JP2005193151A - ガス処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】放電経過時間が長くなっても処理率を低下させないガス処理装置を提供する。
【解決手段】非平衡プラズマ放電により揮発性化合物などを含有するガスの処理において、非平衡プラズマ放電が発生する高圧印加電極と接地電極に挟まれた空間内に、金属触媒が担持された吸着剤でコーティングされた誘電物質を配置したプラズマによるガス処理装置を用いる。
【選択図】図２

Description

本発明は、非平衡プラズマを用いたガス処理装置に関する。

近年、揮発性化合物などを含有するガスによる大気汚染、人体への影響が注目されている。そうした揮発性化合物などを含有するガスを処理する技術が数多く提案されている中で、プラズマ放電、特に非平衡プラズマ放電によりＶＯＣｓ等のガスを処理する技術が注目され、研究が進められており、当該技術に基づいた方法及び装置が提案されている。それらの中で、特許文献１や特許文献２などに記載される金属触媒を担持した吸着材や、吸着材をコーティングした強誘電体物質を放電発生空間内に充填し、プラズマを発生させるようにした反応装置は、対象物質を含有するガスにおいて、対象物質の濃度が低い場合でも処理効率を低下することがなく、また装置のコンパクト化、コストの低減を可能にするといった利点を有している。
特開平６−９１１３８号公報 特開２０００−３２５７３５号公報

しかしながら、上記従来の充填材をプラズマ反応装置に用いると、金属触媒が担持された吸着材では絶縁破壊を起こすための電解強度が大きくなり、高電圧を印加するための大型の電源が必要となってしまう。また、吸着材をコーティングした強誘電体物質では、放電による処理のみであり、処理能力が十分ではないという問題点があった。

そこで、本発明は上記課題を解決し、絶縁破壊を起こすための電解強度を抑えるとともに処理能力を向上させることができる処理対象物質を含有するガス処理装置を提供することを目的とする。

よって本発明は、
（１）処理対象物質を含有しているガスを非平衡プラズマ放電により処理する装置において、非平衡プラズマ放電が発生する高圧印加電極と接地電極に挟まれた空間内に誘電体物質が空隙を有して配置されており、前記誘電体物質は強誘電体物質が吸着材でコーティングされており、さらに金属触媒が前記吸着材に担持されていることを特徴とするプラズマによるガス処理装置を提供する。

また本発明は、
（２）処理対象物質が含有しているガスを非平衡プラズマ放電により処理する装置において、非平衡プラズマ放電が発生する高圧印加電極と接地電極に挟まれた空間内に誘電体物質が空隙を有して配置されており、前記誘電体物質は強誘電体物質が金属触媒を混合した吸着材でコーティングされていることを特徴とするプラズマによるガス処理装置を提供する。

本発明によれば、金属触媒を担持または混合された吸着材によりコーティングされている誘電体物質がプラズマ処理反応装置内に空隙を有して配置されていることにより、絶縁破壊を起こすための電解強度を抑えつつ、処理率を向上させることができる。その結果、放電経過時間が長くても分解能力が大きく低下することが無く、ガスに含まれる処理対象物質を効率よく処理できる。

以下、本実施形態を図面に基づいて説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

（第１の実施の形態）
本実施の形態に係る処理対象物質を含有しているガスを非平衡プラズマ放電により処理する装置は、誘電体物質は強誘電体物質が吸着材でコーティングされており、さらに金属触媒が前記吸着材に担持されており、そのような誘電体物質が電極間に配置されていることを特徴とするガス処理装置である。

電極間に空隙を有して配置されている誘電体物質を、強誘電体物質に吸着材がコーティングされ、さらに金属触媒が前記吸着材に担持されている物質とすることにより、少ない電解強度で効率よく放電を発生することが出来、吸着材により処理対象物質の放電空間内保持時間を延ばし、さらに金属触媒とプラズマ放電により処理能力を向上することが出来る。

ここで処理対象物質とは揮発性有機化合物（ＶＯＣｓ）、窒素酸化物、悪臭物質などであるがこれに限定されず、あらゆるガス状物質が対象である。

以下に本実施形態に係る処理対象物質を含有しているガスを非平衡プラズマ放電により処理する装置について図を用いて説明する。

図１に本実施形態に係るガス処理としてガス処理装置を図示する。

図１に示す本発明の非平衡プラズマガス処理装置９においては、ワイヤー状高電圧印加電極５がバリヤ材６を内側に配設した円筒状接地電極７の円心上に設置され、前記ワイヤー状高電圧印加電極５と前記バリヤ材６を内側に配設した前記円筒状接地電極７の間に誘電体物質１が充填されている。また、ワイヤー状高電圧印加電極５と前記バリヤ材６を内側に配設した前記円筒状接地電極７の間に電圧を供給する電源８を有する。

