JP2015505721A

JP2015505721A - 排出物をマイクロビーズの床において低温プラズマおよび光触媒作用により処理するための方法

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Publication number: JP2015505721A
Application number: JP2014543955A
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Inventors: ドゥヴォー，ピエール−アレクサンドル; パルジ，ディディエ
Original assignee: BEEWAIR
Current assignee: BEEWAIR
Priority date: 2011-12-01
Filing date: 2012-11-26
Publication date: 2015-02-26
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Abstract

本発明は、反応器（１）の入口（４）から出口（５）までの間を移動する排出物（２）の処理方法であって、低温プラズマ処理を用いるとともにＵＶ光触媒剤の作用を用いて排出物に処理を施して、排出物を処理するための酸化種を生成することを含む方法に関する。本発明によれば、この方法は、排出物に低温プラズマ処理を施すと同時にＵＶ光触媒剤の作用で前記排出物を処理することを含み、反応器（１）の内部に配置され、光触媒剤を担持する多孔質マイクロビーズ（９）の床の内部で局所的に低温プラズマ処理を実施して、酸化種を発生させるとともにそれら酸化種を床の内部で拡散させる。【選択図】図１

Description

本発明は、化学汚染物質、微生物、および／または粒子を含有するガス状または水性の排出物を光触媒作用と低温プラズマとを併用した技術を用いて処理することに関する。

本発明の目的は、例えば、粒子、ウイルス、細菌、かび、藻類などの微生物などの環境汚染物質、ＶＯＣ、ＳＶＯＣ、ＢＴＥＸ、ＨＡＰ（Ｃ₁₀−Ｃ₂₅）、ＨＡＡＡ、ＮＯ_X、ＳＯ_X、Ｈ₂Ｓ、ＣＯ、Ｏ₃、ハロゲン化合物、内分泌撹乱物質、およびすべての匂い分子などの化学汚染物質を含有する排出物を処理することである。

本発明の主題は、以下の用途に限定はされないが、例えば、化学および石油化学産業分野；医療および病院業分野；農産物加工ライン；養鶏、園芸植物栽培、樹木栽培、ブドウ栽培などの食品生産および飼育栽培現場；果物、野菜、魚、肉、チーズ、パン・菓子類などの腐敗しやすい食品の低温貯蔵；水処理工場；小規模発電所；雨水貯留槽；公共施設および住宅向けに供される民営および公営の第三次産業などに、特に有利に応用できる。

誘電体バリア放電により発生する低温プラズマの原理は、ラジカル型の励起化学種、アニオン、およびカチオンを生じるものである。このようにしてガス状のプラズマを発生させることで、ガス状または水性の排出物に含有される汚染物質の化学結合を攻撃できる。実際には、エアギャップなどの誘電体によって分離された２つの対称電極間に高い電圧を印加することにより、大気圧下で低温プラズマが得られる。電気アークの影響を受けて、エアギャップがイオン化される。電気アークが環境中に含有される成分をイオン化して、アニオン、カチオン、少数のラジカル、および励起種を生じる。それらの混合物が存在する化合物を分解する。

誘電体バリア放電により発生する低温プラズマを用いて化学分子および揮発性有機化合物（ＶＯＣ）を破壊することは当該分野において公知である。その技術では、酸素を含有する排出物中に大気圧下でプラズマを生じさせることで、Ｏ₃を発生できる。その濃度によっては、Ｏ₃は微生物に対して殺菌効果を有する。

光触媒処理は、紫外（ＵＶ）光子での励起により誘発される反応によって空気中または水中に存在する各種の有機汚染物質を破壊可能な光触媒剤を用いる化学的酸化還元方法である。光触媒処理では、酸化金属（Ｍ−Ｏ_X）型の半導体に対して３８０ナノメートル（ｎｍ）より短い波長でＵＶ照射を行い、その結果としてラジカル（Ｏ₂およびＯＨ）を生じる。ＵＶ照射中に、Ｍ−Ｏ_X型半導体の電子雲が変化する、すなわち、一つまたは複数の電子が電気的ギャップを超える。空気または水に接触すると、これらの電子は、Ｍ−Ｏ_X型半導体の表面に水酸化ラジカルおよび酸素ラジカルなどのラジカルを生じる。非常に高い反応速度を有するこれらのラジカルは、ＵＶ照射により活性化したＭ−Ｏ_X部位に吸着された有機化学成分を攻撃し、それらの化学結合を壊してそれらを分解する。これにより、ＣＯ₂、Ｈ₂Ｏ、Ｎ₂などへの化合物の全体的な、または部分的な分解が起こり得る。

