揮発性有機化合物処理用マイクロ波処理装置
【課題】有害な揮発性有機化合物を分解するマイクロ波処理装置を提供する。
【解決手段】ナノメータースケールの二酸化チタンにより活性炭または高誘電率の担体を被覆した触媒を、反応槽のキャリア内に配置された耐熱セラミック管（またはガラス管）１６内に充填し、耐熱セラミック管（またはガラス管）１６のマグネトロンマイクロ波発振器１５の照射体１５‘ の間に配置してマイクロ波を照射する。
耐熱セラミック管の入口１６１から送られた揮発性有機化合物はマイクロ波照射により二酸化チタン触媒の存在下で分解され、無害なガスとなって出口１６２から排出される。
【解決手段】ナノメータースケールの二酸化チタンにより活性炭または高誘電率の担体を被覆した触媒を、反応槽のキャリア内に配置された耐熱セラミック管（またはガラス管）１６内に充填し、耐熱セラミック管（またはガラス管）１６のマグネトロンマイクロ波発振器１５の照射体１５‘ の間に配置してマイクロ波を照射する。
耐熱セラミック管の入口１６１から送られた揮発性有機化合物はマイクロ波照射により二酸化チタン触媒の存在下で分解され、無害なガスとなって出口１６２から排出される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、揮発性有機化合物処理用マイクロ波処理装置に関し、特に燃料不用、高効率、容易な組立容易、低コスト、高い安全性といった特色を備える揮発性有機化合物処理用マイクロ波処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
空気中に存在する数ある有機汚染物質の中で、揮発性有機化合物は、石油精錬所からクリーニング業、電子産業、表面処理業、皮革業、ペンキ塗装業など日常生活に密着したものを扱う業界、および最も関連が深い化学製造業といった排出源が広範囲に及ぶため、我々の周囲に普遍的に存在している。揮発性有機化合物は、揮発性および化学的毒性を有するものが多く、人体に与える影響および潜在的脅威は相当に大きい。アメリカでは、１９９０年に「空気清浄化法修正案」が可決され、多くの揮発性有機化合物が有毒空気汚染物に指定された。揮発性有機化合物の処理方法には、燃焼法、触媒燃焼法、活性炭による吸着、スクラバ、凝結、光酸化、生物処理、酸化分解法などがある。
【０００３】
熱処理法および酸化分解法は、揮発性有機化合物を効果的に除去することができるが、初期投資または処理コストが非常に高いという欠点がある。吸着および吸収法は、汚染物質の所在を替えるのみで、基本的には減量および減毒という処理目的を達成していない。このような実情から上記の従来技術には、依然として改善の余地があった。ゆえに、高効率、低コストの処理技術の開発が、環境問題研究における最重要課題の一つであった。
【特許文献１】特開２０００−３３４０６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、反応槽内のキャリアに照射体を有するマグネトロンマイクロ波発振器、および複数の充填物を有する耐熱セラミック管（またはガラス管）を配置して、マグネトロンマイクロ波発振器によりマイクロ波エネルギーを発生させ、耐熱セラミック管（またはガラス管）に流入した有機化合物に破壊および分解作用を加える燃料不用、高効率、容易な組立、低コスト、安全性を有する揮発性有機化合物処理用マイクロ波処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述の目的を達成するため、本発明は揮発性有機化合物処理用マイクロ波処理装置を提供する。本発明の揮発性有機化合物処理用マイクロ波処理装置は、反応槽、およびそれに関連する装置を備える。1200度以上の高熱に耐えうるセラミック管（またはガラス管）、およびＫ型温度センサ、一酸化炭素、二酸化炭素測定器、気体流量計、電子記録器、エアーコンプレッサ、モータ、バルブなどの関連する耐熱デバイスからなる。
【０００６】
