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WO2012141046A1 - 水浄化装置 - Google Patents

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Publication number
WO2012141046A1
WO2012141046A1 PCT/JP2012/059097 JP2012059097W WO2012141046A1 WO 2012141046 A1 WO2012141046 A1 WO 2012141046A1 JP 2012059097 W JP2012059097 W JP 2012059097W WO 2012141046 A1 WO2012141046 A1 WO 2012141046A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
plate
photocatalyst
light
layer
purification
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2012/059097
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
洗　暢俊
真臣 原田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
Publication of WO2012141046A1 publication Critical patent/WO2012141046A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/30—Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation
    • C02F1/32—Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation with ultraviolet light
    • C02F1/325—Irradiation devices or lamp constructions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/72—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation
    • C02F1/725—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation by catalytic oxidation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2201/00—Apparatus for treatment of water, waste water or sewage
    • C02F2201/32—Details relating to UV-irradiation devices
    • C02F2201/322—Lamp arrangement
    • C02F2201/3228—Units having reflectors, e.g. coatings, baffles, plates, mirrors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/30—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies
    • Y02W10/37—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies using solar energy

Definitions

  • the present invention relates to a water purification apparatus.
  • Patent Document 1 a water purifier using photocatalytic activity generated by irradiating a photocatalyst such as titanium oxide with ultraviolet rays from a black light, a mercury lamp or the like.
  • a water purification device utilizing photocatalytic activity a porous body or fiber cloth carrying a photocatalyst such as titanium oxide is irradiated with ultraviolet rays and the like, and water to be treated is circulated through the porous body or fiber cloth. Purification of treated water. This increases the contact probability between the water to be treated and the photocatalyst.
  • the amount of water that can be flowed is small and a constant amount of water is purified. In order to do so, it is necessary to enlarge the apparatus. Further, in the conventional water purification apparatus, when the water to be treated is flowed in the pores or between the fibers, the organic substance or the inorganic substance is likely to be clogged in the flow path, and it is necessary to replace the porous body carrying the photocatalyst with continued use. .
  • the photocatalyst far from the light source is not sufficiently irradiated with ultraviolet rays and may not have sufficient photocatalytic activity, and the treated water that has circulated through this part is drained without being purified.
  • This invention is made
  • the present invention includes a septic tank and a purification unit provided in the septic tank, the purification unit includes a plurality of plate-like photocatalyst members, and is bent so that water to be purified to be purified is circulated in the septic tank.
  • the plate-like photocatalyst member has a plurality of flow paths, the plate-like photocatalyst member has a plate-like light emitter capable of surface light emission, and a photocatalyst layer provided on at least one surface of the plate-like light emitter, A water purifier is provided that constitutes the inner wall of the flow path.
  • the purification unit has a plurality of bent flow paths, and the photocatalyst layer constitutes the inner wall of the flow path, so that the water to be treated can be efficiently contacted with the photocatalyst layer. It can be purified efficiently.
  • the purification unit includes a plurality of plate-like photocatalyst members, and the photocatalyst layer formed on at least one surface of the plate-like photocatalyst member constitutes the inner wall of the channel of the purification unit.
  • the cross-sectional area can be appropriately sized. For this reason, to-be-processed water can contact a photocatalyst layer efficiently, and it can make it hard to clog a flow path.
  • the plate-like photocatalyst member included in the purification unit has a plate-like light emitter capable of surface light emission and a photocatalyst layer provided on at least one surface of the plate-like light emitter.
  • the light emitted from the plate-like illuminant can be received and can have photocatalytic activity.
  • the photocatalyst layer can receive light from the plate-like light emitter, and the photocatalytic activity of the photocatalyst layer included in the purification unit can be increased overall. .
  • the presence of the photocatalyst layer having low photocatalytic activity in the purification unit can prevent the treated water from being discharged from the purification tank without being purified. Further, the light emitted from the light source can be efficiently applied to the photocatalyst layer, and power consumption can be saved.
  • FIG. 1 It is a schematic sectional drawing which shows the structure of the water purification apparatus of one Embodiment of this invention.
  • (A) is a schematic plan view of a plate-like photocatalyst member included in the water purification apparatus of one embodiment of the present invention, and (b) is a schematic cross-sectional view of the plate-like photocatalyst member taken along a dotted line AA in (a). It is.
  • (A) is a schematic plan view of a plate-like photocatalyst member included in the water purification apparatus of one embodiment of the present invention, and (b) is a schematic cross-sectional view of the plate-like photocatalyst member taken along dotted line BB in (a). It is.
  • (A) is a schematic plan view of a plate-like photocatalyst member included in the water purification apparatus of one embodiment of the present invention, and (b) is a schematic cross-sectional view of the plate-like photocatalyst member taken along a dotted line CC in (a). It is.
  • (A) is a schematic plan view of a plate-like photocatalyst member included in the water purification apparatus of one embodiment of the present invention, and (b) is a schematic cross-sectional view of the plate-like photocatalyst member taken along a dotted line DD in (a). It is.
  • (A) is a schematic plan view of the purification unit included in the water purification apparatus of one embodiment of the present invention
  • (b) is a schematic cross-sectional view of the purification unit taken along the dotted line FF in (a).
  • It is a graph which shows the simulation result of the density
  • the water purification apparatus of the present invention includes a purification tank and a purification unit provided in the purification tank, the purification unit includes a plurality of plate-like photocatalytic members, and water to be treated to be purified in the purification tank
  • the plate-like photocatalyst member has a plate-like light emitter capable of surface light emission and a photocatalyst layer provided on at least one surface of the plate-like light emitter.
  • the photocatalyst layer constitutes an inner wall of the flow path.
  • a septic tank is a water tank which collects or distributes the treated water to be purified by a water purification device.
  • cleaning part is a part which has the function to purify to-be-processed water.
  • a plate-like photocatalyst member is a plate-like member containing a photocatalyst.
  • a plate-like light emitter is a plate-like member that can emit light.
  • the flow path has a plurality of branch points and a plurality of junction points. According to such a configuration, it is possible to increase the probability that the water to be treated that is purified in the septic tank contacts the photocatalyst layer on the side wall of the flow path, and the water to be treated can be efficiently purified.
  • the plate-like photocatalyst member has a strip shape or a lattice shape. According to such a structure, the purification
  • the purification unit has the strip-shaped plate-shaped photocatalyst members arranged in parallel in the vertical direction and the strip-shaped photocatalyst members arranged in parallel in the horizontal direction. It is preferable to have a structure in which the plate-like photocatalyst members are alternately stacked. According to such a configuration, the gap between the plate-like photocatalyst members arranged in parallel can be used as a flow path of the water to be treated, and the water to be treated that has flowed through this flow path collides with another plate-like photocatalyst member. The water to be treated can be allowed to flow, and the water to be treated can be efficiently brought into contact with the photocatalyst layer.
  • the purification unit has a structure in which the plate-like photocatalyst members are arranged without a gap in a plan view from a direction in which the plate-like photocatalyst members are stacked. According to such a configuration, the flow path through which the water to be treated flows is bent, and the probability that the water to be treated contacts the photocatalyst layer can be increased.
  • the plate-like photocatalyst members are stacked with a gap of 1 ⁇ m or more and a parallel interval or less.
  • the flow path through which the water to be treated flows is bent, and it is possible to increase the probability that the water to be treated contacts the photocatalyst layer, and the surface area of the photocatalyst layer that can contact the water to be treated. Can be increased. Moreover, the amount of water to be treated can be increased.
  • the photocatalyst layer is provided on both surfaces of the plate-like light emitter. According to such a configuration, the surface area of the photocatalyst layer included in the purification unit can be increased, and the purification ability of the water purification device can be increased.
  • the plurality of plate-like photocatalyst members include a first plate-like photocatalyst member and a second plate-like photocatalyst member provided so as to face the first plate-like photocatalyst member.
  • the photocatalyst layer included in the plate-like photocatalyst member is provided so as to receive light emitted from the plate-like light emitter included in the second plate-like photocatalyst member. According to such a configuration, the amount of light received by the photocatalyst layer included in the first plate-like photocatalyst member can be increased, and the photocatalytic activity can be increased.
  • a light source unit provided so as to irradiate light to a side surface of the plate-like light emitter is further provided, and the plate-like light emitter is a light guide plate.
  • the light source unit includes a light emitting diode. According to such a configuration, the light source unit can be reduced in size, saved in energy, and extended in life.
  • the plate-like photocatalyst member includes a first photocatalyst layer provided on one surface of the plate-like light emitter and a reflection provided on the other surface of the plate-like light emitter. It is preferable to include a layer and a second photocatalyst layer provided on the reflective layer and capable of receiving light. According to such a configuration, the amount of light received by the first photocatalyst layer can be increased, and the light input by the second photocatalyst layer receiving light that could not be absorbed by the first photocatalyst layer wasted. As a whole, the photocatalytic ability is improved.
  • the photocatalytic activity of the photocatalyst layer in contact with much water to be treated can be increased, and the photocatalytic activity of the photocatalyst layer in contact with less water to be treated can be lowered.
  • the photocatalytic activity of the photocatalyst layer can be controlled in relation to the flow path of the purification unit.
  • the reflective layer has electrical conductivity
  • the second photocatalytic layer is electrically connected to the reflective layer.
  • the plate-like light emitter includes a first electrode made of a conductor or a semiconductor, a translucent electrode, an insulator layer sandwiched between the first electrode and the translucent electrode, It is preferable to include a light emitter that is formed inside the insulator layer and contains Ge. According to such a structure, a light-emitting body can be light-emitted by applying a voltage between a 1st electrode and a translucent electrode, and a plate-shaped light-emitting body can carry out surface light emission.
  • the photocatalyst layer preferably has a particulate photocatalyst. According to such a configuration, the surface area of the photocatalyst contained in the photocatalyst layer can be increased, and the probability that the water to be treated contacts the photocatalyst can be increased.
  • the photocatalyst layer includes TiO 2 , SnO 2 , WO 3 , Fe 2 O 3 , ZnO, Nb 2 O 5 , SrTiO 3 , KTaO 3 , ZrO 2 , GaP, BiVO 4 , Bi 2. It is preferable to contain at least one of MoO 6 and Ag 3 PO 4 . According to such a structure, a photocatalyst layer can contain a photocatalyst.