ガス状の排出物に含有される化合物を分解するためのＵＶ光触媒処理のみの使用が、例えば特許出願ＷＯ００／７２９４５に記載されている。さらに、光触媒処理と低温プラズマの２つの技術が、既に組み合わされて記載されている。

例として、特許出願ＷＯ２００７／０５１９１２は、ガス状の排出物を処理するための方法であって、トリクルベッド型の反応器において、誘電体バリア放電により生じる低温プラズマと外部ＵＶ源を用いた光触媒処理とを同時に連動させる方法を記載している。誘電体バリア放電装置の誘電体の壁が、光触媒剤としてのＴｉＯ₂で被覆されている。ＵＶ照射により活性化された光触媒の内部でプラズマ放電が起こる。その文献に記載された技術には、ＴｉＯ₂での放電中に生成される反応種が主にアニオンとカチオンであり、それらの一部がＯ₂ ^-，Ｏ₃ ^-、およびＯＨ^-からラジカルを発生するのに消費されるという欠点がある。その技術では、放電中のオゾンの生成は制限されるが、反応器出口でのオゾンの生成と二次汚染物質の生成とが防止されない。さらに、反応器の構造上、放電によって生成されるすべてのイオン種をラジカルに変えるための十分に長い無機化時間が得られない。

また、特許出願ＵＳ２００２／０１６８３０５は、ウイルスや細菌などの微生物を除去するための空気処理システムを記載している。その処理システムは、空気をイオン化しオゾンを生じさせるために放電ランプが中央に配置された環状の反応器を備えている。２つの金属メッシュ製のスリーブの間に設けられた多孔質誘電体が反応器の壁を構成している。その部分で誘電体放電を起こしてイオン種およびラジカル種を生じさせるとともに、中央チャンバで生じたオゾンを消費させる。

この浄化処理は３つの工程で実施される。
・イオン種およびオゾンの発生を伴う反応器の中心でのＵＶ照射およびイオン化。
・多孔質誘電体内部での放電および光触媒処理：多孔質誘電体全体にわたるイオンの生成およびオゾンの生成ならびにラジカルの生成およびオゾンの破壊。
・出口での濾過。

その技術には、特許出願ＷＯ２００７／０５１９１２と同様の欠点がある。ラジカルを発生するホモリティックな酸化還元反応が光触媒反応により引き起こされ、その一方で、イオンが関与するヘテロリティックな反応が放電過程により引き起こされる。また、光触媒反応の方がより急速でそれ故優勢である。このことにより、反応器内部での、イオン、オゾン、およびラジカル反応種の不均質な勾配の形成が制限される。酸化能力は変化せず、化学汚染物質および汚染微生物を有効かつ完全には無機化できない。

Ｊ．Ｙ．ＢＡＮ等の発表（“Highly concentrated toluene decomposition on the dielectric barrier discharge (DBD) plasma-photocatalytic hybrid system with Mn-Ti-incorporated mesoporous silicate photocatalyst (MN-Ti-MPS)”, Applied Surface Science, ELSEVIER, AMSTERDAM, NL, vol. 253, No. 2, 15 November 2006 (2006-11-15), pp. 535-542, SP024893621, ISSN: 0169-4332, DOI: 10.1016/J.APSUSC.2005.12.103 [２００６年１１月１５日発行からの抜粋] ＊２．４章“Analysis of product for toluene decomposition”; ５３７頁〜５３８頁、図３）には、プラズマ処理および光触媒処理に基づくハイブリッドシステムにおけるトルエンの破壊にＭｎおよびＴｉを含むメソポーラスケイ酸化合物を使用することに関する研究が記載されている。この目的のために、記載されている反応器は、プラズマ反応器とその後段に配置された光触媒剤を収容する光触媒反応器とを備える。イオン種の生成を活用して放電によりトルエンを予備分解するプラズマ反応器にトルエンをまず初めに通し、次いで光触媒反応器からの副生成物をＣＯ₂へと無機化することにより、トルエンを分解する。

その技術は、イオン化による予備分解の実施とそれに続く無機化とによるトルエンの破壊に限定的に適用されており、このような技術の用途が制限されている。さらに、この技術を用いて効率的な処理は達成できない。その理由は、この技術が以下の２つの連続する反応を通じて汚染物質を分解するからである。
・初期汚染物質よりも毒性が強いおそれのある二次反応中間生成物を生じる、発生したイオン種の付加反応および置換反応、
・最適なトルエンの無機化の達成には使用できない光触媒反応器の構成によって決定づけられる酸化能力に反応の成果が依存する、上記反応に続く光触媒酸化反応。

