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流体流通器和光化学反应器

申请号 CN201580035021.X 申请日 2015-07-29 公开(公告)号 CN106470757A 公开(公告)日 2017-03-01
申请人 国立大学法人信州大学; 昭和电工株式会社; 发明人 宇佐美久尚; 黑田靖; 今泉光博;
摘要 根据本 发明 ,提供 流体 的流量大、制造成本低、容易维护的流体流通器和光化学反应器。本发明的流体流通器(1)包含外管(2)和内管(3),外管(2)具有外表面(21)和内表面(22),内管(3)具有外表面(31)和内表面(32),配置于外管(2)的内侧,由外表面(31)和外管(2)的内表面(22)形成流体的流路,外管(2)的壁厚方向上外管(2)的内表面(22)与内管(3)的外表面(31)之间的距离为100nm~5mm。本发明的光化学反应器包含本发明的流体流通器(1)和光催化剂,该光催化剂配置于外管(2)的内表面(22)和内管(3)的外表面(31)中的至少一面。
权利要求

1.一种流体流通器,包含:
外管、和
内管或棒状体,
所述外管具有外表面和内表面,
所述内管具有外表面和内表面,配置于该外管的内侧,由该外管的内表面和该内管的外表面形成流体的流路,
所述棒状体具有外表面,配置于该外管的内侧,由该外管的内表面和该棒状体的外表面形成流体的流路,
所述外管的壁厚方向上的所述外管的内表面与所述内管或所述棒状体的外表面之间的距离为100nm~5mm。
2.根据权利要求1所述的流体流通器,所述外管的壁厚方向上的所述外管的内表面与所述内管或所述棒状体的外表面之间的距离为1μm~1mm。
3.根据权利要求1或2所述的流体流通器,所述外管或所述内管或所述棒状体沿圆周方向旋转,或者,
所述外管、和所述内管或所述棒状体这两者沿圆周方向并且彼此向相反的方向旋转。
4.根据权利要求3所述的流体流通器,所述外管或所述内管或所述棒状体的旋转方向周期性反转。
5.根据权利要求1~4的任一项所述的流体流通器,还包含:
以中心与所述外管的中心轴一致的方式配置于所述外管外侧的环状夹具;
与所述内管固定在一起、配置于所述内管内部的磁
以与配置于所述内管内部的所述磁铁相对并且形成N-S对的方式配置于所述环状夹具内侧的磁铁;以及
使所述环状夹具沿圆周方向旋转的旋转装置,
当所述环状夹具沿圆周方向旋转时,所述内管沿圆周方向旋转。
6.根据权利要求1~5的任一项所述的流体流通器,所述外管或所述内管或所述棒状体的至少一部分由多孔质材料构成。
7.根据权利要求6所述的流体流通器,所述多孔质材料是多孔质陶瓷材料、多孔质玻璃材料、多孔质金属材料或多孔质树脂材料。
8.根据权利要求7所述的流体流通器,所述多孔质材料由多孔性树脂材料构成,所述多孔性树脂材料是选自聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯、聚偏二氟乙烯、聚偏二氯乙烯、聚氯乙烯、纳菲昂、氟乙烯丙烯共聚物、全氟烷基烷、乙烯-四氟乙烯共聚物、四氟乙烯-全氟二氧杂环戊烯共聚物、聚醚、聚酰亚胺、聚甲酸丁二醇酯、聚醚砜、芳香族聚酯、聚酰胺、尼龙、聚乙烯吡咯烷酮、聚烯丙基胺、聚苯乙烯及其衍生物、聚乙烯、聚乙烯醇、聚丙烯和聚酸酯之中的至少一种或包含它们中的一部分的共聚物。
9.根据权利要求7所述的流体流通器,所述多孔质材料是金属制多孔质材料、金属微粉末烧结多孔质体、金属线圈过滤器、在这些多孔质金属材料的表面涂布了有机表面处理剂的多孔质结构体、在这些多孔质金属材料的表面形成了高分子薄膜的多孔质结构体、或在这些多孔质金属材料的表面形成了无机化合物的表面被覆层的多孔质结构体。
10.根据权利要求1~4的任一项所述的流体流通器,与所述外管的轴向垂直的方向上的所述外管的内表面的截面形状为圆或椭圆,
与所述内管的轴向垂直的方向上的所述内管的外表面的截面形状、或所述棒状体的与轴向垂直的方向上的截面形状为圆或椭圆。
11.根据权利要求1~4的任一项所述的流体流通器,与所述外管的轴向垂直的方向上的所述外管的内表面的截面形状为多边形,
与所述内管的轴向垂直的方向上的所述内管的外表面的截面形状、或所述棒状体的与轴向垂直的方向上的截面形状为多边形。
12.根据权利要求1~11的任一项所述的流体流通器,还包含垫片,所述垫片配置于所述外管的内表面和所述内管的外表面中的至少一面上,或配置于所述外管的内表面和所述棒状体的外表面中的至少一面上,用于缩小所述外管的壁厚方向上的所述流路的宽度。
13.一种光化学反应器,包含权利要求1~12的任一项所述的流体流通器和光催化剂,所述光催化剂配置于所述外管的内表面和所述内管的外表面中的至少一面,或配置于所述外管的内表面和所述棒状体的外表面中的至少一面。
14.根据权利要求13所述的光化学反应器,还包含光源,所述光源配置于所述内管的内侧,放射透过所述内管并激发所述光催化剂的光。
15.根据权利要求13所述的光化学反应器,还包含光源,所述光源配置于所述外管的外侧,放射透过所述外管并激发所述光催化剂的光。
16.根据权利要求13~15的任一项所述的光化学反应器,所述光催化剂是氧化
17.根据权利要求13~16的任一项所述的光化学反应器,所述光催化剂是含有50%以上的板钛矿型氧化钛的氧化钛。
18.根据权利要求13~16的任一项所述的光化学反应器,所述光催化剂是采用气相法制造的氧化钛。
19.一种光化学反应器,包含权利要求1~12的任一项所述的流体流通器,
在所述外管的外侧具有光源,该外管能够透过光,或者
在所述内管的内侧具有光源,该内管能够透过光,或者
在所述外管的外侧和所述内管的内侧具有光源,该外管和该内管能够透过光。
20.所根据权利要求19所述的光化学反应器,所述外管的材料或所述内管或所述棒状体的材料是石英玻璃。
21.根据权利要求13~18的任一项所述的光化学反应器,
在所述外管的外侧具有光源,该外管能够透过光,或者
在所述内管的内侧具有光源,该内管能够透过光,或者
在所述外管的外侧和所述内管的内侧具有光源,该外管和该内管能够透过光。

说明书全文

流体流通器和光化学反应器

技术领域

[0001] 本发明涉及微通道型反应器的连续进行原料供给、生成物回收、浓缩和精炼工序所使用的、或光化学反应器所使用的流体流通器,以及使用光催化剂处理流体的光化学反应器。