セラミック管（またはガラス管）中の充填物の材料については、ナノメータースケールの二酸化チタンを触媒にして、活性炭または高誘電率の担体を覆い、揮発性有機化合物処理用マイクロ波処理装置内に配置されたマグネトロンマイクロ波発振器のセラミック管（またはガラス管）内に充填する。これにより、充填担体の誘電率を高め、マイクロ波効率を向上させる。また、マイクロ波により二酸化チタン触媒に高エネルギのフリーラジカル、電子・正孔対を発生させ、揮発性有機化合物を処理する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の揮発性有機化合物処理用マイクロ波処理装置は、ナノ光触媒、および磁化とマイクロ波という２つの最新処理技術を結合させて、効果的、かつ迅速に揮発性有機化合物を分解し、揮発性有機化合物が環境に及ぼす汚染、および人体に与える危険性を減少させることができた。
【０００８】
本発明の揮発性有機化合物処理用マイクロ波処理装置が排出する物質は、二酸化炭素および水蒸気であって、全く無害である。また、揮発性有機化合物を分解する反応処理工程にかかる時間が短いため、エネルギの消耗が少なく、二次公害がないという利点を有する。
【０００９】
本発明の揮発性有機化合物処理用マイクロ波処理装置は、光触媒の反応処理工程にかかる時間が短いため、反応槽の体積を従来の装置より小型化できた。また、組立が容易で、製作コストおよび処理コストも比較的安価で、小規模の工場でも備えることができ、メーカーの経済的負担を低下させることができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態による反応槽と関連装置との接続を示す図である。図１に示すように、気体（酸素Ｏ2や窒素Ｎ2など）が流量計１から気体混合槽２に流入する。気体混合槽２と濾過器４の一方の端部との間にはバルブ３が接続され、このバルブ３が空気（Ａir）を取り入れる。濾過器４の他方の端部にはバルブ３´が接続される。濾過器４を通過した混合気体は、バルブ３´を通過してバルブ５、流量制御器６、揮発性有機化合物７のルートと、バルブ５、流量制御器６、湿度制御器８のルートとの２つのルートに流入し、２つのルートを通過すると合流してバルブ３″に流入する。また、これとは異なり、バルブ３´を通過した混合気体は、直接バルブ３″に流入しても良い。上記の揮発性有機化合物７および湿度制御器８は、冷却システム１４に接続して監視制御する。
【００１１】
バルブ３″に流入した混合気体は、質量流量計９、温度制御器１０に向う。温度制御器１０と試料採取バルブ１１との間にはバルブ５´が接続され、試料採取バルブ１１はコンピュータ記録および制御装置１３に接続して監視制御する。
図２は、本発明の実施形態によるマグネトロンマイクロ波発振器、照射体、および充填物を有する耐熱セラミック管（またはガラス管）がキャリア内に配置された状態を示す図である。混合気体は導入管Ａから反応槽１２の一方の端部にある入口１２１に流入し、反応槽１２内の図２で示された充填物１７がマグネトロンマイクロ波発振器１５の発生するマイクロ波照射を受けることにより、高エネルギのフリーラジカル、電子・正孔対、高速高温反応（室温から１１００℃）を形成し、充填物１７を通過する揮発性有機化合物を完全に分解し、無害な気体にする。無害な気体は、反応槽１２の他方の端部にある出口１２２から直接排出管Ｂに流入する。排出管Ｂの末端に試料採取バルブ１１´を配置しても良く、試料採取バルブ１１´はコンピュータ記録および制御装置１３´に接続して監視制御することができる。
【００１２】
図２に示すように、キャリア２１には複数の照射体１５″を有するマグネトロンマイクロ波発振器１５が配置される。照射体１５″の間には、複数の充填物１７を有する耐熱セラミック管（またはガラス管）１６が配置される。耐熱セラミック管（またはガラス管）１６は、耐高熱精密セラミック管またはガラス管で、充填物１７は触媒作用を有し、耐熱セラミック管（またはガラス管）１６内全体に配置される。耐熱セラミック管（またはガラス管）１６の一方の端部にある入口１６１は導入管Ａに対応し、他方の端部にある出口１６２は排出管Ｂに対応する。
【００１３】