  • the photocatalyst layer carries at least one metal of Pt, Pd, Ru, Rh, Au, Ag, Cu, Fe, Ni, Zn, Ga, Ge, In, and Sn. It preferably contains titanium oxide. According to such a configuration, the photocatalyst contained in the photocatalyst layer can have high photocatalytic activity.
  • the purification tank and the purification unit have a structure in which purification units including a part of the purification tank and the plate-like photocatalyst member are stacked.
  • the water purification apparatus can change the number of the purification units to comprise, and can change purification ability.
  • the purification capability of the water purification device can be changed according to the required purification capability.
  • a third photocatalyst layer is further provided on the inner wall of the purification tank. According to such a structure, to-be-processed water can be purified also in the 3rd photocatalyst layer on the inner wall of the said purification tank, and the purification ability of a water purification apparatus can be made high.
  • the apparatus further comprises a bubble generating unit that supplies bubbles containing oxygen or ozone into the water to be treated that is purified in the septic tank.
  • a bubble generating unit that supplies bubbles containing oxygen or ozone into the water to be treated that is purified in the septic tank.
  • the amount of dissolved oxygen in the water to be treated can be increased, superoxide radicals and OH radicals can be generated on the surface of the photocatalyst, and the photocatalytic activity can be increased.
  • the bubbles are preferably micro-nano bubbles. According to such a configuration, it is possible to prevent bubbles from aggregating and staying on the surface of the photocatalyst layer.
  • the water purification device further includes an ultrasonic wave generation unit that irradiates the purification unit with ultrasonic waves. According to such a configuration, it is possible to prevent adhesion of dirt on the surface of the photocatalyst, and it is possible to prevent clogging of the flow path. Moreover, it can suppress that to-be-processed water retains in the photocatalyst vicinity.
  • FIG. 10 is a schematic sectional view showing the structure of a water purification device
  • FIG. 2, 3, 4, 5 is a schematic plan view of a plate-like photocatalyst member included in the water purifier and a schematic 6 and 7 are schematic cross-sectional views of a part of the plate-like photocatalyst member
  • FIG. 8 is a schematic perspective view of a purification unit included in the water purification device
  • FIG. 11 is a schematic plan view and a schematic cross-sectional view of a purification unit included in the water purification apparatus.
  • the water purification device 27 of this embodiment includes a purification tank 1 and a purification unit 3 provided in the purification tank 1, and the purification unit 3 includes a plurality of plate-like photocatalytic members 7 and is purified by the purification tank 1.
  • the plate-like photocatalyst member 7 is provided on at least one surface of the plate-like light emitter 5 capable of surface light emission and the plate-like light emitter 5.
  • the photocatalyst layer 6 is provided, and the photocatalyst layer 6 constitutes an inner wall of the flow path 10.
  • the water purification device 27 of the present embodiment may include a bubble generation unit 24 and an ultrasonic generation unit 25.
  • the water purification apparatus 27 of the present embodiment may have a structure in which purification units 39 are stacked. Hereinafter, the water purification apparatus of this embodiment will be described.
  • the septic tank 1 is a water tank for purifying treated water.
  • the septic tank 1 is not particularly limited as long as the water to be treated can be stored or flowed.
  • the septic tank 1 is made of, for example, metal, resin, reinforced plastic, glass, or earthenware.
  • the septic tank 1 includes a purification unit 3 therein. For this reason, the water to be treated in the septic tank 1 can be purified by the purification unit 3.
  • a part of the septic tank 1 may be composed of a translucent member 12.
  • the light emitted from the light source unit 14 can be applied to the photocatalyst layer 6, and the photocatalyst layer 6 can have photocatalytic activity.
  • the light source part 14 can be isolate
  • the septic tank 1 can have an inlet 17 and a drain 18.
  • untreated water to be treated can be caused to flow into the septic tank 1 from the inflow port 17, and the purified treated water can be discharged from the drain port 18.
  • the filter 22 may be composed of a plurality of types having different hole diameters. For example, an MF membrane, UF membrane, RO membrane or the like can be used. Thereby, the purification ability of the water purification apparatus 27 can be improved.
  • the septic tank 1 can have a photocatalyst layer 6 on its inner wall as shown in FIG.
  • the photocatalyst layer 6 provided on the inner wall of the purification tank 1 can receive the light emitted from the plate-like light emitter 5 and have photocatalytic activity, so that the purification ability of the water purification device 27 can be improved.
  • the septic tank 1 can also be provided with a reflective layer on its inner wall.
  • the purification tank 1 may be formed by stacking purification units 39 as shown in FIG. 11 as shown in FIG. In this case, the water to be treated can be prevented from leaking by providing the seal member 41 between the two adjacent purification units 39.
  • the plate photocatalyst member 7 is included in the purification unit 3 and is provided on at least one surface of the plate light emitter 5 capable of surface light emission and the plate light emitter 5.
  • the photocatalyst layer 6 is provided. By having such a structure, the photocatalyst layer 6 can receive light emitted from the plate-like light emitter 5, and the photocatalyst layer 6 can have photocatalytic activity.
  • the shape of the plate-like photocatalyst member 7 is not particularly limited.
  • the plate-like photocatalyst member 7 may have a strip shape as shown in FIGS.
  • the purification unit 3 can be formed, and the flow path 10 can be formed in the purification unit 3. Further, the plate-like photocatalyst member 7 may constitute a purification unit 39 as shown in FIG.
  • the plate-like light emitter 5 is not particularly limited as long as surface light emission is possible, but is, for example, a light guide plate provided so that light can enter from the side surface.
  • the light guide plate can emit light incident from the side surface.
  • the light guide plate is made of, for example, an acrylic plate on which reflective dots are formed. In this case, the light incident from the side surface of the acrylic plate can be spread over the entire acrylic plate by repeating the surface reflection of the acrylic plate, and the light scattered by the reflective dots goes out from the surface of the acrylic plate. be able to.
  • the light guide plate can emit light.
  • the light guide plate may emit surface light from one surface thereof, or may emit surface light from both surfaces.
  • the acrylic plate may be made of ultraviolet transmissive acrylic. Thereby, ultraviolet absorption by the acrylic plate can be suppressed, and the amount of light received by the photocatalyst layer 6 can be increased.
  • the reflective dots may be, for example, printed with white ink, may be irregularities attached to the surface of the acrylic plate with a stamper or injection, and are grooves formed by grooving the acrylic plate. Also good.
  • the reflective dots may be formed only on one surface of the acrylic plate, or may be formed on both surfaces.
  • the light incident on the side surface of the light guide plate may be light emitted by the light source 14 or sunlight.
  • the light source 14 By disposing the water purification device 27 so that the sunlight enters the translucent member 12 constituting the septic tank 1, the sunlight can be made incident on the light guide plate.
  • the light source 14 is not particularly limited as long as it can generate photocatalytic activity.
  • the light source 14 may include a reflective cover in order to make light incident efficiently on the side surface of the light guide plate.
  • the light source 14 preferably emits ultraviolet light.
  • the photocatalytic layer 6 can have high photocatalytic activity, and the water to be treated can be purified by the sterilizing effect of the ultraviolet light emitted from the light source 14.
  • the light source 14 may be provided so as to irradiate light to the side surface of the light guide plate through the translucent member 12 constituting the septic tank 1 as shown in FIG. It can also be provided adjacent. Moreover, you may supply the light from the light source 14 to the side surface of a light-guide plate with an optical fiber. Thereby, the light from the light source 14 can be efficiently supplied to the light guide plate, and the number of light sources 14 to be installed can be reduced.
  • the plate-like light emitter 5 includes a first electrode 32 made of a conductor or a semiconductor, a translucent electrode 34, and a first electrode on at least one surface of the substrate 31.
  • Insulator layer 33 sandwiched between 32 and translucent electrode 34 and light emitter 35 containing Ge formed inside insulator layer 33 may be provided.
  • a current can be passed through the insulator layer 33, and the light emitter 35 is caused to emit light by this current. be able to.
  • ultraviolet light can be emitted from the light emitter 35.
  • the plate-like light emitter 5 can be provided with the first electrode 32, the insulator layer 33, and the translucent electrode 34 on both surfaces of the substrate 31.
  • the first electrode 32 can be silicon doped with impurities
  • the insulator layer 33 can be a SiO 2 film
  • the translucent electrode 34 can be an ITO electrode or a slit electrode.
  • the light emitter 35 in the insulator layer 33 can be formed by ion-implanting Ge into the SiO 2 film, for example.
  • the plate-like light emitter 5 includes, on at least one surface of the substrate, a first electrode 32 made of a conductor containing impurities or a semiconductor containing impurities, a translucent electrode 34, a first electrode 32, and a translucent electrode.
  • the first electrode 32 has ion-implanted atoms, and the atoms are first within 500 nm from the interface between the insulator layer 33 and the first electrode 32.
  • the electrode 32 may have a concentration peak.
  • the plate-like light emitter 5 can emit light by applying a voltage between the first electrode 32 and the translucent electrode 34.
  • the atoms ion-implanted into the first electrode 32 can emit ultraviolet rays by using those containing Ge.
  • the plate-like light emitter 5 can be provided with the first electrode 32, the insulator layer 33, and the translucent electrode 34 on both surfaces of the substrate 31.
  • the first electrode 32 can be silicon doped with impurities
  • the insulator layer 33 can be a SiO 2 film
  • the translucent electrode 34 can be an ITO electrode or a slit electrode.
  • the first electrode 32 having the ion-implanted atoms can be formed, for example, by implanting Ge into a silicon substrate directly or into a silicon substrate with an insulator layer.
  • the photocatalyst layer 6 is a layer containing a photocatalyst and has photocatalytic activity by receiving light.
  • the photocatalyst included in the photocatalyst layer 6 include TiO 2 , SnO 2 , WO 3 , Fe 2 O 3 , ZnO, Nb 2 O 5 , SrTiO 3 , KTaO 3 , ZrO 2 , GaP, BiVO 4 , Bi 2 MoO 6.
  • Ag 3 PO 4 and at least one metal of Pt, Pd, Ru, Rh, Au, Ag, Cu, Fe, Ni, Zn, Ga, Ge, In and Sn is supported on these surfaces. It may be.
  • the photocatalyst contained in the photocatalyst layer 6 is preferably titanium oxide.
  • the photocatalyst layer 6 may be a thin film containing a photocatalyst or a thick film. Further, it may be a film containing a photocatalyst, glass or a fiber body on which the photocatalyst is supported.
