の焦点４を中心とした小破線囲み部３３部である。
発明者は、焦点４から離れるに従って前記レ−ザ−のパワ−は弱くなるものの、ＶＯＣ物質の結合部の破壊の場合は、破線囲み部３４で示した如く、広い範囲に及ぶことを見いだしたものである。
【００３９】
さらに、図３に描く対物レンズ３を凸レンズ形から、シリンドリカル形対物レンズに代えて、レ−ザ−２をガラス管部５の横断面方向の中央部に線状に集合させるようにすれば、ＶＯＣ物質含有水８により広領域に作用を及ぼすレ−ザ−を照射することができることが分かった。
【００４０】
レ−ザ−１１の焦点４を中心とした破線囲み部３４で示す領域は、内径１０ｍｍ（ミリメ−トル）程度の透明なガラス管の場合、断面方向においてはガラス管の前記内径の全般に及び、長手方向においては焦点４の前後数ｍｍに及ぶことが分かった。
また、対物レンズ３を、シリンドリカル対物レンズとして、レ−ザ−２を線状に集合させるようにすれば、ガラス管の前記内径の全般に万遍なく作用が及び、ＶＯＣ物質含有水８に効率的にレ−ザ−を照射することができることも分かった。
超短パルスレ−ザ−を金属や合成樹脂への微細穴加工や微細溝加工などに使用する場合には、このシャ−プな焦点部を利用するものであるが、本発明の目的であるＶＯＣ物質含有水のＶＯＣ物質分子の結合部の破壊の場合には、かなり広い領域においてＶＯＣ物質分子の結合部が破壊されることが分かった。
【００４１】
図４は、タンク内に保留されているＶＯＣ物質含有水中のＶＯＣ物質分解装置例の略図である。
図４は、矢印４４方向から導管部４５によってＶＯＣ物質含有水が注入され、タンク４０内に保留されているＶＯＣ物質含有水４１中のＶＯＣの分解を行う装置の一例である。
図４は、超短パルスレ−ザ−６１を作用させるガラス管部４８内に、ＶＯＣ物質含有水４１を通す場合に、循環通過処理、あるいは単通過処理の何れも採用できるようにした装置の例である。
また、前記装置には、ＶＯＣ物質含有水に添加物として金属、あるいは／および金属化合物、あるいは／および単体半導体、あるいは／および半導体化合物などの添加物を添加する場合に使用する、添加物添加器６３が注入用導管部４５の上流部に具備されている。
前記添加物添加器は、導管部４５からタンク４０内に注入されるＶＯＣ物質含有水４１の流量に応じて、予め定められた前記添加物を、定められた添加量で注入する装置である。
なお、注入した前記添加物の不均一状態や沈澱などを防ぐため、ＶＯＣ物質含有水用タンク４０内の攪拌プロペラ４２で、前記ＶＯＣ物質含有水を攪拌するような仕組みになっている。
【００４２】
前記循環通過処理の場合を説明すると、図４において、ポンプ５１によって、タンク内のＶＯＣ物質含有水４１は、導管部４６を経由して矢印４７方向に流れ、破線囲み部５９のレ−ザ−処理装置部の透明なガラス管部４８を通過する。
ガラス管部４８でレ−ザ−の作用を受けた後、導管部４９で矢印５０方向に流れ、ポンプ部５１を経由して、切替え栓５２によって導管部５３への流路を開とし、導管部５７への流路が閉とするので、導管部５３、５４を経由して、矢印５５、５６方向に流れて、タンク４０内に戻って循環する。
【００４３】
図４における破線囲み部で示すレ−ザ−処理装置部５９においては、レ−ザ−発振器６０からの超短パルスレ−ザ−６１が対物レンズ６２によって集光され、ガラス管部４８内の断面方向の中心部に焦点を結ぶようにしてある。
しかしてこの部分に、図３に描く如き破線囲み部３４で示す、レ−ザ−のパワ−の及ぶ領域を形成する。
前記ＶＯＣ物質含有水は、ガラス管部４８に一時滞留中あるいは通過中に、超短パルスレ−ザ−の作用を受けて、ＶＯＣ物質含有水のＶＯＣ物質分子の結合部が破壊される。
前記循環通過処理の場合にはこの循環を繰り返して、ＶＯＣ物質含有水のＶＯＣ物質の量が無害域に達したときに、切替え栓５１によって導管部５７への流路を開とし、導管部５３への流路を閉として、導管部５７から矢印５８方向に無害水として排出される。