両電極の間に配置されている誘電体物質は別の誘電体物質との間に微小な空隙を有している。本実施形態のように両電極の間に誘電体物質を充填することで本発明の両電極の間に空隙を有して誘電体物質が配置されることが達成される。

図１に示すガス処理装置による処理対象物質を含有しているガスの処理は、次のようにして行われる。ワイヤー状高電圧印加電極５に電源８より電圧を印加することでバリヤ材６が内側に配設された円筒状接地電極７との間で誘電体物質１を介して非平衡プラズマが発生する。被処理ガスａは、プラズマガス処理装置９の内部に導入された際に処理され、処理ガスｂとして系外へ排出される。

ここで接地電極の内側にバリヤ材が配設されるか配設されないかは特に問わない。たとえば円筒状接地電極７自体を誘電体物質１およびワイヤー状高電圧印加電極５を収容する容器として利用してもよい。

図１に示す電極間に充填される誘電体物質１としては、図２に示す粒状物質が用いられる。図２に示す誘電体物質１は強誘電体１−１の表面に吸着材１−２がコーティングされており、さらに前記吸着材１−２の表面に金属触媒１−３が担持されている。

（第２の実施の形態）
本実施の形態に係るガス処理装置は、誘電体物質は強誘電体物質が金属触媒を混合した吸着材でコーティングされているものでありそのような誘電体物質を両電極間に配置していることを特徴とする。それ以外は第１の実施の形態と同様である。

電極間に充填される誘電体物質２としては、図３に示す物質が用いられる。図３に示す誘電体物質２は、金属触媒２−３をその表面と内部に含んだ吸着材２−２によりコーティングされている。

第１の実施の形態と第２の実施の形態のそれぞれにおいて誘電体は、強誘電体であることが好ましく、その比誘電率は、５００〜１００００であることが好ましい。この数値範囲であることで放電開始電圧を抑制することが可能となる。

第１の実施の形態と第２の実施の形態のそれぞれにおいて吸着材は、活性炭、シリカ、アルミナ、ゼオライトの少なくとも何れか１種であることが好ましい。

第１の実施の形態と第２の実施の形態のそれぞれにおいて金属触媒は、白金、パラジウム、ロジウム、ニッケル、銀、銅、マンガン、ルテニウム、レニウム、イリジウムの少なくとも何れか１種を有する物質であることが好ましい。

金属触媒は第１の実施の形態で説明したように吸着剤の表面に担持される構成も第２の実施の形態で説明したように吸着剤の表面と内部に混合されている構成のいずれも好ましいが、吸着剤の表面と内部に混合されている構成の方が処理率が高いのでより好ましい。処利率が高いというのは吸着剤細孔内に吸着された物質に対しても触媒が作用するという理由だからである。

第１の実施の形態で説明した吸着剤の表面に担持される構成は概略次のように得ることができる。即ち強誘電体に吸着剤をコーティングした後、触媒を担持する。また第２の実施の形態で説明した吸着剤の表面と内部に混合されている構成は概略次のように得ることができる。即ち強誘電体に触媒が混合された吸着剤をコーティングする。このようなことから第２の実施の形態で説明したほうの構成の方が作業手順が簡略という点で好ましい。

（実施例）
本発明の効果を以下に示す実施例及び参考例により具体的に説明するが、本発明は該実施例により限定されるものではない。

（実施例１：金属触媒担持の吸着剤を有する誘電体物質を利用）
図１に示すプラズマガス処理装置を用い、対象物質の処理効果を求めた。ワイヤー状高電圧印加電極５はφ０．５ｍｍのタングステン線とし、接地電極７はφ１２ｍｍ、長さ１３ｍｍの円筒状にしたＳＵＳ網を用い、厚さ１ｍｍの石英ガラスをバリヤ材６としてＳＵＳ網の内側に配設した。誘電体物質１としてφ３ｍｍのパラジウムが担持されたゼオライトをコーティングしたチタン酸バリウム（比誘電率１６００）球を電極間に充填した。

被処理ガスａとして１０ｐｐｍのアンモニアを含有するＡｉｒ（通常の窒素と酸素を主成分とする空気）ベースガスを用い、１０Ｌ／ｍｉｎで反応容器に流通した。次いでワイヤー状高電圧印加電極５と円筒接地電極７との間に電源８より７ｋＶの電圧を印加して非平衡プラズマ放電を生起させて該Ａｉｒベースガスの処理を行った。プラズマガス処理装置９から排出された処理ガスｂを検知管により測定した結果を図６に示す。図８は本実施例及び実施例２、比較例１，２の実験データを示すグラフである。横軸は放電経過時間（放電開始から放電しつづけた場合の放電経過時間）をあらわし、処理率である分解率は検知管により測定した結果である。６０ｍｉｎ経過後の処理率は７０％であった。

