TW200817086A - Method and apparatus for effecting a chemical reaction - Google Patents

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200817086 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域3 相關申請案 此申請案主張2006年4曰8月所申請之澳洲暫時專利申 5 請案案號2006904284的優先權，其内容於此以參考方式併 入本文。 發明領域 本發明係關於一種用來執行化學反應的方法及裝置。 更特別關於一種用來處理攜帶有機負載之二級放流物或污 10 水的方法。 本發明已經發展出主要作為整治包含小有機分子（諸 如致癌物1，4_二噚吡及/或内分泌干擾性N-亞硝基二甲基胺 (NDMA))及/或不美觀化合物（諸如放出不想要的臭味及/或 顏色那些）及/或病原體/有機體(諸如細菌、病毒及原生生物) 15 負載的廢水之方法。雖然於此將描述本發明且參考此些申 請案，將察知本發明不限於此特別的使用領域。 【先前技術3 發明背景 遍及此專利說明書之先述技藝的任何討論應該決不視 20 為承認此先述技藝已廣泛地知道或形成在此領域中共同的 一般知識之部分。 於最近幾年中，為了再使用之目的，二級放流物的處 理及整治已漸漸變重要。大體而言，諸如人口增加的壓力、 都市化、全球暖化與伴隨的天氣型態改變及天然淡水來源 5 200817086 之持績性卫業污染的因素，經常在每人的新鮮飲用水之可 用度上提供嚴苛的限制。因此，逐漸增加處理以液體為基 礎的放流物及再使料㈣域用及不適於飲用的標準物 二者0 5 10 15 過去二三十年間，已在如何處理此二級放流物上看見 顯著數$的變化。特別是，已補充新過濾器及薄膜技術且 甚至取代更傳統的放流物處理。此外，新的消毒技術亦已 逐步形成且應用來補充經改良的薄膜技術。 將二級放流物處理成適於飲用及不適於飲用的標準物 之技藝的現存狀態典型包括首先通過微過濾或超微濾方 法，因此移除物理或粒狀污染物諸如污物。此方法通常朝 向從放流物中移除某些病原體之方向發展。 首先通過微過濾或超微濾方法典型接著昔日已廣、、乏1 為能移除溶解的有機及無機分子之逆滲透(R〇)薄膜處理。 但是’相當新近已經顯示出低濃度的某些小有機分子(諸士 1，4-二噚p山及NDMA)具有通過RO處理方法的能力， 爸至 從化學消毒處理形成作為副產物(例如，三_甲燒）。此此八 子引起明顯的健康風險，因為它們各別已知為致癌物 分泌干擾化合物。 最後，可存在消毒步驟或後階段處理步驟， u便移除 任何殘餘的病原體。此步驟典型使用氯、臭氧或uv “ 、 、、古i光作為 咱毒劑。 與上述相關，在光產生的催化作用中，光觸媒活性 與觸媒產生電子電洞對的能力（其產生能夠進彳千— 订〜級反應 20 200817086 之自由基)相依。所產生的自由基為非常有效率的有機物質 氧化劑。UV光在Ti〇2及更確切地其它光觸媒材料諸如 ZnO、CdS及W〇3中之光觸媒活性因為其使用在消毒、公共 衛生及整治應用上的潛力已經廣泛地研究。 5 Ti〇2當由uv照射時會與水及氧反應而形成反應性物 種諸如經基及超氧化物自由基分子。Ti〇2的光觸媒活性導 致材料之薄塗層在曝露至UV輻射下具有自身清潔及消毒 性質。 由於一些因素想要讓Ti〇2作為在污水整治中的試劑， 10包括(但不限於）：在周圍條件下進行此方法、Ti〇2不會消耗 或變質、可完全達成有機分子污染物氧化成水及C〇2、光觸 媒不貴及具有高週轉週期、Ti〇2可支撐或固定在合適的反 應器基材上、及此方法提供重大潛力作為工業解毒污水之 技術。 15 為了移除有機污染物，某些處理工廠已安裝UV-過氧化 物或UV-臭氧AOP處理設備。在此些設備中，典型將過氧化 物注入經處理起源於起始RO程序的放流物中，然後讓此混 合物通過高通量UV光。可察覺到此些設備遭遇到主要與成 本及化學曝露相關的明顯問題。若原始二級放流物不包含 20有機負載時，消毒此流所需要的uv光典型為40毫焦耳/平方 公分/秒或較高。若此放流物包含有機負載時，需要加入過 氧化物然後讓經過氧化的放流物通過具有通量典型為 150-500毫焦耳/平方公分/秒之UV光。為了獲得此UV強度， 典型的100百萬升/天之處理設備會需要200-250個UV燈，每 7 200817086 個費用約2,〇〇〇美元且每個皆需要每年更換。此外，運轉此 UV光源所需要的電力成本相當巨大。 由短波長的光射線照射之光觸媒顯示出高度將水分解 成經活化的氧(〇)及氫氣(H2)之傾向。再者，作為消除或減 5少環境污染工具之光觸媒促成諸如上述描述的那些污染物 分解。 代表技藝狀態之可獲得的文獻之總整理可包括A·丹尼 翁(Danion)等人在應用催化作用（却沖w c加的··環境 52(2004)213_223中的論文，其發表名稱為“單一塗佈Ti〇2的 10 光纖反應器之特徵及研究”。在此研究中建造出一塗佈Ti〇2 的光纖光反應器，以便在發展多光纖反應器前最佳化不同 參數。測量藉由溶膠凝膠方法在光纖上製備的Ti〇2薄膜之 物理化學性質。各別藉由ESEM及AFM估計，每層厚度約3〇 奈米及粗糙度2奈米。藉由模擬方法來測量Ti〇2塗層之折射 15率。然後，調查在纖維内之光透射上薄膜厚度、塗層長度 及塗層體積的影響。 已發現當Ti〇2體積增加時，透射光的強度呈指數性減 少。之後，研究羥基丁二酸之光觸媒降解對入射光強度、 Ti〇2塗層厚度及塗層體積的相依性且將其做為模範。對 20米纖維來說，Ti〇2體積大於200立方微米光觸媒降解可安 定，及對0.6毫米纖維來說為100立方微米。最後，建立多 纖維反應器且將其羥基丁二醇酸的降解速率與在單—光學 纖維反應器中所獲得的比較。 W.丘以（Choi)等人在應用催化作用B ··環境31 (2〇〇1) 8 200817086 -220中的論文(發表名稱為“在塗佈Ή〇2的光纖上之丙嗣 的亂相光觸媒氧化之調查，，)關心使用裸石英纖維作為观 的透光载體之初步域反應^其藉由調查㈣在空氣中 (:〇-75〇 Ppmv)的光觸媒氧化來對氣體處理進行測試:在連 續流光反絲巾使用-或四個塗佈观的纖維，在周溫及 壓力下達成最高80%的穩定狀態轉換。 μ 定量地分析經塗佈的光纖之特徵且詳細地討論其在光 觸媒氣體處理中的用途。經降解的賴分子 二 C02而錢測到中間物。在實驗條件下操作的幾個小時内並 10無觀察到值得注意的去活化。丙顧J之轉換隨著入射光強度 線性增加而沒有顯示出任何飽和前兆。通過塗佈丁丨〇2的光 纖之透射光強度沿著纖維呈指數性減少，其在30公分2内顯 示出90%消光。 以經塗佈的纖維長度之函數來測量的光觸媒轉換顯示 15出類似的傾向。已發現最理想的塗層厚度在約15微米處， 大於此時，光觸媒效率減低。水蒸氣的存在由於會與丙酮 只兄筆性吸附在活性表面位置上而減低反應性。雖然在缺乏 〇2下觀察到可測量的丙S同轉換，但〇2濃度增加至最高15〇/〇 時能有效地提高轉換。 20 飯村（Ihnura)之美國專利案號6，108,476係關於一種光 觸媒光纖及一種活化此光觸媒光纖的方法。此光觸媒光纖 包含至少一條具有核心及光輸入端的光纖、一包含部分或 全部配置在核心上之光觸媒的光觸媒層，其中光從光輸入 端引進核心中及光在核心内部重覆地反射，其中該光從核 9 200817086 心逐漸漏出至光觸媒層及其中光觸媒層藉由光照射活化。 此活化光觸媒光纖的方法包括：（a)提供至少一條光 纖，每條皆具有一光觸媒層（即，包含光觸媒的光觸媒薄 膜），其中此光觸媒層部分或全部配置在光纖上；（b)將光引 5 進光纖中；（c)讓光在光纖内重覆地反射；及(d)讓光從光纖 逐漸漏出至光觸媒層，藉此光觸媒層藉由光照射活化。