【００４４】
前記単通過処理の場合には、ポンプ５１によって、ＶＯＣ物質含有水４１は、導管部４６を経由して矢印４７方向に流れ、レ−ザ−処理装置部５９のガラス管部４８を通って、超短パルスレ−ザ−の作用を受けて、導管部４９およびポンプ５１を経由して矢印５０方向に流れる。
切替え栓５２によって導管部５７への流路を開とし、導管部５３への流路を閉として、導管部５７から矢印５８方向に無害水として排出される。
かように、前記単通過処理の場合には、前記ＶＯＣ物質含有水はガラス管部４８内を１回の一時滞留もしくは通過で、ＶＯＣ水溶液中のＶＯＣ分子の結合部が破壊され、無害水として排出される。
【００４５】
循環通過処理あるいは単通過処理の何れを採用するかについては、ＶＯＣ物質含有水に含まれるＶＯＣ物質の種類や含有量などのＶＯＣ物質含有水の内容、および超短パルスレ−ザ−の種類、パワ−、あるいは触媒などの添加物の有無、などによって選択する。
なお、図４に示す如きＶＯＣ物質含有水のＶＯＣ物質分解装置は、液体のＶＯＣ物質を溶剤などとして用いる工場などからの、ＶＯＣ物質を含む排水などに適用する場合に効果的な装置である。
すなわち、排気中に含まれるＶＯＣ物質は水に溶解あるいは分散させ、場合によっては他系統からのＶＯＣ物質が含有する廃水と共に、ＶＯＣ物質含有水中のＶＯＣ物質を濃縮し、図４に示す如きＶＯＣ物質含有水中のＶＯＣ物質分解装置で無害処理すれば、効率的にＶＯＣ物質を処理できる。
【００４６】
本発明の方法あるいは装置によれば、前記レ−ザ−を用いてＶＯＣ物質の分子結合を完全に切断することが可能である。
また、適切な添加物（触媒など）の微量添加によって、ＶＯＣ物質の分解効率を上げることができ、あるいは／および副生成物が発生することが全く無いようにできるので、ＶＯＣ物質の分解方法においてクリ−ンな方法であり、消耗材料などが殆ど不要である利点がある。
【実施例１】
【００４７】
図５に、本実施例に使用した水中のＶＯＣ物質の分解装置の略図を示す。
図５において、分解しようとするＶＯＣ物質含有水６８中のＶＯＣ物質は、透明なガラス管状瓶６９に入れられて、水中ＶＯＣ物質の分解装置の部位にセットされている。
図５において、レ−ザ−発振器７２は、レ−ザ−媒質としてチタンサファイアを用いたパルスレ−ザ−発振器で、発振するｆｓパルスレ−ザ−の中心波長は７８０ｎｍ、繰り返し周波数は１ｋＨＺ、パルス幅は２１７ｆｓとした。
レ−ザ−発振器７２からのレ−ザ−７３は、矢印方向に照射され、ダイクロイックミラ−７４で方向を変え、フィルタ−７５、電磁シャッタ−７６を経由して、対物レンズ７７によって集光させ、ＶＯＣ物質含有水６８が入れられているガラス管状瓶６９の中央部に焦点４を結ぶように配置した。
【００４８】
透明なガラス管状瓶６９は、円形の管で内径が１ｃｍ、長さが３ｃｍとした。
ＶＯＣ物質含有水６８中のＶＯＣ物質と濃度は、前記ＧＣ／ＭＳ法で分析可能なＶＯＣ群の中から選定し、１，１−ジクロロエチレンは０．２ｍｇ／Ｌ（リットル）、ｔｒａｎｓ−１，２−ジクロロエチレンは１０ｍｇ／Ｌ、ｃｉｓ−１，２−ジクロロエチレンは１００ｍｇ／Ｌ、およびトリクロルエチレンは４００ｍｇ／Ｌ、の４種のＶＯＣ物質含有水とした。
【００４９】
パルスレ−ザ−発振器７２を動作し、前記ｆｓパルスレ−ザ−を、透明なガラス管瓶６９内のおのおの前記４種ＶＯＣ物質含有水に照射した。
１パルス当たりのパワ−は、前記フィルタ−によって調整して、２０μＪ（マイクロジュ−ル）および１００μＪの２水準とした。
前記ｆｓパルスレ−ザ−の照射時間は３０分とした。
【００５０】
未放射試料、および得られたｆｓパルスレ−ザ−照射試料の分析は、ＧＣ／ＭＳ法によって分析した。
かようにして、表１に示す結果を得た。
【００５１】
