特開 2024-128911 光触媒酸化高度処理の装置及びその使用方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024128911

(43)【公開日】2024-09-24

(54)【発明の名称】光触媒酸化高度処理の装置及びその使用方法

(51)【国際特許分類】

   C02F 1/32 20230101AFI20240913BHJP

   C02F 1/72 20230101ALI20240913BHJP

【ＦＩ】

C02F1/32

C02F1/72 101

【審査請求】有

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023095085

(22)【出願日】2023-06-08

(31)【優先権主張番号】202310229912.5

(32)【優先日】2023-03-10

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(71)【出願人】

【識別番号】523023960

【氏名又は名称】温州大学

(74)【代理人】

【識別番号】100136629

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 光宜

(74)【代理人】

【識別番号】100080791

【弁理士】

【氏名又は名称】高島 一

(74)【代理人】

【識別番号】100125070

【弁理士】

【氏名又は名称】土井 京子

(74)【代理人】

【識別番号】100121212

【弁理士】

【氏名又は名称】田村 弥栄子

(74)【代理人】

【識別番号】100174296

【弁理士】

【氏名又は名称】當麻 博文

(74)【代理人】

【識別番号】100137729

【弁理士】

【氏名又は名称】赤井 厚子

(74)【代理人】

【識別番号】100151301

【弁理士】

【氏名又は名称】戸崎 富哉

(74)【代理人】

【識別番号】100152308

【弁理士】

【氏名又は名称】中 正道

(74)【代理人】

【識別番号】100201558

【弁理士】

【氏名又は名称】亀井 恵二郎

(74)【代理人】

【識別番号】100170184

【弁理士】

【氏名又は名称】北脇 大

(72)【発明者】

【氏名】鄭向勇

(72)【発明者】

【氏名】程冬冬

(72)【発明者】

【氏名】戴伊楊

(72)【発明者】

【氏名】劉仁蘭

(72)【発明者】

【氏名】韓文娟

(72)【発明者】

【氏名】徐奔拓

(72)【発明者】

【氏名】金華長

(72)【発明者】

【氏名】江順風

(72)【発明者】

【氏名】濮夢▲ジェイ▼

(72)【発明者】

【氏名】王芝権

(72)【発明者】

【氏名】趙敏

(72)【発明者】

【氏名】井芹寧

(72)【発明者】

【氏名】藤井忠幸

【テーマコード（参考）】

4D037

4D050

【Ｆターム（参考）】

4D037AA11

4D037AB02

4D037BA16

4D050AA13

4D050AB11

4D050BC04

4D050BC09

4D050BD02

(57)【要約】

【課題】光触媒酸化高度処理の装置及びその使用方法を提供する。
【解決手段】シェル、入水管及び出水管を含む光触媒酸化高度処理の装置及びその使用方法であって、前記シェルの内壁には、上半分にある光源が設置され、前記シェルの内には、光触媒ターンテーブルコンポーネントが回転して取り付けられ、前記光触媒ターンテーブルコンポーネントは、透明な材料で作られた支持体を含み、前記支持体に螺旋状の溝が設置され、前記支持体の両側には、ブラケットを介して光触媒膜が固定され、前記入水管内の流入水は、支持体の回転動作によって螺旋状の溝に入り、遠心力を通して光触媒膜の内側に均一に分布して光触媒酸化反応を行っており、光触媒ターンテーブルコンポーネントによる光触媒酸化反応を行い、汚水における新しい汚染物等の分解しにくい有機物を効果的に分解することができ、高品質の放流水を得て、放流水の安全性を向上させることができる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

シェル、入水管及び出水管を含み、前記シェルの内壁には、上半分にある光源が設置され、前記シェルの内には、光触媒ターンテーブルコンポーネントが回転して取り付けられ、前記光触媒ターンテーブルコンポーネントは、透明な材料で作られた支持体を含み、前記支持体に螺旋状の溝が設置され、前記支持体の両側には、ブラケットを介して光触媒膜が固定され、前記入水管内の流入水は、支持体の回転動作によって螺旋状の溝に入り、遠心力を通して光触媒膜の内側に均一に分布して光触媒酸化反応を行うことを特徴とする光触媒酸化高度処理の装置。