最初のプラズマ反応器を経て生じる二次反応中間生成物は、二番目の光触媒反応器でのラジカル分解中にトルエンと競合する。図１０および図１１に見られるように、還元されない毒性種が必ず存在し、これらの図は、得られるＣＯ₂変換率が２７％〜４３．８７％であり、変異原性、発がん性、生殖毒性（ＣＭＲ）のあるベンゼンを含む毒性の二次反応中間生成物が発生するという当該技術の限界を示している。

さらに、このトルエン無機化試験は１０００ｐｐｍのトルエンを注入して実施されたことに留意する必要がある。このことは、ガス状の排出物の連続的な処理を必要とする工業用途に上記のシステムは使用できないことを意味する。

そこで、本発明は、ＵＶ照射による光触媒処理と低温プラズマの生成とを同時に併用することによって排出物を処理する技術であって、任意の発生源からの排出物における有機化合物破壊性能を改善するために生成される酸化種を制御するのに適した技術を提案し、先行技術の欠点を克服することを目的とする。

そこで、本発明は、反応器の入口から出口までの間を移動する排出物の処理方法であって、低温プラズマ処理を用いるとともにＵＶ光触媒剤の作用を用いて排出物に処理を施して、排出物を処理するための酸化種を生成することを含む。

本発明によれば、上記方法は、反応器の内部に配置され、光触媒剤を担持する多孔質マイクロビーズの床の内部で局所的に上記低温プラズマ処理を実施して、酸化種を発生させるとともにそれら酸化種を床の内部で拡散させることを含む。

また、本発明の方法はさらに、以下の付加的特徴のうちの少なくとも１つを組み合わせて有してもよい。
・反応器の内部に多孔質マイクロビーズの流動床を形成する。
・光触媒処理および多孔質マイクロビーズによる部分的吸収、低温プラズマ処理を併用した光触媒処理および多孔質マイクロビーズによる部分的吸収、ならびに、光触媒処理および多孔質マイクロビーズによる部分的吸収を含む処理サイクルを、反応器の入口から出口までの間に排出物に対して少なくとも１回連続的に実施する。

本発明のさらなる目的は、上記処理方法を実施するための反応器を提供することである。

本発明によれば、上記反応器は、
・入口から出口まで排出物を移動させるための通路を画定する容器であって、その内部にＵＶ光触媒剤を担持する多孔質マイクロビーズの床が設置されている容器と、
・多孔質マイクロビーズへのＵＶ照射用の少なくとも１つのＵＶ照射源と、
・低温プラズマを発生させる少なくとも１つの誘電体バリア放電装置であって、酸化種を発生させるとともに該酸化種を上記多孔質マイクロビーズの床の内部で拡散できるように、上記床の内部に局所的に内蔵されている誘電体バリア放電装置と、を備える。

また、本発明の反応器は、以下の付加的特徴のうちの少なくとも１つを組み合わせて有してもよい。
・容器が互いに同心状の外壁と内壁とによって画定され、ＵＶ照射源が内壁によって画定される収容部に設置され、一連の誘電体バリア放電装置が容器の内部に内蔵されている。
・誘電体バリア放電装置が容器内に軸方向に沿って配置され軸周りに角度をつけて分布されている、または誘電体バリア放電装置が容器の流路の１箇所または複数箇所の断面において内壁から放射状に配置されている。
・容器が、一方の面に排出物の入口を有するとともに反対の面に排出物の出口を有する細長の筐体によって画定され、出口が入口に対して短手方向にずらして配置され、筐体が誘電体バリア放電装置とＵＶ照射源とが収容された多孔質マイクロビーズの床を含む。
・容器が、入口を画定するとともに２つの側壁に接合された外周壁によって画定され、２つの側壁の一方が出口を画定する。
・容器が、該容器の内部に互い違いに配列された一連の処理モジュールを備え、処理モジュールはそれぞれ、ＵＶ照射源と誘電体バリア放電装置とを支持する方向調節可能な支持体を備える。
・容器が、取り外し可能なカートリッジとして作製され、仮固定手段と誘電体バリア放電装置用およびＵＶ照射源用の電気接続端子とが設けられた装着基部を備え、多孔質マイクロビーズの床が、処理対象である排出物を透過可能な保持用のスクリーンを用いて基部に保持されている。
・多孔質マイクロビーズの床を流動化するためのシステム。
・多孔質マイクロビーズの床を流動化するためのシステムが、多孔質マイクロビーズの床を過圧状態または減圧状態にできる。
・多孔質マイクロビーズが、３〜１０オングストロームの範囲の孔径を有する。
・多孔質マイクロビーズが、５００マイクロメートル（μｍ）〜５センチメートル（ｃｍ）の範囲、好ましくは１０００μｍ〜８０００μｍの範囲の直径を有する。
・多孔質マイクロビーズが、イルメナイト、ゼオライト、活性炭、および／または過マンガン酸カリウムからなる。
・多孔質マイクロビーズの光触媒剤が、イルメナイト、ＴｉＯ₂、ＺｎＯ、ＭＯ、および重金属の中から単独で、または組み合わせて選択される。
・ＵＶ照射源が、１５０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲の波長で照射する。
・ＵＶ照射源が、保持用のスクリーンの周縁に分布された一連のＵＶダイオードによって形成される。

