ガス処理方法及びその装置
【課題】連続使用が可能で、かつ効率的なガス処理方法及びその装置を提供する。
【解決手段】本発明のガス処理方法は、有機化合物を含む被処理ガスを反応器内に通じて、被処理ガスを反応器内に設けられた導電性吸着剤に接触させて、被処理ガスに含まれる有機化合物を導電性吸着剤に吸着させ、導電性吸着剤を第１電極として使用し、かつ第１電極と間隔をあけて接地電極となる第２電極を設け、第１電極に電圧を印加することにより第１及び第２電極間に放電を連続的又は間欠的に発生させて、導電性吸着剤に吸着させた有機化合物並びに反応器内で導電性吸着剤に吸着せずに存在している有機化合物を分解処理することを特徴とする。
【解決手段】本発明のガス処理方法は、有機化合物を含む被処理ガスを反応器内に通じて、被処理ガスを反応器内に設けられた導電性吸着剤に接触させて、被処理ガスに含まれる有機化合物を導電性吸着剤に吸着させ、導電性吸着剤を第１電極として使用し、かつ第１電極と間隔をあけて接地電極となる第２電極を設け、第１電極に電圧を印加することにより第１及び第２電極間に放電を連続的又は間欠的に発生させて、導電性吸着剤に吸着させた有機化合物並びに反応器内で導電性吸着剤に吸着せずに存在している有機化合物を分解処理することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、揮発性有機化合物（Volatile Organic Compounds；以下、ＶＯＣという。）をはじめとする有機化合物を分解するガス処理方法及びその装置に関する。更に詳しくは、ガスに含まれる有機化合物を吸着処理と放電プラズマ処理によって、効率的に分解処理を行うことが可能なガス処理方法及びその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
工場や自動車等からの排出や塗料、接着剤等に含有するＶＯＣをはじめとする有機化合物は、塗料、印刷、接着剤など幅広く利用されているが、特異な臭気があり、過剰に吸い込むと、頭痛や吐き気などを引き起こし、シックハウス症候群、神経麻痺などの健康被害、また大気や地下水の汚染をもたらす物質としても問題になっている。ＶＯＣとは、揮発性を有し、大気中で気体状となる有機化合物の総称であり、トルエン、キシレン、酢酸エチルなど多種多様な物質が含まれる。
【０００３】
現在このような有機化合物の処理方法として、燃焼処理法や吸着処理法が行われている。燃焼処理法は、主に高濃度排ガス処理に適用されているが、設備費、ランニングコストが高いため、普及が進んでいない。また活性炭等を用いた吸着処理法は、一度に大量の処理が可能であり、また安価な手法であるため一般的に利用されている除去方法ではあるが、有機化合物などを吸着させた使用済み吸着剤は定期的に交換しなければならず、連続処理が困難であった。また使用済み吸着剤は、焼成などを行わなければ再生処理できないため、その取扱いが煩雑となっていた。
【０００４】
一方で、非熱プラズマを用いた有機化合物の分解処理技術の研究が盛んに行われている。一般に除去処理が求められている有機化合物は濃度が極めて低い状態で存在しているため、そのままの状態でプラズマによって除去するにはエネルギー効率並びに処理効率の点で問題が残されている。
【０００５】
上記問題を解決する放電プラズマを用いた効率的な分解処理技術として、送風手段と、触媒と吸着剤が配置された通気孔を有するシート状部材と、放電手段とを具備する空気清浄器であって、送風手段にて発生される気流中にシート状部材が配置されるようにシート状部材を配置すると共に、放電手段を、シート状部材よりも気流の上流側に配設される上流側導電性電極と、シート状部材よりも気流の下流側に配設される下流側導電性電極とで構成して成る空気清浄器が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１に示される空気清浄器では、臭気成分の分解効率が非常に高いものとなって、吸着剤の寿命を長寿命化させることが可能となり、シート状部材の交換頻度を低減することができ、あるいはシート状部材の交換が不要とすることができる。
また、針状の第１電極と、第１電極に略直交する状態で対向して配置された面状の第２電極と、両電極に放電電圧を印加するように接続された電源手段とを備え、第１電極と第２電極とが被処理流体の流通空間に配置され、両電極間でストリーマ放電を発生させることにより被処理流体を処理するように構成されたプラズマ反応器であって、第１電極は第２電極側の端部が突端部として形成され、その突端角度が３０°以上９０°以下であるプラズマ反応器が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。特許文献２に示されるプラズマ反応器では、被処理流体を処理するための処理部材を備え、この処理部材には被処理流体に対する処理を促進する触媒物質を有するか、被処理流体に含まれる被処理成分を吸着する吸着剤が含まれる。特許文献２に示されるプラズマ反応器では、プラズマ生成領域を広範囲で生じさせるため、ガスの処理効率を高めることができる。
【特許文献１】特開２００１−１７８８１１号公報（請求項１、段落［００６０］、第２図）
【特許文献２】特開２００３−３８９３２号公報（請求項１、請求項１５、請求項１７、請求項２４、段落［００５３］、第３図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に示される空気清浄器、特許文献２に示されるプラズマ反応器では、被処理流体に含まれる被処理成分を吸着する吸着剤はプラズマ反応器の下流に配置されているため、一部のプラズマによる活性種が被処理成分の分解に関与する以外はほとんどが単なる被処理成分の吸着が行われているに過ぎない。従って、定期的な吸着剤の交換、又は別のシステムによる再生処理が不可欠であった。