【請求項2】

前記シェルの上半分に光源が配置され、その内壁には反射鏡が設置され、下半分は貯水タンクであり、前記貯水タンクとシェルとの間に遮水層が設置されることを特徴とする請求項１に記載の光触媒酸化高度処理の装置。

【請求項3】

前記光源は、冷光源キセノンランプを使用し、前記光源には、風冷装置が配置され、前記光源は、シェルの上半分の周りの内壁にあることを特徴とする請求項２に記載の光触媒酸化高度処理の装置。

【請求項4】

前記支持体の材料は、石英、ガラス等の透明な材料であり、前記支持体の中央に入水口が設置され、前記支持体のエッジに出水口が設置され、前記支持体は、回転軸受を介してシェルに接続されて反時計回りに回転することを特徴とする請求項１に記載の光触媒酸化高度処理の装置。

【請求項5】

前記回転軸受は、シェルの下半分の中心点の頂端に固定され、シェルと着脱可能に接続され、前記回転軸受と支持体との間に締結具を介して固定されることを特徴とする請求項４に記載の光触媒酸化高度処理の装置。

【請求項6】

前記ブラケットは、２つの構造が同じである正及び反の部分に分けられ、前記ブラケットは、光触媒膜を固定するように支持体の正面及び反面にそれぞれ配置され、前記ブラケットの２つの部分の間に締結具で接続して固定されることを特徴とする請求項１に記載の光触媒酸化高度処理の装置。

【請求項7】

前記光触媒膜内の光触媒は、修飾黒鉛相窒化炭素を採用することを特徴とする請求項６に記載の光触媒酸化高度処理の装置。

【請求項8】

前記入水管は、シェルの下半分の頂部にあり、外部にバルブ及び蠕動ポンプと接続され、前記出水管は、シェルの下半分の底部にあり、外部にバルブと接続され、前記出水管及び入水管はそれぞれ、シェルの両端にあることを特徴とする請求項１に記載の光触媒酸化高度処理の装置。

【請求項9】

前記シェルの材料は、ステンレス鋼、プラスチック、ガラス繊維強化プラスチック等の材料の１種又は複数種からなることを特徴とする請求項１に記載の光触媒酸化高度処理の装置。

【請求項10】

上記請求項１～９のいずれか一つの装置を使用して処理し、動作する時、まず、光触媒膜をブラケットを介して支持体の表面に固定し、その後に汚水が、入水管からバルブ及び蠕動ポンプを介して貯水タンクに入り、光触媒膜の１／２を水に浸入させ、該部分の膜は、浸入領域と呼ばれ、他の部分は、露出領域になり、回転軸受は、動作を開始する時に支持体の回転を駆動し、支持体が回転する時、その表面にある光触媒膜は、貯水タンクにおける汚水を吸着し、汚水を浸入領域から露出領域に持ち込んで光源の照射によって光触媒酸化反応を行い、同時に支持体の中央には、入水口があり、該入水口は、貯水タンクに接続され、貯水タンクにおけるテールウォーターは、該入水口から支持体の内側と光触媒膜の接触面に入るとともに、支持体の表面にある螺旋状の溝及びターンテーブルの回転する時の遠心力により、テールウォーターを光触媒膜に均一に分布して光触媒酸化反応を行い、最後に１つの反応サイクルが終了した後、水流は、出水口から排出し、２番目のサイクルを開始することを特徴とする汚水処理に適する装置の使用方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光触媒酸化高度処理の装置及びその使用方法に関し、環境工学の分野に属する。