因 此，美國6，108,476可藉由直接照射從光纖漏出的光有效率 地活化在光纖上之光觸媒。不幸的是，描述在美國6，1〇8,476 中之發明不合適於應用在大規模用來將廢水整治成適於飲 10 用或不適於飲用的標準物之流動型工業方法中。 亦是飯村的美國專利案號6,238,630，其係關於一種光 觸媒裝置，其包括：一由實質上透明成員組成之光導引成 員，其中該透明成員具有第一表面及/或第二表面、交替配 置在此第一表面及/或第二表面上之複數個漫射區域及複 15 數個非漫射區域；及一包括光觸媒材料的光觸媒成員，其 配置成與透明成員毗連或配置在透明成員上。 再者，光觸媒反應器包括如上所述的光觸媒裝置及一 或多個產生導向透明成員的光之光源。此透明成員可由一 具有實質上均勻的厚度或實質上可變的厚度之透明面板組 20 成。漫射區域及/或非漫射區域的密度可變化地分佈在第一 表面及/或第二表面上。此漫射區域可為粗糙表面區域及/ 或此非漫射區域可為平滑表面區域。描述在美國6,238,630 中的發明再次不合適於有效率地應用在大規模流動型工業 方法中。 10 200817086 馬修德（Massholder)的美國專利案號6,258,736揭示出 一種裝置，其具有至少一層從半導體材料製得之表面層（其 具有一擱在載體上的内部邊及一可消毒及/或氧化的外面 邊)及一uv輻射來源；在此裝置中，載體傳導光，來自uv 5輻射來源之UV輻射經由光傳導載體直接輸入到半導體材 料之内部邊。可將此光傳導載體及位於上面的半導體材料 之表面層塗敷至一層欲消毒的設備之表面或甚至可形成此 個設備。雖然可假設此裝置經得起大規模流動型水處理設 備，但使用半導體使其不合意地複雜因此相當昂貴及不想 10要。 西井(Nishu)的美國專利案號6,764,655係關於一種光漏 变式光觸媒，其將纖維捆在一起以形成一具有魔大數目的 Μ間隙（其在光觸媒纖維的縱方向上提供液體連通路徑）之 過濾器配件。 15 田、、二由過濾器配件的端面引進欲處理之目標液體以在 縱方向上通過在光觸媒纖維當中的間隙時，光入射至構成 過滤器配件的每條光觸媒纖維。但是，揭示在美國6,764,655 中的發明採用單一通道流動通過，其需要較大的槽尺寸或 相繼串列安排的槽以將想要_ν曝光提供至伴隨的廢水。 20 佩爾（Pei11)等人之美國專利案號5,875,384及6,051，194 二者每篇係關於-種光化學反應器系統，其使用呈電_ 式的光纖來將光傳送至經固體支樓含抓的光觸媒。光能 經由轎射折射離開每條纖維的光而透射至已化學錯定到一 或多個石英纖維核心上之含Ti〇2顆粒。含Ti〇2的塗佈層減 11 200817086 少石央核心與含Ti〇2的顆粒之界面表面積，且以接近％度 的入射照射角度操作提高光沿著纖維傳播。對4-氯笨紛之 氧化來說，達成Φ=1.1%的最大量子效率。纖維效率准許光 源與光觸媒分離。並無系統合適於目標在處理攜帶有機物 5 的二級放流物之大規模流動型工業方法。 曲貝爾斯基(Tribelski)等人的美國專利案號6,555,〇1丨 係關於一種用來消毒及純化液體及氣體的方法，其包括： a)讓該液體或氣體通過具有截斷式複合式濃縮器幾何形狀 的反應器或反應器之組合；及b)將多樣化的電磁及聲學能 10量同步輸送及集結進入該複合式濃縮器反應器之特定預定 的内部空間，在該反應器中形成高能量密度區域超過一段 預定時間。此反應器較佳為一複合式拋物面濃縮器或複合 式橢圓濃縮器。輸送及集結進入反應器中及内之電磁能量 可為電磁光譜的任何範圍，諸如紫外光、可紅 I5微波等等或其組合。聲學能量為任何合適的頻率。輸送電 磁韓射之輻射來源可封裝在反應器内或可在反應器外部。 由美國6,555,011所揭示的發明相當複雜，因此其建立、操 作及維持相當昂貴。 μ 橋爪(Hashizume)的美國專利案號^^⑼揭示出—種 K處理方法，其包括讓包含危險物質（諸如戴奥辛⑼吻) 或多氣化的聯苯類(PCBs))之水接受臭氧處理(讓水與具有 平均直徑0.5至3微米的微臭氧氣泡接觸）、臭氧處理與—或 多種過氧化物處理之組合、uv_處理、電解處理及以含 碳的過濾、器材料處理。 12 200817086 對在難以使用習知方法（其中臭氧或過氧化物簡單地· 與欲處理的水混合）達成之意欲的水處理效應上較有把握 的認識來說，可使用上述的臭氧處理或處理之組合。電解 及臭氧處理技術相當昂貴，因此在橋爪中所定義的發明方 5 法並不想要。 弓納雷曰（Gonzalez)等人的美國專利案號6,409,928揭 示出一種礦化在水或空氣中的有機污染物之方法及裝置。 此發明提供一種在光觸媒反應器中於Ti〇2薄膜之孔洞中所 形成的二相或三相界面系統中之光化學氧化反應。在三相 10系統中，氣體(液體)氧化劑、液體（氣體）污染物及固體半導 體光觸媒符合且參與有效率的氧化反應。 多孔薄膜具有一些具有液體的彎月液面與水的分子直 徑不同之區域的孔洞，其毛細管產生出比最徹底已知的反 應器小數個級數的擴散層。此光觸媒反應器有效地在周溫 15 及低壓下操作。亦提供一種使用塗佈光觸媒的顆粒之填充 床光反應器。在弓納雷日中所定義的方法之操作將相當昂 貴及其維持需勞力密集。 李翁(Leung)等人的美國專利案號6,932,947揭示出一 種液體純化及消毒系統，其包括外罩、紫外光燈及光觸媒 20氧化裝置。此外罩為一安裝有輸入口及輸出口之封閉盒， 此紫外光燈安裝在外罩内，此光觸媒氧化裝置為塗佈有光 觸媒之消毒核心，此消毒核心繞著紫外光燈安置及固定到 外罩上，在其中的光觸媒為二氧化鈦。 此發明的工作原理為使用紫外光來照射光觸媒氧化裝 13 200817086 置之塗佈二氧化鈦的表面以產生光觸媒氧化製程。結果， 可相當快速地殺死與光觸媒氧化裝置表面接觸之大腸桿菌 (Escherichia c〇li)、霍亂弧菌（vibri〇ch〇lerae)及引起疾病的 有機體’且可消除在液體中的污染物。藉由此方法，流經 5該消毒裝置之水或液體經消毒及純化。 安得森(Anderson)等人的美國專利案號美國6,285，816 係關於一種包含透明基材及金屬氧化物塗層之波導管。此 基材可以衰減全反射模式來傳播光。其申請專利範圍定義 出一以衰減全反射模式來傳播經選擇的波長之光的波導 10管，此波導管包含：一透明的内部反射元件(ire);及一在 此内部反射元件的一或更多個表面上之微粒過渡金屬氧化 物塗層，此塗層具有一與至少一個IRE表面平行的界面，其 中此塗層不會散射所選擇的波長之光及具有大於内部反射 元件的折射率。 15 久保田股份（有限）公司（Kubota Corporation)的日本專 利案號10-337579係關於一種藉由降解微量有毒物質諸如 多氣化的二苯并戴奥辛類（dibenzodioxins)(PCDDs)來移除 之方法，其讓水通過一持有光觸媒的紫外光反應塔以加速 廢水之氧化反應。在廢水中的微量有毒元素藉由以光觸媒 20及紫外光降解來移除。在紫外光及臭氧反應器中，讓含有 毒物質的廢水流入反應塔中且與光觸媒一起向上流動。從 紫外光燈輻照出紫外光及從臭氧產生器提供臭氧。讓接近 輸出口之經處理的水滲透過一張網，且讓其以經紫外光及 臭氧處理的水引導到pH調整槽。 14 200817086 餘留在網子的光觸媒與接近流輸入口之周圍 水-起循環。在此期間，在反應塔中與光觸媒粉末接觸。 降解來有效率地移 因此，藉由紫外光及光觸媒之協合作用 除此微量有毒物質。 5 鈦工業（Tit⑽丨聰Kogyo) KK的曰本專利案號 2003-144939係關於一種光觸媒用的基材主體，其中該光觸 媒具有高光觸媒活性及對基材具有優良的固定性質，且能 應用至氣體及水溶液二者。