本発明の目的は、連続使用が可能で、かつ効率的なガス処理方法及びその装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に係る発明は、有機化合物を含む被処理ガスを反応器内に通じて、被処理ガスを反応器内に設けられた導電性吸着剤に接触させて、被処理ガスに含まれる有機化合物を導電性吸着剤に吸着させ、導電性吸着剤を第１電極として使用し、かつ第１電極と間隔をあけて接地電極となる第２電極を設け、第１電極に電圧を印加することにより第１及び第２電極間に放電を連続的又は間欠的に発生させて、導電性吸着剤に吸着させた有機化合物並びに反応器内で導電性吸着剤に吸着せずに存在している有機化合物を分解処理することを特徴とするガス処理方法である。
請求項３に係る発明は、図１に示すように、反応器１１と、反応器１１に連通して設けられ、有機化合物を含む被処理ガスを反応器１１内に通じるガス給排手段１２と、図２に示すように、反応器１１内部に第１電極と、第１電極と間隔をあけて接地電極となる第２電極が設けられ、第１電極に電圧を印加することにより第１及び第２電極間に放電を連続的又は間欠的に生じさせるプラズマ発生手段１３とを備え、第１電極が導電性吸着剤から構成されたことを特徴とするガス処理装置である。
請求項１に係るガス処理方法及び請求項３に係るガス処理装置では、導電性吸着剤に有機化合物を吸着させて捕集し、この導電性吸着剤を印加電極とする第１電極として使用し、かつ第１電極と間隔をあけて接地電極となる第２電極を設け、第１電極に高電圧を印加して放電プラズマを発生させることにより、導電性吸着剤に吸着させた有機化合物を直接分解処理するため、導電性吸着剤の再生処理を施すことなく、連続的な吸着処理が可能となる。また、放電プラズマを利用する分解処理の点では、導電性吸着剤に有機化合物を吸着させて、捕集した後に高電圧を印加することから、効率的な処理を行うことができる。また、放電プラズマの下流に吸着剤を設ける従来の方法に比べて、電極に処理物質を吸着させて直接分解処理を行っているため、より大きな処理領域を得ることができる。従って、従来の高電圧連続印加プラズマ分解方法と比較してエネルギー効率の向上が達成できる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のガス処理方法及びガス処理装置では、有機化合物を含む被処理ガスを反応器内に通じて、被処理ガスを反応器内に設けられた導電性吸着剤に接触させて、被処理ガスに含まれる有機化合物を導電性吸着剤に吸着させて捕集し、この導電性吸着剤を印加電極とする第１電極として使用し、かつ第１電極と間隔をあけて接地電極となる第２電極を設け、第１電極に電圧を印加することにより第１及び第２電極間に放電を連続的又は間欠的に発生させて、導電性吸着剤に吸着させた有機化合物並びに反応器内で導電性吸着剤に吸着せずに存在している有機化合物を分解処理するため、導電性吸着剤の再生処理を施すことなく、連続的な吸着処理が可能となる。また、放電プラズマを利用する分解処理の点では、導電性吸着剤に有機化合物を吸着させて、捕集した後に高電圧を印加することから、効率的な処理を行うことができる。また、放電プラズマの下流に吸着剤を設ける従来の方法に比べて、電極に処理物質を吸着させながら直接分解処理を行うことが可能なため、より大きな処理能力を得ることができる。従って、従来の高電圧連続印加プラズマ分解方法と比較してエネルギー効率の向上が達成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、本発明のガス処理装置１０は、反応器１１とガス給排手段１２とプラズマ発生手段１３とを備える。ガス給排手段１２は、反応器１１に連通して設けられ、有機化合物を含む被処理ガスを反応器１１内に通じるガス供給口１２ａと、反応器１１外部へと処理済みガスを排出するガス排出口１２ｂとから構成される。プラズマ発生手段１３は、図２に示されるように、反応器１１内部に第１電極２２と、この第１電極２２と間隔をあけて接地電極となる第２電極２３が設けられ、第１電極２２に電圧を印加することにより第１及び第２電極間に放電を連続的又は間欠的に生じさせるように構成される。本実施の形態では、誘電体２１の上に第１電極２２を配置し、誘電体２１の下に第２電極２３を貼り付けて、第１電極２２と第２電極２３の間に誘電体２１を設置した状態でこの誘電体２１を反応器１１内に設置している。誘電体２１としてはガラス基板やセラミックが挙げられる。第１電極２２には電圧が印加できるように交流電源２４が接続され、第２電極２３は接地電極となるように接地２６を施される。
【００１０】
本発明の特徴ある構成は、第１電極２２が導電性吸着剤から構成されたところにある。第１電極２２である導電性吸着剤としては織物、不織布からなる活性炭繊維布、炭素繊維が挙げられる。接地電極となる第２電極２３としてはアルミニウム箔や銅箔等の導電物が挙げられる。
【００１１】
このような構成を有するガス処理装置１０を用いたガス処理方法では、先ず、ガス供給口１２ａより有機化合物を含んだ被処理ガスを反応器１１内に通じ、被処理ガスを反応器１１内に設置された第１電極２２である導電性吸着剤に接触させて、被処理ガスに含まれる有機化合物を導電性吸着剤に吸着させる。次に、有機化合物を吸着させた導電性吸着剤からなる第１電極２２に電圧を印加することにより第１及び第２電極間に放電を連続的又は間欠的に発生させ、導電性吸着剤に吸着させた有機化合物並びに反応器内で導電性吸着剤に吸着せずに存在している有機化合物を分解処理する。このガス処理方法では、導電性吸着剤の再生処理を施すことなく、連続的な吸着処理が可能となる。また、放電プラズマを利用する分解処理の点では、導電性吸着剤に有機化合物を吸着させて、捕集した後に高電圧を印加することから、効率的な処理を行うことができる。また、各電極間に吸着剤を設け、この吸着剤によって有機化合物などの処理物質を吸着させた後に放電により分解処理する従来の方法に比べて、電極に処理物質を吸着させて直接分解処理を行っているため、より大きな処理領域を得ることができる。従って、従来の高電圧連続印加プラズマ分解方法と比較してエネルギー効率の向上が達成できる。