図３は、本発明の実施形態によるキャリア内に配置された脚部、導入口および排出口を示す図である。図３に示すように、キャリア２１の底部には複数の脚部２１１が配置される。キャリア２１には導入口２１２および排出口２１３が配置されるが、導入口２１２は図１で示された反応槽１２の入口１２１に対応し、排出口２１３は図１で示された反応槽１２の出口１２２に対応する。最善の効果を得るため、キャリア２１の数量は必要により決めることができ、図１で示された反応槽１２内に重ねて配置される。
【００１４】
図４は、本発明の実施形態によるマグネトロンマイクロ波発振器が耐熱セラミック管（またはガラス管）内で発生させたマイクロ照射を示す図である。図４に示すように、図２のキャリア２１内の耐熱セラミック管（またはガラス管）１６の充填物１７がマグネトロンマイクロ波発振器１５の発生するマイクロ波照射を受けることにより、高エネルギのフリーラジカル、電子・正孔対、高速高温反応（室温から１１００℃）を形成し、充填物１７を通過する揮発性有機化合物を完全に分解し、無害な気体にする。
【００１５】
ここで取り上げる多くのデバイス自体は、公知であるから図において示されていない。本発明の実施形態による充填物１７は、チタンを含む溶液を真空蒸発装置内に配置し、適量の吸着剤を混入し、均等に攪拌した後、真水を混入し加水分解する。１時間続けて攪拌すると、溶液が完全に蒸発してなくなり、TiＯ2／absorbentの固体顆粒を得ることができる。この顆粒を高温でベイクすると、結合強度を増加させることができる。充填物１７は、ＸＤＲ（Ｘ線回折装置）およびＳＥＭ(走査型電子顕微鏡)により、作られた触媒の結晶構造および結晶顆粒のサイズを分析し、ＢＥＴ（比表面積測定装置）により製造過程における吸収剤の比表面積と孔隙粒径との変化を測定、吸収剤表面のゼータ電位を観察・評価する。
【００１６】
本発明では好適な実施形態を前述の通りに開示したが、これらは決して本発明を限定するものではなく、当該技術を熟知する者は誰でも、本発明の精神と領域を脱しない範囲内で各種の変更や修正を加えることができる。従って、本発明の保護の範囲は、発明の範囲で指定した内容を基準とする。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態による反応槽と関連装置との接続を示す図である。
【図２】本発明の実施形態によるマグネトロンマイクロ波発振器、照射体、および充填物を有する耐熱セラミック管（またはガラス管）がキャリア内に配置された状態を示す図である。
【図３】本発明の実施形態によるキャリア内に配置された脚部、導入口および排出口を示す図である。
【図４】本発明の実施形態によるマグネトロンマイクロ波発振器が耐熱セラミック管（またはガラス管）内で発生させたマイクロ照射を示す図である。
【符号の説明】
【００１８】
１ 流量計
２ 気体混合槽
３ バルブ
３´ バルブ
３″ バルブ
４ 濾過器
５ バルブ
５´ バルブ
６ 流量制御器
７ 揮発性有機化合物
８ 湿度制御器
９ 質量流量計
１０ 温度制御器
１１ 試料採取バルブ
１１´ 試料採取バルブ
１２ 反応槽
１２１ 入口
１２２ 出口
Ａ 導入管
Ｂ 排出管
１３ コンピュータ記録および制御装置
１３´ コンピュータ記録および制御装置
１４ 冷却システム
１５ マグネトロンマイクロ波発振器
１５´ 照射体
１６ 耐熱セラミック管（またはガラス管）
１６１ 入口
１６２ 出口
１７ 充填物
２１ キャリア
２１１ 脚部
２１２ 導入口
２１３ 排出口
【技術分野】
【０００１】
本発明は、揮発性有機化合物処理用マイクロ波処理装置に関し、特に燃料不用、高効率、容易な組立容易、低コスト、高い安全性といった特色を備える揮発性有機化合物処理用マイクロ波処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
空気中に存在する数ある有機汚染物質の中で、揮発性有機化合物は、石油精錬所からクリーニング業、電子産業、表面処理業、皮革業、ペンキ塗装業など日常生活に密着したものを扱う業界、および最も関連が深い化学製造業といった排出源が広範囲に及ぶため、我々の周囲に普遍的に存在している。揮発性有機化合物は、揮発性および化学的毒性を有するものが多く、人体に与える影響および潜在的脅威は相当に大きい。アメリカでは、１９９０年に「空気清浄化法修正案」が可決され、多くの揮発性有機化合物が有毒空気汚染物に指定された。揮発性有機化合物の処理方法には、燃焼法、触媒燃焼法、活性炭による吸着、スクラバ、凝結、光酸化、生物処理、酸化分解法などがある。