背景技术

[0002] 作为现有技术已知将通过加热由玻璃材料形成的多个颗粒而制作出的多孔质玻璃设置在玻璃管中,在多孔质玻璃的表面和玻璃管的内表面形成有光催化剂层的光反应器(例如参照专利文献1)。根据该光反应器,从玻璃管的侧壁入射的光透过多孔质玻璃内,由此能够使光传播到光反应器的内部,能够使担载于内部表面的光催化剂活性化,从而对溶液进行处理。由此,也能够对溶解物浓度高的溶液和悬浮溶液等光透过性低的溶液进行处理。另外,通过将其中设有多孔质玻璃的多个玻璃管并联(并列)配置,能够容易地进行光反应器的规模提升(scale-up)。并且,通过将其中设有多孔质玻璃的多个玻璃管串联(成串)配置,能够容易地提高光反应器的处理能。另外,通过使用石英玻璃作为玻璃材料,能够扩大光反应器中利用的光的波长带域。
[0003] 另外,作为现有技术已知具备具有流路用槽的流路基板和堵塞流路用槽的盖基板的流路结构体(例如参照专利文献2)。在该流路结构体的流路的壁面配置有光催化剂的微粒。由此,能够抑制流路堵塞。并且,作为现有技术已知包含具备用于形成反应流路的槽的基板和用于堵塞槽的开口部的顶板的微反应器(例如参照专利文献3)。在反应流路内形成有催化剂层。由此,能够对于在反应流路内流通的溶液等进行催化反应。
[0004] 在先技术文献
[0005] 专利文献1:国际公开第2012/017637号手册
[0006] 专利文献2:日本特开2009-136819号公报
[0007] 专利文献3:日本特开2008-194593号公报

发明内容

[0008] 但是,专利文献1记载的光反应器,加热由玻璃材料形成的多个颗粒而制作多孔质玻璃时,制造成本增高。另外,在光反应器的维护中,清除多孔质玻璃的堵塞部分时,只能通过化学清洗来清除多孔质玻璃的堵塞部分,不仅花费精力,有时还无法完全清除该部分。另外,在清除多孔质玻璃的堵塞部分时,需要更换多孔质玻璃。但是如上所述,多孔质玻璃的制造成本高,因此多孔质玻璃的更换费用增高。
[0009] 另一方面,专利文献2记载的流路结构体和专利文献3记载的微反应器中,如果准备形成有槽的基板和用于堵塞槽的开口部的基板,则能够容易地形成流路结构体和微反应器,因此制造成本低。另外,通过将流路结构体和微反应器分为形成有槽的基板和用于堵塞槽的开口部的基板,能够容易地清除堵塞流路的异物,因此便于流路结构体和微反应器的维护。但是,专利文献2记载的流路结构体和专利文献3记载的微反应器中,流体的流通量小,因此流体的处理量小。
[0010] 本发明是在这样的状况下完成的,目的是提供流体的流通量大、制造成本低、便于维护的流体流通器和光化学反应器。
[0011] 本发明人发现,通过在外管的内侧配置内管,由外管的内表面和内管的外表面形成流体的流路,能够制作流体的流通量大、制造成本低、便于维护的流体流通器和光化学反应器,从而完成了本发明。即,本发明提供以下[1]~[21]的发明。
[0012] [1]、一种流体流通器,包含:
[0013] 外管、和
[0014] 内管或棒状体,
[0015] 所述外管具有外表面和内表面,
[0016] 所述内管具有外表面和内表面,配置于该外管的内侧,由该外管的内表面和该内管的外表面形成流体的流路,
[0017] 所述棒状体具有外表面,配置于该外管的内侧,由该外管的内表面和该棒状体的外表面形成流体的流路,
[0018] 所述外管的壁厚方向上的所述外管的内表面与所述内管或所述棒状体的外表面之间的距离为100nm~5mm。
[0019] [2]、根据上述[1]所述的流体流通器,所述外管的壁厚方向上的所述外管的内表面与所述内管或所述棒状体的外表面之间的距离为1μm~1mm。
[0020] [3]、根据上述[1]或[2]所述的流体流通器,所述外管或所述内管或所述棒状体沿圆周方向旋转,或者,
[0021] 所述外管、和所述内管或所述棒状体这两者沿圆周方向并且彼此向相反的方向旋转。
[0022] [4]、根据上述[3]所述的流体流通器,所述外管或所述内管或所述棒状体的旋转方向周期性反转。
[0023] [5]、根据上述[1]~[4]的任一项所述的流体流通器,还包含:
[0024] 以中心与所述外管的中心轴一致的方式配置于所述外管外侧的环状夹具;
[0025] 与所述内管固定在一起、配置于所述内管内部的磁
[0026] 以与配置于所述内管内部的所述磁铁相对并且形成N-S对的方式配置于所述环状夹具内侧的磁铁;以及
[0027] 使所述环状夹具沿圆周方向旋转的旋转装置,
[0028] 当所述环状夹具沿圆周方向旋转时,所述内管沿圆周方向旋转。
[0029] [6]、根据上述[1]~[5]的任一项所述的流体流通器,所述外管或所述内管或所述棒状体的至少一部分由多孔质材料构成。
[0030] [7]、根据上述[6]所述的流体流通器,所述多孔质材料是多孔质陶瓷材料、多孔质玻璃材料、多孔质金属材料或多孔质树脂材料。
[0031] [8]、根据上述[7]所述的流体流通器,所述多孔质材料由多孔性树脂材料构成,所述多孔性树脂材料是选自聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯、聚偏二氟乙烯、聚偏二氯乙烯、聚氯乙烯、纳菲昂、氟乙烯丙烯共聚物、全氟烷基烷、乙烯-四氟乙烯共聚物、四氟乙烯-全氟二氧杂环戊烯共聚物、聚醚、聚酰亚胺、聚甲酸丁二醇酯、聚醚砜、芳香族聚酯、聚酰胺、尼龙、聚乙烯吡咯烷酮、聚烯丙基胺、聚苯乙烯及其衍生物、聚乙烯、聚乙烯醇、聚丙烯和聚酸酯之中的至少一种或包含它们中的一部分的共聚物。
[0032] [9]、根据上述[7]所述的流体流通器,所述多孔质材料是金属制多孔质材料、金属微粉末烧结多孔质体、金属线圈过滤器、在这些多孔质金属材料的表面涂布了有机表面处理剂的多孔质结构体、在这些多孔质金属材料的表面形成了高分子薄膜的多孔质结构体、或在这些多孔质金属材料的表面形成了无机化合物的表面被覆层的多孔质结构体。
[0033] [10]、根据上述[1]~[4]的任一项所述的流体流通器,与所述外管的轴向垂直的方向上的所述外管的内表面的截面形状为圆或椭圆,
[0034] 与所述内管的轴向垂直的方向上的所述内管的外表面的截面形状、或所述棒状体的与轴向垂直的方向上的截面形状为圆或椭圆。