  • the photocatalyst layer 6 is a thin film containing a photocatalyst, it can be formed by, for example, CVD or sputtering.
  • the photocatalyst layer 6 is a thick film containing a photocatalyst, for example, a paste or coating containing a particulate photocatalyst It can be formed by applying, drying or baking the agent on the plate-like light emitter.
  • the photocatalyst layer 6 is provided on at least one surface of the plate-like light emitter 5. Thereby, the photocatalyst layer 6 can receive light from the plate-like light emitter 5 and can have photocatalytic activity.
  • the photocatalyst layer 6 may be provided only on one surface of the plate-like light emitter 5, or may be provided on both surfaces of the plate-like light emitter 5 as shown in FIGS.
  • the reflective layer 29 may be provided on the other surface.
  • the photocatalyst layer 6 can receive the reflected light from the reflective layer 29, and the amount of light received by the photocatalyst layer 6 can be increased.
  • the reflective layer 29 and the photocatalyst layer 6 may be laminated on one surface of the plate-like light emitter 5. In this case, the amount of light received by the photocatalyst layer 6 on the surface on which the reflective layer 29 is not formed can be increased, and the light emitted from the other plate-like light emitters 5 by the photocatalyst layer 6 formed on the reflective layer 29. Can be received.
  • the light that the photocatalyst layer cannot absorb can be absorbed by the other photocatalyst layer, so that the input light can be used without waste, and the photocatalytic performance is improved as a whole.
  • the part which has high photocatalytic activity and the part which has low photocatalytic activity can be made, and these parts can be formed according to distribution
  • the reflective layer 29 may have electrical conductivity and may be electrically connected to the photocatalyst layer 6.
  • the reflective layer 29 can be used as a conductive plate, and among the electrons and holes generated by the photocatalyst layer 6 receiving light, the electrons are attracted to the reflective layer 29, and the holes are OH radicals on the surface of the photocatalyst. It can utilize for the production
  • generation of active species can be suppressed, and the generation efficiency of active species on the surface of the photocatalyst can be improved.
  • the photocatalyst layer 6 formed on the reflective layer 29 may be a transparent conductive film carrying a photocatalyst. As a result, charges can easily move between the reflective layer 29 and the photocatalytic layer 6.
  • the photocatalyst layer 6 When the photocatalyst layer 6 is formed on the plate-like light emitter 5 as shown in FIG. 5, the photocatalyst layer 6 may be directly formed on the translucent electrode 34 as shown in FIG. Thus, the photocatalytic activity of the photocatalytic layer 6 can be improved by the voltage applied to the translucent electrode 34. Moreover, the photocatalyst layer 6 may be formed by sandwiching a translucent insulating layer 37 between the translucent electrode 34 as shown in FIG. As a result, the photocatalytic layer 6 can be prevented from being affected by the voltage applied to the translucent electrode 34, and the photocatalytic activity of the photocatalytic layer 6 can be stabilized. Further, the translucent electrode and the like can be protected by the translucent insulating layer 37.
  • the photocatalyst layer 6 constitutes the inner wall of the flow path 10 in the purification unit 3. Thereby, the to-be-processed water which distribute
  • the purification unit 3 is provided inside the purification tank 1. As a result, the water to be treated in the septic tank 1 can be purified.
  • the purification unit 3 includes a plurality of plate-like photocatalyst members 7, has a plurality of bent flow paths 10 through which water to be treated purified in the purification tank 1 circulates, and the photocatalyst layer 6 constitutes the inner wall of the flow path 10. To do. By flowing the water to be treated through the flow path 10, the water to be treated can be efficiently brought into contact with the photocatalyst layer 6, and the water to be treated can be purified.
  • the purification unit 3 can be formed, for example, by combining strip-shaped plate-like photocatalyst members 7 as shown in FIGS. Thereby, the purification
  • the purification unit 3 includes strip-shaped photocatalytic members 7 arranged in parallel in the vertical direction at intervals and strip-shaped photocatalytic members 7 arranged in parallel in the horizontal direction at intervals. Can have a stacked structure.
  • the space between two adjacent plate-like photocatalyst members 7 arranged in parallel can be used as a flow path 10 for circulating the water to be treated, and is formed by the plate-like photocatalyst members 7 arranged in the vertical direction. It is possible to form a flow path 10 in which the space formed is connected to the space formed by the plate-like photocatalyst members 7 arranged in the lateral direction.
  • the channel 10 thus formed has an inner wall including the catalyst layer 6, a plurality of curved channels, a plurality of branch points, and a plurality of junctions.
  • the plate-like photocatalyst member 7 can be stacked in a range of 3 to 100 layers.
  • the plate-like photocatalyst member 7 may be fixed to the septic tank 1 or may not be fixed. Moreover, the strip-shaped plate-shaped photocatalyst members 7 arranged in parallel may be connected so that the interval does not change. In addition, the stacked plate-like photocatalyst members 7 of each layer may or may not be connected.
  • the purification unit 3 can also be formed by stacking lattice-shaped plate-like photocatalyst members 7 as shown in FIG. This makes it possible to easily form the purification section 3 having the flow path 10 whose inner wall is composed of the photocatalyst layer 6 in the same manner as the purification section 3 formed by stacking the strip-shaped plate-like photocatalytic members 7.
  • the cross-sectional area of the flow channel 10 can be formed to an appropriate size.
  • the purification unit 3 may have a structure in which the plate-like photocatalyst members 7 are arranged without gaps in a plan view from the direction in which the plate-like photocatalyst members 7 are stacked. Accordingly, the flow path 10 formed in the purification unit 3 can be bent, and the water to be treated flowing in the flow path 10 can easily come into contact with the photocatalyst layer 6 constituting the inner wall of the flow path 10. The treated water can be purified efficiently.
  • the purification unit 3 can be formed, for example, by combining strip-shaped plate-like photocatalyst members 7 as shown in the perspective view of FIG. In FIG. 8, the strip-shaped plate-like photocatalyst members 7 of the lowermost layer (first layer 45) are arranged in parallel in the x direction at intervals, and are stacked in the z direction thereon (second layer). 46) The strip-shaped plate-like photocatalyst members 7 are arranged in parallel in the y direction at intervals. The strip-shaped plate-like photocatalyst members 7 of the layers (third layer 47) stacked in the z direction thereon are arranged in parallel in the x direction at intervals.
  • the plate-like photocatalyst member 7 of the third layer 47 has a width wider than the interval between the plate-like photocatalyst members 7 of the first layer, and the plate-like photocatalyst member 7 of the first layer in the plan view from the z direction. Arranged to fill the gap. Thereby, the flow path 10 in the purification unit 3 can be bent.
  • the strip-shaped plate-like photocatalyst members 7 of the layers (fourth layer 48) stacked in the z direction thereon are arranged in parallel in the y direction at intervals.
  • the plate-like photocatalyst members 7 of the fourth layer 48 can also be arranged so as to fill a gap between the plate-like photocatalyst members 7 of the second layer 46 in a plan view from the z direction.
  • the purification part 3 as shown in FIG. 8 can be formed by repeatedly laminating the first layer to the fourth layer. 1 and 10 correspond to the cross-sectional view of the xz plane of FIG. Moreover, the purification
  • FIG. 9 is an explanatory view schematically showing the flow path 10 formed in the purification unit 3.
  • FIG. 9 corresponds to the cross-sectional view of the xz plane of FIG. 8 and is a cross-sectional view of a portion not including the second layer 46 and the fourth layer 48.
  • the treated water that has flowed into the purification unit 3 from the lower side of FIG. 9 flows through the gap between the plate-like photocatalyst members 7 of the first layer 45, and this flow collides with the plate-like photocatalyst member 7 of the third layer 37 and branches.
  • the flow path 10 can be a flow path in which a branch point and a merge point are repeated, and the water to be treated can easily come into contact with the photocatalyst layer 6 included in the plate-like photocatalyst member 7.
  • the photocatalyst layer 6 can constitute the inner wall of the flow path 10.
  • the plate-shaped photocatalyst member 7 (1st plate-shaped photocatalyst member) of the 1st layer 45, and the plate-shaped photocatalyst of the 1st layer 45 laminated
  • the photocatalyst layer 6 included in the first plate-like photocatalyst member can be provided so as to receive light emitted from the plate-like light emitter included in the second plate-like photocatalyst member.
  • the photocatalyst layer 6 included in the first plate-like photocatalyst member emits light from the plate-like illuminant included in the first plate-like photocatalyst member and from the plate-like illuminant included in the second plate-like photocatalyst member.
  • the photocatalytic activity of the photocatalytic layer 6 can be increased.
  • the first photocatalyst layer 6 is provided on one surface of the plate-like light emitter, the reflective layer 29 is provided on the other surface, and the second photocatalyst layer 6 is provided on the reflective layer 29.
  • the plate-like photocatalyst member 7 Even when the plate-like photocatalyst member 7 is provided with light, the light emission of the plate-like light emitter 5 included in the plate-like photocatalyst member 7 provided with the second photocatalyst layer 6 facing the photocatalytic activity can be received. Can have.
  • the purification unit 3 can form the purification unit 3 by stacking a purification unit 39 including a part of the purification tank 1 and the plate-like photocatalyst member 7 as shown in FIG. 11 as shown in FIG. Thereby, the purification capacity of the purification unit 3 can be changed by changing the number of purification units 39 to be stacked. That is, the purification capacity of the water treatment device 27 can be changed according to the required purification capacity.
  • the water purification device 27 can be formed by stacking the purification units 39 so that the plate-like photocatalyst unit 7 is assembled in the same manner as the purification unit 3 shown in FIGS. That is, the first purification unit, the second purification unit, the third purification unit, and the fourth purification unit corresponding to the first to fourth layers shown in FIG. It is possible to form a flow path 10 similar to the above.
  • Bubble Generation Unit, Ultrasonic Wave Generation Unit The bubble generation unit 24 can be provided so as to supply bubbles containing oxygen or ozone into the water to be treated purified in the septic tank 1.
  • the bubble generating unit 24 can be provided so that the water to be treated supplied with bubbles flows into the inlet 17 of the septic tank 1.
  • superoxide radicals O 2 - encourage the production of &
  • recombination of electrons and holes generated by the photocatalyst receiving light can be suppressed, and the photocatalytic activity of the photocatalyst layer 6 can be increased.
