JP2006136878A - ナノフィルター濾材の製造方法及びその製造装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】従来のマイクロフィルター濾材を支持体とし、マイクロフィルター濾材上にボトムアップ方式でナノチューブまたはナノ繊維を直接合成・成長させることにより、従来のナノ繊維製造方法では製造できない直径のナノチューブまたはナノ繊維からなるナノフィルター濾材を製造する方法およびその装置を提供する。
【解決手段】反応器内に設けられたマイクロフィルター濾材を支持体として使用し、ナノ触媒粒子を反応器内に供給して支持体上に付着させ、ナノ触媒粒子上に原料ガス及び反応ガスを供給し、反応器を加熱装置で加熱して、反応器内のナノ触媒粒子からナノチューブまたはナノ繊維を合成・成長させることにより、マイクロフィルター濾材上にナノチューブまたはナノ繊維が合成・成長されたナノフィルター濾材を製造する。
【選択図】図1
Description
すなわち、ナノ繊維をフィルター濾材の製造に適用する場合、従来のマイクロフィルターと同等な濾過効率を維持しながら、圧力の損失がより少ないフィルター濾材を製作することができる。
その結果、フィルターの寿命延長も可能となる。
しかし、前記電気紡糸技術は、毛細管の端部と支持体との間に電界を印加することによって、ポリマー溶液からナノ繊維を紡ぎ出すトップダウン方式の技術であるため、ナノ繊維の直径サイズを縮小させることに限界がある。
前記マイクロフィルター濾材の材質は、ポリマー、珪素酸化物、アルミナ、セラミックス及び/または金属酸化物などのすべての材質でなることができる。
また、前記金属硫化物からなるナノ触媒粒子は、前記遷移金属と硫黄が混合された固体粒子状の混合物からなるナノ粒子を含むことができる。
さらに、前記金属化合物でなるナノ触媒粒子は、前記遷移金属と硫黄をイオン状で含有している溶液からなる液滴状のナノ粒子を含むことができる。
前記有機化合物からなるナノ触媒粒子は、ナノ液滴状の触媒前駆体からなる液滴状のナノ粒子を含むことができる。
または、マイクロウエーブの放射によって行うことができる。
または、電磁気誘導によって行うことができる。
または、レーザー加熱により行うことができる。
または、Radio Frequency(RF)加熱によっても行うことができる。
また、前記ナノフィルター濾材は、集塵とガス吸着の機能を同時に行うフィルター濾材を含むことができる。
また、前記ナノフィルター濾材は、機械的強度の高い高強度フィルター濾材、高熱に耐えられる耐熱性フィルター濾材及び/または特定化学薬品に耐えられる耐薬品性フィルター濾材を含むことができる。
または、前記反応器は、前記マイクロフィルター濾材を連続的に移送するコンベヤーラインを含むことができる。
前記加熱部は、マイクロウエーブを発生させるマイクロウエーブ発生器および前記反応器に連結されて前記マイクロウエーブをガイドするマイクロウエーブガイドを含むことができる。
前記加熱部は、前記反応器の周りに設けられる高周波コイル(High Frequency Coil)および前記高周波コイルに高周波電流を印加する電源部を含むことができる。
前記加熱部は、前記反応器の周りに設けられるRadio Frequency(RF)発生器を含むことができる。
前記加熱部は、前記反応器の周りに設けられるレーザー発生器および前記レーザー発生器から発生するレーザー光を集束するレンズアセンブリーを含むことができる。
図2及び図3は本発明の好適な実施形態によるマイクロフィルター濾材の繊維またはメンブラン表面上にナノサイズの触媒粒子を適切な分散度で付着させた後、加熱する方法を説明するための概略図である。
図4及び図5は本発明の好適な実施形態によるマイクロフィルター濾材上におけるナノチューブまたはナノ繊維の合成及び成長を説明するための概略図である。
図6は本発明の好適な実施形態によるナノチューブまたはナノ繊維を合成し成長させたナノフィルター濾材の製造装置の一例の概略図である。
前記ナノ触媒粒子発生供給部400は、固体状または液体状の触媒または触媒前駆体をエアロゾル状で供給できるすべての方法により構成することができる。
まず、ナノ触媒粒子120を発生させる(ステップ1000)。
ナノ触媒粒子発生方法は、従来知られているすべてのナノ粒子合成方法、または前記ナノ粒子合成方法の変形、または前記合成方法を組合せた方法などである。例えば、蒸発凝縮法(Inert Gas Condensation、IGC)、気相化学反応法(Chemical Vapor Condensation、CVC)またはエアロゾル噴霧法(aerosol spraying)などを挙げることができる。