[0035] [11]、根据上述[1]~[4]的任一项所述的流体流通器,与所述外管的轴向垂直的方向上的所述外管的内表面的截面形状为多边形,
[0036] 与所述内管的轴向垂直的方向上的所述内管的外表面的截面形状、或所述棒状体的与轴向垂直的方向上的截面形状为多边形。
[0037] [12]、根据上述[1]~[11]的任一项所述的流体流通器,还包含垫片,所述垫片配置于所述外管的内表面和所述内管的外表面中的至少一面上,或配置于所述外管的内表面和所述棒状体的外表面中的至少一面上,用于缩小所述外管的壁厚方向上的所述流路的宽度。
[0038] [13]、一种光化学反应器,包含上述[1]~[12]的任一项所述的流体流通器和光催化剂,所述光催化剂配置于所述外管的内表面和所述内管的外表面中的至少一面,或配置于所述外管的内表面和所述棒状体的外表面中的至少一面。
[0039] [14]、根据上述[13]所述的光化学反应器,还包含光源,所述光源配置于所述内管的内侧,放射透过所述内管并激发所述光催化剂的光。
[0040] [15]、根据上述[13]所述的光化学反应器,还包含光源,所述光源配置于所述外管的外侧,放射透过所述外管并激发所述光催化剂的光。
[0041] [16]、根据上述[13]~[15]的任一项所述的光化学反应器,所述光催化剂是氧化
[0042] [17]、根据上述[13]~[16]的任一项所述的光化学反应器,所述光催化剂是含有50%以上的板钛矿型氧化钛的氧化钛。
[0043] [18]、根据上述[13]~[16]的任一项所述的光化学反应器,所述光催化剂是采用气相法制造的氧化钛。
[0044] [19]、一种光化学反应器,包含上述[1]~[12]的任一项所述的流体流通器,[0045] 在所述外管的外侧具有光源,该外管能够透过光,或者
[0046] 在所述内管的内侧具有光源,该内管能够透过光,或者
[0047] 在所述外管的外侧和所述内管的内侧具有光源,该外管和该内管能够透过光。
[0048] [20]、所根据上述[19]所述的光化学反应器,所述外管的材料或所述内管或所述棒状体的材料是石英玻璃。
[0049] [21]、根据上述[1]~[18]的任一项所述的光化学反应器,
[0050] 在所述外管的外侧具有光源,该外管能够透过光,或者
[0051] 在所述内管的内侧具有光源,该内管能够透过光,或者
[0052] 在所述外管的外侧和所述内管的内侧具有光源,该外管和该内管能够透过光。
[0053] 根据本发明,能够提供流体的流通量大、制造成本低、容易维护的流体流通器和光化学反应器。附图说明
[0054] 图1是本发明的一实施方式中的流体流通器的立体图。
[0055] 图2是本发明的一实施方式中的流体流通器的变形例的立体图。
[0056] 图3是本发明的一实施方式中的流体流通器的变形例的立体图。
[0057] 图4是本发明的一实施方式中的流体流通器的变形例的立体图。
[0058] 图5是本发明的一实施方式中的流体流通器的变形例的立体图。
[0059] 图6是本发明的一实施方式中的流体流通器的变形例的剖视图。
[0060] 图7是本发明的一实施方式中的流体流通器的变形例的剖视图。

具体实施方式

[0061] 以下,参照附图对本发明的一实施方式中的光化学反应器和本发明的一实施方式中的流体流通器进行说明。
[0062] [光化学反应器]
[0063] 本发明的一实施方式中的光化学反应器包含本发明的一实施方式中的流体流通器和光催化剂。
[0064] (流体流通器)
[0065] 如图1所示,本发明的一实施方式中的流体流通器1,包含外管2和内管3,外管2具有外表面21和内表面22,内管3具有外表面31和内表面32,配置于管2的内侧,由外管2的内表面22和内管3的外表面31形成溶液的流路4。由此,能够使流体遍及由外管2的内表面22和内管3的外表面31形成的空间大范围流通,因此能够增加流体的流通量。再者,流体在流路4之中沿着外管2和内管3的轴向流动。另外,如果制作具有预定的内径的外管2和具有预定的外径的内管3,则能够形成外管2的壁厚方向上的宽度小的流路4,因此能够降低流体流通器1的制造成本。并且,在光化学反应器的维护中,在要将堵塞流体流通器1的流路4的部分清除的情况下,只要将配置在外管2内侧的内管3从外管2取下,并将外管2和内管3清洗,就能够容易地清除流路4的堵塞部分。另外,如上所述,流体流通器1的制造成本便宜,因此在光化学反应器的维护中,即使是将外管2和/或内管3更换的情况,也能够减少更换费用。
[0066] 以往的微通道反应器中,溶液除了与流路的上表面、底面接触以外还与侧壁接触,如果流路长度变长则压力损失会变大。但是,本发明的一实施方式中的流体流通器1,在流路4中事实上不存在侧壁,因此原理上不存在来自侧壁的压力损失。所以压力损失至少会成为相同流路长度的通常的微通道反应器的1/2。另一方面,与上表面(外管2的内表面22)或底面(内管3的外表面31)的接触良好,能够提高以下记载的光的透过性,或者在使用后述的变形例中说明的多孔质管时能够提高气体透过性。
[0067] 从流体流通器1的外管2的外侧照射光,激发光化学反应器的光催化剂的情况下,外管2优选为能够透过使光催化剂激发的光的材料。作为外管2的材料,例如可举出石英玻璃、玻璃、石灰玻璃、硅酸盐玻璃和硅酸盐玻璃等玻璃,以及选自聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、环烯烃聚合物、脂环式丙烯酸树脂、氟树脂、聚酰亚胺、环氧树脂、不饱和聚酯、乙烯基酯树脂、苯乙烯聚合物、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、聚三氟氯乙烯、聚偏二氟乙烯、聚偏二氯乙烯、聚氯乙烯、纳菲昂(R)、氟乙烯丙烯共聚物、全氟烷氧基烷烃、乙烯-四氟乙烯共聚物、四氟乙烯-全氟二氧杂环戊烯共聚物、聚醚酮、聚萘二甲酸丁二醇酯、聚醚砜、芳香族聚酯、聚酰胺、尼龙、聚乙烯吡咯烷酮、聚烯丙基胺、聚苯乙烯及其衍生物、聚乙烯、聚乙烯醇、聚丙烯和聚碳酸酯之中的至少一种或包含它们的一部分的共聚物等的树脂等。由于能够透过的光的波长带域大,并且从耐热性的观点出发,外管2的更优选的材料是石英玻璃。该情况下,内管3可以不透过激发光催化剂的光。作为内管3的材料,例如可举出玻璃、金属、树脂、陶瓷、木材以及它们的复合材料等。另外,内管3的材料可以与外管2的材料相同。内管3的材料更优选为树脂。通过将内管3的材料设为树脂,将内管3加热到树脂的软化点附近的温度,关闭内管3的两端进行加压,由此能够调节外管的壁厚方向上外管2的内表面22与内管3的外表面31之间的距离。