  • the light emission of the plate-like light emitter 5 can be scattered by the bubbles in the water to be treated, and it is possible to prevent the photocatalytic layer 6 from being shaded and the photocatalytic activity from being lowered. Further, since bubbles are present in the water to be treated, turbulent flow is remarkably generated in the water flow, and a stirring effect can be obtained without a stirring device. Thereby, it is suppressed that water stays on the surface of the photocatalyst, and water is efficiently supplied to the surface of the photocatalyst, so that effective purification efficiency (catalytic efficiency) is improved.
  • the bubble generating unit 24 may generate micro-nano bubbles. This can prevent bubbles from aggregating and staying on the surface of the photocatalyst layer 6.
  • the ultrasonic generator 25 can be provided so that the purification unit 3 can be irradiated with ultrasonic waves.
  • the ultrasonic generator 25 can be provided outside the septic tank 1.
  • the ultrasonic generation unit 25 irradiates the purification unit 3 with ultrasonic waves, thereby suppressing the aggregation of bubbles generated in the bubble generation unit 24. It is possible to prevent the water flow from being blocked by large bubbles. In addition, it is possible to prevent a decrease in effective photocatalytic activity due to bubbles adhering to and staying on the photocatalyst surface.
  • Light emitting device fabrication experiment 1 A light emitting element manufacturing experiment was conducted by the following method. An n-type silicon substrate having a resistivity of 3-8 ⁇ ⁇ cm (impurity concentration of about 1 ⁇ 10 15 / cm 3 ) and having an about 1.5 cm square is first heat-treated in an oxygen atmosphere at 1000 ° C. for 40 minutes. An SiO 2 film as an insulator layer was formed on the surface of the silicon substrate. This SiO 2 film has a thickness of about 50 nm. The first electrode is an n-type silicon substrate. Next, Ge ions were implanted into the SiO 2 film with an acceleration energy of 220 keV. The ion implantation amount was 1.6 ⁇ 10 16 ions / cm 2 . FIG.
  • FIG. 12 shows a simulation result of the concentration distribution of ion-implanted Ge atoms in the insulator layer and the first electrode. From FIG. 12, it can be seen that the ion-implanted Ge atoms have a concentration peak in the first electrode having a depth of about 170 nm from the interface between the translucent electrode and the insulator layer.
  • an ITO electrode which is a translucent electrode, was formed on the SiO 2 film using a sputtering apparatus, an aluminum electrode was formed on the silicon substrate side, and a light emitting element was manufactured.
  • a direct current power source was connected to the light emitting element so that the aluminum electrode became a positive electrode and the ITO electrode became a negative electrode, and a voltage was applied to the light emitting element to cause the light emitting element to emit light.
  • the emission spectrum is shown in FIG. Referring to FIG. 13, light having a peak at a wavelength of about 450 nm was confirmed with light in a wavelength range of about 340 nm to about 650 nm.
  • the wavelength range having an emission intensity at half or more of the emission intensity at the peak of the emission was about 400 nm to about 500 nm. Further, it was confirmed that when a voltage was applied to the light emitting element, light was emitted uniformly over the entire surface of the ITO electrode.
  • a heat treatment step can be added between the ion implantation step and the translucent electrode formation step.
  • the silicon substrate subjected to the above ion implantation was put into an electric furnace, and 50 ml of nitrogen was introduced while being drawn with a rotary pump, and heat treatment was performed at 700 ° C. for 1 hour.
  • 10 ml of a gas containing 80% nitrogen and 20% oxygen was introduced, and heat treatment was performed for 1 hour.
  • the light emission characteristics were stabilized. The reason for this is not clear, but implantation defects generated in the SiO 2 film as the insulator layer or the silicon substrate as the first electrode during ion implantation are recovered by heat treatment or formed in the first electrode.
  • the emission center is stabilized by approaching a thermal equilibrium state through a heat treatment step. Oxidizing the Ge atoms having entered the dangling bonds and the SiO 2 film of Si-based generated in the SiO 2 film, is prevented to become a charge trap sites contemplated or by performing heat treatment in an oxygen-containing gas .
  • Light emitting device fabrication experiment 2 Similar to “Light-Emitting Element Fabrication Experiment 1” using an n-type silicon substrate having a resistivity of 0.01-0.05 ⁇ ⁇ cm (impurity concentration of about 1 ⁇ 10 17 / cm 3 ) and about 1.5 cm square.
  • a light emitting element was manufactured by the method described above. A direct current power source was connected to the light emitting element so that the aluminum electrode became a positive electrode and the ITO electrode became a negative electrode, and a voltage was applied to the light emitting element to cause the light emitting element to emit light. However, it was confirmed that this light-emitting element emits light with lower light emission intensity than the light-emitting element manufactured in “Light-emitting element manufacturing experiment 1”.