【表１】
【００５２】
表１によると、ＶＯＣ物質である、１，１−ジクロロエチレンの場合は、前記超短パルスレ−ザ光の未放射試料が０．２ｍｇ／Ｌであるのに対し、照射パワ−２０μＪ（パルス当りのパワ−値）のもとでは、添加物（触媒など）なし試料で０．１４ｍｇ／Ｌに低減し、添加物としてＡｕ（金）粉末を微量加えた試料ではＮＤ（検出下限値以下）という結果であった。
前記に同じＶＯＣ物質について、照射パワ−１００μＪのもとでは、添加物なし試料、および添加物としてＡｕ粉末を微量加えた試料の両者共、ＮＤであった。
【００５３】
ＶＯＣ物質である、ｔｒａｎｓ−１，２−ジクロロエチレンの場合は、未放射試料が１０ｍｇ／Ｌが、照射パワ−が２０μＪ、および１００μＪのもとで、添加物の無添加試料、およびＡｕ添加試料ともＮＤであった。
また、ＶＯＣ物質の、ｃｉｓ−１，２−ジクロロエチレンの場合は、未放射試料が１００ｍｇ／Ｌが、照射パワ−の２０μＪ、および１００μＪのもとで、添加物の無添加試料、およびＡｕ添加試料ともＮＤであった。
さらに、ＶＯＣ物質の、トリクロロエチレンの場合は、未放射試料が４００ｍｇ／Ｌが、放射パワ−の２０μＪ、および１００μＪのもとで、添加物の無添加試料、およびＡｕ添加試料ともＮＤであった。
【００５４】
以上まとめて、１，１−ジクロロエチレンの場合は、前記レ−ザ−の照射パワ−２０μＪのもとでは、Ａｕ微量添加無し試料では半減近く低減したのみであったが、Ａｕ微量添加でＮＤ、照射パワ−１００μＪのもとでは、Ａｕ微量添加の有無にかかわらずＮＤとなった。
したがって、Ａｕ微量添加は前記レ−ザ−の照射効果、すなわちＶＯＣ物質の分解力を高めることが分かった。
また、ｔｒａｎｓ−１，２−ジクロロエチレン、ｃｉｓ−１，２−ジクロロエチレン、およびトリクロロエチレンの場合は、放射パワ−が２０μＪ、および１００μＪのもとで、Ａｕ微量添加の有無にかかわらずＮＤであり、これらのＶＯＣ物質が完全に分解されたことを示した。
【実施例２】
【００５５】
実施例１と同様なｆｓパルスレ−ザ−において、実施例１の場合に比較して、さらに低パワ−の場合、照射時間がさらに短時間の場合、ならびにＶＯＣ物質含有水に添加する実施例１と異なる添加物、および前記添加物の他の面での効果を検討した。
ＶＯＣ物質含有水においては実施例１と同様な試料を用いて、実施例１と同じＶＯＣ物質含有水の分解装置を用いて行った。
選定したＶＯＣ物質は、実施例１と同様に、１，１−ジクロロエチレン、ｔｒａｎｓ−１，２−ジクロロエチレン、ｃｉｓ−１，２−ジクロロエチレン、およびトリクロルエチレン、の４種で、各濃度も実施例１と同様とした。
前記添加物としては、珪素、鉄などを真空下で高温度で焼結して得た焼結複合鉱体の粉末を微量添加した。
なお、前記焼結複合鉱体の主成分はＦｅＳｉ２であるので、前記添加物の表示はこれを用いた。
ｆｓパルスデ−ザ−の１パルス当たりのパワ−は、前記フィルタ−によって調整して、１、１０、および２０μＪとし、照射時間は１分、および３０分とした。
【００５６】
未照射試料、および得られた前記超短パルスレ−ザ−照射試料の分析は、実施例１と同様に、ＧＣ／ＭＳ法によった。
かようにして、表２に示す結果を得た。
【００５７】
【表２】
【００５８】
表２によると、１，１−ジクロロエチレン、ｔｒａｎｓ−１，２−ジクロロエチレン、ｃｉｓ−１，２−ジクロロエチレン、およびトリクロロエチレンの場合とも、レ−ザ−光照射後の試料からは検出されず、何れもＮＤであった。
パルスパワ−が１μＪにおいても、添加物ＦｅＳｉ２の有無にかかわらず、これらのＶＯＣ物質が完全に分解されていることを示した。
【００５９】
また、前記添加物のＶＯＣ物質の分解性についての寄与については、照射パワ−１μＪ未満については行わなかったので不明であったが、前記添加物の添加効果として、副生成物が全く発生しない効果が見られた。