[0068] 从流体流通器1的内管3的内侧照射光,激发光化学反应器的光催化剂的情况下,内管3优选为能够透过使光催化剂激发的光的材料。作为内管3的材料,例如可举出石英玻璃、硅玻璃、碱石灰玻璃、硼硅酸盐玻璃和铝硅酸盐玻璃等玻璃,以及选自聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、环烯烃聚合物、脂环式丙烯酸树脂、氟树脂、聚酰亚胺、环氧树脂、不饱和聚酯、乙烯基酯树脂、苯乙烯聚合物、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、聚三氟氯乙烯、聚偏二氟乙烯、聚偏二氯乙烯、聚氯乙烯、纳菲昂(R)、氟乙烯丙烯共聚物、全氟烷氧基烷烃、乙烯-四氟乙烯共聚物、四氟乙烯-全氟二氧杂环戊烯共聚物、聚醚酮、聚萘二甲酸丁二醇酯、聚醚砜、芳香族聚酯、聚酰胺、尼龙、聚乙烯吡咯烷酮、聚烯丙基胺、聚苯乙烯及其衍生物、聚乙烯、聚乙烯醇、聚丙烯和聚碳酸酯之中的至少一种或包含它们的一部分的共聚物等的树脂等。由于能够透过的光的波长带域大,内管3的更优选的材料是石英玻璃。该情况下,外管2可以不透过使光催化剂激发的光。作为外管2的材料,例如可举出玻璃、金属、树脂、陶瓷和木材等。另外,外管2的材料可以与内管3的材料相同。外管2的材料更优选为树脂。通过将外管2的材料设为树脂,将外管2加热到树脂的软化点附近的温度,吸引外管2或使外管2热收缩,由此能够调节外管的壁厚方向上外管2的内表面22与内管3的外表面31之间的距离。
[0069] 外管的壁厚方向上外管2的内表面22与内管3的外表面31之间的距离,根据流体流通器的用途或光化学反应器的用途、所选择的光的波长、反应液的光透过性等而有所不同,为100nm~5mm,优选为1μm~1mm,更优选为10μm~0.5mm。如果外管的壁厚方向上外管2的内表面22与内管3的外表面31之间的距离小于100nm,则有时溶液难以在流路4之中流动。如果外管的壁厚方向上外管2的内表面22与内管3的外表面31之间的距离大于5mm,则用于激发光催化剂的光有时不能透过在流路4中流动的溶液。如果用于激发光催化剂的光不能透过在流路4中流动的溶液,则有时难以通过上述光来激发后述的配置于外管2的内表面22和内管3的外表面31的至少一面的光催化剂。根据本发明的一实施方式中的流体流通器,能够容易地形成这样的外管2的壁厚方向上宽度小的流路4。
[0070] 如果像上述专利文献1的图13所记载的光反应器那样,在外管的内表面与内管的外表面之间填充颗粒和/或多孔质体,则光化学反应器的制造成本增高,维护变得困难。因此,外管2的内表面22与内管3的外表面31之间形成的流路不填充颗粒和/或多孔质体。
[0071] 再者,可以在外管2的内表面22或内管3的外表面31形成10~100μm的微小的凹凸或厚度为10~100μm的多孔质玻璃层。这些凹凸或多孔质玻璃层在从外管2的内部取出内管3时,与相对的表面分离,因此能够容易进行堵塞流路4的堵塞物的除去或用于除去流路表面的污染物的清洗。所以,本发明的一实施方式中的流体流通器1与上述的专利文献1所记载的光反应器相比具有新颖性和创造性。
[0072] 与外管2的轴向垂直的方向上外管2的内表面22的截面形状优选为圆,与内管3的轴向垂直的方向上内管3的外表面31的截面形状优选为圆。由此,能够使沿着外管2和内管3的轴向流动的溶液在由外管2的内表面22和内管3的外表面31形成的流路4中均匀流动。再者,也可以设为:与外管2的轴向垂直的方向上外管2的内表面的截面形状为椭圆,与内管3的轴向垂直的方向上内管的外表面的截面形状为椭圆。
[0073] (光催化剂)
[0074] 光催化剂配置于外管2的内表面22和内管3的外表面31的至少一面。由此,能够通过光催化剂来处理在由外管2的内表面22和内管3的外表面31形成的流路4中流动的溶液。例如溶液为的情况下能够将水净化
[0075] 作为配置于外管2的内表面22和内管3的外表面31的至少一面的光催化剂,例如可举出氧化钛系光催化剂和氧化钨系光催化剂。作为氧化钛系光催化剂例如可举出TiO2、TiO(N)2Pt/TiO2、系化合物修饰氧化钛、铁系化合物修饰氧化钛、金属修饰氧化钛等,此外可举出铜系化合物修饰氧化钨、金属修饰氧化钨和氮氧化钽等。作为TiO2,例如可举出无定形TiO2、金红石型TiO2、板钛矿型TiO2和锐钛矿型TiO2等。氧化钨系光催化剂例如为Pt/WO3。
[0076] 光催化剂可以通过担载于外管2的内表面22和内管3的外表面31的至少一面,而配置在外管2的内表面22和内管3的外表面31的至少一面。另外,也可以通过在外管2的内表面22和内管3的外表面31的至少一面上形成光催化剂层,从而配置在外管2的内表面22和内管
3的外表面31的至少一面。具体而言,光催化剂例如可以如以下这样配置在外管2的内表面
22。在外管2之中填充氧化钛的胶体分散流体,放置片刻,使氧化钛的胶体粒子附着在外管2的内表面22。并且,将氧化钛的胶体分散溶液从外管2排出。接着将内表面22附着有氧化钛的胶体粒子的外管2干燥后进行加热,在外管2的内表面22形成氧化钛层。这样能够使光催化剂配置在外管2的内表面22。
[0077] 再者,光催化剂优选由胶体粒子形成。由此,光生成的电子和空穴在光催化剂的表面移动时移动距离较短即可。另外,作为胶体粒子状的氧化钛,优选以板钛矿型氧化钛为主成分的氧化钛。已知板钛矿型氧化钛会成为水分散性良好的粒子,在进行加工使氧化钛配置于本发明的一实施方式中的光化学反应器的表面时优选。关于制作出的胶体粒子的氧化钛是否为板钛矿型氧化钛,可以在使胶体粒子干燥之后粉碎,进行X射线衍射测定,通过确认是否存在属于板钛矿型的峰而进行判断。关于制作出的胶体粒子的氧化钛中板钛矿型氧化钛是否为主成分,例如通过采用Rietveld分析等已知的方法算出板钛矿型氧化钛:锐钛矿型氧化钛:金红石型氧化钛的构成比,就会知道。根据氧化钛的构成比算出的板钛矿型氧化钛的比例如果为50%以上,则能够认为该氧化钛是以板钛矿型氧化钛为主成分的氧化钛。另外,优选采用气相法制造氧化钛。由此,能够得到非常细并且晶体性高的氧化钛粒子。例如,可以通过将钛的氯化物、氯氧化物的蒸气加热到500℃以上(优选为800℃以上)使其在氧气或水蒸气中氧化而合成氧化钛。采用这样的气相法得到的氧化钛,瞬间在高温气氛中合成,因此微细并且晶体性高、晶格缺陷少。所以,采用气相法得到的氧化钛是作为本发明的一实施方式的光化学反应器所使用的光催化剂所优选的材料。