  • Light emitting device fabrication experiment 3 A light emitting element manufacturing experiment was conducted by the following method. Ge ions were implanted at an acceleration energy of 200 keV into an n-type silicon substrate having a resistivity of 3-8 ⁇ ⁇ cm and about 1.5 cm square. The ion implantation amount was 1.0 ⁇ 10 16 ions / cm 2 . Next, a 50 nm SiO 2 film was deposited on the ion-implanted surface of the silicon substrate using plasma CVD. Next, the silicon substrate was put into an electric furnace, and 50 ml of nitrogen was introduced while pulling with a rotary pump, and heat treatment was performed at 700 ° C. for 1 hour.
  • an ITO electrode which is a translucent electrode, was formed on the SiO 2 film using a sputtering apparatus, an aluminum electrode was formed on the silicon substrate side, and a light emitting element was manufactured.
  • Soil purification tank 3 Purification section 5: Plate-shaped light emitter 6: Photocatalyst layer 7: Plate-shaped photocatalyst member 10: Channel 12: Translucent member 14: Light source 15: Cover member 17: Inlet 18: Drain port 20: Water guide tube 22: Filter 24: Bubble generating unit 25: Ultrasonic generating unit 27: Water purification device 29: Reflective layer 31: Substrate 32: First electrode 33: Insulator layer 34: Translucent electrode 35: Luminescent member 37: Translucent insulating layer 39: Purification unit 41: Seal member 43: Connection member 45: First layer 46: Second layer 47: Third layer 48: Fourth layer

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Abstract

　本発明の水浄化装置は、浄化槽と、前記浄化槽内に設けられた浄化部とを備え、前記浄化部は、複数の板状光触媒部材を含み、かつ、前記浄化槽で浄化される被処理水が流通する曲折した複数の流路を有し、前記板状光触媒部材は、面発光可能な板状発光体と、前記板状発光体の少なくとも一方の面上に設けられた光触媒層を有し、前記光触媒層は、前記流路の内壁を構成することを特徴とする。

Description

水浄化装置
　本発明は、水浄化装置に関する。
　酸化チタンなどの光触媒にブラックライト、水銀灯などからの紫外線を照射することにより生じる光触媒活性を利用した水浄化装置が知られている（例えば、特許文献１）。
　このような光触媒活性を利用した水浄化装置では、酸化チタンなどの光触媒を担持した多孔質体や繊維布に紫外線などを照射し、この多孔質体や繊維布に被処理水を流通させることにより被処理水の浄化を行っている。このことにより、被処理水と光触媒との接触確率を高くしている。
特開２００８－９３５４９号公報
　しかし、従来の水浄化装置では、光触媒を担持した多孔質体の孔中や光触媒を担持した繊維布の繊維間に被処理水を流すため、流すことができる水量が少なく、一定の水量を浄化するためには装置を大型化する必要がある。
　また、従来の水浄化装置では、孔中や繊維間に被処理水を流すと、有機物や無機物が流路に詰まりやすく、使用を続けると光触媒を担持した多孔質体などを交換する必要がある。
　さらに、従来の水浄化装置では、光源から遠い光触媒には紫外線が十分に照射されず、十分な光触媒活性を有さないことがあり、この部分を流通した被処理水は浄化されずに排水される場合がある。
　本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、小型化することができ効率よく被処理水を浄化することができる水浄化装置を提供する。
　本発明は、浄化槽と、前記浄化槽内に設けられた浄化部とを備え、前記浄化部は、複数の板状光触媒部材を含み、かつ、前記浄化槽で浄化される被処理水が流通する曲折した複数の流路を有し、前記板状光触媒部材は、面発光可能な板状発光体と、前記板状発光体の少なくとも一方の面上に設けられた光触媒層を有し、前記光触媒層は、前記流路の内壁を構成することを特徴とする水浄化装置を提供する。
　本発明によれば、浄化部が曲折した流路を複数有し、光触媒層がこの流路の内壁を構成するため、被処理水を効率よく光触媒層に接触することができ、被処理水を効率よく浄化することができる。
　本発明によれば、浄化部が複数の板状光触媒部材を含み、この板状光触媒部材の少なくとも一方の面に形成された光触媒層が浄化部の流路の内壁を構成するため、流路の断面積を適切な大きさにすることができる。このため、被処理水が光触媒層に効率よく接触することができ、かつ、流路が詰まりにくくすることができる。
　本発明によれば、浄化部に含まれる板状光触媒部材が、面発光可能な板状発光体と、板状発光体の少なくとも一方の面上に設けられた光触媒層を有するため、光触媒層が板状発光体の発光を受光することができ光触媒活性を有することができる。また、板状発光体は面発光可能であるため、光触媒層は板状発光体からの光を受光することができ、浄化部に含まれる光触媒層の光触媒活性を全体的に高くすることができる。このことにより、浄化部に光触媒活性の低い光触媒層があることにより、被処理水が未浄化のまま浄化槽から排出されることを防止することができる。また、光源の発光を効率よく光触媒層に照射することができ、消費電力を節約することができる。
本発明の一実施形態の水浄化装置の構成を示す概略断面図である。 （ａ）は、本発明の一実施形態の水浄化装置に含まれる板状光触媒部材の概略平面図であり、（ｂ）は（ａ）の点線Ａ－Ａにおける板状光触媒部材の概略断面図である。 （ａ）は、本発明の一実施形態の水浄化装置に含まれる板状光触媒部材の概略平面図であり、（ｂ）は（ａ）の点線Ｂ－Ｂにおける板状光触媒部材の概略断面図である。 （ａ）は、本発明の一実施形態の水浄化装置に含まれる板状光触媒部材の概略平面図であり、（ｂ）は（ａ）の点線Ｃ－Ｃにおける板状光触媒部材の概略断面図である。 （ａ）は、本発明の一実施形態の水浄化装置に含まれる板状光触媒部材の概略平面図であり、（ｂ）は（ａ）の点線Ｄ－Ｄにおける板状光触媒部材の概略断面図である。 図５（ｂ）の点線で囲んだ範囲Ｅにおける板状光触媒部材の概略断面図である。 図５（ｂ）の点線で囲んだ範囲Ｅに対応する板状光触媒部材の概略断面図である。 本発明の一実施形態の水浄化装置に含まれる浄化部の概略斜視図である。 本発明の一実施形態の水浄化装置に含まれる浄化部内の流路の説明図である。 本発明の一実施形態の水浄化装置の構成を示す概略断面図である。 （ａ）は本発明の一実施形態の水浄化装置に含まれる浄化ユニットの概略平面図であり、（ｂ）は（ａ）の点線Ｆ－Ｆにおける浄化ユニットの概略断面図である。 参考実験において作製した発光素子に含まれる絶縁体層中および第１電極中のＧｅ原子の濃度分布のシミュレーション結果を示すグラフである。 参考実験において作製した発光素子の発光スペクトルである。
　本発明の水浄化装置は、浄化槽と、前記浄化槽内に設けられた浄化部とを備え、前記浄化部は、複数の板状光触媒部材を含み、かつ、前記浄化槽で浄化される被処理水が流通する曲折した複数の流路を有し、前記板状光触媒部材は、面発光可能な板状発光体と、前記板状発光体の少なくとも一方の面上に設けられた光触媒層を有し、前記光触媒層は、前記流路の内壁を構成することを特徴とする。
　浄化槽とは、水浄化装置で浄化する被処理水を溜めるまたは流通させる水槽である。
　浄化部とは、被処理水を浄化する機能を有する部分である。
　板状光触媒部材とは、光触媒を含む板状の部材である。
　板状発光体とは、発光することができる板状の部材である。
　本発明の水浄化装置において、前記流路は、複数の分岐点および複数の合流点を有することが好ましい。
　このような構成によれば、浄化槽で浄化する被処理水が流路の側壁の光触媒層に接触する確率を高くすることができ、効率的に被処理水を浄化することができる。
　本発明の水浄化装置において、前記板状光触媒部材は、短冊形状または格子形状であることが好ましい。
　このような構成によれば、板状光触媒部材を組み合わせることにより、容易に流路を有する浄化部を形成することができる。
　本発明の水浄化装置において、前記浄化部は、縦方向に並列に間隔をおいて並べられた短冊形状の前記板状光触媒部材と、横方向に並列に間隔をおいて並べられた短冊形状の前記板状光触媒部材とが交互に積重された構造を有することが好ましい。
　このような構成によれば、並列に並べた板状光触媒部材の隙間を被処理水の流路とすることができ、この流路を流れた被処理水が他の板状光触媒部材にぶつかるように被処理水を流すことができ、被処理水が光触媒層に効率よく接触させることができる。
　本発明の水浄化装置において、前記浄化部は、前記板状光触媒部材を積重した方向からの平面視において、前記板状光触媒部材が隙間なく配置された構造を有することが好ましい。
　このような構成によれば、被処理水が流れる流路が曲折したものとなり、被処理水が光触媒層に接触する確率を高くすることができる。
　本発明の水浄化装置において、前記板状光触媒部材は、１μm以上かつ並列間隔以下の隙間を空けて積重されたことが好ましい。
　このような構成によれば、被処理水が流れる流路が曲折したものとなり、被処理水が光触媒層に接触する確率を高くすることができるとともに、被処理水と接触可能な光触媒層の表面積を増やすことができる。また、被処理水の水量を多くすることもできる。
　本発明の水浄化装置において、前記光触媒層は、前記板状発光体の両面上にそれぞれ設けられたことが好ましい。
　このような構成によれば、浄化部に含まれる光触媒層の表面積を広くすることができ、水浄化装置の浄化能を高くすることができる。
　本発明の水浄化装置において、複数の板状光触媒部材は、第１板状光触媒部材と、第１板状光触媒部材に対向するように設けられた第２板状光触媒部材とを含み、第１板状光触媒部材に含まれる光触媒層は、第２板状光触媒部材に含まれる前記板状発光体の発光を受光できるように設けられたことが好ましい。