此基材對欲處理的液體(諸如污 水）具有有效的分離/可加工性及能承擔用於實際用途。光觸 10媒顆粒固定到覆蓋有以玻璃為基礎的外殼讓無機物質作為 接合劑之粒化型式人造輕重量的集料之表面上。 三菱重工（Mitsubishi Jukogyo) KK的日本專利案號 2003-190908係關於一種能氧化及略微分解存在於飛灰中 之可分解的物質之處理方法及裝置。此處理裝置意欲用來 15 氧化及略微分解包含在固態物質（諸如排出焚化爐的飛灰) 中之可分解的物質。此裝置包括一用來混合固態物質與水 及產生漿體之混合槽；及一分解槽，其中於羥基存在下藉 由強烈攪拌漿體來氧化及分解包含在漿體中略微可分解的 物質。 此分解槽提供一用來粉碎固態物質的粉碎設備；複數 個攜帶光觸媒或本身具有光觸媒功能之觸媒承載小珠，且 其藉由與漿體接觸來流化；及一UV燈，其配置在UV射線 輻照至觸媒承載小珠的位置中。藉由觸媒承載小珠與UV燈 組合來產生經基。 15 200817086 藤島（Fujishima)的日本專利案號2001 -327961係關於一 種能有效地處理在水中的戴奥辛類及欲處理包含有機物質 (諸如内分泌干擾化學物質、農業化學藥品及有機呈色材料) 的水之水處理裝置，此裝置使用光學觸媒。將攜帶光學觸 5媒的網狀薄片呈水平放置之籃框安裝在欲處理的水流入之 水槽中。整個籃框藉由垂直往復運動之中心傳動轴連接至 含有碟片的馬達之碟片。以插入玻璃管的黑光照明來讓光 學觸媒產生經基及每單位時間與光學觸媒接觸的水量相對 增加’因此以相當高速有效地分解在欲處理的水中之有機 10 物質。 岡田（Okada)的日本專利案號2002-(^429係關於一種 淨水器，其中包含在飲用水(諸如自來水）中的戴奥辛類、氯 化合物、硝酸化合物、氮氧化物及有機化合物接受由光觸 媒之氧化分解處理。包含在飲用水中的細菌經消滅及可獲 15得更純的飲用水。 在配備有一移除包含在飲用水中的污物及氯之匣及一 用來將飲用水改變成鹼性離子水之電解水產生器的淨水器 中’將藉由將紫外光照射在二氧化鈦上來造成催化作用之 光觸媒震置提供在匣與電解水產生器間。讓飲用水通過光 2〇觸媒凌置及包含在飲用水中的細菌藉由所產生的臭氧消 滅。然後臭氧藉由電解水產生器分解。 本發明之目標為克服或改善先述技藝的至少一個缺點 或提供一有用的替代品。 本發明之目標的特別佳形式為提供一種在相當便宜建 16 200817086 構、維持及操作的模組化裝置中執行化學轉換之方法。 本發明之特別佳形式的目標為提供一種整治初始包含 有機負載（諸如1，4-二噚仙及/或N-亞硝基二甲基胺(NDMA)) 的二級放流物較佳成為適於飲用的標準物之方法。在進一 5 步較佳形式中，本發明的進一步目標為提供一種相當成本 有效的達成方法。 雖然本發明的較佳具體實例將參考本發明之特定實施 例及/或觀點來描述，將由熟習該項技術者察知本發明可具 體化成許多其它形式。特別是，可以任何其它描述的實施 10 例之任何組合來提供多種已描述的實施例之任何一個的特 【發明内容3 發明概要 根據本發明的第一觀點已提供一種用來執行化學轉換 15 的方法，該方法其步驟包括： 提供一觸媒基材； 提供一包含一或多種反應物的進料； 提供一能量來源，其中由彼取得的能量可經由傳輸媒 介與該觸媒基材接觸，因此提供對該一或多種反應物具活 20 性的物種；及 讓該活性物種與該進料接觸，因此活躍地執行該化學 轉換。 該化學轉換在模組化裝置内進行較佳。該能量來源與 該觸媒基材間隔開或鄰近較佳。再者，該能量來源與該觸 17 200817086 媒基材直接耦合。 該傳輸媒介為波導管較佳。該波導管為平 管更佳。 工干砹導 該波導管作用為該傳輸媒介及其表面塗數觸媒材 基材二者較佳。該波導管包含單一材料較佳。 此外，該波導管包含複數種材料。該複數種材料 不同折射率較佳，因此相對地提高該波導管的波導效率、。 較佳的是，該波導管可包含散射中心 10 =件或其組合，因此使得入射光容易偏移出二二 千面及與該觸媒接觸。 等&的 將該觸媒㈣塗敷至_媒基材的— 佳。實質上垂直於該觸媒材料之輪’、面較 上平行於該觸媒材料之軸照射。此外’實質 μ ^ σ 1 ^之方絲佳更包括供應―與輸人D#% Π二因此促進該進料於此之間流動。此外，本發明I 方法包括供應一與輸入口整合的 ^之 容易以批絲礎·。 此使㈣方法 該進料為流體較佳。該流體為液體 ▲ 佳。該流體為流體放流物更佳 右〜、組合較 ^流體放流物之至少-部分。該二有效地整治該 的液體、氣體及/或蒸氣較佳。 物為·染或弄辦 該液體、氣體及/或蒸氣包含 或呈不溶解狀態的反應物較佳,_種=容液中及/ 該溶液包含該-或多種在水相中的反應物較佳。該經 18 200817086 污染或弄髒的液體包含-或多種有機污染物較佳。該一或 多種有機污染物包含有機分子及有機體更佳。該有機分子 包含！„山及/或N亞二甲基胺(ndma)仍然更 卜°亥或夕種有機體包含細菌、原生生物及/或病 毒。 該觸媒基材為光觸媒基材較佳。該光觸媒基材為Τι〇2 更佳。 該能量為光較佳。該光包含一或多種在大約綱楊奈 米的範圍内之波長更佳。 10 15 20 該活性物種為經激發的物種較佳。該經激發的物種為 自由基更佳。 =觸媒材料以—塗層提供在該波導管之—或多個表面 上車乂仏。该塗層經由固相、氣 該波導管更佳。 w目及/或液相沉龍術黏附至 ::沉=包含退火、黏著，、擠壓、模塑、浸 鍍塗佈、狹縫塗佈、積層或其組合較佳。 呈有複雜I W社 ^複雜表面上較佳。該波導管 八有稷雜表面較佳。該複雜 印或其組合塗敷在該波導管上更:由_、擠壓模塑、衝 在具體實例中，該波導管 藉“刻、_模塑、衝印或其組:塗敷表面’該塗層因此 該複雜表面以相同絲 此外，該複雜表面與該波導;：波導管整合較佳。 該波導管不同的材料形成較佳。⑼成。該複雜表面以與 19 200817086 較佳的是，該複雜表面促進提高流體動力學。較佳的 是，該提高的流體動力學為相對提高流速及/或相對提高混 合。該複雜表面增加該觸媒基材的有效表面積更佳。 該波導管包含一或多個堆疊薄片較佳。更佳的是，該 5 —或多個堆疊薄片由一或多個分立的間隔器單元及/或該 複雜表面間隔開。 該一或多個堆疊薄片經佈置以提供該進料與該活性物 種有最理想的接觸時間較佳。該一或多個堆疊薄片經佈置 以提供每單位體積相對增加的表面積較佳。 10 該一或多個堆疊薄片經佈置以在該些薄片間提供該進 料彎彎曲曲地流動較佳。 在較佳的具體實例中，藉由板框型式組態提供該相對 增加的表面積。該板框型式組態包含複數片該實質上水平 堆疊的薄片較佳。 15 在另一個較佳的具體實例中，藉由瑞士捲型式佈置提 供該相對增加的表面積。 在另一個較佳的具體實例中，藉由葉片型式佈置提供 該相對增加的表面積。 根據本發明的第二觀點已提供一種執行化學轉換之裝 20 置，該裝置包括： 一觸媒基材； 一提供包含一或多種反應物的進料之設備； 一能量來源； 一傳輸媒介，透過其，來自該能量來源之能量可與該 20 200817086 觸媒基材接觸，因此提供對該一或多種反應物具活性的物 種；及 一讓該活性物種與該進料接觸的設備，因此活躍地執 行該化學轉換。 5 該化學轉換在模組化裝置内進行較佳。該能量來源與 該觸媒基材間隔開或鄰近較佳。此外，該能量來源與該觸 媒基材直接搞合。 該傳輸媒介為波導管較佳。該波導管為平面光學波導 管更佳。 10 該波導管作用為該傳輸媒介及其表面塗敷觸媒材料的 基材二者較佳。該波導管包含單一材料較佳。 此外，該波導管包含複數種材料。該複數種材料具有 不同折射率較佳，因此相對地提高該波導管的波導效率。 較佳的是，該波導管可包含散射中心、反射元件、繞 15 射元件或其組合，因此使得入射光容易偏移出該波導管的 平面及與該觸媒接觸。 該觸媒材料塗敷至該觸媒基材的一或多個表面較佳。 