【００１２】
なお、本発明のガス処理方法では、被処理ガスに含まれる有機化合物を導電性吸着剤に吸着させた後にプラズマ放電を発生させて有機化合物の分解処理を行ってもよいし、被処理ガスに含まれる有機化合物を導電性吸着剤に吸着させながらプラズマ放電を発生させて有機化合物の分解処理を行ってもよい。放電を生じさせる際の、印加電圧は１〜３０ｋＶ、好ましくは１０〜２０ｋＶの交流高電圧又は直流パルス状高電圧を使用することが好適である。また放電の形態はバリア放電、ストリーマ放電等が挙げられる。
【００１３】
本発明のガス処理装置は、図４〜図７に示すような構成としてもよい。
図４に示すガス処理装置のプラズマ発生手段１３は、第１及び第２電極２２，２３を被処理ガスが流通可能な材質で形成する。具体的には、第１電極２２を表面にガスの流通が可能な連通孔を有する活性炭繊維織物のような導電性吸着剤で構成し、第２電極２３を金網のような導電体により構成する。第１電極２２に直流パルス状電源２４を接続する。また第２電極２３は接地２６する。図５は図４の断面図である。図５では被処理ガス中の有機化合物が第１電極２２表面に吸着された状態で、直流パルス状電源２４を接続した第１電極２２に電圧を印加することにより、第１電極２２と接地２６した第２電極２３との間にプラズマを発生させる。この発生したプラズマにより第１電極２２に吸着された有機化合物が分解される。図４及び図５に示すガス処理装置では、被処理ガスが流通している状態でガス処理を行うことができる。
【００１４】
図６に示すガス処理装置のプラズマ発生手段１３では、第１電極２２と第２電極２３とを一体化して平面カセット状に形成したものを１ユニットとし、ユニットの平面が被処理ガスの流通経路に垂直に位置するように配置し、かつ複数のユニットを平行に配置する。また、配置した各ユニットは取外し交換可能に構成される。被処理ガスの流通経路の後方に位置するユニットの第１電極２２に直流パルス状電源２４を接続する。また、このユニットの第２電極２３は接地２６する。図６の破線矢印に示すように、ガス処理により劣化して処理能力が低下したユニットを未使用のユニットと交換することができるため、高い処理能力を維持しながら、連続してガス処理を行うことができる。交換した破線で示される使用済みのユニットは再生処理に供される。また被処理ガスの流通経路の後方に位置するユニットでは、直流パルス状電源２４を接続した第１電極２２に電圧を印加することにより、第１電極２２と接地２６した第２電極２３との間にプラズマを発生させ、この発生したプラズマにより第１電極２２に吸着された有機化合物が分解される。
【００１５】
図７に示すガス処理装置のプラズマ発生手段１３では、第１電極２２となる導電性吸着剤をシート状に形成し、複数のローラでシート状の導電性吸着剤を被処理ガスが流通する空間に蛇行するように複数のローラを配置する。被処理ガスの流通経路の後方に位置するローラ２７に直流パルス状電源２４を接続する。また、この直流パルス状電源２４を接続したローラ２７に近接する別のローラ２３を第２電極とし、この第２電極は接地２６する。この図７に示されるガス処理装置では、被処理ガスを流通させ、複数のローラを回転させてシート状導電性吸着剤を図７の実線矢印の方向に移動させることにより、シート状導電性吸着剤が蛇行する領域で被処理ガス中の有機化合物を吸着させるため、吸着領域を大幅に向上させることができ、処理能力の向上を図ることができる。また直流パルス状電源２４を接続したローラ２７に電圧を印加することにより、接地２６したローラ２３との間にプラズマを発生させ、このプラズマが発生したローラ２７，２３間に位置するシート状導電性吸着剤に吸着された有機化合物が分解される。
【実施例】
【００１６】
次に本発明の実施例を詳しく説明する。
＜実施例１＞
先ず、図１に示すガス処理装置を用意した。このガス処理装置１０は、反応器１１と、ガス給排手段１２と、プラズマ発生手段１３とを備える。ガス給排手段１２に設けられたガス供給口１２ａには、被処理ガスが封入されたテドラーバッグ１４が供給ポンプ１６、開閉バルブ１７及び流量計１８を介して接続される。また、ガス排出口１２ｂには、処理済みガス中に含まれる成分を分析するガスクロマトグラフが接続される。
【００１７】
図２及び図３に示すように、反応器１１は内部容積が２００ｍｌの円筒状に形成され、厚さ２．０ｍｍのガラスプレートからなる誘電体２１の上に６０ｍｍ×４０ｍｍの導電性吸着剤として活性炭繊維布を置き、この活性炭繊維布には電圧が印加できるように交流電源を接続してこの活性炭繊維布を第１電極２２とした。またガラスプレートからなる誘電体２１の裏側には７０ｍｍ×５０ｍｍのアルミニウムシートを第２電極２３として貼り付け、この第２電極２３を接地電極となるように接地した。導電性吸着剤かつ第１電極となる活性炭繊維布には、織物（Woven Fabric；以下、ＷＦという。）と不織布（Nonwoven Fabric；以下、ＮＦという。）の二種類の活性炭繊維布を用いた。ＷＦの単位質量は９２ｇ／ｍ2、ＮＦの単位質量は１２９ｇ／ｍ2であった。また、被処理ガスとして２００ｐｐｍに濃度調整されたアセトアルデヒドを用意し、この被処理ガスはテドラーバッグに封入した。
【００１８】
＜試験１＞