【背景技術】

【0002】

光触媒技術は、エネルギーと環境分野に重要な利用可能性を持つグリーンテクノロジーである。１９７２年、藤原は最初に発見し、１９７７年に、Ｂａｒｄは半導体光触媒反応を使用して産業廃水中の有害物質を処理することを提案した。光触媒技術は、主に半導体光触媒を介して禁止帯よりも高いエネルギーを吸収した後、電子が励起され正孔を形成し、活性なフリーラジカルを生成し、次にこれらのフリーラジカルによって目的汚染物を攻撃し、それにより触媒分解の目的を達成し、国内外での大量の研究報告には、光触媒酸化方法が水中のハロゲン化炭化水素、カルボン酸、界面活性剤、染料、窒素含有有機物、有機リン殺虫剤などのいずれもに、良好な除去効果があることを示し、通常、分解しにくい有機汚染物であっても、一般に継続的な反応後に完全な鉱化に到達することができる。光触媒プロセスには、半導体材料を光触媒として使用し、これは、常温・常圧の下で行われ、日光を光源として使用する場合、汚水処理のコストを大幅に削減できる。さらに重要なのは、光触媒技術は、汚染物を非毒性の無機小分子およびさまざまな対応する無機イオンに分解して、無害化を達成でき、水質汚染の処理のための新しい潜在的な方法を提供する。

【0003】

特許文献１に記載のターンテーブルは、直接負荷の光触媒及び２つのターンテーブルの間にガラスシートを設置する方式で光触媒酸化反応を行い、該方式は、光利用率を向上させることができるが、非常に限られ、且つターンテーブルへの光触媒の直接負荷は、装置の運転コストを増加させる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】公開番号ＣＮ１０５３３００７１Ａの中国特許

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明は、従来技術の欠点及び欠陥を克服するために、光触媒酸化高度処理の装置及びその使用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】

【0006】

シェル、入水管及び出水管を含む光触媒酸化高度処理の装置であって、前記シェルの内壁には、上半分にある光源が設置され、前記シェル内には、光触媒ターンテーブルコンポーネントが回転して取り付けられ、前記光触媒ターンテーブルコンポーネントは、透明な材料で作られた支持体を含み、前記支持体に螺旋状の溝が設置され、前記支持体の両側には、ブラケットを介して光触媒膜が固定され、前記入水管内の流入水は、支持体の回転動作によって螺旋状の溝に入り、遠心力を通して光触媒膜の内側に均一に分布して光触媒酸化反応を行っており、光触媒ターンテーブルコンポーネントを介して光触媒酸化反応を行い、汚水における新しい汚染物質等の分解しにくい有機物を効果的に分解することができ、高品質の放流水を得ることができ、放流水の安全性を向上させることができ、且つ該装置はグリーンエネルギーを使用し、二次汚染を生成せず、光触媒膜の再利用性が良好で、装置の運転コストが削減される。

【0007】

好ましくは、前記シェルの上半分に光源が配置され、その内壁には反射鏡が設置され、下半分は、貯水タンクであり、前記貯水タンクとシェルとの間に遮水層が設置される。

【0008】

さらに、前記光源は、冷光源を使用したキセノンランプであり、前記光源には、風冷装置が配置され、前記光源は、シェルの上半分の周りの内壁にあり、光源は、装置シェル全体の上半分にある周りの内壁に配置され、光触媒酸化反応にエネルギーを提供する。

【0009】

好ましくは、前記支持体の材料は石英、ガラス等の透明な材料であり、前記支持体の中央に入水口が設置され、前記支持体のエッジに放流水口が設置され、前記支持体は、回転軸受を介してシェルに接続されて反時計回りに回転し、水流が遠心力により光触媒膜の内側に均一に分布すると、支持体は透明な材料であるため、光エネルギーを失わない間、光触媒膜の内側に光を渡すことができ、光の利用効率を向上させる。

【0010】

さらに、前記回転軸受は、シェル下半分の中心点頂端に固定され、シェルと着脱可能に接続され、前記回転軸受と支持体との間に締結具を介して固定され、固定方法は、シンプルで迅速な着脱であり、支持体をシェルの内でスムーズに回転させることができる。