[0078] 作为激发光催化剂的光源,例如可使用低压汞灯、黑光和LED(发光二极管)等。另外,既可以使用太阳光作为光源,也可以将太阳光与低压汞灯、黑光和LED(发光二极管)等光源组合作为光源使用。为了控制从光源放射的光的波长,可以使用截止过滤器、带通过滤器、流体过滤器和单色仪等。
[0079] 在将光催化剂配置于外管2的内表面22和内管3的外表面31的至少一面而得的流路4中,如果流通溶液,则由于光催化剂的光催化反应,溶液中的细菌和有机物等被分解。本发明的一实施方式中的光化学反应器优选用于水质净化。例如,在流路4中流动的水中的各种环境激素、二恶英、三卤甲烷和细菌类等有害物质,通过光催化剂的光催化反应而被分解或失活。
[0080] [变形例]
[0081] 可以将本发明的一实施方式中的流体流通器和本发明的一实施方式中的光化学反应器如以下这样变形。
[0082] (流体流通器的变形例1)
[0083] 外管或内管的至少一部分可以由多孔质材料构成。由此,能够从外管或内管的由多孔质材料构成的部分供给由光催化剂引起的光催化反应所需的气体,或将由光催化剂引起的光催化反应生成的气体从流路回收。上述多孔质材料只要是能够将液体和气体分离的多孔质材料即可,不特别限定。作为上述多孔质材料,例如可举出多孔质陶瓷材料、多孔质玻璃材料、多孔质金属材料和多孔质树脂材料等。优选的多孔质材料是多孔质树脂材料。优选的多孔质树脂材料有例如选自聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯、聚偏二氟乙烯、聚偏二氯乙烯、聚氯乙烯、纳菲昂(R)、氟乙烯丙烯共聚物、全氟烷氧基烷烃、乙烯-四氟乙烯共聚物、四氟乙烯-全氟二氧杂环戊烯共聚物、聚醚酮、聚酰亚胺、聚萘二甲酸丁二醇酯、聚醚砜、芳香族聚酯、聚酰胺、尼龙、聚乙烯吡咯烷酮、聚烯丙基胺、聚苯乙烯及其衍生物、聚乙烯、聚乙烯醇、聚丙烯和聚碳酸酯之中的至少一种或包含它们的一部分的共聚物等。更优选的多孔质树脂材料是聚四氟乙烯。作为透过多孔质材料向溶液供给的气体,例如可举出氧气、二氧化碳、氮气和氩气等。多孔质材料的平均细孔径、细孔径分布和孔隙率,只要是能够将气体和液体分离开的平均细孔径、细孔径分布和孔隙率即可,不特别限定。另外,多孔质材料可以是金属制多孔质材料、金属微粉末烧结多孔质体、金属线圈过滤器、在这些多孔质金属材料的表面涂布了有机表面处理剂的多孔质结构体、在这些多孔质金属材料的表面形成了高分子薄膜的多孔质结构体、或在这些多孔质金属材料的表面形成了无机化合物的表面被覆层的多孔质结构体。
[0084] 外管的至少一部分为多孔质材料的情况下,能够将流体流通器的环境中所含的氮气、氧气和二氧化碳气体等透过外管的多孔质材料,向流路中流动的溶液供给。另外,如果在外管的外侧进一步设置包围外管的管,则通过使气体在由该管与外管之间的间隙形成的流路中流通,能够向在外管与内管之间的流路中流动的溶液供给上述气体。并且,通过使由包围外管的管与外管之间的间隙形成的流路成为负压,能够使由在外管与内管之间的流路中流动的溶液生成的气体,从由包围外管的管与外管之间的间隙形成的流路中通过并回收。该气体可以包含溶剂蒸发的蒸气,由此能够使溶液浓缩。通过这样的包围外管的管、外管和内管的结构,特别是在化学平衡条件下使在外管与内管之间的流路中流动的溶液或气体反应的情况下,能够在反应的全部经过时间中适当地控制溶液的浓度,能够提高溶液的处理效率。并且,通过将外管的外侧的压力减压,能够从在流路中流动的溶液中部分地蒸馏出溶剂,由此能够将在流路中流动的溶液浓缩。另外,在外管与内管之间的流路中流动的溶液、在包围外管的管与外管之间的流路中流动的气体和从内管的内部放射的光,与溶液、气体和光的供给路径完全分离。因此,通过分别独立地控制溶液的流量、气体的流量和光的照射量,能够更细致地控制光催化剂的光催化反应。
[0085] 如上所述,在从流体流通器的内管的内侧照射光、激发光化学反应器的光催化剂的情况下,外管可以不能透过激发光催化剂的光。该情况下,外管的至少一部分可以是多孔质材料。
[0086] 如上所述,在从流体流通器的外管的外侧照射光、激发光化学反应器的光催化剂的情况下,内管可以不能透过激发光催化剂的光。该情况下,内管的至少一部分可以是多孔质材料。特别是通过将多孔质材料的内管用作流体流通器的内管,能够通过内管向溶液供给气体、或将由溶液生成的气体回收。该情况下,内管自身形成用于供给或回收气体的流路,因此可以不必像外管的至少一部分是多孔质材料的情况那样为了形成用于供给或回收气体的流路而设置包围外管的管等其它额外的管。
[0087] (流体流通器的变形例2)
[0088] 以上,已说明的流体流通器1中与外管2的轴向垂直的方向上外管2的内表面21的截面形状为圆或椭圆,与内管3的轴向垂直的方向上内管3的外表面31的截面形状为圆或椭圆。但是也可以设为,流体流通器1中与外管的轴向垂直的方向上外管的内表面的截面形状为多边形,与内管的轴向垂直的方向上内管的外表面的截面形状为多边形。例如,可以如图2所示的流体流通器1A那样,与外管2A的轴向垂直的方向上外管2A的内表面22A的截面形状为四边形,与内管3A的轴向垂直的方向上内管3A的外表面31A的截面形状为四边形。再者,在图2中,符号21A表示外管2A的外表面,符号32A表示内管3A的内表面。并且,符号4A表示由外管2A的内表面22A和内管3A的外表面31A形成的流路。
[0089] 再者,流体流通器1中与外管2的轴向垂直的方向上外管2的内表面21的截面形状,和与内管3的轴向垂直的方向上内管3的外表面31的截面形状可以不同。例如,可以如图3所示的流体流通器1B那样,与外管2B的轴向垂直的方向上外管2B的内表面22B的截面形状为圆,与内管3B的轴向垂直的方向上内管3B的外表面31B的截面形状为椭圆。再者,在图3中,符号21B表示外管2B的外表面,符号32B表示内管3B的内表面。并且,符号4B表示由外管2B的内表面22B和内管3B的外表面31B形成的流路。