すなわち、前記添加物の添加なしの試料からは、アセトン、酢酸、プロピオン酸が各微量検出されたのに対し、前記添加物の添加の試料からは、全く検出されなかったので、この点も大きな効果であるものと考えられる結果となった。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
超短パルスレ−ザ−を用いてＶＯＣ物質の分子結合を完全に切断することが可能であり、条件を整えれば副生成物が発生することがない。
したがって、従来から行われてきたＶＯＣ物質の除去法や無害化法である燃焼分解法、吸着式除去法、触媒燃焼法、あるいは蓄熱式分解法などに伴う如き、ＳＯＸＮＯＸなどの、二次有害物質が発生したり、触媒が毒物化したりする副作用がない。
また、本発明は、ＶＯＣ物質の分解方法においてクリ−ンな方法であり、将来の方向としてト−タル的にみて経済的であるものと考えられる。
【００６１】
特に、液状ＶＯＣ物質を使用する工場などから排出するＶＯＣを、水中に含有させ、濃縮してＶＯＣ濃度を上げ、本発明を適用するなどが工業的に適した方法である。
また、ＶＯＣ物質含有水に添加物としてＡｕ粉末などを微量添加することで、より低エネルギ−のレ−ザ−の照射でＶＯＣ物質を分解することができ、さらに添加物の選択によっては、全く副生成物が発生しない方法である。
したがって、より有効な触媒などの探索によって、より効率的な、また、より経済的なＶＯＣ物質を分解する技術の提供の可能性を示唆した。
また、本発明のＶＯＣ物質分解方法ならびに装置は、他の有害な化学物質の分解にも応用が可能であり、環境問題の改善に資するところが大きい。
よって、産業上の利用可能性が極めて広範囲であり、産業界に資するところも大きい。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】ＶＯＣ物質含有水にレ−ザ−を照射する概念略図
【図２】超短パルスレ−ザ−のパルス波形と幅を示す概念略図
【図３】レ−ザ−が焦点を結ぶガラス管部におけるパワ−が及ぶ範囲の概念略図
【図４】タンク内保留のＶＯＣ物質含有水におけるＶＯＣ物質分解装置の略図
【図５】フェムト秒パルスレ−ザによるＶＯＣ物質含有水のＶＯＣ物質分解装置の略図
【符号の説明】
【００６３】
１ レ−ザ−発振器
２ 超短パルスレ−ザ−
３ 対物レンズ
４ レ−ザ−の焦点（集光点）
５ 透明ガラス管部
６ 導管部
８ ＶＯＣ物質含有水
９ 導管部
２８ パルス波形
３３ 小破線囲み部；レ−ザ−の強いパワ−が及ぶ領域
３４ 破線囲み部；レ−ザ−のパワ−が及ぶ領域
４０ ＶＯＣ物質含有水用タンク
４１ ＶＯＣ物質含有水
４２ 攪拌プロペラ
４５ 注入用導管部
４６、４９ 装置内導管部
４８ 透明ガラス管部
５１ ポンプ
５２ 切替え栓
５３、５４ 循環用導管部
５５、５６ 矢印；循環の場合の流れ方向
５７ 排出用導管部
５８ 矢印；排出方向
５９ 破線囲み部；レ−ザ−処理装置部
６０ レ−ザ−発振器
６１ 超短パルスレ−ザ−
６２ 対物レンズ
６３ 添加物添加器
６８ ＶＯＣ物質含有水
６９ 管状ガラス瓶
７２ パルスレ−ザ発振器
７３ フェムト秒パルスレ−ザ光
７４ ダイクロイックミラ−
７５ フィルタ−
７６ 電磁シャッタ−
７７ 対物レンズ
ｔ 時間
Ｐ パワ−（エネルギ−）
ｐｍ パワ−の尖頭値
ｐｈ 尖頭値の半値位置
ｗ パルス半値幅（時間）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水中に含有するＶＯＣ物質の分解方法において、
沸点区分において、沸点の低いＶＶＯＣから、沸点の高いＳＶＯＣまでのＶＯＣ物質が水中に存在するＶＯＣ物質含有水に、レ−ザ−を照射して、前記ＶＯＣ物質含有水中の前記ＶＯＣ物質を無害化する方法であって、