他の様々な特徴が、本発明の主題の実施形態を非限定的な例として示している添付の図面を参照してなされる以下の説明から明らかになる。

図１は、本発明に係る処理反応器の第１の実施形態例の縦断面図である。図１Ａは、反応器内で得られる酸化能力Ｃの変動を排出物の経路Ｌに応じて示す図である。図２は、本発明に係る反応器の実質的に図１のII‐II線に沿った横断面図である。図２Ａは、反応器内で得られる酸化能力Ｃの変動を反応器の断面Ｓに沿って示す図である。図３は、本発明に係る反応器の第２の実施形態例の縦断面図である。図３Ａは、反応器内で得られる酸化能力Ｃの変化を排出物の経路Ｌの長さ方向に応じて示す図である。図４は、実質的に図３のIV‐IV線に沿った横断面図である。図４Ａは、反応器内で得られる酸化能力Ｃの変化を反応器の断面Ｓに沿って示す図である。図５は、本発明に係る反応器の様々な別の実施形態を示す。図６は、本発明に係る反応器の様々な別の実施形態を示す。図７は、本発明に係る反応器の様々な別の実施形態を示す。図８は、本発明に係る反応器の様々な別の実施形態を示す。図９は、本発明に係る反応器の様々な別の実施形態を示す。

図１、図２は、排出物２を処理するための本発明に係る反応器１の第１の実施形態例を一般的に示している。排出物２はガス状または水性であり、例えば、粒子、ウイルス、細菌、かび、藻類などの微生物などの環境汚染物質、ＶＯＣ、ＳＶＯＣ、ＢＴＥＸ、ＨＡＰ（Ｃ₁₀−Ｃ₂₅）、ＨＡＡＡ、ＮＯ_X、ＳＯ_X、Ｈ₂Ｓ、ＣＯ、Ｏ₃、ハロゲン化合物、内分泌撹乱物質、およびすべての匂い分子などの化学汚染物質といった汚染物質を含む。

反応器１は、排出物の入口４と処理済み排出物の出口５とを有する本体あるいは容器３を備える。容器３の内部が、入口４から出口５まで排出物を移動させるための通路を形成するチャンバ６を画定しており、排出物は不連続的にまたは連続的に移動される。

図示した実施形態では、容器３は断面円形の外壁７を備え、その内部に同じく断面円形の内壁８が設けられている。これら２つの壁、内壁８と外壁７とは、互いに同心状に設けられた２つの筒状の壁である。従って、チャンバ６は円環状である。当然ながら、反応器の形状は断面円形の筒状構造とは異なっていてもよい。

本発明の１つの特徴によれば、多孔質マイクロビーズ９の床が容器３の内部に設置されている。以下の記載において説明するように、排出物が反応器の入口４から出口５までの間を進行する際に多孔質マイクロビーズの床を通過するように、多孔質マイクロビーズ９が移動通路６に配置されている。この実施形態では、容器３は、排出物を透過可能でかつ多孔質マイクロビーズ９を適切な位置に保持できる２つの側壁を備える。従って、容器３は例えば、マイクロビーズ９を保持するためのシステムとしてスクリーン１０を備える。

なお、１つの変形形態では、多孔質マイクロビーズの床を流動化してもよい。この変形形態では、反応器１は、多孔質マイクロビーズの床を流動化するためのシステム１１を備える。一例として、多孔質マイクロビーズ９の床を流動化するためのシステム１１を用いて多孔質マイクロビーズの床を過圧状態または減圧状態にできる。一例として、システム１１はポンプまたはファンであってもよい。

多孔質マイクロビーズの孔径は、有利には３〜１００００オングストロームの範囲にあり、有利には３〜５０００オングストロームの範囲にあり、より好ましくは３〜１０オングストロームの範囲にある。

一例として、各多孔質マイクロビーズ９は球状であり、５００μｍ〜５ｃｍの範囲、好ましくは１０００μｍ〜８０００μｍの直径を有する。

多孔質マイクロビーズは、イルメナイト、ゼオライト、活性炭、および／または過マンガン酸カリウムからなる。

本発明の別の特徴によれば、多孔質マイクロビーズ９はＵＶ光触媒剤を担持する。

多孔質マイクロビーズ９の光触媒剤は、イルメナイト、ＴｉＯ₂、ＺｎＯ、ＭＯ、および重金属の中から単独で、または組み合わせて選択される。

多孔質マイクロビーズ９は１つまたは複数の材料から作製されることが理解されるであろう。多孔質マイクロビーズ９は、それが光触媒剤であれば単一の材料から作製されてもよい。従って、例えば、多孔質マイクロビーズ９は、イルメナイトのみから作製されてもよい。