テドラーバック１４内の被処理ガスを流量計１８で１００ｍｌ／分の割合となるように流量調整しながら反応器１１内に通じ、活性炭繊維布として用いたＷＦに被処理ガス中のアセトアルデヒドが十分に吸着した状態となるまで、約３時間半程度被処理ガスを供給し続けた。吸着終了後は被処理ガスの供給を止めて反応器１１内を密閉状態に保った。続いて、ネオントランスを用いて第１電極に１０ｋＶの交流電圧を印加して第１及び第２電極間に放電を生じさせ、ＷＦに吸着されたアセトアルデヒドを分解した。また、活性炭繊維布としてＷＦの代わりにＮＦを用いた以外は上記と同様の試験を行った。図８に反応器内のアセトアルデヒド濃度の経時変化を示す。なお、図８における０分は電圧印加開始時間を示す。
【００１９】
図８より明らかなように、放電により反応器内のアセトアルデヒド濃度は徐々に減少することが観察され、ＷＦ、ＮＦのいずれの種類の活性炭繊維布を用いた場合でも、約６０分間で活性炭繊維布に吸着させたアセトアルデヒド並びに反応器内で活性炭繊維布に吸着せずに存在しているアセトアルデヒドを全て分解できた。
【００２０】
＜試験２＞
導電性吸着剤である活性炭繊維布の再利用が可能であるかどうかを確かめる試験を行った。活性炭繊維布としてＷＦを用い、導電性吸着剤である活性炭繊維布の再利用における処理効率がどのように変化するかを調べた。
【００２１】
先ず、テドラーバック１４内の被処理ガスを流量計１８で１００ｍｌ／分の割合となるように流量調整しながら反応器１１内に通じ、活性炭繊維布として用いたＷＦに被処理ガス中のアセトアルデヒドが十分に吸着した状態となるまで、約３時間半程度被処理ガスを供給し続けた。続いて、吸着終了後は被処理ガスの供給を続けた状態で、ネオントランスを用いて第１電極に１０ｋＶの交流電圧を印加して第１及び第２電極間に放電を生じさせ、ＷＦに吸着されたアセトアルデヒドを分解した。反応器１１より排出される処理済みガスを適宜サンプリングし、処理済みガス中のアセトアルデヒド濃度をガスクロマトグラフにより測定した。これを１回目の使用とした。引続き２回目、３回目と、繰返し使用する際は、約２時間放電し続けて、反応器内並びに活性炭繊維布に吸着されているアセトアルデヒドを全て分解した後に、上記１回目の使用の際と同様の条件で繰返し使用を５回行った。
【００２２】
図９に活性炭繊維布を用いた第１電極を繰返し使用をした際の分解特性を示す。この図９では、活性炭繊維布を用いた第１電極を繰返し使用した際に、反応器１１内に被処理ガスを通じながら放電を行い、ガス排出口１２ｂから排出された処理済みガス中に含まれるアセトアルデヒド濃度の変化から分解特性を調べた。
【００２３】
図９より明らかなように、繰返し使用の回数が１回、２回の場合は、処理済みガス中に含まれるアセトアルデヒド濃度は処理時間が６０分を越えると約１０ｐｐｍにまで低下した。これは、放電前に導電性吸着剤に吸着されたアセトアルデヒドだけでなく、放電中に供給された導電性吸着剤には吸着されずに反応器内に存在しているアセトアルデヒドも併せて連続的に分解されているためと考えられる。しかし、繰返し使用の回数が増加すると、処理時間が６０分を越えてもアセトアルデヒド濃度は５０ｐｐｍ程度に留まり、ガス処理能力が若干減少する傾向が見られた。この結果から、ガス処理能力は若干減少するが、導電性吸着剤の繰返し使用が可能であることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明のガス処理方法及びその装置は、ＶＯＣ等の有機化合物の処理だけでなく、窒素酸化物（ＮＯｘ）処理に対しても適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明のガス処理装置を示す概略図。
【図２】本発明のガス処理装置の反応器の断面図。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図。
【図４】プラズマ発生手段として被処理ガスが連通可能な構成としたガス処理装置の部分概略図。
【図５】図４の断面図。
【図６】プラズマ発生手段として第１及び第２電極を一体化したユニットを複数段配置したガス処理装置の部分概略図。
【図７】プラズマ発生手段としてシート状導電性吸着剤をロール状に形成したガス処理装置の部分概略図。
【図８】反応器内のアセトアルデヒド濃度の経時変化を示す図。
【図９】活性炭繊維布を用いた第１電極を繰返し使用をした際の分解特性を示す図。
【符号の説明】
【００２６】
１０ ガス処理装置
１１ 反応器
１２ ガス給排手段
１３ プラズマ発生手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、揮発性有機化合物（Volatile Organic Compounds；以下、ＶＯＣという。）をはじめとする有機化合物を分解するガス処理方法及びその装置に関する。更に詳しくは、ガスに含まれる有機化合物を吸着処理と放電プラズマ処理によって、効率的に分解処理を行うことが可能なガス処理方法及びその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
工場や自動車等からの排出や塗料、接着剤等に含有するＶＯＣをはじめとする有機化合物は、塗料、印刷、接着剤など幅広く利用されているが、特異な臭気があり、過剰に吸い込むと、頭痛や吐き気などを引き起こし、シックハウス症候群、神経麻痺などの健康被害、また大気や地下水の汚染をもたらす物質としても問題になっている。ＶＯＣとは、揮発性を有し、大気中で気体状となる有機化合物の総称であり、トルエン、キシレン、酢酸エチルなど多種多様な物質が含まれる。
【０００３】
現在このような有機化合物の処理方法として、燃焼処理法や吸着処理法が行われている。燃焼処理法は、主に高濃度排ガス処理に適用されているが、設備費、ランニングコストが高いため、普及が進んでいない。また活性炭等を用いた吸着処理法は、一度に大量の処理が可能であり、また安価な手法であるため一般的に利用されている除去方法ではあるが、有機化合物などを吸着させた使用済み吸着剤は定期的に交換しなければならず、連続処理が困難であった。また使用済み吸着剤は、焼成などを行わなければ再生処理できないため、その取扱いが煩雑となっていた。