較佳的是，實質上垂直於該觸媒材料之軸照射。此外，實 質上平行該觸媒材料之軸照射。 20 本發明的裝置較佳更包括供應一與輸入口相隔很遠的 輸出口，因此促進該進料於此之間流動。此外，本發明之 裝置包括供應一與輸入口整合的輸出口，因此促進該方法 以批次基礎操作。 該進料為流體較佳。該流體為液體、氣體或其組合較 21 200817086 佳。該流體為流體放流物更佳，該方法因此有效地整治該 流體放流物的至少-部分。該㈣放流物為㈣㈣㈣ 的液體、氣體及/或蒸氣較佳。 較佳的是，軸體、氣體及/或蒸氣包含該_或多種在 5溶液中及/或呈不溶解狀態之反應物。該液體為水更佳。 該溶液包含該-或多種在水相中的反應物較佳。該經 污染或弄髒的液體包含一或多種有機污染物較佳。該一或 多種有機污染物包含有機分子及有機體更佳。該有機分子 包含1，4_二噚吡及/或N•亞硝基二甲基胺（ndma)仍然更 10佳。此外，該一或多種有機體包含細菌、原生生物及/或病 該觸媒基材為光觸媒基材較佳。該光觸媒基材為Τι〇2 更佳。 該能量為光較佳。更佳的是，該光包含一或多種在大 15約200-400奈米的範圍内之波長。 該活性物種為經激發的物種較佳。該經激發的物種為 自由基更佳。 ”提供在該波導管之_或多個表面 20 上=:該塗層經由固相、氣相及/或液相沉積技術黏附至 該波導管更佳。 較佳的是，該沉積技術包括退火、黏著、_、播壓、 杈塑、浸_佈、舰塗佈、狹縫塗佈、積層或其电合。 =的是’該塗層可在實質上平滑或複雜表面上。該 / 1、有_表面較佳。更佳的是’該複雜表面藉由敍 22 200817086 刻、擠Μ塑、衝印或其組合塗敷在該波導管上。 該複雜表面以相同材料形成且與該波導管敕二 此外，《雜表面與該波導管分別形成。該複^父佳。 違波導官不同的材_成較佳。 5 10 15 2〇 較佳的是，該溢 0 —#一 复雜表面促進提高流體動力擧 疋’妓南的流體動力學 。較佳的 合。更佳的是，該複雜，，，' 、“机速及/或相對提高混 該波導管包含1夕面增加該觸媒基材之有效表面積。 -或多個堆疊薄片由二夕個堆豐薄片較佳。更佳的是，該 複雜表面間隔開。心個刀立的間隔器單元及/或該 該一或多個堆轟餐 種有最理想的接觸經佈置以提供該進料與該活性物 以提供每單位體積相=佳°該—或多個堆疊薄片經佈置 較佳的是，該ιΓ的表面積較佳。 間提供該進料彎f曲Α夕個堆疊薄片經佈置以在該些薄片 勺号珣曲地流動。 在較佳的具體實 朴 增加的表面積。較佳’猎由板框型式組態提供該相對 質上水平堆疊的該㈣^ ’該板框型式組態包含複數個實 在另一個較佳的 供該相對增加的表面積實例中，藉由瑞士捲型式佈置提 該相對增二體實例中，藉由葉片型式佈置提供 根據本發明之宽一 明的第_觀點之方、、三觀點’當該化學轉換藉由根據本發 1 法如此執行時能提供一化學轉換的產 23 200817086 物。 概括來說，本發明提供一種合適於處理含有機物逆渗 透放流物的方法，如此有機物能夠以相當高效率移除。本 發明的方法可規模化成工業或用於個別或家用用途之模組 5 化系統。 此方法的第一部分為使用光觸媒方法來在放流物中產 生自由基。已知UV光當與某些材料(諸如Ti〇2、Zn〇、Cds 及WO3)互相作用時會產生讓水開始分解成自由基諸如羥 基（· OH)的光反應。這些自由基為與在放流物中的有機分 10子反應以讓其開始分解成無害產物（最有利為二氧化碳及 水）的活性試劑。 然而其它發明家已企圖將此Ti〇2/uv衍生出的光觸媒 使用在水處理中，但已証明難以發展出一將起始所想要的 光化學所需要之光有效率地帶至反應容器的系統。達成此 15 目的之主要限制包括： 第一’因為污水其自身會吸收及散射UV光，讓光其自 身接觸光觸媒沒有首先行進通過污水較佳。大部分可獲得 的文獻顯示出遠離此約定而教導建議使用懸浮在水中的 Τι〇2溶膠或甚至Τι〇2載體系統。但是，此發明的一個具體 2〇實例需要此能量行進通過水。在此具體實例中，將觸媒基 材塗佈至一或多種與傳輪媒介間隔開的輔助劑表面，以限 定出包含一或多種反應物物種的反應器體積，入射能量因 此能夠在與該光觸媒表面接觸前進行光解轉換，接著此可 行光觸媒轉換。一或多種輔助劑表面可實質上反射，使 24 200817086 得通過觸媒表面的能量朝向此反應器體積反射回去。 一人’已註明難以將Ti〇2最理想地放在光化學系統 内。已知的技術包括將Ti〇2放在懸浮液中，此由於懸浮液 八自身的光吸收及散射而限制通過溶液之uv光的路徑長 5而具有明顯的負衝擊。再者，观懸浮液在流動通過系統 中難以操縱及維持。另一個可替代的方案為如根據本發明 之建議將任何Ti〇2固定在易受uv影響的表面上，藉此uv 光不需行進通過水來到達Ti〇2。 第二，由Ti〇2誘發的光催化所產生之反應性物種從它 10們在光觸媒表面處產生到進入水中具有一受限制的距離， 因為這些物種具有高度重組以形成非反應性物種的傾向。 因此，繞著此光氧化位置有一最理想的水或反應器流體體 積，以保証執行放流物之有機及/或病原體物種的化學氧化 反應。本發明試圖最佳化在光觸媒表面積與反應器體積間 I5的平衡，以便所產生的方法及裝置相對於已知系統相當有 效率。 第四為如何讓UV精確進入水流系統的問題。例如，若 水通過光學透明的輸送管時，水可經uv照射。但是，因為 UV由水吸收及亦因為自由基會重組而有__合適於本發明 2〇的最縣W光雜長度。任何大規難送管就經照射的表 面積對水流體積之比率來說皆遠離理想。 從上述討論已明瞭，三個在整治含有機物放流物的任 何此系統中之關鍵特徵為：水、光及光觸媒材料。本發明 想要提供一相當簡單及有效率地將此二級放流物整治成適 25 200817086 於飲用及科於細的鮮物二者之方縣結合這些。 此系統經設目對最幻tuv錢収率、光觸媒表 面積及使污水_及流速合適的能力1便達成反應之最 大效率。為了，目的’污水之流速可根據其攜帶的有機 負載濃料改變。當這些元素每種經最佳㈣，從經污染 的R0放流物移除此有機分子之成本相對減低。 本發明之基本構件包括一包含光纖或光學薄片的光學 傳輸器。這些可由任何光學透明材料製得，且包括一在濟 中光學透明路徑(其中uv光較佳)最有用。此些光學傳輸器 10典型由無機玻璃、石英或聚合材料製得。 至/光子傳輸器的核心需要較高折射率的材料，選擇 性由較低折射率的材料覆蓋物包圍。此光學傳輸器已在電 信學、資料通訊及藝術照明工業中熟知。潛在有用的其它 元件包括在光學傳輸器中之光散射功能以將11¥光實質上 15正交分佈至入射光路徑，因此進入反應容器其自身中。此 散射能力可經由内含小顆粒或物理缺陷獲得及下列將詳細 說明。 在較佳的具體實例中，光學傳輸器為一將光從光源傳 播至光觸媒薄片之波導管。在特別佳的具體實例中，光學 20傳輸器及波導管皆統-。波導管有利地使用一般的纖維光 學技術來保註有最大量的光傳播至薄片（例如，使用較低折 射率的表面層）。在其它具體實例中，波導管可促進讓光源 與在反應器中的光觸媒薄片相隔很遠。 本發明Φ包括-種放在光學傳輸器的I面上之光觸媒 26 200817086 材料。例如，可將Ti〇2 (或其它光觸媒材料，諸如Zn〇、cds 及W〇3)塗佈在聚合光學薄片的一或多個外部表面上。此塗 層可藉由多财法提供到光學傳輸m，包咖似於現在 使用來將保護塗層放在光纖上的方法之以溶劑為基礎的塗 佈技術。此外，此塗層可在光纖或光學薄片之製造期間藉 由將冷纖維/薄片帶至與Ti〇2粉末接觸而獲得。可設想許多 在光學傳輸器上獲得光觸媒材料之功能性塗層的其它方 法。 在杈佳的具體實例中，讓包含非光觸媒光學基材及具 10有光觸媒材料（例如Ti〇2)表面層之光觸媒薄片與欲整治或 處理的水減體或雜接觸。將此表面層塗佈/蚊到基材 之-或多個外部表面上。