透明なガラス管部内に存在する前記ＶＯＣ物質含有水に、前記透明なガラス管部の外側から、発振パルス波形の半値幅が１０００ｐｓ〜５０ｆｓの超短パルスレ−ザ−を、対物レンズで集光させてパワ−密度を上げると共に、点状あるいは線状に焦点を結ぶように照射することによって、
前記超短パルスレ−ザ−の作用で、前記ガラス管部に存在する前記ＶＯＣ物質含有水中の前記ＶＯＣ物質の分子結合部を切断して分解し、無害化することを特徴とする、
水中に含有するＶＯＣ物質の分解方法。
【請求項２】
水中に含有するＶＯＣ物質の分解装置において、
沸点区分において、沸点の低いＶＶＯＣから、沸点の高いＳＶＯＣまでのＶＯＣ物質が、水中に存在するＶＯＣ物質含有水に、レ−ザ−を照射して、前記ＶＯＣ物質含有水中の前記ＶＯＣ物質を無害化する装置であって、
前記装置は、前記ＶＯＣ物質含有水の流通部と、前記ＶＯＣ物質含有水へのレ−ザ−照射部とからなり、
前記流通部は、前記ＶＯＣ物質含有水が流通する導管部を有し、前記導管部には前記透明なガラス管部が挿入接続されていて、
前記道管部には、前記ガラス管部を滞留あるいは通過させる前記ＶＯＣ物質含有水の流通用ポンプ装置部、循環あるいは非循環を選択する切替え栓部、および排出用導管部を具備していて、
前記ポンプ装置部、前記切替え栓部には、前記ガラス管内における前記ＶＯＣ物質含有水の通過態様、すなわち一時滞留、一時通過、あるいは複数回循環通過などを制御する制御部を具備していて、
前記レ−ザ−照射部は、前記ガラス管部の外側から、レ−ザ−発振器からの発振パルス波形の半値幅が１０００ｐｓ〜５０ｆｓの超短パルスレ−ザ−を、対物レンズで集光させて集光密度を上げると共に、前記ガラス管内に点状あるいは線状に焦点を結ばせることができ、
前記導管部に挿入接続された前記ガラス管部内において、前記ＶＯＣ物質含有水中の前記ＶＯＣ物質の分子の結合部を切断して分解し無害化して、前記排出用導管部から排出する装置であることを特徴とする、
水中に含有するＶＯＣ物質の分解装置。
【請求項３】
水中に含有するＶＯＣ物質の分解方法において、
前記ＶＯＣ物質含有水に添加物、すなわち、金属、あるいは／および金属化合物、あるいは／および単体半導体、あるいは／および半導体化合物、を添加することによって、
前記超短パルスレ−ザ−の作用による前記ＶＯＣ物質含有水中の前記ＶＯＣ物質の分解効率を上げ、あるいは／および前記分解に伴う副生成物を低減化させることを特徴とする、請求項１に記載する水中に含有するＶＯＣ物質の分解方法。
【請求項４】
水中に含有するＶＯＣ物質の分解装置において、
前記ＶＯＣ物質含有水に添加物、すなわち、金属、あるいは／および金属化合物、あるいは／および単体半導体、あるいは／および半導体化合物を、前記ＶＯＣ物質含有水の注入量に応じて添加する添加物添加器を具備し、
前記添加物添加器の使用による前記添加物の添加によって、前記超短パルスレ−ザ−の作用による前記ＶＯＣ物質含有水中の前記ＶＯＣ物質の分解効率を上げ、あるいは／および前記分解に伴う副生成物を低減化させることができることを特徴とする、
請求項２に記載する水中に含有するＶＯＣ物質の分解装置。
【請求項１】
水中に含有するＶＯＣ物質の分解方法において、
沸点区分において、沸点の低いＶＶＯＣから、沸点の高いＳＶＯＣまでのＶＯＣ物質が水中に存在するＶＯＣ物質含有水に、レ−ザ−を照射して、前記ＶＯＣ物質含有水中の前記ＶＯＣ物質を無害化する方法であって、
透明なガラス管部内に存在する前記ＶＯＣ物質含有水に、前記透明なガラス管部の外側から、発振パルス波形の半値幅が１０００ｐｓ〜５０ｆｓの超短パルスレ−ザ−を、対物レンズで集光させてパワ−密度を上げると共に、点状あるいは線状に焦点を結ぶように照射することによって、
前記超短パルスレ−ザ−の作用で、前記ガラス管部に存在する前記ＶＯＣ物質含有水中の前記ＶＯＣ物質の分子結合部を切断して分解し、無害化することを特徴とする、