【０００４】
一方で、非熱プラズマを用いた有機化合物の分解処理技術の研究が盛んに行われている。一般に除去処理が求められている有機化合物は濃度が極めて低い状態で存在しているため、そのままの状態でプラズマによって除去するにはエネルギー効率並びに処理効率の点で問題が残されている。
【０００５】
上記問題を解決する放電プラズマを用いた効率的な分解処理技術として、送風手段と、触媒と吸着剤が配置された通気孔を有するシート状部材と、放電手段とを具備する空気清浄器であって、送風手段にて発生される気流中にシート状部材が配置されるようにシート状部材を配置すると共に、放電手段を、シート状部材よりも気流の上流側に配設される上流側導電性電極と、シート状部材よりも気流の下流側に配設される下流側導電性電極とで構成して成る空気清浄器が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１に示される空気清浄器では、臭気成分の分解効率が非常に高いものとなって、吸着剤の寿命を長寿命化させることが可能となり、シート状部材の交換頻度を低減することができ、あるいはシート状部材の交換が不要とすることができる。
また、針状の第１電極と、第１電極に略直交する状態で対向して配置された面状の第２電極と、両電極に放電電圧を印加するように接続された電源手段とを備え、第１電極と第２電極とが被処理流体の流通空間に配置され、両電極間でストリーマ放電を発生させることにより被処理流体を処理するように構成されたプラズマ反応器であって、第１電極は第２電極側の端部が突端部として形成され、その突端角度が３０°以上９０°以下であるプラズマ反応器が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。特許文献２に示されるプラズマ反応器では、被処理流体を処理するための処理部材を備え、この処理部材には被処理流体に対する処理を促進する触媒物質を有するか、被処理流体に含まれる被処理成分を吸着する吸着剤が含まれる。特許文献２に示されるプラズマ反応器では、プラズマ生成領域を広範囲で生じさせるため、ガスの処理効率を高めることができる。
【特許文献１】特開２００１−１７８８１１号公報（請求項１、段落［００６０］、第２図）
【特許文献２】特開２００３−３８９３２号公報（請求項１、請求項１５、請求項１７、請求項２４、段落［００５３］、第３図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に示される空気清浄器、特許文献２に示されるプラズマ反応器では、被処理流体に含まれる被処理成分を吸着する吸着剤はプラズマ反応器の下流に配置されているため、一部のプラズマによる活性種が被処理成分の分解に関与する以外はほとんどが単なる被処理成分の吸着が行われているに過ぎない。従って、定期的な吸着剤の交換、又は別のシステムによる再生処理が不可欠であった。
本発明の目的は、連続使用が可能で、かつ効率的なガス処理方法及びその装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に係る発明は、有機化合物を含む被処理ガスを反応器内に通じて、被処理ガスを反応器内に設けられた導電性吸着剤に接触させて、被処理ガスに含まれる有機化合物を導電性吸着剤に吸着させ、導電性吸着剤を第１電極として使用し、かつ第１電極と間隔をあけて接地電極となる第２電極を設け、第１電極に電圧を印加することにより第１及び第２電極間に放電を連続的又は間欠的に発生させて、導電性吸着剤に吸着させた有機化合物並びに反応器内で導電性吸着剤に吸着せずに存在している有機化合物を分解処理することを特徴とするガス処理方法である。
請求項３に係る発明は、図１に示すように、反応器１１と、反応器１１に連通して設けられ、有機化合物を含む被処理ガスを反応器１１内に通じるガス給排手段１２と、図２に示すように、反応器１１内部に第１電極と、第１電極と間隔をあけて接地電極となる第２電極が設けられ、第１電極に電圧を印加することにより第１及び第２電極間に放電を連続的又は間欠的に生じさせるプラズマ発生手段１３とを備え、第１電極が導電性吸着剤から構成されたことを特徴とするガス処理装置である。
請求項１に係るガス処理方法及び請求項３に係るガス処理装置では、導電性吸着剤に有機化合物を吸着させて捕集し、この導電性吸着剤を印加電極とする第１電極として使用し、かつ第１電極と間隔をあけて接地電極となる第２電極を設け、第１電極に高電圧を印加して放電プラズマを発生させることにより、導電性吸着剤に吸着させた有機化合物を直接分解処理するため、導電性吸着剤の再生処理を施すことなく、連続的な吸着処理が可能となる。また、放電プラズマを利用する分解処理の点では、導電性吸着剤に有機化合物を吸着させて、捕集した後に高電圧を印加することから、効率的な処理を行うことができる。また、放電プラズマの下流に吸着剤を設ける従来の方法に比べて、電極に処理物質を吸着させて直接分解処理を行っているため、より大きな処理領域を得ることができる。従って、従来の高電圧連続印加プラズマ分解方法と比較してエネルギー効率の向上が達成できる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のガス処理方法及びガス処理装置では、有機化合物を含む被処理ガスを反応器内に通じて、被処理ガスを反応器内に設けられた導電性吸着剤に接触させて、被処理ガスに含まれる有機化合物を導電性吸着剤に吸着させて捕集し、この導電性吸着剤を印加電極とする第１電極として使用し、かつ第１電極と間隔をあけて接地電極となる第２電極を設け、第１電極に電圧を印加することにより第１及び第２電極間に放電を連続的又は間欠的に発生させて、導電性吸着剤に吸着させた有機化合物並びに反応器内で導電性吸着剤に吸着せずに存在している有機化合物を分解処理するため、導電性吸着剤の再生処理を施すことなく、連続的な吸着処理が可能となる。