[0090] 另外,可以如图4所示的流体流通器1C那样,与外管2C的轴向垂直的方向上外管2C的内表面22C的截面形状为圆,与内管3C的轴向垂直的方向上内管3C的外表面31C的截面形状为六边形。再者,在图4中,符号21C表示外管2C的外表面,符号32C表示内管3C的内表面。并且,符号4C表示由外管2C的内表面22C和内管3C的外表面31C形成的流路。
[0091] 并且,可以如图5所示的流体流通器1D那样,与外管2D的轴向垂直的方向上外管2D的内表面22D的截面形状为八边形,与内管3D的轴向垂直的方向上内管3D的外表面31D的截面形状为四边形。再者,在图5中,符号21D表示外管2D的外表面,符号32D表示内管3D的内表面。并且,符号4D表示由外管2D的内表面22D和内管3D的外表面31D形成的流路。
[0092] (流体流通器的变形例3)
[0093] 本发明的一实施方式中的流体流通器,可以还包含垫片,所述垫片配置在外管的内表面和内管的外表面中的至少一面上,用于缩小外管的壁厚方向上流路的宽度。由此,能够更细致地控制外管的壁厚方向上流路的宽度。例如,可以如图6所示的流体流通器1E那样,在内管3E的外表面31E上配置垫片5,以使得由外管2E的内表面22E和内管3E的外表面31E形成的流路4E在外管2E的壁厚方向41E上的宽度变窄。例如可以使用树脂薄膜、纺布和无纺布等作为垫片。
[0094] (流体流通器的变形例4)
[0095] 以上,将本发明的一实施方式的流体流通器和上述流体流通器的变形例1~4用于光化学反应器,但本发明的一实施方式的流体流通器和上述流体流通器的变形例1~3的用途不限定于光化学反应器。例如,可以将本发明的一实施方式的流体流通器和上述流体流通器的变形例1~3作为微通道型反应器的连续的原料供给、生成物回收、浓缩和精炼工序中所用到的流体流通器使用。
[0096] 外管或内管的至少一部分由多孔质材料构成的情况下,作为多孔质材料,通过使用氟系高分子材料的亲水性和/或离子交换性多孔质膜,能够进行离子性物质、亲水性原料和生成物的浓度控制、供给、回收和分离。例如,能够在反应器的最终阶段,使用本发明的一实施方式的流体流通器的变形例1来实施溶剂成分的减压浓缩工序,将浓缩生成物溶液回收。
[0097] (流体流通器的变形例5)
[0098] 在以上的一实施方式的流体流通路的内侧配置的是内管,但也可以配置棒状体替代内管。该情况下,能够由外管的内表面和棒状体的外表面形成流路。作为棒状体例如可举出圆柱和棱柱等。作为棒状体的材料,例如可以使用与上述的从流体流通器1的外管2的外侧照射光而激发光化学反应器的光催化剂的情况下的内管3的材料同样的材料。另外,棒状体的至少一部分可以由多孔质材料构成。由此,能够从棒状体的由多孔质材料构成的部分供给光催化剂的光催化反应所需的气体、或将由光催化剂的光催化反应而生成的气体从流路回收。
[0099] (流体流通器的变形例6)
[0100] 以上,关于流体流通路的流路中流动的物质的相,以溶液即液体为例进行了说明,但只要流体流通路的流路中流动的物质的相是流体,就不限定于液体。例如,可以在流体流通路的流路中流通气体。
[0101] (流体流通器的变形例7)
[0102] 为了促进流体流通路的流路中流动的流体的搅拌,可以使内管沿圆周方向旋转。特别是在内管的外表面涂布有催化剂的情况下,由此能够促进光催化剂与流体之间的接触。例如,可以如以下这样使内管旋转。在内管的内部配置磁铁,并与内管固定。另外,以中心与外管的中心轴一致的方式在外管的外侧配置环状夹具。在环状夹具的内侧配置具有相反磁极的磁铁。具体而言,以与配置在内管内部的磁铁相对并且形成N-S对的方式配置环状夹具的磁铁。如果使用电动机等旋转装置使环状夹具沿圆周方向旋转,则通过设置于环状夹具的磁铁的磁力,设置于内管内部的磁铁也会旋转。设置于内管内部的磁铁与内管固定在一起,因此内管也会一起旋转。由此能够以非接触的方式使内管旋转。再者,磁铁优选为磁力较强的磁铁,例如稀土磁铁。
[0103] 如果在流体流通路的流路中流动的流体的粘度增高,则使内管旋转所需的应力增大。另外,根据设置于环状夹具的磁铁与设置于内管内部的磁铁之间的磁力,由环状夹具的旋转而能够赋予内管的旋转力会发生变化。因此,可以根据在流体流通路的流路中流动的流体的粘度,改变设置于环状夹具的磁铁和/或设置于内管内部的磁铁的数量。另外,为了抑制与流体流通器连接的配管扭曲,可以使内管的旋转方向周期性反转。
[0104] 另外,可以代替内管而使外管沿圆周方向旋转。特别是在外管的内表面涂布有光催化剂的情况下,由此能够促进光催化剂与流体之间的接触。为了抑制与流体流通器连接的配管卷绕或弯折,可以使外管的旋转方向周期性反转。并且,可以使外管和内管这两者沿圆周方向旋转。该情况下,外管的旋转方向优选与内管的旋转方向相反。由此能够进一步促进流体流通路的流路中流动的流体的搅拌。
[0105] (光化学反应器的变形例1)
[0106] 本发明的一实施方式的光化学反应器可以还包含光源,所述光源配置于内管的内侧,放射透过内管并激发光催化剂的光。例如,可以如图7所示的光化学反应器10F那样,在内管3F的内侧配置光源6。光源6只要是放射透过内管3F并激发光催化剂的光的光源就不特别限定,例如,光源6可以是低压汞灯、黑光或LED(发光二极管)。再者,符号2F表示外管,符号4F表示流路。
[0107] (光化学反应器的变形例2)
[0108] 以上的一实施方式的光化学反应器中,光催化剂配置在外管的内表面和内管的外表面的至少一面上。但是,在光化学反应器用于处理感光材料等原料自身可通过光的照射而反应的原料的情况下,光化学反应器可以不配置光催化剂。该情况下的光化学反应器例如是具有本发明的一实施方式的流体流通器,并且在外管的外侧具有光源,外管能够透过光的光化学反应器,或具有本发明的一实施方式的流体流通器,并且在内管的内侧具有光源,内管能够透过光的光化学反应器。此时,从流体流通器的外管的外侧照射光从而激发流体中的原料,或从流体流通器的内管的内侧照射光从而激发流体中的原料。并且,光化学反应器的变形例2可以是具有本发明的一实施方式的流体流通器,并且在外管的外侧具有光源、在内管的内侧也具有光源,外管和内管都能够透过光的光化学反应器。