此基材由實質上光學透明的材料 (諸如無機玻璃或塑膠）製得，因此允許波長約綱奈来至約 400示米的光通過其整體。使用纖維光學及/或商業光傳播 15技術(例如散射、刻痕、顆粒、不同折射率層（諸如光學覆蓋 物層）等等)讓光到達實質上全部的外光觸媒表面材料。 20 4在另個較佳具體實例中，將一或多個光學傳輸器 農入E中允4光學路徑與水傳輸路徑分離。典型實施 例包括直接類似於中空纖維薄膜H之纖維_ 器匣，除了 此一截、為□體光纖外。更另_個重要的實施例為近似於 透薄膜匣之捲狀薄片過濾器匣，除了以光學薄片置換 薄膜卜纟在大4分薄膜及過濾器昆中般，藉由使用聚合 系統來密封繞著纖維或薄片的匣末端來達成裝入。 本毛月進步包括—在光學傳輪n的-或多個末端處 27 200817086 之uv光源，其允許將來自光源燈的光分佈至光學傳輸器， 因此實質上與Ti〇2塗層呈正交地散射及在水中產生想要的 自由基。 在較佳的具體實例中，此UV光源為來自發光裝置諸如 5 一極體、uv燈、LEO或其群組/庫的uv光形式。光能量來 源能夠產生在約200_400奈米的波長光譜内之光，最佳為 350奈米的緊束，因此使用最大量的光能量。最理想的波長 為低於380奈米，其與未摻雜的丁丨…光催化之最大有效波長 1〇相符合。此光源可為光觸媒薄片的部分或與彼相隔很遠(在 此實例中，其由波導管向那裏毗連）。 κ本發明亦可包含-較佳具有輸入口及輸出口的反應器 A态，以讓水性氣體或液體進料輸入容器，然後一旦經處 "就引出谷器。此外，輸入口與輸出口整合，因此促進抵 U人處理方法(若想要的話）。此容器内部允許一接附光觸媒薄 片/纖維的優良組態而讓原始進料與薄片/纖維之光觸媒表 面有取理想的接觸時間。容器亦具有讓波導管或光能量來 '、(例如’ UV燈)輸人容器的口及固定至薄片。此可為顯示 於射逍圖形中的板框組態(如使用在逆滲透模組 中之“瑞士 捲’’組態）或複數個葉片。 20 _式簡單說明 現在，將藉由實施例及僅參考至伴隨的圖形及實施例 來插述本發明的較佳具體實例，其中： 第囵為根據本發明的一個具體實例之光纖匣的側視 28 200817086 第2圖為在第1圖的線IK[I上採截的截面圖，其顯示出穿 在匣内之縱向延伸的光纖； ~ 第3圖為如描繪在第认2圖中之單一光纖的相對放大 圖，其顯示出纖維的三個主要構件為相對高折射率核心、 5叫表面塗層及相對低折射率覆蓋物之較佳具體實例； 第4圖為合適於考慮到本發明的某些較佳具體實例之 匣/模組及過濾器外罩的圖式側視圖； ^之 第5圖為單-平板的正視圖，其顯示出相對高折射 學核心、可選擇的相對低折射率覆蓋物及觸媒 10塗層； < 衣面 第6圖為根據本發明的“板框，，具體實例之圖式側視表 示，其使用複數個堆疊光學薄片及顯示出進料沿著其流動 的迂廻曲折或彎彎曲曲路徑；及 /、机 第7圖為捲繞螺旋逆滲賴的側視圖，其再次合適 15發明的某些較佳具體實例。

C 較佳實施例之詳細說明 根據本發明的—個觀點之裂置的較佳形式包括-觸媒 基材，、·Μ圭為呈銳鈦礦、金紅石、二氧化欽或其組合形 20式之光觸媒基材，最佳為Ti02。 此裝置亦包括-用來提供包含-或多種反應物的進料 之設備。此進料為流體，最佳為液體、氣體或其組合。此 流體為流體放流物更佳，此裝置因此有效地整治至少一部 分的流體放流物。在特別佳的具體實例中，此流體放流物 29 200817086 為經污染或弄髒的液體、氣體及/或蒸氣。此液體、氣體及 /或蒸氣包含一或多種在溶液中及/或呈不溶解狀態的反應 物。此液體為水最佳。 提供進料的設備包括供應一與輸入口相隔彳艮遠的輸出 5 口，因此促進該進料於此之間流動。此外，本發明的裝置 包括供應一與輸入口整合的輸出口，因此促進該方法以批 次基礎操作。 此裝置亦包括一與觸媒基材間隔開的能量來源。此 外’此能篁來源可與觸媒基材鄰近。此能量來源與觸媒基 10材直接耦合更佳。此能量為uv光較佳，包含一或多種在大 約200-400奈米的範圍内之波長最佳。 此裝置亦包括一傳輸媒介，透過其，來自能量來源的 能量可與觸媒基材接觸，因此提供對該一或多種反應物具 活性的物種。在較佳的具體實例中，此傳輸媒介為波導管。 15此波導管為平面光學波導管更佳。此波導管可作用為傳輸 媒介及其表面塗敷觸媒材料的基材二者。此波導管包含單 一材料較佳。此外，此波導管包含複數種材料。此複數種 材料的折射率不同較佳，因此相對提高波導管之波導效率。 此波導管可包含散射中心、反射元件、繞射元件或其 2〇組合，因此促進入射光偏移出平面波導管及與光觸媒接 觸。此活性物種為經激發的物種，此經激發的物種為自由 基最佳。 此裝置亦包括一種讓該活性物種與該進料接觸的方 法，因此活躍地執行該化學轉換。就此本身而論，將觸媒 30 200817086 材料塗敷至觸媒基材 材料之軸照射較佳。 照射。 或多個表面。實質上垂直此觸媒 此外’可實質上平行此觸媒材料之軸 上。可預見到的是，^/提供在波導管之一或多個表面 積技術黏附至波導A 層經由固相、氣相及/或液相沉«、模塑、二佈此，術包含退火、黏 組合。 ’賤鍍塗佈、狹縫塗佈、積層或其 此 10 15 20 *塗層可在實質上瓜 複雜表面最佳。此或複雜表面上。此波導管具有 其組合塗敷在波導管上”卜擠壓模塑、衝印或 在一個具體實例中， 波導管整合。此外，此複雜成及與 雜表面使用與波導管不同的材料=㊃分別形成。此複 使提高流體動力學，諸如相’接°此複雜表面促 々相對k鬲流速及/或相 、、日 合。此複雜表㈣增蝴媒基材之有效表^ 此溶液包含該-或多種在水相中的反應物。此經污华 或弄髒的液體包含·'❹種有機污染物。更佳的是’此L 或多種有機痛包含有機分子及有機 是，此有機分子包含心十山及/敍 : (ndma)。此外，此—衫種反麾物包含不线化合物:諸 :放出不想要的臭味及/或顏色那些；及，或病原趙/有機 體，諸如細菌、病毒及原生生物。 此波導管理想地包含-或多個堆疊薄片。一或多個堆 31 200817086 疊薄片之每個佈置由-或多個分立的間隔器單元及/或複 雜表面間隔開。此-或多個堆疊薄片佈置成能提供進料與 活性物種有最理想的接觸時間。理想上，將一或多個堆疊 薄片佈置成能提供每單位體積相對增加的表面積。此一或 5多個堆疊薄片之佈置合適於提供進料在薄片間彎彎曲曲地 流動。 在較佳的具體實例中，藉由板框型式組態來相對增加 表面積。較佳的疋，此板框型式組態包含複數個實質上水 平堆疊的薄片，且流體流能夠如想要地“向上“或“向下，，作 10用。在另一個較佳的具體實例中，藉由瑞士捲型式佈置來 相對增加表面積。在進一步較佳的具體實例中，由葉片塑 式佈置來相對增加表面積。 根據較佳的具體實例，在如例示於第6圖中的模組化裝 置内進行化學轉換。 15 本發明的此較佳具體實例提供一化學反應器（過濾器） 容器’其能夠讓溶解在水性氣體或水性液體進料中的小有 機化合物（例如’ N-亞硝基二甲基胺…^^)或1，4-二哼"山） 藉由在光觸媒反應中進行後階段氧化方法(A〇p)來破壞或 斷裂。 20 此反應器容器能夠讓UV光從光源透射至一或多個薄 片組態’該些薄片每片具有一能夠讓光觸媒部分進行光催 化的光觸媒表面，其依次產生AOP以破壞存在於氣體或流 體進料中之有機物（當其通過此薄片表面上方時）。 在下列描述中，根據本發明之中空纖維光學傳輸器的 32 200817086 較佳具體實例例示在第1至3圖中。在此實施例中” 傳輸媒介為複數條光纖1，其“裝，，入序中 ☆光學 ^ T此匣類似於 臟透析或微過濾匣。 、賢 光纖1沿著匣2向下縱向延伸及藉由封裝化人物$ 別末端3及4處狀。提供此封褒化合物5以固定在各 密封Ε2的末端三者，如此水無法通過其末端。㊣2選^亦 包括屏6以支撐最外邊的光纖及維持匣2的機械堅硬度ρ性 運輸及安裝。 X以便 10 特別參照至第2圖，其描繪出匣2的端視圖，其中可看 見光纖1的曝露末端。