また、放電プラズマを利用する分解処理の点では、導電性吸着剤に有機化合物を吸着させて、捕集した後に高電圧を印加することから、効率的な処理を行うことができる。また、放電プラズマの下流に吸着剤を設ける従来の方法に比べて、電極に処理物質を吸着させながら直接分解処理を行うことが可能なため、より大きな処理能力を得ることができる。従って、従来の高電圧連続印加プラズマ分解方法と比較してエネルギー効率の向上が達成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、本発明のガス処理装置１０は、反応器１１とガス給排手段１２とプラズマ発生手段１３とを備える。ガス給排手段１２は、反応器１１に連通して設けられ、有機化合物を含む被処理ガスを反応器１１内に通じるガス供給口１２ａと、反応器１１外部へと処理済みガスを排出するガス排出口１２ｂとから構成される。プラズマ発生手段１３は、図２に示されるように、反応器１１内部に第１電極２２と、この第１電極２２と間隔をあけて接地電極となる第２電極２３が設けられ、第１電極２２に電圧を印加することにより第１及び第２電極間に放電を連続的又は間欠的に生じさせるように構成される。本実施の形態では、誘電体２１の上に第１電極２２を配置し、誘電体２１の下に第２電極２３を貼り付けて、第１電極２２と第２電極２３の間に誘電体２１を設置した状態でこの誘電体２１を反応器１１内に設置している。誘電体２１としてはガラス基板やセラミックが挙げられる。第１電極２２には電圧が印加できるように交流電源２４が接続され、第２電極２３は接地電極となるように接地２６を施される。
【００１０】
本発明の特徴ある構成は、第１電極２２が導電性吸着剤から構成されたところにある。第１電極２２である導電性吸着剤としては織物、不織布からなる活性炭繊維布、炭素繊維が挙げられる。接地電極となる第２電極２３としてはアルミニウム箔や銅箔等の導電物が挙げられる。
【００１１】
このような構成を有するガス処理装置１０を用いたガス処理方法では、先ず、ガス供給口１２ａより有機化合物を含んだ被処理ガスを反応器１１内に通じ、被処理ガスを反応器１１内に設置された第１電極２２である導電性吸着剤に接触させて、被処理ガスに含まれる有機化合物を導電性吸着剤に吸着させる。次に、有機化合物を吸着させた導電性吸着剤からなる第１電極２２に電圧を印加することにより第１及び第２電極間に放電を連続的又は間欠的に発生させ、導電性吸着剤に吸着させた有機化合物並びに反応器内で導電性吸着剤に吸着せずに存在している有機化合物を分解処理する。このガス処理方法では、導電性吸着剤の再生処理を施すことなく、連続的な吸着処理が可能となる。また、放電プラズマを利用する分解処理の点では、導電性吸着剤に有機化合物を吸着させて、捕集した後に高電圧を印加することから、効率的な処理を行うことができる。また、各電極間に吸着剤を設け、この吸着剤によって有機化合物などの処理物質を吸着させた後に放電により分解処理する従来の方法に比べて、電極に処理物質を吸着させて直接分解処理を行っているため、より大きな処理領域を得ることができる。従って、従来の高電圧連続印加プラズマ分解方法と比較してエネルギー効率の向上が達成できる。
【００１２】
なお、本発明のガス処理方法では、被処理ガスに含まれる有機化合物を導電性吸着剤に吸着させた後にプラズマ放電を発生させて有機化合物の分解処理を行ってもよいし、被処理ガスに含まれる有機化合物を導電性吸着剤に吸着させながらプラズマ放電を発生させて有機化合物の分解処理を行ってもよい。放電を生じさせる際の、印加電圧は１〜３０ｋＶ、好ましくは１０〜２０ｋＶの交流高電圧又は直流パルス状高電圧を使用することが好適である。また放電の形態はバリア放電、ストリーマ放電等が挙げられる。
【００１３】
本発明のガス処理装置は、図４〜図７に示すような構成としてもよい。
図４に示すガス処理装置のプラズマ発生手段１３は、第１及び第２電極２２，２３を被処理ガスが流通可能な材質で形成する。具体的には、第１電極２２を表面にガスの流通が可能な連通孔を有する活性炭繊維織物のような導電性吸着剤で構成し、第２電極２３を金網のような導電体により構成する。第１電極２２に直流パルス状電源２４を接続する。また第２電極２３は接地２６する。図５は図４の断面図である。図５では被処理ガス中の有機化合物が第１電極２２表面に吸着された状態で、直流パルス状電源２４を接続した第１電極２２に電圧を印加することにより、第１電極２２と接地２６した第２電極２３との間にプラズマを発生させる。この発生したプラズマにより第１電極２２に吸着された有機化合物が分解される。図４及び図５に示すガス処理装置では、被処理ガスが流通している状態でガス処理を行うことができる。
【００１４】
図６に示すガス処理装置のプラズマ発生手段１３では、第１電極２２と第２電極２３とを一体化して平面カセット状に形成したものを１ユニットとし、ユニットの平面が被処理ガスの流通経路に垂直に位置するように配置し、かつ複数のユニットを平行に配置する。また、配置した各ユニットは取外し交換可能に構成される。被処理ガスの流通経路の後方に位置するユニットの第１電極２２に直流パルス状電源２４を接続する。また、このユニットの第２電極２３は接地２６する。図６の破線矢印に示すように、ガス処理により劣化して処理能力が低下したユニットを未使用のユニットと交換することができるため、高い処理能力を維持しながら、連続してガス処理を行うことができる。交換した破線で示される使用済みのユニットは再生処理に供される。また被処理ガスの流通経路の後方に位置するユニットでは、直流パルス状電源２４を接続した第１電極２２に電圧を印加することにより、第１電極２２と接地２６した第２電極２３との間にプラズマを発生させ、この発生したプラズマにより第１電極２２に吸着された有機化合物が分解される。