１つの変形形態では、反応器１の内部に配置された床の多孔質マイクロビーズ９のすべてが同一である。別の変形形態では、反応器１は、構成材料の量、空孔率、および直径が異なる多孔質マイクロビーズ９を収容してもよい。従って、多孔質マイクロビーズ９は、好ましくは３〜１０オングストロームの均一な、または不均一な孔径を有してもよい。また、多孔質マイクロビーズ９は、５００μｍ〜５ｃｍの均一な、または不均一な直径を有してもよい。本発明の別の特徴によれば、反応器１は、多孔質マイクロビーズ９へのＵＶ照射用の少なくとも１つのＵＶ照射源１２を備え、図１〜図４に示す例では１つのみのＵＶ照射源１２を備える。図示した例では、ＵＶ照射源１２は、筒状の内壁８の内部に設けられた収容部に設置されている。ＵＶ照射源１２は、発せられたＵＶ光が容器３に配置された多孔質マイクロビーズ９の光触媒剤に作用できるように設置されている。ＵＶ照射源は、１５０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲、好ましくは１８０ｎｍ〜３６５ｎｍの範囲の波長で照射する。当然ながら、より大きなサイズの、または異なる形状の容器３の場合には、反応器１は、容器３の内部に配置されたすべての多孔質マイクロビーズ９を照射できるように、複数のＵＶ照射源１２を装備してもよい。

反応器１はまた、低温プラズマを発生させる少なくとも１つの誘電体バリア放電装置１４であって、多孔質マイクロビーズ９の床の内部に局所的に内蔵された誘電体バリア放電装置１４を備え、図１、図２に示す例では４つの誘電体バリア放電装置１４を備える。各誘電体バリア放電装置１４は、誘電体１７によって隔てられた２つの電極１５、１６を備える。電極１５、１６は、１２ボルト（Ｖ）〜２２０Ｖの直流（ＤＣ）または交流（ＡＣ）電源１９に接続されている。なお、各誘電体バリア放電装置１４は、多孔質マイクロビーズ９に包囲されるように、多孔質マイクロビーズ９の床内に埋め込まれている。なお、多孔質マイクロビーズ９は、電極１５、１６の間には位置できないが、電極１５、１６の外側に配置されている。

図１、図２に示す例では、誘電体バリア放電装置１４は、容器３内に軸方向に沿って配置され、軸周りに角度をつけて分布されている。各誘電体バリア放電装置１４は、隣り合う装置に対して９０°ずらして配置され、反応器の軸方向長さよりも短い限られた長さにわたって延びている。図１、図２に見られるように、各誘電体バリア放電装置１４は、多孔質マイクロビーズ９群の内部に完全に内蔵されるか、または多孔質マイクロビーズ９によって完全に包囲されるように、内外壁８、７から間隔をおいて、さらには反応器１の両端からも間隔をおいて延びている。

上述した本発明に係る反応器１を用いることで、特に効果的な処理方法を実施できる。

すなわち、本発明の方法は、排出部に低温プラズマ処理（１つまたは複数の誘電体バリア放電装置１４を用いる）を施すと同時にＵＶ光触媒剤の作用（多孔質マイクロビーズ９に対して作動するＵＶ照射源１２を用いる）で排出物を処理することにより、活性酸化種、有利には主として排出物の処理と最適な無機化を促進するラジカル雲を形成するラジカルから構成される活性酸化種、の最適な発生を可能にすることを目的とする。本発明の方法は、反応器１の内部に配置され、光触媒剤を担持する多孔質マイクロビーズ９が誘電体バリア放電装置１４の誘電体バリアを介した放電にさらされないように、多孔質マイクロビーズ９の床の内部に内蔵されて配置された手段によって低温プラズマ処理を実施する。このような方法を用いることで、異なる性質の活性種または酸化種、主としてプラズマについてはイオンおよびオゾン、光触媒については水酸化ラジカルおよび酸素ラジカルを発生させることができる。低温プラズマとＵＶ源１２に照射された自己触媒性の多孔質マイクロビーズ９とによってそれぞれ別々にかつ同時に発生したこれらの活性化合物もしくは酸化化合物または活性種もしくは酸化種は、化合物および微生物を破壊して無機化できるとともに、粒子を保持して多孔質マイクロビーズ９を再生できる。このような原理によれば、活性種または酸化種を発生させながら、反応器１における存続期間および各種反応の速度を適切に管理できる。酸化種または反応種（イオンまたはラジカル）（および／または反応器の酸化能力の要素となる反応種の混合物）の性質と汚染物質の性質とによっては、存続期間および反応速度は、１０^-9秒（Ｓ）〜数秒の範囲である。