　このような構成によれば、第１板状光触媒部材に含まれる光触媒層が受光する光量を多くすることができ、光触媒活性を高くすることができる。
　本発明の水浄化装置において、前記板状発光体の側面に光を照射することができるように設けられた光源部をさらに備え、前記板状発光体は、導光板であることが好ましい。
　このような構成によれば、導光板から面発光させることができ、光触媒層に光触媒活性の低い部分が発生することを抑制することができる。このことにより、被処理水が浄化されずに排水されることを抑制することができる。
　本発明の水浄化装置において、前記光源部は、発光ダイオードを含むことが好ましい。
　このような構成によれば、光源部を小型化、省エネ化、長寿命化することができる。
　本発明の水浄化装置において、前記板状光触媒部材は、前記板状発光体の一方の面上に設けられた第１光触媒層と、前記板状発光体の他方の面上に設けられた反射層と、前記反射層の上に設けられかつ受光可能に設けられた第２光触媒層とを備えることが好ましい。
　このような構成によれば、第１光触媒層が受光する光量を多くすることができ、更に第１光触媒層が吸収しきれなかった光を第２光触媒層が受光することで投入した光を無駄なく利用でき全体として光触媒能力が向上する。更に反射層の第２光触媒層側にも反射機能を付与しておくことで、第２光触媒層で吸収しきれなかった光を反射して再度第２光触媒層、更にそれでも吸収し切れなかった光を第１光触媒層に受光させることができる。また別の使い方としては、第１光触媒層に比べて第２光触媒層が受光する光量を少なくすることができる。このことにより、多くの被処理水が接触する光触媒層の光触媒活性を高くすることができ、より少ない被処理水が接触する光触媒層の光触媒活性を低くすることができる。このことにより、浄化部の流路との関係で光触媒層の光触媒活性をコントロールすることができる。
　本発明の水浄化装置において、前記反射層は、導電性を有し、第２光触媒層は、前記反射層と電気的に接続したことが好ましい。
　このような構成によれば、光触媒層に含まれる光触媒が受光することにより生じる電子と正孔のうち、電子が反射層に伝導することができ、正孔が光触媒の表面においてＯＨラジカルなどの活性種を発生させることができる。このことにより、電子と正孔とが再結合する確率を低くすることができ、光触媒層の光触媒活性を高くすることができる。
　本発明の水浄化装置において、前記板状発光体は、導体または半導体からなる第１電極と、透光性電極と、第１電極と前記透光性電極とに挟まれた絶縁体層と、前記絶縁体層の内部に形成されＧｅを含む発光体とを備えることが好ましい。
　このような構成によれば、第１電極と透光性電極との間に電圧を印加することにより発光体を発光させることができ、板状発光体を面発光させることができる。
　本発明の水浄化装置において、前記光触媒層は、微粒子状の光触媒を有することが好ましい。
　このような構成によれば、光触媒層に含まれる光触媒の表面積を広くすることができ、被処理水が光触媒に接触する確率を高くすることができる。
　本発明の水浄化装置において、前記光触媒層は、ＴｉＯ2、ＳｎＯ2、ＷＯ3、Ｆｅ2Ｏ3、ＺｎＯ、Ｎｂ2Ｏ5、ＳｒＴｉＯ3、ＫＴａＯ3、ＺｒＯ2、ＧａＰ、ＢｉＶＯ4、Ｂｉ2ＭｏＯ6、Ａｇ3ＰＯ4のうち少なくとも１つを含むことが好ましい。
　このような構成によれば、光触媒層が光触媒を含むことができる。
　本発明の水浄化装置において、前記光触媒層は、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、ＩｎおよびＳｎのうち少なくとも１つの金属が担持された酸化チタンを含むことが好ましい。
　このような構成によれば、光触媒層に含まれる光触媒が高い光触媒活性を有することができる。
　本発明の水浄化装置において、前記浄化槽および前記浄化部は、前記浄化槽の一部および前記板状光触媒部材を含む浄化ユニットが積重する構造を有することが好ましい。
　このような構成によれば、水浄化装置は、構成する浄化ユニットの数を変えることができ、浄化能を変更することができる。このことにより、要求される浄化能に応じて、水浄化装置の浄化能を変更することができる。
　本発明の水浄化装置において、前記浄化槽の内壁上に第３光触媒層をさらに有することが好ましい。
　このような構成によれば、前記浄化槽の内壁上に第３光触媒層においても被処理水を浄化することができ、水浄化装置の浄化能を高くすることができる。
　本発明の水浄化装置において、前記浄化槽で浄化される被処理水中に酸素またはオゾンを含む気泡を供給する気泡発生部をさらに備えることが好ましい。
　このような構成によれば、被処理水中の溶存酸素量を多くすることができ、光触媒の表面においてスーパーオキシドラジカルおよびＯＨラジカルを発生させることができ、光触媒活性を高くすることができる。
　本発明の水浄化装置において、前記気泡は、マイクロ－ナノバブルであることが好ましい。
　このような構成によれば、気泡が凝集し光触媒層の表面に滞留することを防止することができる。
　本発明の水浄化装置において、前記浄化部に超音波を照射する超音波発生部をさらに備えることが好ましい。
　このような構成によれば、光触媒表面の汚れ付着を防止することができ、また、流路の目詰まりを防止することができる。また、被処理水が光触媒近辺で滞留することを抑制することができる。
　以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。図面や以下の記述中で示す構成は、例示であって、本発明の範囲は、図面や以下の記述中で示すものに限定されない。
水浄化装置の構成
　図１、図１０は水浄化装置の構成を示す概略断面図であり、図２、３、４、５は、水浄化装置に含まれる板状光触媒部材の概略平面図および概略断面図であり、図６、７は、板状光触媒部材の一部の概略断面図であり、図８は、水浄化装置に含まれる浄化部の概略斜視図であり、図９は、浄化部内の流路の説明図であり、図１１は、水浄化装置に含まれる浄化ユニットの概略平面図および概略断面図である。
　本実施形態の水浄化装置２７は、浄化槽１と、浄化槽１内に設けられた浄化部３とを備え、浄化部３は、複数の板状光触媒部材７を含み、かつ、浄化槽１で浄化される被処理水が流通する曲折した複数の流路１０を有し、板状光触媒部材７は、面発光可能な板状発光体５と、板状発光体５の少なくとも一方の面上に設けられた光触媒層６を有し、光触媒層６は、流路１０の内壁を構成することを特徴とする。
　また、本実施形態の水浄化装置２７は、気泡発生部２４、超音波発生部２５を備えてもよい。また、本実施形態の水浄化装置２７は、浄化ユニット３９が積重する構造を有してもよい。
　以下、本実施形態の水浄化装置について説明する。
１．浄化槽
　浄化槽１は、被処理水を浄化するための水槽である。浄化槽１は、被処理水を溜めるまたは流すことができれば特に限定されない。浄化槽１は、例えば、金属製、樹脂製、強化プラスチック製、ガラス製、陶器製である。
　浄化槽１は、その内部に浄化部３を備える。このため、浄化槽１内の被処理水を浄化部３により浄化することができる。
　浄化槽１は、その一部が透光性部材１２から構成されてもよい。例えば図１のように、透光性部材１２の外側に光源部１４を設置すると、この光源部１４の発光を光触媒層６に照射することができ、光触媒層６が光触媒活性を有することができる。また、このような構造にすると、光源部１４を浄化槽１内の被処理水と分離でき、漏電を防止することができ、光源部の長寿命化を図ることができる。
　浄化槽１は、流入口１７および排水口１８を有することができる。このことにより、未浄化の被処理水を流入口１７から浄化槽１内に流入させることができ、浄化した被処理水を排水口１８から排出することができる。また、図１のように流入口１７から浄化槽１内に被処理水を流入させる前に不純物を取り除けるように、フィルター２２を設けてもよい。フィルター２２は孔径の異なる複数の種類から成っていてもよい。例えば、ＭＦ膜やＵＦ膜、ＲＯ膜等を使用することができる。このことにより、水浄化装置２７の浄化能を向上させることができる。
　浄化槽１は、図１のようにその内壁上に光触媒層６を有することができる。この浄化槽１の内壁上に設けられた光触媒層６が板状発光体５の発光を受光し、光触媒活性を有することができ、水浄化装置２７の浄化能を向上させることができる。また、浄化槽１は、その内壁上に反射層を備えることもできる。このことにより、浄化槽１の内壁に照射された光を浄化槽１の内部側に反射させることができ、板状光触媒部材７に含まれる光触媒層６の受光量を多くすることができ、水浄化装置２７の浄化能を向上させることができる。
　また、浄化槽１は、図１０のように、図１１に示したような浄化ユニット３９が積重することにより形成されてもよい。この場合、隣接する２つの浄化ユニット３９間にシール部材４１を設けることにより、被処理水が漏れるのを防止することができる。
２．板状光触媒部材、板状発光体、光触媒層
　板状光触媒部材７は、浄化部３に含まれ、面発光可能な板状発光体５と、板状発光体５の少なくとも一方の面上に設けられた光触媒層６とを有する。このような構造を有することにより、板状発光体５が発する光を光触媒層６が受光することができ、光触媒層６が光触媒活性を有することができる。
　板状光触媒部材７の形状は、特に限定されないが、例えば図２、４、５のように短冊形状であってもよく、図３のように格子形状であってよい。このような形状の板状光触媒部材７を複数組み合わせることにより、浄化部３を形成することができ、浄化部３中に流路１０を形成することができる。
　また、板状光触媒部材７は、図１１のような浄化ユニット３９を構成してもよい。
　板状発光体５は、面発光可能であれば特に限定されないが、例えば、その側面から光を入射可能に設けられた導光板である。この導光板は、側面から入射した光を面発光することができる。導光板は、例えば、反射ドットが形成されたアクリル板からなる。この場合、アクリル板の側面から入射した光は、アクリル板の表面反射を繰り返すことにより、アクリル板全体に広がることができ、反射ドットで散乱された光がアクリル板の表面から外に出て行くことができる。このように導光板は面発光することができる。また、導光板は、その一方の面から面発光するものであってもよく、両面から面発光するものであってもよい。また、このアクリル板は、紫外線透過アクリルからなってもよい。このことにより、アクリル板による紫外線吸収を抑制することができ、光触媒層６の受光量を多くすることができる。
　反射ドットは、例えば、白色インクで印刷したものであってもよく、スタンパーやインジェクションでアクリル板の表面につけた凹凸であってもよく、アクリル板を溝加工することにより形成された溝であってもよい。反射ドットは、アクリル板の一方の面にのみ形成されてもよく、両方の面に形成されてよい。
　導光板の側面に入射する光は、光源１４が照射する光であってもよく、太陽光であってもよい。浄化槽１を構成する透光性部材１２に太陽光が入射するように水浄化装置２７を設置するように配置することにより、導光板に太陽光を入射させることができる。
　また、導光板の側面に光源１４からの光を入射させる場合、光源１４は、光触媒活性を生じさせることができるものであれば特に限定されないが、例えば、水銀ランプ、キセノンランプ、ブラックライト、紫外線ＬＥＤなどである。また、光源１４は、導光板の側面に効率よく光を入射させるために反射カバーを備えてもよい。また、光源１４は、紫外光を発するものであることが好ましい。このことにより、光触媒層６が高い光触媒活性を有することができ、また、光源１４の発する紫外光による殺菌効果により被処理水を浄化することができる。
　また、光源１４は、図１のように浄化槽１を構成する透光性部材１２を介して導光板の側面に光を照射するように設けてもよく、図１０のように導光板の側面に隣接して設けることもできる。また、光源１４からの光を光ファイバーで導光板の側面に供給してもよい。このことにより、光源１４からの光を効率よく導光板に供給することができ、また、設置する光源１４の数を減らすことができる。