UV光透過這些末端沿著纖維向下 播。 特別參照至第3圖，其顯示出在匣2中閉合的光纖丨，此 光纖典型由於其有一相對高折射率的核心7及一相對低折 射率的光學覆蓋物8。因此，此光纖將導引光。纖維1可選 15擇性具有一外部塗層。在此較佳具體實例中，此光纖在其 最外邊表面9上具有一Ti〇2塗層，此Ti〇2塗層與攜帶化學反 應物的水或其它可流動的物質接觸。 光纖1可選擇性從聚合材料諸如聚碳酸酯或丙烯酸類 製得。若需要提高聚合物之抗氧化性時，可使用經氟化的 20聚合物。聚合光纖具有容易獲得、相當低成本、可獲得任 何詳細指明的直徑及對水曝露不敏感之優點。 根據本發明，在光纖1中的提高為使用散射來保Μ輸入 光纖末端的光相對地更多有用及均勻地散射進入纖維之覆 蓋物8中，從而在光纖1的外表面9處與Ti〇2交互作用後有效 33 200817086 率地轉換成自由基。應該記住的是，此光纖之外表面9與水 或放流物進料接觸。 此散射可藉由將散射顆粒加入光纖的核心及/或覆蓋 物或藉由在光纖之覆蓋物中内含物理刻痕而達成。此技術 已在光纖用於美觀“側照明’’目的之應用中熟知，且可經修 改使得光沿著光纖長度相當均勻地散射，雖然光纖的一個 末端較接近光源。 現在參照至第4圖，其提供過濾器匣2及外罩1〇的圖 式，一個UV燈11及12各別照射在匣2的每個末端處之光纖i 10的末端3及4。UV光沿著光纖通過及散射到光纖之表面上， 其中其與Ti〇2表面塗層及水作用以產生自由基。如所闡 明，水經由口 13及14流入及流出匣且遵循在這些口間之迂 廻曲折或彎彎曲曲的路徑。因此，相對增加水與光纖表面 的接觸。沿著此路徑，在進料水中之有機分子與在光纖表 15面處產生的自由基反應，以產生相當無害的分解產物(如蚀 為二氧化碳及水）。光纖直徑及密度與水流速_起經最^化 以便相對地減少處理水的整體成本。如所顯示，密封罐末 端讓水遠離UV燈。使用於此E的外罩及其它建構能有利地 採用來自^(政過渡、超微慮或逆渗透薄膜昆者。 20 特別參照至第5圖，光學傳輸器1的較佳形式為如所頻 示之平板光學傳輸器15。此光學傳輪器薄片可由塑膠、I 機玻璃或其它合適的材料組成。此光學傳輸器薄片可由= 或多層光學層建構。此光學傳輸器薄片選擇性在—或多個 外部表面16上包含-光觸媒層（例如，Ti⑹。此光觸媒和 34 200817086 藉由任何合適的方法(例如液體塗佈、粉末塗佈、積層等等） 塗敷。在使用平板後面的基本理論為入射UV光透過平板μ 的末端18發送及經由薄片表面放出，在那上面讓UV光與水 及光觸媒作用以產生自由基，藉此分解有機反應物。 平板光學傳輸器可以許多方法整合在本發明的整治系 、、充内。二個較佳實施例提供在第6及7圖中。特別是，描繪 在第6圖中的佈置可稱為“板框，，組態。在此佈置中，將光學 傳輸器材料丨5之減的平坦w藉由切間隔^材料19跨 10 15 20 越積層在彼此_端上，因此讓流體/氣體進料通過其間及 保註流體/氣難㈣地遍及表面分佈，最理想為產生一混 合作用。 在特別佳的具體實例中，光觸媒表％& 表面稭由蝕刻、擠壓、 或任何其它已知或合適的方法形 合_。先觸媒表面可包 :雜表面以允許增加有效表面積，同時立即幫助系統 =體動力學（即，流動、混合）。此複雜表面甚至可作用為 B心，在此實例中光觸媒薄片可實質上自身堆疊。在使 用由本發明所提供的方法時，光觸媒表面會自身清潔。 人然後，整個疊片組以密封邊緣的此方式進^ 邊緣膠 ^因此終止水從邊緣處漏出。但是，此操作以仍然讓uv u射進人光學傳輸器/波導f的此方式進行。—種經理解 的水流動狀態描繪在第6圖中，其中應該察知的是，水以4 ^制及優良的方式適當地從輸人口21·缝2q至輸出口 22 〇 第二 此實施例(如描繪在第7圖中）為經常使用於逆渗透 35 200817086 薄膜的“螺旋捲繞，，型組態。在中空輪送管匿中，外罩^為 -在其上及下二者具有—空_平板24(無顯示）。在放入匠 23中前’將疊片組捲繞成螺線或螺旋形，然後以讓光昭射 進入光學傳輸器/波導管中的此方式來邊緣膠合此螺旋 5物。此組態直接類似於上述揭示的“板框，，型組態。但是， 已發現螺旋組態之製造相對較便宜。 就平板及中空纖維組態的比較優點來說，最重要的考 慮為每單位經處理的水體積之成本。整體成本包括起始的 資本支出加上操作及維持成本。同樣重要的為發展新的水 1〇處理技術所需要之時間及支出，其直接考慮到早期未專利 化來自光子學及薄膜水處理方法二者的工程技術可併入之 程度。 光纖現在可容易地以相當低成本獲得，然而可撓的平 坦光學薄片為一使用於美觀照明之精緻特殊產物。但是， 15可使用幾乎任何光學透明經擠壓的聚合物薄片。因為此應 用不需要高分辨率光學，可使用簡單的三片聚合物狀層壓 板。一個此實施例為將相當低成本曰常塑膠薄膜(諸如pet 或丙烯酸類）與熱及與可選擇的膠一起積層。在某些情況 下，可容許足夠的光學錯誤，使得單一聚合物薄膜層即足 20 夠。 與光纖比較，平板技術相當容易處理、較易製成模組 及甚至相當容易塗佈Ti〇2。同樣地，平板技術提供優良經 限定的液體流動路徑，然而在使用纖維時流動路徑並不最 理想。基本上，使用纖維時藉由水流將纖維推開來產生較 36 200817086 佳的路徑，此很少達成最理想的接觸時間。 在使用微過濾的水處理中，中空纖維通常較佳超過平 板。此因為進料水通常相當髒，從而導致弄髒，額外需要 返洗。但是，在本發明中已設想進料相當乾淨，因此弄髒 5較少成為問題。再者，本發明使用貫穿“過濾器，，無壓力的 交叉流系統。在逆滲透薄膜處理中，平板較佳超過中空纖 維系統。在相關工業中具活性的那些在過去已使用中空纖 維逆滲透。但是，壓倒性趨勢已經朝向平板。此因為其固 有較便宜及無特別需要中空纖維(換句話說，負載固體的進 10 料水）。 因此，本發明的最佳具體實例已導向使用光學薄片。 此可為在板框結構中的堅硬平板或呈捲狀薄片（例如“瑞士 捲”)形式。此系統的主要優點包括在移除有機物種時藉由 就地產生過氧化物、保証相對更多光轉換成自由基及保証 15自由基最有效率地使用來與小的有機分子反應（如與彼此 再結合相反）來最佳化能量效率。 本發明的進一步優點屬於使用存在的過濾器及薄膜匣 技術。此產生較低的發展及單元成本。其亦允許使用單一 或低UV燈數來照射相當大量有效體積的水。再者，其允許 20發展出小區域印跡處理工廠，此就成本及採用新處理技術 來說為主要因素。 本發明的更進一步優點屬於使用存在的匣設計，輔助 建構（導管、幫浦、閥、控制系統、管理軟體及硬體)將亦類 似及具有相當低成本。此建構在體積成本曲線上具有直接 37 200817086 效應。類似的建構亦降低在市場内採用此新技術的阻礙。 總而言之’根據本發明的系統可具有明顯的成本優 點。對在逆滲透放流物中的小有機分子之特定需求的移除 速率來說，應該達成較低的資金且一起相對減低操作及維 5 持成本。 概括來說，本發明的優點為產生一有效率的方法以將 反應系統與在低成本匣中活化光、與相當容易調整相對的 表面積及體積之能力整合在一起來最大化製程效率。 本發明的系統之一個可預見到的應用為用於水處理來 10移除溶解的有機物。但是，將容易由熟諳相關聯技藝人士 明瞭的疋，此系統可對需要光催化的任何流體反應系統具 有功效。再者，使用光觸媒的設備可經選擇；其可如所描 述般放在光學傳輸器之表面上或甚至在懸浮液中。放流物 相可為液體或氣體。光源可為合適於誘發光催化的任何光 15 波長。 除非上下文有明確要求，否則遍及此描述及申請專利 範圍之名稱“包含，，、“包括，，及其類似名稱欲以相容意義解 釋，如與專用或徹底意義相反；也就是說，以意義“包括(但 不限於)”來解釋。 20 雖然本發明已經參考至特定實施例來描述，將由熟習 該項技術者察知本發明可以許多其它形式具體化。 