【0011】

好ましくは、前記ブラケットは、２つの構造が同じである正の部分と反の部分に分けられ、前記ブラケットは、光触媒膜を固定するように支持体の正面及び反面にそれぞれ配置され、前記ブラケットの２つの部分の間に締結具で接続して固定され、締結具は、着脱可能に接続され、光触媒膜を簡単に交換できる。

【0012】

好ましくは、前記光触媒膜内の光触媒は、修飾黒鉛相窒化炭素を採用し、光触媒膜は親水性であり、水透過性が良好であり、可視光の下で良好な分解性能を持っている。

【0013】

さらに、前記入水管は、シェルの下半分の頂部にあり、外部にバルブ及び蠕動ポンプと接続され、前記出水管は、シェルの下半分の底部にあり、外部にバルブと接続され、前記出水管及び入水管はそれぞれ、シェルの両端にある。

【0014】

好ましくは、前記シェルの材料は、ステンレス鋼、プラスチック、ガラス繊維強化プラスチック等の材料の１つ以上で構成される。

【0015】

本発明は、さらに、汚水処理に適する装置の使用方法を提供し、上記装置を使用して処理し、装置は、動作する時、まず、光触媒膜をブラケットで支持体の表面に固定し、その後に汚水が、入水管からバルブ及び蠕動ポンプを介して貯水タンクに入り、光触媒膜の１／２を水に浸入させ、該部分の膜は、浸入領域と呼ばれ、他の部分は、露出領域になり、回転軸受は、動作を開始する時に支持体の回転を駆動し、支持体が回転する時、その表面にある光触媒膜は、貯水タンクにおける汚水を吸着し、汚水を浸入領域から露出領域に持ち込んで光源の照射によって光触媒酸化反応を行い、同時に支持体の中央には、貯水タンクに接続されている入水口があり、貯水タンクにおけるテールウォーターは、該入水口から支持体の内側と光触媒膜の接触面に入るとともに、支持体表面にある螺旋状の溝及びターンテーブルの回転する時の遠心力により、テールウォーターを光触媒膜に均一に分布して光触媒酸化反応を行い、最後に１つの反応サイクルが終了した後、水流は、出水口から排出し、２番目のサイクルを開始する。

【発明の効果】

【0016】

本発明の有益な効果は以下のとおりである。光触媒ターンテーブルコンポーネントを設置することにより、光触媒膜及びその表面に吸着された汚水を空気に周期的に露出させることができ、空気の高透光性により、除去効率が効果的に改善され、汚水中の懸濁物、色度の光への吸収損失が回避され、支持体内に設置された螺旋状の溝は、遠心力を巧妙に利用し、汚水の物質移動効率を効果的に改善でき、光触媒ターンテーブルコンポーネントにおける支持体は、透明な材料であるため、効果的に透光し、損失を回避し、浄化効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

本発明にかかる実施例又は従来技術における技術的解決手段をより明確に説明するために、次に実施例又は従来技術の説明に使用する必要がある図面を簡単に説明するが、明らかに、次の説明における図面は本発明のいくつかの実施例だけであり、当業者にとって、創造的努力をすることなく、これらの図面から取得された他の図面は、やはり本発明の範囲に属する。

【0018】

【図1】本発明の本体の構造概略図である。

【図2】本発明における光触媒ターンテーブルコンポーネントの構造概略図である。

【図3】支持部材の構造概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

本発明の目的、技術的方案及び利点をより明確にするために、次に図面を参照して本発明をさらに詳しく説明する。

【0020】

なお、本発明にかかる実施例において「第１の」及び「第２の」を使用する表現はいずれも、２つの同じ名称で同じでないエンティティ又は同じでないパラメーターを区別するために使用され、「第１の」及び「第２の」は表現の利便性のためだけのものであり、本発明にかかる実施例への限定として理解すべきではなく、後記の実施例はこれについて１つずつ説明しない。

【0021】

本発明で言及された方向及び位置用語、例えば、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「内」、「外」、「頂部」、「底部」、「側面」等は、図面を参照する方向又は位置だけである。したがって、使用される方向及び位置用語は、本発明を説明して理解するために使用され、本発明の保護範囲への制限ではない。