水中に含有するＶＯＣ物質の分解方法。
【請求項２】
水中に含有するＶＯＣ物質の分解装置において、
沸点区分において、沸点の低いＶＶＯＣから、沸点の高いＳＶＯＣまでのＶＯＣ物質が、水中に存在するＶＯＣ物質含有水に、レ−ザ−を照射して、前記ＶＯＣ物質含有水中の前記ＶＯＣ物質を無害化する装置であって、
前記装置は、前記ＶＯＣ物質含有水の流通部と、前記ＶＯＣ物質含有水へのレ−ザ−照射部とからなり、
前記流通部は、前記ＶＯＣ物質含有水が流通する導管部を有し、前記導管部には前記透明なガラス管部が挿入接続されていて、
前記道管部には、前記ガラス管部を滞留あるいは通過させる前記ＶＯＣ物質含有水の流通用ポンプ装置部、循環あるいは非循環を選択する切替え栓部、および排出用導管部を具備していて、
前記ポンプ装置部、前記切替え栓部には、前記ガラス管内における前記ＶＯＣ物質含有水の通過態様、すなわち一時滞留、一時通過、あるいは複数回循環通過などを制御する制御部を具備していて、
前記レ−ザ−照射部は、前記ガラス管部の外側から、レ−ザ−発振器からの発振パルス波形の半値幅が１０００ｐｓ〜５０ｆｓの超短パルスレ−ザ−を、対物レンズで集光させて集光密度を上げると共に、前記ガラス管内に点状あるいは線状に焦点を結ばせることができ、
前記導管部に挿入接続された前記ガラス管部内において、前記ＶＯＣ物質含有水中の前記ＶＯＣ物質の分子の結合部を切断して分解し無害化して、前記排出用導管部から排出する装置であることを特徴とする、
水中に含有するＶＯＣ物質の分解装置。
【請求項３】
水中に含有するＶＯＣ物質の分解方法において、
前記ＶＯＣ物質含有水に添加物、すなわち、金属、あるいは／および金属化合物、あるいは／および単体半導体、あるいは／および半導体化合物、を添加することによって、
前記超短パルスレ−ザ−の作用による前記ＶＯＣ物質含有水中の前記ＶＯＣ物質の分解効率を上げ、あるいは／および前記分解に伴う副生成物を低減化させることを特徴とする、請求項１に記載する水中に含有するＶＯＣ物質の分解方法。
【請求項４】
水中に含有するＶＯＣ物質の分解装置において、
前記ＶＯＣ物質含有水に添加物、すなわち、金属、あるいは／および金属化合物、あるいは／および単体半導体、あるいは／および半導体化合物を、前記ＶＯＣ物質含有水の注入量に応じて添加する添加物添加器を具備し、
前記添加物添加器の使用による前記添加物の添加によって、前記超短パルスレ−ザ−の作用による前記ＶＯＣ物質含有水中の前記ＶＯＣ物質の分解効率を上げ、あるいは／および前記分解に伴う副生成物を低減化させることができることを特徴とする、
請求項２に記載する水中に含有するＶＯＣ物質の分解装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００９−１２５７４３（Ｐ２００９−１２５７４３Ａ）
【公開日】平成２１年６月１１日（２００９．６．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３２９３０５（Ｐ２００７−３２９３０５）
【出願日】平成１９年１１月２３日（２００７．１１．２３）
【出願人】（３０１０２４０９５）
【出願人】（５０７４１６１４８）
【出願人】（５０４０３５８９２）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年６月１１日（２００９．６．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１１月２３日（２００７．１１．２３）
【出願人】（３０１０２４０９５）
【出願人】（５０７４１６１４８）
【出願人】（５０４０３５８９２）
【Ｆターム（参考）】
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