（実施例２：金属触媒が混合された吸着剤を有する誘電体物質を利用）
誘電体物質２としてφ３ｍｍのパラジウム２−３が混合されたゼオライト２−２をコーティングしたチタン酸バリウム１−１（比誘電率１６００）球を電極間に充填した。それ以外は実施例１と同じである。

プラズマガス処理装置９から排出された処理ガスｂを検知管により測定した結果を図６に示す。６０ｍｉｎ経過後の処理率は７５％であった。

（比較例１：誘電体を用いないで金属触媒と吸着剤のみからなる粒を利用）
図４に示すように誘電体物質３として金属触媒３−２であるφ３ｍｍのパラジウムが担持された吸着剤３−１であるアルミナ（比誘電率１０）球を電極間に充填した。それ以外は第１の実施の形態と同じである。

プラズマガス処理装置９から排出された処理ガスｂを検知管により測定した結果を図６に示す。６０ｍｉｎ経過後の処理率は４５％であった。

（比較例２：金属触媒を用いない吸着剤と誘電体物質のみからなる粒を利用）
図５に示すように誘電体物質４として吸着剤４−２であるφ３ｍｍのゼオライトがコーティングされた誘電体４−１であるチタン酸バリウム（比誘電率１６００）球を電極間に充填した。それ以外は第１の実施の形態と同じである。

プラズマガス処理装置９から排出された処理ガスｂを検知管により測定した結果を図６に示す。６０ｍｉｎ経過後の処理率は３５％であった。

このように実施例２は特にその分解率は放電経過時間初期から後期にかけて高い値を示した。またその放電時間経過に関わる分解率の低下の度合いも低いものであった。

実施例１の分解率は実施例２と比べて若干低いものの、放電経過時間における分解率の変化幅はほぼ同じでありこれも長時間の放電を行っても分解率の低下があまり大きくない好ましい形態であることがわかった。

一方比較例１および２に注目すると、特に比較例１の初期の分解率は実施例１のそれとほぼ同じであるものの、放電経過時間が長くなると分解率が急に低下した。また比較例２は放電初期から分解率が低く、また比較例１と同様の変化の度合いで放電経過時間が長くなると大きく分解率が低下することがわかった。

本発明の第１の実施の形態に係るガス処理装置の模式的に表す断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係るガス処理装置において使用する誘電体物質を示す断面模式図である。 本発明の第２の実施の形態に係るガス処理装置において使用する誘電体物質を示す断面模式図である。 比較例１に係るガス処理装置において使用する誘電体物質を示す断面模式図である。 比較例２に係るガス処理装置において使用する誘電体物質を示す断面模式図である。 実施例１、２および比較例１、２に係る時間経過による分解率の変化を表したグラフである。

符号の説明

１〜４ 誘電体物質
１−１、２−１、４−１ 強誘電体物質
１−２、２−２、３−１、４−２ 吸着剤
１−３、２−３、３−２ 金属触媒
５ ワイヤー状高圧印加電極
６ バリヤ材
７ 円筒接地電極
８ 電源
９ プラズマガス処理装置
ａ 被処理ガス
ｂ 処理ガス

Claims (5)

1. 処理対象物質を含有しているガスを非平衡プラズマ放電により処理する装置において、非平衡プラズマ放電が発生する高圧印加電極と接地電極に挟まれた空間内に誘電体物質が空隙を有して配置されており、前記誘電体物質は強誘電体物質が吸着材でコーティングされており、さらに金属触媒が前記吸着材に担持されていることを特徴とするプラズマによるガス処理装置。
2. 処理対象物質が含有しているガスを非平衡プラズマ放電により処理する装置において、非平衡プラズマ放電が発生する高圧印加電極と接地電極に挟まれた空間内に誘電体物質が空隙を有して配置されており、前記誘電体物質は強誘電体物質が金属触媒を混合した吸着材でコーティングされていることを特徴とするプラズマによるガス処理装置。
3. 前記強誘電体物質は、比誘電率が５００〜１００００であることを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載のプラズマによるガス処理装置。
4. 前記吸着材は、活性炭、シリカ、アルミナ、ゼオライトの少なくとも何れか１種を有することを特徴とする請求項１または２に記載のプラズマによるガス処理装置。
5. 前記金属触媒は、白金、パラジウム、ロジウム、ニッケル、銀、銅、マンガン、ルテニウム、レニウム、イリジウムの少なくとも何れか１種を有する物質であることを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載のプラズマによるガス処理装置。
   

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