[0109] (光化学反应器的变形例3)
[0110] 以上,对流体流通路的流路中流动液体的光化学反应器进行了说明,但只要光化学反应器的流体流通路中流动的是流体,就不限定于液体。例如,光化学反应器的流体流通路的流路中可以流通气体。流体为气体的情况下,光化学反应器能够将气体中所含的氮氧化物、VOC(挥发性有机化合物)和臭气成分等分解。
[0111] 以上的说明只是一例,本发明并不限定于上述的实施方式。另外,可以将上述的实施方式与上述变形例组合,或将上述变形例彼此组合。
[0112] 实施例
[0113] 以下,参照实施例对本发明进行更加详细的说明。再者,下述的实施例并不限定本发明。
[0114] [实施例1的光化学反应器的制作]
[0115] (外管的内表面的光催化剂层的形成)
[0116] 将6.66g昭和电工陶瓷(株)制的NTB1胶体分散液(板钛矿型氧化钛纳米粒子的分散液)、2.42g聚乙二醇(和光纯药工业(株)制,平均分子量300)、1.01g乙酰丙酮(和光纯药工业(株)制,型号:)和2.0g乙醇(和光纯药工业(株)公司制,型号:320-00017)用氧化锆制的行星式球磨机((株)伊藤制作所制,型号:LP-1)以400rpm进行30分钟的粉碎工序,调制了涂布溶液。接着,向外径5.9mm、内径4.5mm、长度650mm的石英玻璃管((株)藤原制作所制,型号:#4)中填充该涂布溶液,排出过剩的溶液后,利用送机流通空气进行干燥,在450℃烧成2小时,由此在外管的内表面形成了板钛矿型氧化钛纳米粒子的涂层。再者,另外以同样的顺序在平板状的パイレックス(Pyrex;注册商标)基板的表面形成的氧化钛纳米粒子薄膜由铅笔划痕试验机求出的涂膜强度为6H,确认作为光催化剂层具有充分的强度。
[0117] (光化学反应器的组装)
[0118] 将在内表面形成了板钛矿型氧化钛纳米粒子的涂层的上述石英玻璃管作为外管,在其内部配置将外径3.9mm、内径2.5mm、长度650mm的石英玻璃管((株)藤原制作所制,型号:#2)的两端热封而成的玻璃结构体,在它们的两端分别安装由氟树脂制作的接头。在各接头连接1/16英寸的铁氟龙(注册商标)制配管,将一个铁氟龙(注册商标)制配管与送液连接,将另一个铁氟龙(注册商标)制配管与生成物溶液的回收容器连接。该流体流通器的外管的内表面与内管的外表面之间的距离平均约为500μm,由外管的内表面和内管的外表面形成的流路的总体积实测为3.6mL,接收来自光源的光的外管的受光窗口的面积为82cm2,受光窗口面积/流路体积比为2290m-1。该外管的受光窗口的面积是比微通道反应器宽的接收面积。
[0119] 以往的微通道反应器的接收部,从被玻璃板热封了的流路的一面受光,入射到流路间的玻璃部分的光原样透过。然而,实施例1的光化学反应器,从外管的表面入射的光全被照射到在通道中流动的容器,所以至少每单位结构的受光面积变为2倍。同样地,将铁氟龙(注册商标)制的管缠绕汞灯而构成的光化学反应器的情况下,铁氟龙(注册商标)管的厚度使受光面积减少,因此光化学反应器的受光面积约为2倍。
[0120] [比较例1的光化学反应器的制作]
[0121] 除了没有在外管的内表面形成氧化钛纳米粒子的涂层以外,采用与实施例1的光化学反应器的制作方法同样的方法制作了比较例1的光化学反应器。
[0122] [比较例2的光化学反应器的制作]
[0123] 除了没有设置内管以外,采用与实施例1的光化学反应器的制作方法同样的方法制作了比较例2的光化学反应器。
[0124] [反应活性评价1]
[0125] 通过使用如上述那样制作出的光化学反应器将水净化而评价了光化学反应器。向作为净化对象的水中,添加了典型的水溶性污染物质4-氯苯酚(与厚生劳动省的供水水质基准项目和基准值(51项)的苯酚类(换算为苯酚的量为0.005mg/L以下)相对应)。作为激发光催化剂的光源,使用了6根20W的黑灯((株)东芝制,型号:FL20S BLB)。以包围上述玻璃管并与上述玻璃管平行的方式配置了6根上述黑灯。点亮6根黑灯后,使4-氯苯酚的浓度为100μM的水在光化学反应器的流路中流通。将流路中流动的水的流量变更为10mL/分钟、5mL/分钟和1mL/分钟,使用光化学反应器对水进行了处理。
[0126] 取由光化学反应器处理了的水,使用高速液相色谱装置(日本分光(株)制,型号:875-UV)测定4-氯苯酚的浓度,调查了4-氯苯酚的转化率。再者,如果4-氯苯酚完全分解则会变为二氧化钛,但推测在4-氯苯酚分解成二氧化碳期间,苯酚、邻苯二酚和对苯二酚等会作为中间体生成。从光化学反应器处理了的水中检测到了若干量的苯酚、邻苯二酚和对苯二酚。由此推测4-氯苯酚由于光催化反应而经历脱氯过程,阶段性地分解为二氧化碳。
[0127] [评价结果1]
[0128] 实施例1的光化学反应器的4-氯苯酚的转化率,在水的流量为10mL/分钟时为6%,在水的流量为5mL/分钟时为9%,在水的流量为1mL/分钟时为32%。另一方面,不照射光的条件下比较例1的光化学反应器的4-氯苯酚的转化率,在水的流量为10mL/分钟时为1%,在水的流量为5mL/分钟时为1%,在水的流量为1mL/分钟时为1%。由此,确认比较例1的光化学反应器几乎不发生吸附。另外,没有设置内管的比较例2的光化学反应器的4-氯苯酚的转化率在滞留时间最长的条件即水的流量为1mL/分钟时为18%。比较例2的光化学反应器的体积为10.3mL,与具有内管的光反应器相比,水滞留在流路内的时间变为2.8倍。水滞留在光反应器的时间相当于光照射到水的时间,因此比较例2的光化学反应器接收的光量成为2.8倍。以受光的每单位光量的反应效率进行比较,可知通过在外管的内侧设置内管而形成流路,反应效率大约变为5倍。由此可知,通过使用本发明的光化学反应器,能够从水中除去许多水溶性污染物质。另外,实施例1的光化学反应器的4-氯苯酚的转化率,在使4-氯苯酚的浓度为1mM的水以1mL/分钟的流量流通于光化学反应器的流路中的情况下为7%。这与作为4-氯苯酚的分解量使4-氯苯酚的浓度为100μM的水以1mL/分钟的流量流通于光化学反应器的流路中的情况相比,大约相当于2倍的量。