【圖式簡單說明】 第1圖為根據本發明的一個具體實例之光纖匣的側視 圖； 38 200817086 第2圖為在第1圖的線IKQ上採截的截面圖，其顯示出裝 在匣内之縱向延伸的光纖； 第3圖為如描繪在第1及2圖中之單一光纖的相對放大 圖，其顯示出纖維的三個主要構件為相對高折射率核心、 5 Tl〇2表面塗層及相對低折射率覆蓋物之較佳具體實例； 弟4圖為合適於考慮到本發明的某些較佳具體實例之 匣/模組及過濾器外罩的圖式側視圖； 第5圖為單一平板的正視圖，其顯示出相對高折射率光 學核心、可選擇的相對低折射率覆蓋物及觸媒材料之表面 10塗層； 第6圖為根據本發明的“板框”具體實例之圖式側視表 示，其使用複數個堆疊光學薄片及顯示出進料沿著其流動 的迂廻曲折或彎彎曲曲路徑； 及 第7圖為捲繞螺旋逆滲透匣的側視圖，其再次合適於本 發明的某些較佳具體實例。 【主要元件符號說明】 ι·.光纖 9_··最外邊表面 2···匣 10···外罩 3···末端 11 · · ·υν 燈 4···末端 12···υγ 燈 5···封裝化合物 13··· 口 6···屏 14··· 口 7···核心 15···平板光學傳輸器 8·.·光學覆蓋物 16···外部表面 39 200817086 17.. .光觸媒層 18…末端 19.. .間隔|§材料 20.. .模組 21···輸入口 22...輸出口 23…外罩 24…平板 40

Claims (1)

1. 817086 、申請專利範圍： 該方法其步驟包括： -種用來執行化學轉換的方法， 提供一觸媒基材；

   1供-包含-或多種反應物的進料； 提供一旎$來源，其中由 媒介與該觸媒基材接觸，因此提 具活性的物種；及 /種反應物 10 15 學轉2雜__簡接觸，因駭料執行該化 2·如申請專利範圍第丨項之方法， 行該化學轉換。 •如申睛專利範圍第1或2項 觸 員之方法，其中該能量來源與該 觸媒基材間隔開或鄰近。 4·如申請專利範圍第丨或2項之方法， 觸媒基材直接_合。 5·如前述申請專利範圍 介為波導管。 彳何—項的方法，其中該傳輸媒 6·如申睛專利範圍第$項之方法， 學波導管。 其中在模組化裝置内進 其中該能量來源與該 其中该波導管為平面光 20 •如申請專郷或6項之方法，其巾驗導管作用為 5亥傳輸媒介及其表面塗_騎料的基材二者。 =請專鄕圍第5至7奴任何—項的紐，其中該波 導管包含單一材料。 9·如申料職圍第出項之任何—項的方法，其中該波 41 200817086 導管包含複數種材料。 10. 如申請專利範圍第9項之方法，其中該複數種材料的折 射率不同，因此相對地改變該波導管之波導效率。 11. 如申請專利範圍第6至10項之任何一項的方法，其中該 5 波導管可包含散射中心、反射元件、繞射元件或其組 合，因此使得入射光容易偏移出該波導管的平面及與該 觸媒基材接觸。 12. 如申請專利範圍第7至11項之任何一項的方法，其中該 觸媒材料塗敷至該觸媒基材之一或多個表面。 10 13.如前述申請專利範圍之任何一項的方法，其中實質上垂 直該觸媒材料的軸照射。 14. 如申請專利範圍第1至12項之任何一項的方法，其中實 質上平行該觸媒材料的軸照射。 15. 如前述申請專利範圍之任何一項的方法，更包括供應一 15 與輸出口相隔很遠的輸入口，因此促進該進料於此之間 流動，該方法因此在該輸入與該輸出口間執行。 16. 如前述申請專利範圍之任何一項的方法，更包括供應一 與輸出口整合的輸入口，因此促進該方法以批次基礎操 作。 20 17.如前述申請專利範圍之任何一項的方法，其中該進料為 流體。 18. 如申請專利範圍第17項之方法，其中該流體為液體、氣 體或其組合。 19. 如申請專利範圍第17或18項之方法，其中該流體為流體 42 200817086 放流物，該方法因此有效地整治該流體放流物的至少一 部分。 20.如申請專利範圍第19項之方法，其中該流體放流物為經 污染或弄髒的液體、氣體及/或蒸氣。 5 21.如申請專利範圍第20項之方法，其中該液體、氣體及/ 或蒸氣包含該一或多種在溶液中及/或呈不溶解狀態的 反應物。 22. 如申請專利範圍第20或21項之方法，其中該液體為水。 23. 如申請專利範圍第21或22項之方法，其中該溶液包含該 10 一或多種在水相中的反應物。 24. 如申請專利範圍第20至23項之任何一項的方法，其中該 經污染或弄髒的液體包含一或多種有機污染物。 25. 如申請專利範圍第24項的方法，其中該一或多種有機污 染物包含有機分子及/或有機體。 15 26.如申請專利範圍第25項的方法，其中該一或多種有機體 包含細菌、原生生物及/或病毒。 27. 如申請專利範圍第25項的方法，其中該有機分子包含 1，4-二口号汕及/或N-亞硝基二甲基胺(NDMA)。 28. 如前述申請專利範圍之任何一項的方法，其中該觸媒基 20 材為光觸媒基材。 29. 如申請專利範圍第28項的方法，其中該光觸媒基材選自 於由下列所組成之群：Ti02、ZnO、CdS及W03。 30. 如前述申請專利範圍之任何一項的方法，其中該能量為 光。 43 200817086 31. 如申請專利範圍第30項的方法，其中該光包含一或多種 在大約200-400奈米之範圍内的波長。 32. 如前述申請專利範圍之任何一項的方法，其中該活性物 種為經激發的物種。 5 33.如申請專利範圍第32項的方法，其中該經激發的物種為 自由基。 34. 如申請專利範圍第7至33項之任何一項的方法，其中該 觸媒材料以一塗層提供在該波導管的一或多個表面上。 35. 如申請專利範圍第34項的方法，其中該塗層經由固相、 10 氣相及/或液相沉積技術黏附至該波導管。 36. 如申請專利範圍第35項的方法，其中該沉積技術包括退 火、黏著、蝕刻、擠壓、模塑、浸沾塗佈、濺鍍塗佈、 狹縫塗佈、積層或其組合。 37. 如申請專利範圍第34至36項之任何一項的方法，其中該 15 塗層可在實質上平滑或複雜表面上。 38. 如申請專利範圍第6至37項之任何一項的方法，其中該 波導管具有複雜表面。 39. 如申請專利範圍第34項的方法，其中該複雜表面藉由蝕 刻、擠壓模塑、衝印或其組合塗敷在該波導管上。 20 40.如申請專利範圍第37至39項之任何一項的方法，其中該 複雜表面以相同材料形成及與該波導管整合。 41. 如申請專利範圍第37至39項之任何一項的方法，其中該 複雜表面與該波導管分別形成。 42. 如申請專利範圍第37至39項之任何一項的方法，其中該 44 200817086 複雜表面以與該波導管不同的材料形成。 43. 如申請專利範圍第37至42項之任何一項的方法，其中該 複雜表面促進提高流體動力學。 44. 如申請專利範圍第43項的方法，其中該提高的流體動力 5 學為相對最理想的流速及/或相對最理想的混合。 45. 如申請專利範圍第37至44項之任何一項的方法，其中該 複雜表面增加該觸媒基材之有效表面積。 46. 如申請專利範圍第6至45項之任何一項的方法，其中該 波導管包含一或多個堆疊薄片。 10 47.如申請專利範圍第46項的方法，其中該一或多個堆疊薄 片藉由一或多個分立的間隔器單元及/或該複雜表面間 隔開。 48. 如申請專利範圍第46或47項之方法，其中該一或多個堆 疊薄片經佈置以提供該進料與該活性物種有最理想的 15 接觸時間。 49. 如申請專利範圍第46至48項之任何一項的方法，其中該 一或多個堆疊薄片經佈置以提供每單位體積相對增加 的表面積。 50. 如申請專利範圍第46至49項之任何一項的方法，其中該 20 一或多個堆疊薄片經佈置以提供該進料在該薄片間彎 彎曲曲地流動。 51. 如申請專利範圍第49或50項之方法，其中藉由板框型式 組態提供該相對增加的表面積。 