従って、本発明の方法によれば、床の内部で生成される酸化種の量が反応器１の入口４から出口５までの間で変化して、これにより、酸化種が局所的に発生するとともに床の内部で拡散することが確実になる。容器３においてこのような酸化種生成の勾配を得ることで、化学汚染物質、汚染微生物、および粒子の複合混合物の同時分解が可能になり、その結果それらがＣＯ₂、Ｈ₂Ｏ、Ｎ₂、Ｏ₂、およびＨ₂Ｏ₂へと無機化される。図１Ａに見られるように、多孔質マイクロビーズの床の内部で生成される酸化種の量、すなわち反応器の酸化能力Ｃは、反応器の入口４から出口５までの間で増大・向上する。

従って、本発明の反応器１を用いることで、フェントン効果によるラジカル種およびＨ₂Ｏ₂の生成を促進できる。Ｈ₂Ｏ₂の生成を利用することで、反応器内の酸化能力Ｃを向上させ、得られる全体的な殺菌効果を向上させることができる。残存したＨ₂Ｏ₂は、細菌への攻撃および／またはＯＨの生成の際に局所的に消費される。このように、本発明の方法は、反応器の入口から出口までの間に排出物に対して処理サイクルを少なくとも１回連続的に実施することを目的とすることが理解されるであろう。当該処理サイクルは、
・入口４と誘電体バリア放電装置１４との間に位置する領域における光触媒処理および多孔質マイクロビーズ９による部分的吸収、
・誘電体バリア放電装置１４が配置された反応器１のチャンバにおける低温プラズマ処理を併用した光触媒処理および多孔質マイクロビーズ９による部分的吸収、ならびに、
・反応器の出口５と誘電体バリア放電装置１４との間に位置する領域における光触媒処理および多孔質マイクロビーズ９による部分的吸収、
を含む。

図３、図４は、本発明に係る反応器１の別の実施形態例を示しており、反応器１は、容器内に放射状に分布された誘電体バリア放電装置１４を備える。この例では、容器３の流路の複数箇所の断面において、誘電体バリア放電装置１４が放射状に分布されている。容器３の流路の当該複数箇所の断面のそれぞれは、反応器１の内壁６から放射状に延びる５つの誘電体バリア放電装置１４を含む。図３、図４に示す例では、反応器１は、反応器１の入口４と出口５との間に分布された３組の誘電体バリア放電装置１４群を備える。図３、図４に示す反応器１の動作原理は、図１、図２に示す反応器１の動作原理と類似している。従って、多孔質マイクロビーズの床の内部で生成される酸化種の量、すなわち反応器の酸化能力Ｃが、反応器１の入口４から出口５までの間で増大・向上する（図３Ａ）。しかし、隣り合う２組の誘電体バリア放電装置１４群の間で、生成される酸化種の量はわずかに低下・減少する。図３Ａに明らかに見られるように、誘電体バリア放電装置１４を排出物の経路に沿って並べて配置することで、反応器の入口から出口までの間で反応器の全体的な酸化能力を向上できる。

当然ながら、反応器１には、放射状に延びる複数の誘電体バリア放電装置１４を１箇所のみに設けてもよい。同様に、同一の反応器１において、軸方向に延びる誘電体バリア放電装置１４と放射状に延びる誘電体バリア放電装置１４とを併用してもよい。

図５は、本発明に係る反応器のさらなる実施形態例を示しており、この反応器は細長の筐体２０で、その内部が容器３を画定している。筐体２０はその一方の主面に排出物の入口４を有し、その反対の主面に排出物の出口５を有する。入口４および出口５は、細長の筐体２０の長さの全体または一部にわたって延びており、容器３内に配置された多孔質マイクロビーズ９群の内部を排出物が通過できるようにするために、互いに対して短手方向にずらして配置されている。多孔質マイクロビーズ９群の内部には、筐体２０の内部を長手方向に延びる１つまたは複数のＵＶ照射源１２が設置されているとともに、同じく筐体２０の内部を長手方向に延びる１つまたは複数の誘電体バリア放電装置１４が設置されている。一例として、ＵＶ照射源１２は出口５に対向するように配置され、一方誘電体バリア放電装置１４は入口４に対向するように配置される。