【０００３】
熱処理法および酸化分解法は、揮発性有機化合物を効果的に除去することができるが、初期投資または処理コストが非常に高いという欠点がある。吸着および吸収法は、汚染物質の所在を替えるのみで、基本的には減量および減毒という処理目的を達成していない。このような実情から上記の従来技術には、依然として改善の余地があった。ゆえに、高効率、低コストの処理技術の開発が、環境問題研究における最重要課題の一つであった。
【特許文献１】特開２０００−３３４０６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、反応槽内のキャリアに照射体を有するマグネトロンマイクロ波発振器、および複数の充填物を有する耐熱セラミック管（またはガラス管）を配置して、マグネトロンマイクロ波発振器によりマイクロ波エネルギーを発生させ、耐熱セラミック管（またはガラス管）に流入した有機化合物に破壊および分解作用を加える燃料不用、高効率、容易な組立、低コスト、安全性を有する揮発性有機化合物処理用マイクロ波処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述の目的を達成するため、本発明は揮発性有機化合物処理用マイクロ波処理装置を提供する。本発明の揮発性有機化合物処理用マイクロ波処理装置は、反応槽、およびそれに関連する装置を備える。1200度以上の高熱に耐えうるセラミック管（またはガラス管）、およびＫ型温度センサ、一酸化炭素、二酸化炭素測定器、気体流量計、電子記録器、エアーコンプレッサ、モータ、バルブなどの関連する耐熱デバイスからなる。
【０００６】
セラミック管（またはガラス管）中の充填物の材料については、ナノメータースケールの二酸化チタンを触媒にして、活性炭または高誘電率の担体を覆い、揮発性有機化合物処理用マイクロ波処理装置内に配置されたマグネトロンマイクロ波発振器のセラミック管（またはガラス管）内に充填する。これにより、充填担体の誘電率を高め、マイクロ波効率を向上させる。また、マイクロ波により二酸化チタン触媒に高エネルギのフリーラジカル、電子・正孔対を発生させ、揮発性有機化合物を処理する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の揮発性有機化合物処理用マイクロ波処理装置は、ナノ光触媒、および磁化とマイクロ波という２つの最新処理技術を結合させて、効果的、かつ迅速に揮発性有機化合物を分解し、揮発性有機化合物が環境に及ぼす汚染、および人体に与える危険性を減少させることができた。
【０００８】
本発明の揮発性有機化合物処理用マイクロ波処理装置が排出する物質は、二酸化炭素および水蒸気であって、全く無害である。また、揮発性有機化合物を分解する反応処理工程にかかる時間が短いため、エネルギの消耗が少なく、二次公害がないという利点を有する。
【０００９】
本発明の揮発性有機化合物処理用マイクロ波処理装置は、光触媒の反応処理工程にかかる時間が短いため、反応槽の体積を従来の装置より小型化できた。また、組立が容易で、製作コストおよび処理コストも比較的安価で、小規模の工場でも備えることができ、メーカーの経済的負担を低下させることができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態による反応槽と関連装置との接続を示す図である。図１に示すように、気体（酸素Ｏ2や窒素Ｎ2など）が流量計１から気体混合槽２に流入する。気体混合槽２と濾過器４の一方の端部との間にはバルブ３が接続され、このバルブ３が空気（Ａir）を取り入れる。濾過器４の他方の端部にはバルブ３´が接続される。濾過器４を通過した混合気体は、バルブ３´を通過してバルブ５、流量制御器６、揮発性有機化合物７のルートと、バルブ５、流量制御器６、湿度制御器８のルートとの２つのルートに流入し、２つのルートを通過すると合流してバルブ３″に流入する。また、これとは異なり、バルブ３´を通過した混合気体は、直接バルブ３″に流入しても良い。上記の揮発性有機化合物７および湿度制御器８は、冷却システム１４に接続して監視制御する。