【００１５】
図７に示すガス処理装置のプラズマ発生手段１３では、第１電極２２となる導電性吸着剤をシート状に形成し、複数のローラでシート状の導電性吸着剤を被処理ガスが流通する空間に蛇行するように複数のローラを配置する。被処理ガスの流通経路の後方に位置するローラ２７に直流パルス状電源２４を接続する。また、この直流パルス状電源２４を接続したローラ２７に近接する別のローラ２３を第２電極とし、この第２電極は接地２６する。この図７に示されるガス処理装置では、被処理ガスを流通させ、複数のローラを回転させてシート状導電性吸着剤を図７の実線矢印の方向に移動させることにより、シート状導電性吸着剤が蛇行する領域で被処理ガス中の有機化合物を吸着させるため、吸着領域を大幅に向上させることができ、処理能力の向上を図ることができる。また直流パルス状電源２４を接続したローラ２７に電圧を印加することにより、接地２６したローラ２３との間にプラズマを発生させ、このプラズマが発生したローラ２７，２３間に位置するシート状導電性吸着剤に吸着された有機化合物が分解される。
【実施例】
【００１６】
次に本発明の実施例を詳しく説明する。
＜実施例１＞
先ず、図１に示すガス処理装置を用意した。このガス処理装置１０は、反応器１１と、ガス給排手段１２と、プラズマ発生手段１３とを備える。ガス給排手段１２に設けられたガス供給口１２ａには、被処理ガスが封入されたテドラーバッグ１４が供給ポンプ１６、開閉バルブ１７及び流量計１８を介して接続される。また、ガス排出口１２ｂには、処理済みガス中に含まれる成分を分析するガスクロマトグラフが接続される。
【００１７】
図２及び図３に示すように、反応器１１は内部容積が２００ｍｌの円筒状に形成され、厚さ２．０ｍｍのガラスプレートからなる誘電体２１の上に６０ｍｍ×４０ｍｍの導電性吸着剤として活性炭繊維布を置き、この活性炭繊維布には電圧が印加できるように交流電源を接続してこの活性炭繊維布を第１電極２２とした。またガラスプレートからなる誘電体２１の裏側には７０ｍｍ×５０ｍｍのアルミニウムシートを第２電極２３として貼り付け、この第２電極２３を接地電極となるように接地した。導電性吸着剤かつ第１電極となる活性炭繊維布には、織物（Woven Fabric；以下、ＷＦという。）と不織布（Nonwoven Fabric；以下、ＮＦという。）の二種類の活性炭繊維布を用いた。ＷＦの単位質量は９２ｇ／ｍ2、ＮＦの単位質量は１２９ｇ／ｍ2であった。また、被処理ガスとして２００ｐｐｍに濃度調整されたアセトアルデヒドを用意し、この被処理ガスはテドラーバッグに封入した。
【００１８】
＜試験１＞
テドラーバック１４内の被処理ガスを流量計１８で１００ｍｌ／分の割合となるように流量調整しながら反応器１１内に通じ、活性炭繊維布として用いたＷＦに被処理ガス中のアセトアルデヒドが十分に吸着した状態となるまで、約３時間半程度被処理ガスを供給し続けた。吸着終了後は被処理ガスの供給を止めて反応器１１内を密閉状態に保った。続いて、ネオントランスを用いて第１電極に１０ｋＶの交流電圧を印加して第１及び第２電極間に放電を生じさせ、ＷＦに吸着されたアセトアルデヒドを分解した。また、活性炭繊維布としてＷＦの代わりにＮＦを用いた以外は上記と同様の試験を行った。図８に反応器内のアセトアルデヒド濃度の経時変化を示す。なお、図８における０分は電圧印加開始時間を示す。
【００１９】
図８より明らかなように、放電により反応器内のアセトアルデヒド濃度は徐々に減少することが観察され、ＷＦ、ＮＦのいずれの種類の活性炭繊維布を用いた場合でも、約６０分間で活性炭繊維布に吸着させたアセトアルデヒド並びに反応器内で活性炭繊維布に吸着せずに存在しているアセトアルデヒドを全て分解できた。
【００２０】
＜試験２＞
導電性吸着剤である活性炭繊維布の再利用が可能であるかどうかを確かめる試験を行った。活性炭繊維布としてＷＦを用い、導電性吸着剤である活性炭繊維布の再利用における処理効率がどのように変化するかを調べた。
【００２１】
先ず、テドラーバック１４内の被処理ガスを流量計１８で１００ｍｌ／分の割合となるように流量調整しながら反応器１１内に通じ、活性炭繊維布として用いたＷＦに被処理ガス中のアセトアルデヒドが十分に吸着した状態となるまで、約３時間半程度被処理ガスを供給し続けた。続いて、吸着終了後は被処理ガスの供給を続けた状態で、ネオントランスを用いて第１電極に１０ｋＶの交流電圧を印加して第１及び第２電極間に放電を生じさせ、ＷＦに吸着されたアセトアルデヒドを分解した。反応器１１より排出される処理済みガスを適宜サンプリングし、処理済みガス中のアセトアルデヒド濃度をガスクロマトグラフにより測定した。これを１回目の使用とした。引続き２回目、３回目と、繰返し使用する際は、約２時間放電し続けて、反応器内並びに活性炭繊維布に吸着されているアセトアルデヒドを全て分解した後に、上記１回目の使用の際と同様の条件で繰返し使用を５回行った。
【００２２】
図９に活性炭繊維布を用いた第１電極を繰返し使用をした際の分解特性を示す。この図９では、活性炭繊維布を用いた第１電極を繰返し使用した際に、反応器１１内に被処理ガスを通じながら放電を行い、ガス排出口１２ｂから排出された処理済みガス中に含まれるアセトアルデヒド濃度の変化から分解特性を調べた。
【００２３】
図９より明らかなように、繰返し使用の回数が１回、２回の場合は、処理済みガス中に含まれるアセトアルデヒド濃度は処理時間が６０分を越えると約１０ｐｐｍにまで低下した。これは、放電前に導電性吸着剤に吸着されたアセトアルデヒドだけでなく、放電中に供給された導電性吸着剤には吸着されずに反応器内に存在しているアセトアルデヒドも併せて連続的に分解されているためと考えられる。しかし、繰返し使用の回数が増加すると、処理時間が６０分を越えてもアセトアルデヒド濃度は５０ｐｐｍ程度に留まり、ガス処理能力が若干減少する傾向が見られた。この結果から、ガス処理能力は若干減少するが、導電性吸着剤の繰返し使用が可能であることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明のガス処理方法及びその装置は、ＶＯＣ等の有機化合物の処理だけでなく、窒素酸化物（ＮＯｘ）処理に対しても適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明のガス処理装置を示す概略図。