　また、板状発光体５は、図５、図６に示したように、基板３１の少なくとも一方の面に、導体または半導体からなる第１電極３２と、透光性電極３４と、第１電極３２と透光性電極３４とに挟まれた絶縁体層３３と、絶縁体層３３の内部に形成されＧｅを含む発光体３５とを備えるものであってもよい。このような構成によれば、第１電極３２と透光性電極３４との間に電圧を印加することにより、絶縁体層３３に電流を流すことができ、この電流により発光体３５を発光させることができる。また、発光体３５にＧｅを含むものを用いることにより、発光体３５から紫外線を発光させることができる。また、板状発光体５は、基板３１の両面に第１電極３２、絶縁体層３３、透光性電極３４を設けることができる。
　例えば、第１電極３２は不純物をドープしたシリコンとすることができ、絶縁体層３３はＳｉＯ2膜とすることができ、透光性電極３４はＩＴＯ電極やスリット状の電極とすることができる。また、絶縁体層３３中の発光体３５は、例えば、ＳｉＯ2膜にＧｅをイオン注入することにより形成することができる。
　また、板状発光体５は、基板の少なくとも一方の面に、不純物を含む導体または不純物を含む半導体からなる第１電極３２と、透光性電極３４と、第１電極３２および透光性電極３４に挟まれた絶縁体層３３とを備え、第１電極３２は、イオン注入された原子を有し、前記原子は、絶縁体層３３と第１電極３２との界面から５００ｎｍ以内の第１電極３２中に濃度ピークを有するものであってもよい。このような構成によれば、第１電極３２と透光性電極３４との間に電圧を印加することにより、板状発光体５を発光させることができる。
　また、第１電極３２にイオン注入された原子はＧｅを含むものを用いることにより、紫外線を発光させることができる。また、板状発光体５は、基板３１の両面に第１電極３２、絶縁体層３３、透光性電極３４を設けることができる。
　例えば、第１電極３２は不純物をドープしたシリコンとすることができ、絶縁体層３３はＳｉＯ2膜とすることができ、透光性電極３４はＩＴＯ電極やスリット状の電極とすることができる。また、イオン注入された原子を有する第１電極３２は、例えば、シリコン基板に直接または絶縁体層付きシリコン基板に、Ｇｅをイオン注入することにより形成することができる。
　光触媒層６は、光触媒を含む層であり、受光することにより光触媒活性を有する。光触媒層６に含まれる光触媒は、例えば、ＴｉＯ2、ＳｎＯ2、ＷＯ3、Ｆｅ2Ｏ3、ＺｎＯ、Ｎｂ2Ｏ5、ＳｒＴｉＯ3、ＫＴａＯ3、ＺｒＯ2、ＧａＰ、ＢｉＶＯ4、Ｂｉ2ＭｏＯ6、Ａｇ3ＰＯ4であり、また、これらの表面にＰｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、ＩｎおよびＳｎのうち少なくとも１つの金属が担持されたものであってもよい。光触媒層６に含まれる光触媒は、好ましくは酸化チタンである。
　光触媒層６は、光触媒を含む薄膜であってもよく厚膜であってもよい。また、光触媒を含むフィルム、光触媒が担持されたガラスや繊維体などであってもよい。光触媒層６が光触媒を含む薄膜である場合、例えば、ＣＶＤ法やスパッタ法により形成することができ、光触媒層６が光触媒を含む厚膜である場合、例えば、微粒子状の光触媒を含むペースト、コーティング剤を板状発光体上に塗布、乾燥または焼成することにより形成することができる。
　光触媒層６は、板状発光体５の少なくとも一方の面上に設けられる。このことにより、光触媒層６は、板状発光体５からの光を受光することができ、光触媒活性を有することができる。光触媒層６は、板状発光体５の一方の面上のみに設けられてもよく、図２～５のように板状発光体５の両面上に設けられてもよい。光触媒層６が板状発光体５の一方の面上のみに設けられ、板状発光体５が導光板からなる場合、他方の面上には反射層２９が設けられてもよい。このことにより、反射層２９からの反射光を光触媒層６が受光することができ、光触媒層６の受光量を多くすることができる。また、図４のように、板状発光体５の一方の面上に反射層２９と光触媒層６とを積層してもよい。この場合、反射層２９が形成されていない面上の光触媒層６の受光量を多くすることができ、反射層２９の上に形成された光触媒層６が他の板状発光体５が発する光を受光することができる。このことにより、光触媒層が吸収しきれなかった光を他の光触媒層で吸収することで投入した光を無駄なく利用でき全体として光触媒能力が向上する。また、高い光触媒活性を有する部分と、低い光触媒活性を有する部分とを作ることができ、被処理水の流通に合わせてこれらの部分を形成することができる。
　また、反射層２９と光触媒層６とが積層されている場合、反射層２９は導電性を有し、光触媒層６と電気的に接続してもよい。このことにより、反射層２９を導電板として用いることができ、光触媒層６が受光することにより生成する電子および正孔のうち、電子を反射層２９に引き付け、正孔は光触媒の表面でＯＨラジカルなどの活性種の生成に利用することができる。このことにより、光触媒が受光することにより生成した電子および正孔の再結合を抑制することができ、光触媒の表面における活性種の生成効率を向上させることができる。
　また、反射層２９上に形成する光触媒層６は、光触媒が担持された透明導電膜であってもよい。このことにより、反射層２９と光触媒層６との間を電荷が容易に移動することができる。
　また、光触媒層６が図５のような板状発光体５上に形成される場合、光触媒層６は、図６のように透光性電極３４の上に直接形成されてもよい。このことにより、透光性電極３４に印加する電圧により、光触媒層６の光触媒活性を向上させることもできる。また、光触媒層６は、図７のように透光性電極３４との間に透光性絶縁層３７を挟んで形成されてもよい。このことにより、光触媒層６が透光性電極３４に印加する電圧の影響を受けることを抑制することができ、光触媒層６の光触媒活性を安定させることができる。また、透光性絶縁層３７により、透光性電極などを保護することができる。
　また、光触媒層６は、浄化部３内の流路１０の内壁を構成する。このことにより、流路１０を流通する被処理水を光触媒層６に接触させることができ、被処理水を浄化することができる。
３．浄化部、流路
　浄化部３は、浄化槽１の内部に設けられる。このことにより、浄化槽１内の被処理水を浄化することができる。また、浄化部３は複数の板状光触媒部材７を含み、浄化槽１で浄化される被処理水が流通する曲折した流路１０を複数有し、光触媒層６がこの流路１０の内壁を構成する。この流路１０に被処理水を流通させることにより、被処理水を光触媒層６に効率よく接触させることができ、被処理水を浄化することができる。
　浄化部３は、例えば、図２、４、５のような短冊形状の板状光触媒部材７を組み合わせることにより形成することができる。このことにより、内壁が光触媒層６で構成される流路１０を有する浄化部３を容易に形成することができ、流路１０の断面積を適切な大きさに形成することができる。
　浄化部３は、縦方向に並列に間隔をおいて並べられた短冊形状の板状光触媒部材７と、横方向に並列に間隔をおいて並べられた短冊形状の板状光触媒部材７とが交互に積重された構造を有することができる。このことにより、並列に並べられた隣接する２つの板状光触媒部材７の間の空間を被処理水を流通させる流路１０とすることができ、縦方向に並べた板状光触媒部材７により形成される空間と横方向に並べた板状光触媒部材７により形成される空間とがつながった流路１０を形成することができる。このようにして形成された流路１０は、内壁が触媒層６を含み、曲折した流路を複数有し、複数の分岐点および複数の合流点を有する。また、板状光触媒部材７は、３層以上１００層以下に積重することができる。
　板状光触媒部材７は、浄化槽１に固定されていてもよく、固定されていなくてもよい。また、並列に並べられた短冊形状の板状光触媒部材７は、その間隔が変化しないように連結されていてもよい。また、積重された各層の板状光触媒部材７は、連結していてもよく連結していなくてもよい。
　また、浄化部３は、図３に示したような格子形状の板状光触媒部材７を積重して形成することもできる。このことにより、短冊形状の板状光触媒部材７を積重して形成した浄化部３と同様に内壁が光触媒層６で構成される流路１０を有する浄化部３を容易に形成することができ、流路１０の断面積を適切な大きさに形成することができる。
　また、浄化部３は、板状光触媒部材７を積重した方向からの平面視において、板状光触媒部材７が隙間なく配置された構造を有してもよい。このことにより、浄化部３内に形成される流路１０を曲折したものとすることができ、流路１０を流れる被処理水が流路１０の内壁を構成する光触媒層６に接触しやすくなり、効率よく被処理水を浄化することができる。
　浄化部３は、例えば、図８に示した斜視図のように短冊形状の板状光触媒部材７を組み合わせることにより形成することができる。図８において、最下層（第１層４５）の短冊形状の板状光触媒部材７は、ｘ方向に並列に間隔をおいて並べられ、その上のｚ方向に積重された層（第２層４６）の短冊形状の板状光触媒部材７は、ｙ方向に並列に間隔をおいて並べられている。その上のｚ方向に積重された層（第３層４７）の短冊形状の板状光触媒部材７は、ｘ方向に並列に間隔をおいて並べられる。この第３層４７の板状光触媒部材７は、第１層の板状光触媒部材７の間隔よりも広い幅を有し、ｚ方向からの平面視において、第１層の板状光触媒部材７の隙間を埋めるように並べられる。このことにより、浄化部３内の流路１０を曲折したものとすることができる。その上のｚ方向に積重された層（第４層４８）の短冊形状の板状光触媒部材７はｙ方向に並列に間隔をおいて並べられている。第４層４８の板状光触媒部材７は、ｚ方向からの平面視において、第２層４６の板状光触媒部材７の隙間を埋めるように並べることもできる。
　第１層から第４層を繰り返し積層することにより、図８のような浄化部３を形成することができる。なお、図１、図１０の断面図は、図８のｘ－ｚ面の断面図に対応する。
　また、浄化部３は、被処理水が図８の最下層側から浄化部３に流入し、図８の浄化部３の最上層側から流出するように設けることができる。
　図９は、浄化部３内に形成される流路１０を模式的に表した説明図である。図９は、図８のｘ－ｚ面の断面図に対応し、第２層４６、第４層４８が含まれない部分の断面図である。図９の下側から浄化部３に流入した被処理水は、第１層４５の板状光触媒部材７の隙間を流れ、この流れは、第３層３７の板状光触媒部材７にぶつかり分岐し、隣接する第１層４５の板状光触媒部材７の隙間の流れが分岐した流れと合流し、第３層３７の板状光触媒部材７の隙間を流れる。このように流路１０は、分岐点と合流点を繰り返した流路とすることができ、被処理水が板状光触媒部材７に含まれる光触媒層６と接触しやすくできる。また、光触媒層６は、流路１０の内壁を構成することができる。
　また、図８、図９のような浄化部３において、第１層４５の板状光触媒部材７（第１板状光触媒部材）とその４層上に積層された第１層４５の板状光触媒部材７（第２板状光触媒部材）とは、対向するように設けられる。このとき、第１板状光触媒部材に含まれる光触媒層６は、第２板状光触媒部材に含まれる板状発光体の発光を受光できるように設けることができる。このことにより、第１板状光触媒部材に含まれる光触媒層６が、第１板状光触媒部材に含まれる板状発光体からの発光、および第２板状光触媒部材に含まれる板状発光体からの発光の両方を受光することができ、光触媒層６の光触媒活性を高くすることができる。また、図４のように、板状発光体の一方の面上に第１光触媒層６が設けられ、他方の面上に反射層２９が設けられ、反射層２９の上に第２光触媒層６が設けられた板状光触媒部材７であっても、第２光触媒層６が対向して設けられた板状光触媒部材７に含まれる板状発光体５の発光を受光することができ、光触媒活性を有することができる。
　浄化部３は、図１１に示したような浄化槽１の一部および板状光触媒部材７を含む浄化ユニット３９を、図１０のように積重することにより浄化部３を形成することができる。このことにより、積層する浄化ユニット３９の数を変えることにより浄化部３の浄化能を変更することができる。つまり要求される浄化能に応じて、水処理装置２７の浄化能を変えることができる。
　水浄化装置２７は、図８、図９に示した浄化部３と同じように板状光触媒部７が組まれるように浄化ユニット３９を積重することにより形成することができる。つまり、図８に示した第１層から第４層に対応する第１浄化ユニット、第２浄化ユニット、第３浄化ユニット、第４浄化ユニットを積重することにより図９に示した流路１０と同じような流路１０を形成することができる。