【0022】

図１～３に示すように、本発明にかかる光触媒酸化高度処理の装置の実施例であり、シェル３、入水管１及び出水管２を含み、前記シェル３の内壁には、上半分にある光源４が設置され、前記シェル３の内には、光触媒ターンテーブルコンポーネント５が回転して取り付けられ、前記光触媒ターンテーブルコンポーネント５は、透明な材料で作られた支持体８を含み、前記支持体８に螺旋状の溝１１が設置され、前記支持体８の両側には、ブラケット９を介して光触媒膜６が固定され、前記入水管１の内の流入水は、支持体８の回転動作によって螺旋状の溝１１に入り、遠心力を通して光触媒膜６の内側に均一に分布して光触媒酸化反応を行い、光触媒ターンテーブルコンポーネント５を介して光触媒酸化反応を行い、汚水における新しい汚染物質等の分解しにくい有機物を効果的に分解することができ、高品質の放流水を得て、放流水の安全性を向上させることができ、且つ該装置はグリーンエネルギーを使用し、二次汚染を生成せず、光触媒膜６の再利用性が良好で、装置の運転コストが削減される。

【0023】

シェル３の上半分に光源４が配置され、その内壁には反射鏡が設置され、下半分は貯水タンク１３であり、前記貯水タンク１３とシェル３との間に遮水層が設置されている。光源４は、冷光源４を使用したキセノンランプであり、前記光源４には、風冷装置が配置され、前記光源４は、シェル３の上半分の周りの内壁にあり、光源４は、装置シェル３全体の上半分にある周りの内壁に配置されており、光触媒酸化反応にエネルギーを提供する。

【0024】

支持体８の材料は、石英、ガラス等の透明な材料であり、前記支持体８の中央に入水口１０が設置され、前記支持体８のエッジに出水口１２が設置され、前記支持体８は、回転軸受７を介してシェル３と接続されて反時計回りに回転し、水流が遠心力を介して光触媒膜６の内側に均一に入って分布する時、支持体８は透明な材料であるため、光エネルギーを失わないとともに、光触媒膜６の内側に光を渡して光触媒酸化反応を行い、光の利用効率を向上させることができる。回転軸受７は、シェル３の下半分の中心点の頂端に固定され、シェル３と着脱可能に接続され、前記回転軸受７と支持体８との間に締結具を介して固定され、固定方法は、シンプルで迅速な着脱であり、支持体８をシェル３内でスムーズに回転させることができる。

【0025】

ブラケット９は、２つの構造が同じである正の部分と反の部分に分けられ、前記ブラケット９は、光触媒膜６を固定するように支持体８の正面及び反面にそれぞれ配置され、前記ブラケット９の２つの部分の間に締結具の方式で接続して固定され、締結具は、着脱可能に接続され、光触媒膜６を簡単に交換できる。光触媒膜６内の光触媒は、修飾黒鉛相窒化炭素を採用し、光触媒膜６は、親水性であり、水透過性が良好であり、可視光の下で良好な分解性能を持っている。

【0026】

入水管１は、シェル３の下半分の頂部にあり、外部にバルブ及び蠕動ポンプと接続され、前記出水管２は、シェル３の下半分の底部にあり、外部にバルブと接続され、前記出水管２及び入水管１はそれぞれ、シェル３の両端にある。

【0027】

前記シェル３の材料は、ステンレス鋼、プラスチック、ガラス繊維強化プラスチック等の材料の１種又複数種からなる。

【0028】

本発明はさらに、汚水処理に適する装置の使用方法を提供し、上記装置を使用して処理し、シェル３のサイズは、３０ｃｍ＊２０ｃｍ＊３０ｃｍ、体積１８０００ｃｍ^３のステンレスシェルとして選択される。

【0029】

光源４は、２００Ｗの冷光源キセノンランプである。

【0030】

支持体８は、材料が石英であり、厚さが４ｃｍであり、直径が２０ｃｍであり、その表面に幅１ｃｍ、深さ１ｃｍの螺旋状の溝１１が分布し、支持体８の中央には、直径２．５ｃｍの入水口１０がある。光触媒膜６の直径は、２０ｃｍである。