52. 如申請專利範圍第51項之方法，其中該板框型式組態包 45 200817086 含複數個實質上水平堆疊的該些薄片。 53. 如申請專利範圍第49或50項之方法，其中藉由瑞士捲型 式佈置提供該相對增加的表面積。 54. 如申請專利範圍第49或50項之方法，其中藉由葉片型式 5 佈置提供該相對增加的表面積。 55. —種用來執行化學轉換的裝置，該裝置包含： 一觸媒基材； 一提供包含一或多種反應物的進料之設備； 一能量來源； 10 一傳輸媒介，透過其，來自該能量來源之能量可與 該觸媒基材接觸，因此提供對該一或多種反應物具活性 的物種；及 一用來讓該活性物種與該進料接觸的設備，因此活 躍地執行該化學轉換。 15 56.如申請專利範圍第55項之裝置，其中在模組化裝置内進 行該化學轉換。 57. 如申請專利範圍第55或56項之裝置，其中該能量來源與 該觸媒基材間隔開或鄰近。 58. 如申請專利範圍第55至57項之任何一項的裝置，其中該 20 能量來源與該觸媒基材直接耦合。 59. 如申請專利範圍第55至58項之任何一項的裝置，其中該 傳輸媒介為波導管。 60. 如申請專利範圍第59項的裝置，其中該波導管為平面光 學波導管。 46 200817086 61. 如申請專利範圍第59或60項的裝置，其中該波導管作用 為該傳輸媒介及其表面塗敷觸媒材料的基材二者。 62. 如申請專利範圍第59或61項的裝置，其中該波導管包含 單一材料。 5 63.如申請專利範圍第59或61項的裝置，其中該波導管包含 複數種材料。 64. 如申請專利範圍第63項的裝置，其中該複數種材料的折 射率不同，因此相對地提高該波導管之波導效率。 65. 如申請專利範圍第59至64項之任何一項的裝置，其中該 10 波導管可包含散射中心、反射元件、繞射元件或其組 合，因此使得入射光容易偏移出該波導管的平面及與該 觸媒接觸。 66. 如申請專利範圍第60至65項之任何一項的裝置，其中該 觸媒材料塗敷至該觸媒基材之一或多個表面。 15 67.如申請專利範圍第55至66項之任何一項的裝置，其中實 質上垂直該觸媒材料的軸照射。 68. 如申請專利範圍第55至66項之任何一項的裝置，其中實 質上平行該觸媒材料的軸照射。 69. 如申請專利範圍第55至68項之任何一項的裝置，更包括 20 供應一與輸入口相隔很遠的輸出口，因此促進該進料於 此之間流動。 70. 如申請專利範圍第55至68項之任何一項的裝置，更包括 供應一與輸入口整合的輸出口，因此促進該方法以批次 基礎操作。 47 200817086 71. 如申請專利範圍第55至70項之任何一項的裝置，其中該 進料為流體。 72. 如申請專利範圍第71項的裝置，其中該流體為液體、氣 體或其組合。 5 73.如申請專利範圍第70或71項的裝置，其中該流體為流體 放流物，該方法因此有效地整治該流體放流物的至少一 部分。 74.如申請專利範圍第73項的裝置，其中該流體放流物為經 污染或弄髒的液體、氣體及/或蒸氣。 10 75.如申請專利範圍第74項的裝置，其中該液體、氣體及/ 或蒸氣包含該一或多種在溶液中及/或呈不溶解狀態的 反應物。 76. 如申請專利範圍第74或75項的裝置，其中該液體為水。 77. 如申請專利範圍第75或76項的裝置，其中該溶液包含該 15 一或多種在水相中的反應物。 78. 如申請專利範圍第74至77項之任何一項的裝置，其中該 經污染或弄髒的液體包含一或多種有機污染物。 79. 如申請專利範圍第78項的裝置，其中該一或多種有機污 染物包含有機分子及有機體。 20 80.如申請專利範圍第79項的裝置，其中該一或多種有機體 包含細菌、原生生物及/或病毒。 81. 如申請專利範圍第80項的裝置，其中該有機分子包含 1，4-二噚口山及/或N-亞硝基二曱基胺(NDMA)。 82. 如申請專利範圍第55至81項之任何一項的裝置，其中該 48 200817086 觸媒基材為光觸媒基材。 83. 如申請專利範圍第82項的裝置，其中該光觸媒基材為 Ti02。 84. 如申請專利範圍第55至83項之任何一項的裝置，其中該 5 能量為光。 85. 如申請專利範圍第84項的裝置，其中該光包含一或多種 在大約200-400奈米之範圍内的波長。 86. 如申請專利範圍第55至85項之任何一項的裝置，其中該 活性物種為經激發的物種。 10 87.如申請專利範圍第86項的裝置，其中該經激發的物種為 自由基。 88. 如申請專利範圍第61至87項之任何一項的裝置，其中該 觸媒材料以一塗層提供在該波導管之一或多個表面上。 89. 如申請專利範圍第88項的裝置，其中該塗層經由固相、 15 氣相及/或液相沉積技術黏附至該波導管。 90. 如申請專利範圍第89項的裝置，其中該沉積技術包括退 火、黏著、#刻、擠壓、模塑、浸沾塗佈、濺:鍍塗佈、 狹縫塗佈、積層或其組合。 91. 如申請專利範圍第88至90項之任何一項的裝置，其中該 20 塗層可在實質上平滑或複雜表面上。 92. 如申請專利範圍第59至91項之任何一項的裝置，其中該 波導管具有複雜表面。 93. 如申請專利範圍第92項的裝置，其中該複雜表面藉由蝕 刻、擠壓模塑、衝印或其組合塗敷在該波導管上。 49 200817086 94. 如申請專利範圍第92或93項的裝置，其中該複雜表面以 相同材料形成及與該波導管整合。 95. 如申請專利範圍第92至94項之任何一項的裝置，其中該 複雜表面與該波導管分別形成。 5 96.如申請專利範圍第92至94項之任何一項的裝置，其中該 複雜表面以與該波導管不同的材料形成。 97. 如申請專利範圍第92至96項之任何一項的裝置，其中該 複雜表面促進提高流體動力學。 98. 如申請專利範圍第97項的裝置，其中該提高流體動力學 10 為相對提高的流速及/或相對提高的混合。 99. 如申請專利範圍第92至98項之任何一項的裝置，其中該 複雜表面增加該觸媒基材的有效表面積。 100. 如申請專利範圍第59至99項之任何一項的裝置，其中該 波導管包含一或多個堆疊薄片。 15 101.如申請專利範圍第100項的裝置，其中該一或多個堆疊 薄片藉由一或多個分立的間隔器單元及/或該複雜表面 間隔開。 102. 如申請專利範圍第100或101項的裝置，其中該一或多個 堆疊薄片經佈置以提供該進料與該活性物種有最理想 20 的接觸時間。 103. 如申請專利範圍第100至102項之任何一項的裝置，其中 該一或多個堆疊薄片經佈置以提供每單位體積相對增 加的表面積。 104. 如申請專利範圍第100至103項之任何一項的裝置，其中 50 200817086 二Μ薄片經佈置以提供該進料在該些薄片 間考彎曲曲地流動。 乃 敝如申請專利範圍第刚或刚項的裝置，其 式組態提供該相對增加的表面積。 反u

   10 15 20 狐==專利範圍第1〇5項的裝置，其中該板框型式組態 …复數個實質上水平堆疊的該些薄片。 ’ 士申°月專利乾圍第103或104項的裝置，其中藉由瑞士捲 型式佈錢倾㈣增㈣絲積。由而士捲 狐如申請專利範圍第1G3_項的裝置，其中藉由葉片型 式佈置提供該相對增加的表面積。 109.-種化學轉換之產物，其當藉由如申請專利範圍扪至 54項之任何-項的方法如此執行該化學轉換時择得。 一種用來執行實質上如描述於本文之化學轉換的方 法’其參考本發明在伴隨的圖形及/或實施例中所闡明 之任何一個具體實例。 m，種用來執行實質上如描述於本文之化學轉換的農 置，其參考本發明在伴隨的圖形及/或實施例中所闡明 之任何一個具體實例。 112’種化學轉換的產4勿，其當藉由實質上如描述於本文的 方法且參考本發明在伴隨的圖形及/或實施例中所闇明 之任何一個具體實例如此執行該化學轉換時獲得。 51