また、発生したナノ触媒粒子120の物質は、純粋な遷移金属、遷移金属化合物、遷移金属前駆体、または遷移金属に硫黄が含有された化合物を含むことができる。
また、図6のナノ触媒粒子発生器410から発生したナノ触媒粒子120は、必要に応じて、ナノ粒子分級器420によって所定の直径を有するナノ触媒粒子120に分級されて反応器100に供給することができる。
また、図6のナノ触媒粒子発生器410で発生したナノ触媒粒子120は、必要に応じて、ナノ粒子濃度調節器430によって、原料ガスまたは反応ガスあるいは前記ガスの混合ガスをさらに混合及び排出することによって、ナノ触媒粒子120の濃度を制御した状態で反応器100に供給することができる。
または、支持体110、111であるマイクロフィルター濾材上にナノ触媒粒子120を予め付着させた状態で反応器100に導入することもできる。
その結果、融点の低い遷移金属硫化物のナノ触媒粒子を用いることで、ナノチューブまたはナノ繊維130の合成及び成長の要となる温度を低めることができ、支持体110、111の劣化による変形及び破損を抑制することができる。
反応器100内の支持体110、111、ナノ触媒粒子120、または原料ガス及び反応ガスは、同時に加熱されることもでき、必要によっては、それぞれ選択的に加熱されることもできる。
反応器100に熱エネルギーを供給するための加熱装置200としては、例えば、抵抗コイル加熱器、マイクロウエーブ放射加熱器、電磁気誘導加熱器、レーザー加熱器、Radio Frequency(RF)加熱器を利用することができる。
前記加熱装置200は、前記ナノ触媒粒子120、前記支持体110、111、または前記原料ガス、及び反応ガスを必要に応じてそれぞれ選択的に加熱するか、または前記反応器100全体を加熱することができる。
ナノフィルター濾材上のナノチューブまたはナノ繊維130の分布度、すなわち密度は、ナノ触媒粒子120の分布濃度、原料ガスの濃度、合成時間、合成温度などのような合成条件の調整によってその制御が可能である。
Claims (39)
- 反応器内に設けられたマイクロフィルター濾材を支持体として使用し、ナノ触媒粒子を前記反応器内に供給して前記支持体上に付着させる工程と、
前記ナノ触媒粒子上に原料ガス及び反応ガスを供給する工程と、
前記反応器を加熱装置によって加熱する工程と、
前記反応器内の前記ナノ触媒粒子上でナノチューブまたはナノ繊維を合成して成長させる工程と、
前記マイクロフィルター濾材上に前記ナノチューブまたはナノ繊維が合成され成長したナノフィルター濾材及びナノフィルター濾材を製造する工程とを含むナノフィルター濾材の製造方法。 - 前記マイクロフィルター濾材が、繊維フィルター、不織布フィルター及び/またはメンブランフィルターからなることを特徴とする請求項1に記載のナノフィルター濾材の製造方法。
- 前記マイクロフィルター濾材の材質が、ポリマー、珪素酸化物、アルミナ、セラミックス及び/または金属酸化物からなることを特徴とする請求項1に記載のナノフィルター濾材の製造方法。
- 前記ナノ触媒粒子が、抵抗加熱法、プラズマ加熱法、誘導加熱法及び/またはレーザー加熱法を利用する蒸発凝縮法(IGC)、抵抗コイル反応器、火炎反応器、レーザー反応器及び/またはプラズマ反応器を利用する気相化学反応法(CVC)、または直接沈澱法、共浸法、冷凍乾燥法及び/または噴霧熱分解法を利用する液状法により製造されて供給されることを特徴とする請求項1に記載ナノフィルター濾材の製造方法。
- 前記ナノ触媒粒子が、遷移金属、遷移金属の金属硫化物、遷移金属の金属炭化物、遷移金属の金属酸化物、遷移金属の金属塩及び/または前記遷移金属を含む有機化合物からなることを特徴とする請求項1に記載のナノフィルター濾材の製造方法。
- 前記ナノ触媒粒子が固体状または液体状であることを特徴とする請求項1に記載のナノフィルター濾材の製造方法。
- 前記ナノ触媒粒子が、前記反応器内に設けられた支持体である前記マイクロフィルター濾材に供給されて分散して付着することを特徴とする請求項1に記載のナノフィルター濾材の製造方法。
- 前記ナノ触媒粒子が、支持体である前記マイクロフィルター濾材上に、ペインティング法、浸漬法、噴射法及び/または蒸着法によって担持された後、前記反応器内に供給されることを特徴とする請求項1に記載のナノフィルター濾材の製造方法。