【００１１】
バルブ３″に流入した混合気体は、質量流量計９、温度制御器１０に向う。温度制御器１０と試料採取バルブ１１との間にはバルブ５´が接続され、試料採取バルブ１１はコンピュータ記録および制御装置１３に接続して監視制御する。
図２は、本発明の実施形態によるマグネトロンマイクロ波発振器、照射体、および充填物を有する耐熱セラミック管（またはガラス管）がキャリア内に配置された状態を示す図である。混合気体は導入管Ａから反応槽１２の一方の端部にある入口１２１に流入し、反応槽１２内の図２で示された充填物１７がマグネトロンマイクロ波発振器１５の発生するマイクロ波照射を受けることにより、高エネルギのフリーラジカル、電子・正孔対、高速高温反応（室温から１１００℃）を形成し、充填物１７を通過する揮発性有機化合物を完全に分解し、無害な気体にする。無害な気体は、反応槽１２の他方の端部にある出口１２２から直接排出管Ｂに流入する。排出管Ｂの末端に試料採取バルブ１１´を配置しても良く、試料採取バルブ１１´はコンピュータ記録および制御装置１３´に接続して監視制御することができる。
【００１２】
図２に示すように、キャリア２１には複数の照射体１５″を有するマグネトロンマイクロ波発振器１５が配置される。照射体１５″の間には、複数の充填物１７を有する耐熱セラミック管（またはガラス管）１６が配置される。耐熱セラミック管（またはガラス管）１６は、耐高熱精密セラミック管またはガラス管で、充填物１７は触媒作用を有し、耐熱セラミック管（またはガラス管）１６内全体に配置される。耐熱セラミック管（またはガラス管）１６の一方の端部にある入口１６１は導入管Ａに対応し、他方の端部にある出口１６２は排出管Ｂに対応する。
【００１３】
図３は、本発明の実施形態によるキャリア内に配置された脚部、導入口および排出口を示す図である。図３に示すように、キャリア２１の底部には複数の脚部２１１が配置される。キャリア２１には導入口２１２および排出口２１３が配置されるが、導入口２１２は図１で示された反応槽１２の入口１２１に対応し、排出口２１３は図１で示された反応槽１２の出口１２２に対応する。最善の効果を得るため、キャリア２１の数量は必要により決めることができ、図１で示された反応槽１２内に重ねて配置される。
【００１４】
図４は、本発明の実施形態によるマグネトロンマイクロ波発振器が耐熱セラミック管（またはガラス管）内で発生させたマイクロ照射を示す図である。図４に示すように、図２のキャリア２１内の耐熱セラミック管（またはガラス管）１６の充填物１７がマグネトロンマイクロ波発振器１５の発生するマイクロ波照射を受けることにより、高エネルギのフリーラジカル、電子・正孔対、高速高温反応（室温から１１００℃）を形成し、充填物１７を通過する揮発性有機化合物を完全に分解し、無害な気体にする。
【００１５】
ここで取り上げる多くのデバイス自体は、公知であるから図において示されていない。本発明の実施形態による充填物１７は、チタンを含む溶液を真空蒸発装置内に配置し、適量の吸着剤を混入し、均等に攪拌した後、真水を混入し加水分解する。１時間続けて攪拌すると、溶液が完全に蒸発してなくなり、TiＯ2／absorbentの固体顆粒を得ることができる。この顆粒を高温でベイクすると、結合強度を増加させることができる。充填物１７は、ＸＤＲ（Ｘ線回折装置）およびＳＥＭ(走査型電子顕微鏡)により、作られた触媒の結晶構造および結晶顆粒のサイズを分析し、ＢＥＴ（比表面積測定装置）により製造過程における吸収剤の比表面積と孔隙粒径との変化を測定、吸収剤表面のゼータ電位を観察・評価する。
【００１６】
本発明では好適な実施形態を前述の通りに開示したが、これらは決して本発明を限定するものではなく、当該技術を熟知する者は誰でも、本発明の精神と領域を脱しない範囲内で各種の変更や修正を加えることができる。従って、本発明の保護の範囲は、発明の範囲で指定した内容を基準とする。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態による反応槽と関連装置との接続を示す図である。