【0031】

回転軸受７は、長さが２０ｃｍであり、ブラケット９は、材料がステンレスであり、光触媒膜６を固定するために使用され、その直径は２０ｃｍであり、ブラケット９の直径は３ｍｍであり、共に６本のステンレス鋼バーがある。

【0032】

貯水タンク１３は、ステンレスシェル３の下半分にあり、ステンレスシェル３との間に一層の遮水層が設置され、貯水タンク１３のサイズは、３０ｃｍ＊２０ｃｍ＊１５ｃｍ、体積が９０００ｃｍ^３である。

【0033】

装置は、光触媒酸化を採用してテールウォーター中の新しい汚染物を酸化分解し、ステンレスシェル３に入水管１及び出水管２が設置され、水流方式は、断続的であり、即ち入水管１に水を流入する時、出水管２は、閉じ状態にあり、貯水タンク１３内の水位が光触媒ターンテーブルコンポーネント５の１／２箇所に達する時に水の流入を停止させ、光触媒酸化反応を行い、１つの反応サイクルが終了した後に出水管２を開放して水を排除し、次の反応サイクルを行い、入水管１は、貯水タンク１３の頂部にあり、出水管２は、貯水タンク１３の底部にあり、両方のいずれにもバルブが設置され、水流の流れを制御し、同時に入水管１には、水の流入に使用されるように蠕動ポンプも設置され、回転軸受７には、外部にモーターと接続され、パワーを与え、光触媒ターンテーブルコンポーネント５の回転は、回転軸受７によって駆動され、貯水タンク１３内の水位は、光触媒ターンテーブルコンポーネント５の１／２箇所までに達し、光触媒膜６は親水性膜であり、その内の光触媒は、修飾黒鉛相窒化炭素であり、支持体８は、回転軸受７に従って反時計回りに回転し、回転速度は、具体的な水質状況に応じて決定され、光触媒ターンテーブルコンポーネント５は、回転する時にテールウォーターが入水口１０から溝１１に流入するとともに、遠心力の作用下で、光触媒膜６と支持体８の接触面に均一に流入し、光触媒膜６は、貯水タンク１３におけるテールウォーターを吸着しながら膜の表面に一層の薄液膜が残され、この層の薄液膜は、光源４からの照射によって迅速な光触媒酸化反応を行い、光触媒膜６は、独立的な一部として単独で交換することができ、運転及び管理コストを削減させ、同時に光触媒膜６の分解性能の異なりにより、装置全体は、異なる実際のシナリオに使用でき、テールウォーターは、上記プロセスを通過した後に新しい汚染物の濃度を効果的に分解することができる。

【0034】

上記本発明の装置を使用したシステムでは、その放流水が「都市汚水処理場の汚染物質排出標準」（ＧＢ１８９１８－２００２）で規定された第１レベルのＢ排出標準に達し、トン水操作コストが、一般的な汚水処理プロセスよりも低く、また、操作管理は簡単で、放流水病菌数はいずれも、検出限界より低く、再利用標準に達する。

【0035】

以上の開示されたのは本発明の好ましい実施例だけであり、勿論これによって本発明の特許請求の範囲を限定することができず、したがって本発明の請求項に従う同等の変更は、やはり本発明の範囲に属する。

【0036】

いくつかの具体的な実施例を参照して本発明を説明したが、本発明は開示された具体的な実施例に限定されないことを理解する必要がある。本発明は、添付の特許請求の範囲のの精神及び範囲内に含まれた各種の修正及び等価配置をカバーすることを目的としている。

【符号の説明】

【0037】

1、入水管
2、出水管
3、シェル
4、光源
5、光触媒ターンテーブルコンポーネント
6、光触媒膜
7、回転軸受
8、支持体
9、ブラケット
10、入水口
11、溝
12、出水口
13、貯水タンク

【図1】

【図2】

【図3】