図６は、反応器１の別の変形形態を示しており、この反応器１では、処理対象である排出物の入口を画定している外周壁２５によって容器３が画定されている。この周壁２５は、２つの側壁２６、２７に接合されており、２つの壁の一方、例えば壁２７が、排出物の出口５を画定している。容器３は、出口５が設けられた壁とは反対側の壁２６から容器３の内部を軸方向に延びる１つまたは複数のＵＶ照射源１２を備える。反応器はまた、壁２６から軸方向に延びるとともに、出口５が設けられた壁２５からも延びる１つまたは複数の放電装置１４を備える。従って、排出物は、接線状に容器３内へ入り、出口５を介して軸方向に沿って出ていく。

図７は、反応器１の別の実施形態を示しており、この反応器１は、筐体２９によって画定される容器３の内部に互い違いに配列された一連の処理モジュール２８を備える。各処理モジュール２８は、１つまたは複数のＵＶ照射源１２と１つまたは複数の放電装置１４とが設けられた支持体３０を備える。処理モジュール２８は、筐体１９の２つの対向する側壁にそれぞれ配置された入口４と出口５との間の排出物の経路に連続して配置されている。各支持体３０は筐体２９の全幅にわたって延びており、ＵＶ照射源１２が筐体の幅に沿って延びる一方、誘電体バリア放電装置１４は、支持体３０上に適切に分布されるように、支持体３０から立ち上がっている。

このように処理モジュール２８を容器３の内部に配置すれば、乱流を生じさせることができ、流れと圧力損失とを制御できる。有利には、各支持体２９が反応器１の内部で自在に方向調節できるように設置されている。

当然ながら、図５〜図７に示す反応器の容器３は、図１〜図４に関して説明したように多孔質マイクロビーズ９を収容している。これら多孔質マイクロビーズ９は、保持用のスクリーンなどの排出物を透過可能な保持システム１０を用いて、容器の内部に適切な位置で保持される。

なお、容器３の全体が多孔質マイクロビーズ９で充填されていてもよい。ただし、多孔質マイクロビーズ９は、誘電体バリア放電装置１４を１つのみ包囲するように構成された保持システム１０によって閉じ込められていてもよい。すなわち、図８に明らかに見られるように、容器３の部分３ａは多孔質マイクロビーズ９を含まない。当然ながら、このような配置を本発明に係る反応器のすべての実施形態に対して選択してもよい。

図９は、反応器１の別の変形形態を示しており、この反応器１は、好ましくは取り外し可能なコンパクトな構成である。反応器１は、バヨネットや締め付けねじなどの任意の種類の仮固定手段３１が設けられた装着基部３０を備える取り外し可能なカートリッジとして作製される。基部３０はまた、放電装置１４用およびＵＶ照射源１２用の電気接続端子３３を備える。有利には、放電装置１４が基部３０上に設置され、処理対象である排出物を透過可能な保持用のスクリーン１０を用いて基部３０に保持された多孔質マイクロビーズ９によって放電装置１４が包囲されている。限定的ではないが好ましい変形形態では、ＵＶ照射源１２が、保持用のスクリーン１０の周縁に分布された一連のＵＶ発光ダイオード（ＬＥＤ）によって形成される。