４．気泡発生部、超音波発生部
　気泡発生部２４は、浄化槽１で浄化される被処理水中に酸素またはオゾンを含む気泡を供給するように設けることができる。例えば、図１のように浄化槽１の流入口１７に気泡が供給された被処理水が流れるように気泡発生部２４を設けることができる。このことにより、被処理水中の溶存酸素量を多くすることができ、スーパーオキシドラジカルＯ2 -・の生成を促し、水素Ｈ2の発生を抑制することができる。また、光触媒が受光することにより生じた電子と正孔の再結合を抑制することができ、光触媒層６の光触媒活性を高くすることができる。また、被処理水中の気泡により、板状発光体５の発光を散乱することができ、光触媒層６に影ができ光触媒活性が低下することを防止することができる。また、被処理水中に気泡が存在することにより、水流に乱流が顕著に発生し、攪拌装置なしに攪拌効果を有することができる。それにより光触媒表面に水が滞留することが抑制され、効率よく水が光触媒表面に供給されるため実効的な浄化効率（触媒効率）が向上する。また気泡の分解効果により、光触媒表面のゴミの付着、２つの板状光触媒部材７の隙間の目詰まりを抑制することができる。
　また、気泡発生部２４は、マイクロ－ナノバブルを発生させるものであってもよい。このことにより、気泡が凝集し光触媒層６の表面に滞留することを防止することができる。
　超音波発生部２５は、浄化部３に超音波を照射することができるように設けることができる。例えば、図１のように浄化槽１の外側に超音波発生部２５を設けることができる。浄化部３に超音波を照射することにより、光触媒表面の汚れ付着を防止することができ、また、流路の目詰まりを防止することができる。また、被処理水が光触媒近辺で滞留することを抑制することができる。
　また、気泡発生部２４と超音波発生部２５の両方を設けた場合、超音波発生部２５が浄化部３に超音波を照射することにより、気泡発生部２４において発生させた気泡の凝集を抑制することができ、大きな気泡による水流の阻害を防止することができる。また、光触媒表面に気泡が付着、滞留することによる実効的な光触媒活性の低下を防止することができる。
参考実験
　第１電極３２、絶縁体層３３および透光性電極３４を有する板状発光体５の発光および発光波長を確認するために発光素子作製実験を行った。
発光素子作製実験１
　以下の方法で発光素子作製実験を行った。
　抵抗率が３－８Ω・ｃｍ（不純物濃度約１×１０15／ｃｍ3）であり、約１．５ｃｍ角のｎ型シリコン基板をまず酸素雰囲気中、１０００℃、４０分で熱処理することにより、シリコン基板表面に絶縁体層であるＳｉＯ2膜を形成した。このＳｉＯ2膜は約５０ｎｍの厚さを有する。なお、第１電極は、ｎ型シリコン基板となる。
　次に、ＳｉＯ2膜にＧｅイオンを２２０ｋｅＶの加速エネルギーでイオン注入した。イオン注入量は、１．６×１０16ｉｏｎｓ／ｃｍ2とした。
　図１２に絶縁体層中および第１電極中のイオン注入したＧｅ原子の濃度分布のシミュレーション結果を示す。図１２を見ると、イオン注入したＧｅ原子は、透光性電極と絶縁体層との界面からの深さが約１７０ｎｍの第１電極中に濃度ピークを有することがわかる。
　次に、ＳｉＯ2膜上にスパッタ装置を用いて透光性電極であるＩＴＯ電極を形成し、シリコン基板側にアルミニウム電極を形成し、発光素子を作製した。
　次にアルミニウム電極が正極となり、ＩＴＯ電極が負極となるように直流電源を発光素子に接続し、電圧を発光素子に印加することにより、発光素子を発光させた。この発光スペクトルを図１３に示す。図１３を見ると、約３４０ｎｍ～約６５０ｎｍの波長範囲の光で波長約４５０ｎｍにピークを有する発光が確認された。また、この発光のピークにおける発光強度の半値以上の発光強度を有する波長範囲は、約４００ｎｍ～約５００ｎｍであった。
　また、この発光素子に電圧を印加するとＩＴＯ電極の全面にわたり均一に発光することが確認された。
　なお、イオン注入工程と透光性電極形成工程の間に、更に熱処理工程を加えることができる。例えば、上記イオン注入を行ったシリコン基板を電気炉に入れ、ロータリーポンプで引きながら、窒素を５０ｍｌ流入させ、７００℃で１時間の熱処理を行った。次に、窒素８０％酸素２０％のガスを１０ｍｌ流入させ、１時間熱処理を行った。この工程を加える事により発光特性が安定した。この理由は明らかではないが、イオン注入の際に絶縁体層であるＳｉＯ2膜あるいは第１電極であるシリコン基板に生じた注入欠陥が熱処理よって回復することや、第１電極中に形成された発光中心が熱処理工程を経て、熱平衡状態に近づくことにより安定化することが考えられる。あるいは酸素を含むガス中で熱処理を行うことでＳｉＯ2膜に生じたSi系のダングリングボンドやＳｉＯ2膜に入り込んだGe原子を酸化し、チャージのトラップサイトになることを防ぐことが考えられる。
発光素子作製実験２
　抵抗率が０．０１－０．０５Ω・ｃｍ（不純物濃度約１×１０17／ｃｍ3）であり、約１．５ｃｍ角のｎ型シリコン基板を用いて、「発光素子作製実験１」と同様の方法で、発光素子を作製した。
　アルミニウム電極が正極となり、ＩＴＯ電極が負極となるように直流電源を発光素子に接続し、電圧を発光素子に印加することにより、発光素子を発光させた。しかし、この発光素子は、「発光素子作製実験１」で作製した発光素子に比べ、小さい発光強度で発光することが確認された。
発光素子作製実験３
　以下の方法で発光素子作製実験を行った。
　抵抗率が３－８Ω・ｃｍであり、約１．５ｃｍ角のｎ型シリコン基板にＧｅイオンを２００ｋｅＶの加速エネルギーでイオン注入した。イオン注入量は、１．０×１０16ｉｏｎｓ／ｃｍ2とした。
　次に、このシリコン基板のイオン注入した面の上にプラズマＣＶＤを用いてＳｉＯ2膜を５０ｎｍ堆積した。
　次に、このシリコン基板を電気炉に入れ、ロータリーポンプで引きながら、窒素を５０ｍｌ流入させ、７００℃で１時間の熱処理を行った。次に、窒素８０％酸素２０％のガスを１０ｍｌ流入させ、１時間熱処理を行った。
　次に、ＳｉＯ2膜上にスパッタ装置を用いて透光性電極であるＩＴＯ電極を形成し、シリコン基板側にアルミニウム電極を形成し、発光素子を作製した。
　次にアルミニウム電極が正極となり、ＩＴＯ電極が負極となるように直流電源を発光素子に接続し、電圧を発光素子に印加したところ、波長約４５０ｎｍ付近にピークを有する発光が確認された。また、この発光のピークにおける発光強度の半値以上の発光強度を有する波長範囲は、約４００ｎｍ～約５００ｎｍであった。
　また、この発光素子に電圧を印加するとＩＴＯ電極の全面にわたり均一に発光することが確認された。
　　１： 浄化槽　　３：浄化部　　５：板状発光体　　６：光触媒層　　７：板状光触媒部材　　１０：流路　　１２：透光性部材　　１４：光源　　１５：カバー部材　　１７：流入口　　１８：排水口　　２０：導水管　　２２：フィルター　　２４：気泡発生部　　２５：超音波発生部　　２７：水浄化装置　　２９：反射層　　３１：基板　　３２：第１電極　　３３：絶縁体層　　３４：透光性電極　　３５：発光体　　３７：透光性絶縁層　　３９：浄化ユニット　　４１：シール部材　　４３：接続部材　　４５：第１層　　４６：第２層　　４７：第３層　　４８：第４層

Claims (23)

  1. 　浄化槽と、前記浄化槽内に設けられた浄化部とを備え、
    前記浄化部は、複数の板状光触媒部材を含み、かつ、前記浄化槽で浄化される被処理水が流通する曲折した複数の流路を有し、
    前記板状光触媒部材は、面発光可能な板状発光体と、前記板状発光体の少なくとも一方の面上に設けられた光触媒層を有し、
    前記光触媒層は、前記流路の内壁を構成することを特徴とする水浄化装置。
  2. 　前記流路は、複数の分岐点および複数の合流点を有する請求項１に記載の装置。
  3. 　前記板状光触媒部材は、短冊形状または格子形状である請求項１または２に記載の装置。
  4. 　前記浄化部は、縦方向に並列に間隔をおいて並べられた短冊形状の前記板状光触媒部材と、横方向に並列に間隔をおいて並べられた短冊形状の前記板状光触媒部材とが交互に積重された構造を有する請求項１～３のいずれか１つに記載の装置。
  5. 　前記浄化部は、前記板状光触媒部材を積重した方向からの平面視において、前記板状光触媒部材が隙間なく配置された構造を有する請求項４に記載の装置。
  6. 　前記光触媒層は、前記板状発光体の両面上にそれぞれ設けられた請求項１～５のいずれか１つに記載の装置。
  7. 　複数の板状光触媒部材は、第１板状光触媒部材と、第１板状光触媒部材に対向するように設けられた第２板状光触媒部材とを含み、
    第１板状光触媒部材に含まれる光触媒層は、第２板状光触媒部材に含まれる前記板状発光体の発光を受光できるように設けられた請求項１～６のいずれか１つに記載の装置。
  8. 　前記板状発光体の側面に光を照射することができるように設けられた光源部をさらに備え、
    前記板状発光体は、導光板である請求項１～７のいずれか１つに記載の装置。
  9. 　前記光源部は、発光ダイオードを含む請求項８に記載の装置。
  10. 　前記浄化槽は、少なくともその一部が透光性を有し、
    前記光源部は、前記浄化槽の透光性を有する部分を介して前記板状発光体の側面に光を照射することができるように設けられた請求項８または９に記載の装置。
  11. 　前記浄化槽は少なくともその一部が透光性を有し、
    前記板状発光体は、導光板であり、前記浄化槽の透光性を有する部分を介してその側面が太陽光を受光できるように設けられた請求項１～７のいずれか１つに記載の装置。
  12. 　前記板状光触媒部材は、前記板状発光体の一方の面上に設けられた第１光触媒層と、前記板状発光体の他方の面上に設けられた反射層と、前記反射層の上に設けられかつ受光可能に設けられた第２光触媒層とを備える請求項８～１１のいずれか１つに記載の装置。
  13. 　前記反射層は、導電性を有し、
    第２光触媒層は、前記反射層と電気的に接続した請求項１２に記載の装置。
  14. 　前記板状発光体は、導体または半導体からなる第１電極と、透光性電極と、第１電極と前記透光性電極とに挟まれた絶縁体層と、前記絶縁体層の内部に形成されＧｅを含む発光体とを備える請求項１～７のいずれか１つに記載の装置。
  15. 　前記板状発光体は、導体または半導体からなる第１電極と、透光性電極と、第１電極と前記透光性電極とに挟まれた絶縁体層とを備え、第１電極は、イオン注入された原子を有し、前記原子は、前記絶縁体層と第１電極との界面から５００ｎｍ以内の第１電極中に濃度ピークを有する請求項１～７のいずれか１つに記載の装置。
  16. 　前記光触媒層は、微粒子状の光触媒を有する請求項１～１５のいずれか１つに記載の装置。
  17. 　前記光触媒層は、ＴｉＯ2、ＳｎＯ2、ＷＯ3、Ｆｅ2Ｏ3、ＺｎＯ、Ｎｂ2Ｏ5、ＳｒＴｉＯ3、ＫＴａＯ3、ＺｒＯ2、ＧａＰ、ＢｉＶＯ4、Ｂｉ2ＭｏＯ6、Ａｇ3ＰＯ4のうち少なくとも１つを含む請求項１～１６のいずれか１つに記載の装置。
  18. 　前記光触媒層は、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、ＩｎおよびＳｎのうち少なくとも１つの金属が担持された酸化チタンを含む請求項１～１７のいずれか１つに記載の装置。
  19. 　前記浄化槽および前記浄化部は、前記浄化槽の一部および前記板状光触媒部材を含む浄化ユニットが積重する構造を有する請求項１～１８のいずれか１つに記載の装置。
  20. 　前記浄化槽の内壁上に第３光触媒層をさらに有する請求項１～１９のいずれか１つに記載の装置。
  21. 　前記浄化槽で浄化される被処理水中に酸素またはオゾンを含む気泡を供給する気泡発生部をさらに備える請求項１～２０のいずれか１つに記載の装置。
  22. 　前記気泡は、マイクロ－ナノバブルである請求項２１に記載の装置。
  23. 　前記浄化部に超音波を照射する超音波発生部をさらに備える請求項１～２２のいずれか１つに記載の装置。
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