【図２】本発明のガス処理装置の反応器の断面図。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図。
【図４】プラズマ発生手段として被処理ガスが連通可能な構成としたガス処理装置の部分概略図。
【図５】図４の断面図。
【図６】プラズマ発生手段として第１及び第２電極を一体化したユニットを複数段配置したガス処理装置の部分概略図。
【図７】プラズマ発生手段としてシート状導電性吸着剤をロール状に形成したガス処理装置の部分概略図。
【図８】反応器内のアセトアルデヒド濃度の経時変化を示す図。
【図９】活性炭繊維布を用いた第１電極を繰返し使用をした際の分解特性を示す図。
【符号の説明】
【００２６】
１０ ガス処理装置
１１ 反応器
１２ ガス給排手段
１３ プラズマ発生手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機化合物を含む被処理ガスを反応器内に通じて、前記被処理ガスを反応器内に設けられた導電性吸着剤に接触させて、被処理ガスに含まれる有機化合物を前記導電性吸着剤に吸着させ、
前記導電性吸着剤を第１電極として使用し、かつ前記第１電極と間隔をあけて接地電極となる第２電極を設け、前記第１電極に電圧を印加することにより第１及び第２電極間に放電を連続的又は間欠的に発生させて、
前記導電性吸着剤に吸着させた有機化合物並びに前記反応器内で導電性吸着剤に吸着せずに存在している有機化合物を分解処理する
ことを特徴とするガス処理方法。
【請求項２】
分解処理が被処理ガスに含まれる有機化合物を導電性吸着剤に吸着させた後、或いは被処理ガスに含まれる有機化合物を前記導電性吸着剤に吸着させながら行われる請求項１記載のガス処理方法。
【請求項３】
反応器(11)と、
前記反応器(11)に連通して設けられ、有機化合物を含む被処理ガスを前記反応器(11)内に通じるガス給排手段(12)と、
前記反応器(11)内部に第１電極と、前記第１電極と間隔をあけて接地電極となる第２電極が設けられ、前記第１電極に電圧を印加することにより第１及び第２電極間に放電を連続的又は間欠的に生じさせるプラズマ発生手段(13)と
を備え、
前記第１電極が導電性吸着剤から構成されたことを特徴とするガス処理装置。
【請求項１】
有機化合物を含む被処理ガスを反応器内に通じて、前記被処理ガスを反応器内に設けられた導電性吸着剤に接触させて、被処理ガスに含まれる有機化合物を前記導電性吸着剤に吸着させ、
前記導電性吸着剤を第１電極として使用し、かつ前記第１電極と間隔をあけて接地電極となる第２電極を設け、前記第１電極に電圧を印加することにより第１及び第２電極間に放電を連続的又は間欠的に発生させて、
前記導電性吸着剤に吸着させた有機化合物並びに前記反応器内で導電性吸着剤に吸着せずに存在している有機化合物を分解処理する
ことを特徴とするガス処理方法。
【請求項２】
分解処理が被処理ガスに含まれる有機化合物を導電性吸着剤に吸着させた後、或いは被処理ガスに含まれる有機化合物を前記導電性吸着剤に吸着させながら行われる請求項１記載のガス処理方法。
【請求項３】
反応器(11)と、
前記反応器(11)に連通して設けられ、有機化合物を含む被処理ガスを前記反応器(11)内に通じるガス給排手段(12)と、
前記反応器(11)内部に第１電極と、前記第１電極と間隔をあけて接地電極となる第２電極が設けられ、前記第１電極に電圧を印加することにより第１及び第２電極間に放電を連続的又は間欠的に生じさせるプラズマ発生手段(13)と
を備え、
前記第１電極が導電性吸着剤から構成されたことを特徴とするガス処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００７−１９０４９８（Ｐ２００７−１９０４９８Ａ）
【公開日】平成１９年８月２日（２００７．８．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１１４５２（Ｐ２００６−１１４５２）
【出願日】平成１８年１月１９日（２００６．１．１９）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り ２００５年９月５日 社団法人静電気学会発行の「静電気学会講演論文集’０５」に発表
【出願人】（５０４１４５３６４）国立大学法人群馬大学 (352)
【出願人】（５９１０３２７０３）群馬県 (144)
【出願人】（５９１０８６９３５）株式会社増田研究所 (6)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月２日（２００７．８．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１月１９日（２００６．１．１９）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り ２００５年９月５日 社団法人静電気学会発行の「静電気学会講演論文集’０５」に発表
【出願人】（５０４１４５３６４）国立大学法人群馬大学 (352)
【出願人】（５９１０３２７０３）群馬県 (144)
【出願人】（５９１０８６９３５）株式会社増田研究所 (6)
【Ｆターム（参考）】
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