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最大100倍の高速化 - パナ、水中汚染物質を無毒化する「光触媒水浄化システム」

2014年12月12日 11時00分更新

文● 大河原克行

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「光触媒の材料合成技術」と「光触媒材料を分散させる水浄化技術」

 今回の技術は、「光触媒の材料合成技術」と、「光触媒材料を分散させる水浄化技術」という2つの要素技術によって構成されている。

 「光触媒の材料合成技術」は、紫外線が光触媒にあたると、活性酸素の働きにより有害物質が無毒化され、光触媒は無害な二酸化チタンとゼオライトによって、繰り返し何度も利用できる。具体的には、ゼオライトという沈降分離で回収しやすい大きさの粒子の表面に、微粉末の二酸化チタン光触媒を結合させた新構造の光触媒粒子を開発。特定の粒子間に作用する静電的な引力を結合力として利用することで、結合剤などの化学物質は不要であるのに加えて、ゼオライトの表面に結合された微粉末の二酸化チタン光触媒は、本来有する光触媒活性を失うことがなく、微粉末の二酸化チタン光触媒と同等の光触媒活性を示すという。

パナソニックが開発した新構造の光触媒粒子

 また、「光触媒材料を分散させる水浄化技術」は、光触媒粒子を水中に分散させて用いると、反応速度が上昇。これにより大量の水を短時間で処理できるという。新構造の光触媒粒子を含む水溶液を撹拌すると、微粉末の二酸化チタン光触媒を水溶液の中に分散させることができ、撹拌を止めると、ゼオライトの表面に再結合して新構造の光触媒粒子を形成。この粒子形成の結果、光触媒粒子は容器の底に沈殿し、容易に水から分離できるという。

 「基板上に固定する光触媒の場合、活性酸素の移動速度が遅く、あまり反応しないという課題があったが、パナソニックの技術では、光触媒自体が水中を素早く移動するため、固定型の光触媒に比べて反応速度が100倍上昇する。これにより大量の水を高速に処理できる」(パナソニック 先端研究本部デバイス研究室スマートウォーター研究部光化学デバイス研究課・猪野大輔氏)。

インド水技術研究室を設置し、技術課題の解決に取り組む

 パナソニックでは、インドのハリヤア州ジャジャールのパナソニックテクノパークにおいて、インド水技術研究室を設置。先端研究本部から研究者を派遣して、現地サンプルの水の分析や実証実験を通じて、技術課題の解決に取り組んでいる。

 「日本の地下水とインドの地下水は水質が大きく異なる。また、インドの水問題を解決できる技術が開発できれば、世界各国の水問題を解決する糸口がつかめると考えている。

光触媒水浄化システムで処理した水(写真左)と、インドで採取した原水(写真右)

 光触媒水浄化は、ROろ過のように様々な物質を分離できるわけではないが、インドにおける重要物質の対応を可能である。そのため、インド現地での研究開発を行っている」とした。

 また、「地球上には豊富な水があるが、そのうち97.5%が海水。残る淡水の多くは北極、南極の氷となっており、すぐに飲料水として使用できる水は0.01%しかない。今後、人口増加、新興国の経済成長、気候変動などによって、2025年には世界人口の1/3において水が不足するとみられている。

地球上には豊富な水があるが、そのうち97.5%が海水。すぐに飲料水として使用できる水は0.01%しかない。2025年には世界人口の1/3において水が不足する

 日本は97%の水道普及率があるが、インドで同様のインフラ整備を行うと、1000兆円規模の投資が必要になる。そこで、飲料料として地下水を利用しているが、インドの地下水は昨今の水質汚染で、ヒマラヤ水系の水からも高濃度砒素が検出され、さらに工業排水の問題もある。これを10年間飲み続けると癌に犯される可能性も指摘されている。実際、実験においては、飲料できる水に比べて、40倍の濃度が検出されたところもある。光触媒水浄化技術を活用することで、こうした問題を解決できると考えている」とした。

 パナソニックでは、浄化効率性の改善、材料の改善、光反応槽の容器形状の変更などを図り、2018年度には技術の完成を目指すことで、その後実用化を図ることになる。

 「浄化コストは、1トンあたり500円を目標にしている。研究段階で、ほぼその水準にまで到達している」としている。


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