【図２】本発明の実施形態によるマグネトロンマイクロ波発振器、照射体、および充填物を有する耐熱セラミック管（またはガラス管）がキャリア内に配置された状態を示す図である。
【図３】本発明の実施形態によるキャリア内に配置された脚部、導入口および排出口を示す図である。
【図４】本発明の実施形態によるマグネトロンマイクロ波発振器が耐熱セラミック管（またはガラス管）内で発生させたマイクロ照射を示す図である。
【符号の説明】
【００１８】
１ 流量計
２ 気体混合槽
３ バルブ
３´ バルブ
３″ バルブ
４ 濾過器
５ バルブ
５´ バルブ
６ 流量制御器
７ 揮発性有機化合物
８ 湿度制御器
９ 質量流量計
１０ 温度制御器
１１ 試料採取バルブ
１１´ 試料採取バルブ
１２ 反応槽
１２１ 入口
１２２ 出口
Ａ 導入管
Ｂ 排出管
１３ コンピュータ記録および制御装置
１３´ コンピュータ記録および制御装置
１４ 冷却システム
１５ マグネトロンマイクロ波発振器
１５´ 照射体
１６ 耐熱セラミック管（またはガラス管）
１６１ 入口
１６２ 出口
１７ 充填物
２１ キャリア
２１１ 脚部
２１２ 導入口
２１３ 排出口
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応槽中に、複数のマイクロ波照射体に接続したマグネトロンマイクロ波発振器及び該マイクロ波照射体の間に、担体を二酸化チタンで被覆した触媒を充填した耐熱セラミック管（またはガラス管）を複数配置したキャリアを複数収容し、
該耐熱セラミック管内を通す揮発性有機化合物にマイクロ波を照射することを特徴とする、
揮発性有機化合物処理用マイクロ波処理装置。
【請求項２】
前記キャリアは、前記耐熱セラミック管（またはガラス管）の揮発性有機化合物を流入、排出する入口及び出口にそれぞれ接続された導入口および排出口を有することを特徴とする請求項１に記載の揮発性有機化合物処理用マイクロ波処理装置。
【請求項３】
前記充填物は、高誘電率という物理的性質を有することを特徴とする請求項１に記載の揮発性有機化合物処理用マイクロ波処理装置。
【請求項１】
反応槽中に、複数のマイクロ波照射体に接続したマグネトロンマイクロ波発振器及び該マイクロ波照射体の間に、担体を二酸化チタンで被覆した触媒を充填した耐熱セラミック管（またはガラス管）を複数配置したキャリアを複数収容し、
該耐熱セラミック管内を通す揮発性有機化合物にマイクロ波を照射することを特徴とする、
揮発性有機化合物処理用マイクロ波処理装置。
【請求項２】
前記キャリアは、前記耐熱セラミック管（またはガラス管）の揮発性有機化合物を流入、排出する入口及び出口にそれぞれ接続された導入口および排出口を有することを特徴とする請求項１に記載の揮発性有機化合物処理用マイクロ波処理装置。
【請求項３】
前記充填物は、高誘電率という物理的性質を有することを特徴とする請求項１に記載の揮発性有機化合物処理用マイクロ波処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００８−２８４５２９（Ｐ２００８−２８４５２９Ａ）
【公開日】平成２０年１１月２７日（２００８．１１．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１３４８４４（Ｐ２００７−１３４８４４）
【出願日】平成１９年５月２１日（２００７．５．２１）
【出願人】（５０７１６５９４７）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１１月２７日（２００８．１１．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年５月２１日（２００７．５．２１）
【出願人】（５０７１６５９４７）
【Ｆターム（参考）】
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