当然ながら、多孔質マイクロビーズ９の床を流動化するためのシステム１１を備える、または備えない本発明の反応器の任意の変形形態が可能である。

本発明は、発明の範囲を逸脱しない限り種々の変更を施すことが可能であるので、説明し図示した例に限定されない。

Claims

反応器（１）の入口（４）から出口（５）までの間を移動する排出物（２）の処理方法であって、低温プラズマ処理を用いるとともにＵＶ光触媒剤の作用を用いて前記排出物に処理を施して、前記排出物を処理するための酸化種を生成することを含み、
前記処理方法は、
前記排出物に低温プラズマ処理を施すと同時にＵＶ光触媒剤の作用で前記排出物を処理することを含み、
前記反応器（１）の内部に配置され、前記光触媒剤を担持する多孔質マイクロビーズ（９）の床の内部で局所的に前記低温プラズマ処理を実施して、酸化種を発生させるとともに前記酸化種を前記床の内部で拡散させることを特徴とする、方法。
前記反応器（１）の内部に多孔質マイクロビーズ（９）の流動床を形成することを含むことを特徴とする、請求項１に記載の処理方法。
前記反応器（１）の前記入口（４）から前記出口（５）までの間に前記排出物に対して処理サイクルを少なくとも１回連続的に実施することを含む処理方法であって、前記処理サイクルは、
光触媒処理および前記多孔質マイクロビーズ（９）による部分的吸収、
低温プラズマ処理を併用した光触媒処理および前記多孔質マイクロビーズ（９）による部分的吸収、ならびに、
光触媒処理および前記多孔質マイクロビーズ（９）による部分的吸収、
を含むことを特徴とする、請求項１または２に記載の処理方法。
請求項１〜３のいずれか一項に記載の処理方法を実施するための反応器であって、
入口（４）から出口（５）まで排出物（２）を移動させるための通路を画定する容器（３）であって、その内部にＵＶ光触媒剤を担持する多孔質マイクロビーズ（９）の床が設置されている容器（３）と、
前記多孔質マイクロビーズ（９）へのＵＶ照射用の少なくとも１つのＵＶ照射源（１２）と、
低温プラズマを発生させる少なくとも１つの誘電体バリア放電装置（１４）であって、前記ＵＶ照射を同時に実施することによって酸化種を発生させるとともに前記酸化種を前記多孔質マイクロビーズの前記床の内部で拡散できるように、前記床の内部に局所的に内蔵されている誘電体バリア放電装置（１４）と、
を備えることを特徴とする、反応器。
前記容器（３）は、互いに同心状の外壁と内壁とによって画定され、
ＵＶ照射源（１２）が前記内壁（８）によって画定される収容部に設置され、一連の誘電体バリア放電装置（１４）が前記容器（３）の内部に内蔵され、
前記容器（３）は、前記入口（４）と前記出口（５）とをそれぞれ画定する側壁を有することを特徴とする、請求項４に記載の反応器。
前記誘電体バリア放電装置（１４）は、前記容器（３）内に軸方向に沿って配置され軸周りに角度をつけて分布されている、または前記誘電体バリア放電装置（１４）は、前記容器（３）の流路の１箇所または複数箇所の断面において前記内壁（８）から放射状に配置されていることを特徴とする、請求項５に記載の反応器。
前記容器（３）は、一方の面に前記排出物の前記入口（４）を有するとともに反対の面に前記排出物の前記出口（５）を有する細長の筐体（２０）によって画定され、
前記出口は前記入口に対して短手方向にずらして配置され、
前記筐体は、前記誘電体バリア放電装置（１４）と前記ＵＶ照射源（１２）とが収容された前記多孔質マイクロビーズ（９）の床を含むことを特徴とする、請求項５に記載の反応器。
前記容器（３）は、前記入口を画定するとともに２つの側壁に接合された外周壁によって画定され、前記２つの側壁の一方が前記出口（５）を画定することを特徴とする、請求項５に記載の反応器。
前記容器（３）は、該容器の内部に互い違いに配列された一連の処理モジュールを備え、前記処理モジュールはそれぞれ、前記ＵＶ照射源（１２）と前記誘電体バリア放電装置（１４）とを支持する方向調節可能な支持体（２９）を備えることを特徴とする、請求項５に記載の反応器。
前記容器（３）は、取り外し可能なカートリッジとして作製され、仮固定手段（３１）と前記誘電体バリア放電装置（１４）用および前記ＵＶ照射源（１２）用の電気接続端子（３３）とが設けられた装着基部（３０）を備え、
前記多孔質マイクロビーズ（９）の床は、処理対象である前記排出物を透過可能な保持用のスクリーン（１０）を用いて前記基部に保持されていることを特徴とする、請求項５に記載の反応器。
前記多孔質マイクロビーズ（９）の床を流動化するためのシステム（１１）を備えることを特徴とする、請求項４〜１０のいずれか一項に記載の反応器。
前記多孔質マイクロビーズ（９）の床を流動化するための前記システム（１１）は、前記多孔質マイクロビーズの床を過圧状態または減圧状態にできることを特徴とする、請求項１１に記載の反応器。
前記多孔質マイクロビーズ（９）は、３〜１０オングストロームの範囲の孔径を有することを特徴とする、請求項４〜１２のいずれか一項に記載の反応器。
前記多孔質マイクロビーズ（９）は、５００μｍ〜５ｃｍの範囲、好ましくは１０００μｍ〜８０００μｍの範囲の直径を有することを特徴とする、請求項４〜１３のいずれか一項に記載の反応器。
前記多孔質マイクロビーズ（９）は、イルメナイト、ゼオライト、活性炭、および／または過マンガン酸カリウムからなることを特徴とする、請求項４〜１４のいずれか一項に記載の反応器。
前記多孔質マイクロビーズ（９）の前記光触媒剤は、イルメナイト、ＴｉＯ₂、ＺｎＯ、ＭＯ、および重金属の中から単独で、または組み合わせて選択されることを特徴とする、請求項４〜１５のいずれか一項に記載の反応器。
前記ＵＶ照射源（１２）は、１５０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲の波長で照射することを特徴とする、請求項４〜１６のいずれか一項に記載の反応器。
前記ＵＶ照射源（１２）は、前記保持用のスクリーン（３５）の周縁に分布された一連のＵＶダイオードによって形成されることを特徴とする、請求項１７に記載の反応器。