[0129] [实施例2的光化学反应器的制作]
[0130] 在外径6.0mm、内径4.4mm、长度650mm的石英玻璃管((株)藤原制作所制,型号:#4)的内部,配置将外径3.8mm、长度650mm的透明石英玻璃管((株)三商制,型号:IQ-2)的两端热封而成的结构体,在它们的两端分别安装由氟树脂制作的接头。该反应器直接对溶液中的光反应性分子进行光激发而使其活性化,因此不设置光催化剂层。在各接头连接1/16英寸的铁氟龙(注册商标)制配管,将一个铁氟龙(注册商标)制配管与注射泵(アイシス(株)制,Fusion 100型)和气密注射器(SGE,50mL)连接,将另一个铁氟龙(注册商标)制配管与生成物溶液的回收容器连接。该流体流通器的外管的内表面与玻璃棒的外表面之间的距离平均约为300μm,由外管的内表面和玻璃棒的外表面形成的流路的总体积实测为2.2mL,接收来自光源的光的外管的受光窗口的面积,作为由灯照射的区域的实测值为109cm2,受光窗口面积/流路体积比为4950m-1。该外管的受光窗口的面积是比微通道反应器大的受光面积。
[0131] [比较例3的光化学反应器的制作]
[0132] 除了没有设置将透明石英玻璃管的两端热封了的结构体以外,采用与实施例2的光化学反应器的制作方法同样的方法制作了比较例3的光化学反应器。该反应器的反应器体积为8.8mL,接收来自光源的光的外管的受光窗口的面积,作为由灯照射的区域的实测值为109cm2,受光窗口面积/流路体积比为1240m-1,与设置了玻璃棒的反应器相比减少到约1/4。
[0133] [反应活性评价2]
[0134] 使用如上述那样制作的光化学反应器并使用1M异佛尔酮-甲醇溶液评价了光化学反应器。1M异佛尔酮-甲醇溶液是通过向甲醇(和光纯药工业(株)制,型号:136-01837)添加异佛尔酮(和光纯药工业(株)制,型号:095-01796)而制作的。作为激发光催化剂的光源,使用了6根20W的灭菌灯((株)东芝制,型号:GL20F)。以包围上述玻璃管并与上述玻璃管平行的方式配置了6根上述灭菌灯。并且,使用上述灭菌灯向实施例2的光化学反应器的外管的中央的580mm的区域照射了光。实施例2的光化学反应器,在点亮6根灭菌灯后,使1M异佛尔酮-甲醇溶液以0.5cm3/分钟的流量在实施例2的光化学反应器的流路中流通。该条件下流速为13cm/分钟,1M异佛尔酮-甲醇溶液在实施例2的光化学反应器中的滞留时间为4.4分钟。另外,在比较例3的光反应器中,为了以与实施例2的反应器同样的流速进行比较,将流3
量设为2.0cm /分钟,在与实施例2同样的流速(13cm/分钟)和反应器滞留时间(4.4分)的条件下,使1M异佛尔酮-甲醇溶液在流路中流通。
[0135] 对于由光化学反应器处理了的1M异佛尔酮-甲醇溶液,使用液相色谱仪(柱:ジーエルサイエンス(株)制,型号:Inersil CN-3,展开溶剂:己烷/乙醇=95/5)进行了分析。
[0136] [评价结果2]
[0137] 实施例2的光化学反应器,异佛尔酮的HT型二聚体的浓度为2.2mM,HH型二聚体的浓度为12.5mM,转化率约为3%。另一方面,比较例3的光化学反应器,异佛尔酮的HT型二聚体的浓度为0.9mM,HH型二聚体的浓度为4.0mM,转化率约为1%。由此,实施例2的光化学反应器的转化率提高到比较例3的光化学反应器的转化率的约3倍。实施例2的光化学反应器的HH/HT比为5.6,与此相对,比较例3的光化学反应器的HH/HT为4.4,可知具有大致同样的选择性。
[0138] [实施例3的光化学反应器的制作]
[0139] 向实施例2的光化学反应器的外管(内径为14.5mm的玻璃管)的内壁涂布锐钛矿型氧化钛的分散液(锐钛矿型氧化钛(日挥触媒化成(株)制,型号:PST18NR)的20%乙醇溶液),在外管的内壁形成了锐钛矿型氧化钛的涂层。并且,对该涂层以450℃烧成2小时,由此在外管的内壁形成了锐钛矿型氧化钛层。接着,将两个稀土磁铁与内部接合后,向外管的内部插入了将两端融合密封了的内管(外形为14.0mm的玻璃管)。外管的内径与内管的外径之差为500μm,因此由外管的内表面和内管的外表面形成的间隙为250μm。以外管的中心轴与中心大致一致的方式,在该外管的外侧配置了环状的铁氟龙(注册商标)夹具。在环状的铁氟龙(注册商标)夹具的内壁,以与接合在内管内部的希土磁铁相对并且形成N-S对的方式分别配置了两个希土磁铁。由此,使得利用电动机使铁氟龙(注册商标)夹具旋转时能够以非接触方式使内管旋转。
[0140] 在该外管的下部和上部连接1/16英寸的铁氟龙(注册商标)配管,在外管的两侧各配置一根20W的黑灯((株)日立制作所制,型号:FL20S BL-B),制作了实施例3的光化学反应器。将灯的表面与外管的表面的间隔设为22mm。
[0141] [评价结果3]
[0142] 使用注射泵,向外管与内管之间的流体流通路以流速为1mL/分钟注射4-氯苯酚水溶液(50μM),测定从流体流通路排出的溶液中的4-氯苯酚的浓度,求出了转化率。使内管旋转的情况下的转化率为39%。另一方面,以8.6转/分钟的转速使内管旋转的情况下的转化率为60%。这是不使内管旋转的情况下的转化率的约1.5倍的值。并且,以27转/分钟的转速使内管旋转的情况下的转化率为70%,以80转/分钟的转速使内管旋转的情况下的转化率为69%。由此可知,通过使内管旋转能够增加转化率,该效果在反应器的转速为27转/分钟时大致饱和。推测这是由于通过内管的旋转促进了在流体流通路中流动的溶液的搅拌。
[0143] 产业可利用性
[0144] 本发明涉及的流体流通器能够作为使薄的流体层流通的流体流通器而广泛利用。例如,本发明涉及的流体流通器,特别是能够利用于规模提升了的微通道型反应器和光化学反应器等。另外,本发明的光化学反应器能够利用于空气净化装置、饮用水净化装置和高浓度污水处理装置器等流体处理装置。
[0145] 附图标号说明
[0146] 1、1A~1E 流体流通器
[0147] 2、2A~2F 外管
[0148] 3、3A~3F 内管
[0149] 4 流路
[0150] 5 垫片
[0151] 6 光源
[0152] 10F 光化学反应器
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