- 前記ナノ触媒粒子が、ナノ粒子分級器によって所定の直径を有するナノ触媒粒子に分級されて前記反応器内に供給されることを特徴とする請求項1に記載のナノフィルター濾材の製造方法。
- 前記ナノ触媒粒子が、ナノ粒子濃度調節器によって、特定の数濃度に調節されて前記反応器内に供給されることを特徴とする請求項1に記載のナノフィルター濾材の製造方法。
- 前記ナノ触媒粒子が、単一種のナノ触媒粒子からなることを特徴とする請求項1に記載のナノフィルター濾材の製造方法。
- 前記ナノ触媒粒子が、複数種のナノ触媒粒子が互いに結合された凝集体からなることを特徴とする請求項1に記載のナノフィルター濾材の製造方法。
- 前記原料ガスが、炭化水素ガスを含む炭素原料ガスからなることを特徴とする請求項1に記載のナノフィルター濾材の製造方法。
- 前記原料ガスが、水素化珪素(シラン)ガスを含む珪素原料ガスからなることを特徴とする請求項1に記載のナノフィルター濾材の製造方法。
- 前記反応ガスが、助触媒ガス、還元ガス、酸化ガス、不活性ガス及び/または前記ガスの混合ガスからなることを特徴とする請求項1に記載のナノフィルター濾材の製造方法。
- 前記反応器が、前記マイクロフィルター濾材が設けられたフィルターホルダーを含むことを特徴とする請求項1に記載のナノフィルター濾材の製造方法。
- 前記反応器が、前記マイクロフィルター濾材が設けられた石英チューブを含むことを特徴とする請求項1に記載のナノフィルター濾材の製造方法。
- 前記反応器が、前記マイクロフィルター濾材を連続的に移送するコンベヤーラインを含むことを特徴とする請求項1に記載のナノフィルター濾材の製造方法。
- 前記加熱装置が、抵抗コイル加熱器、マイクロウエーブ放射加熱器、電磁気誘導加熱器、レーザー加熱器及び/またはRadio Frequency(RF)加熱器からなることを特徴とする請求項1に記載のナノフィルター濾材の製造方法。
- 前記加熱装置が、前記ナノ触媒粒子、前記支持体、前記原料ガス及び/または前記反応ガスを必要によりそれぞれ選択的に加熱するか、あるいは前記反応器全体を加熱することを特徴とする請求項1に記載のナノフィルター濾材の製造方法。
- 前記ナノチューブが、炭素ナノチューブを含むことを特徴とする請求項1に記載のナノフィルター濾材の製造方法。
- 前記ナノ繊維が、炭素ナノ繊維を含むことを特徴とする請求項1に記載のナノフィルター濾材の製造方法。
- 前記ナノ繊維が、珪素(Si)繊維を含むことを特徴とする請求項1に記載のナノフィルター濾材の製造方法。
- 前記ナノ繊維が、二酸化珪素(SiO2)繊維を含むことを特徴とする請求項1に記載のナノフィルター濾材の製造方法。
- 前記ナノフィルター濾材が、前記マイクロフィルター濾材上に炭素ナノチューブがボトムアップ方式で合成されて成長したフィルター濾材からなることを特徴とする請求項1に記載のナノフィルター濾材の製造方法。
- 前記ナノフィルター濾材が、集塵およびガス吸着の機能を同時に行うフィルター濾材を含むことを特徴とする請求項1に記載のナノフィルター濾材の製造方法。
- 前記ナノフィルター濾材が、前記ナノチューブまたはナノ繊維上にさらにナノ金属粒子を固着させることにより、揮発性有機化合物(VOC)除去、空気殺菌、脱臭の機能を有する触媒フィルター濾材、抗菌フィルター濾材及び/または脱臭フィルター濾材を含むことを特徴とする請求項1に記載のナノフィルター濾材の製造方法。
- 前記ナノフィルター濾材が、機械的強度の高い高強度フィルター濾材を含むことを特徴とする請求項1に記載のナノフィルター濾材の製造方法。
- 前記ナノフィルター濾材が、高熱に耐えられる耐熱性フィルター濾材を含むことを特徴とする請求項1に記載のナノフィルター濾材の製造方法。
- 前記ナノフィルター濾材が、特定の化学薬品に耐えられる耐薬品性フィルター濾材を含むことを特徴とする請求項1に記載のナノフィルター濾材の製造方法。
- 前記遷移金属からなるナノ触媒粒子は、前記遷移金属の前駆体が支持体である前記マイクロフィルター濾材に担持された後、還元、塑性、硫化または炭化反応によって前記遷移金属相に転換された遷移金属を含むことを特徴とする請求項5に記載のナノフィルター濾材の製造方法。
- 前記金属硫化物からなるナノ触媒粒子が、前記遷移金属の前記ナノ触媒粒子を硫化水素(H2S)またはチオフェンで硫化させた金属硫化物を含むことを特徴とする請求項5に記載のナノフィルター濾材の製造方法。
- 前記金属硫化物からなるナノ触媒粒子が、前記遷移金属と硫黄が混合した固体粒子状の混合物からなるナノ粒子を含むことを特徴とする請求項5に記載のナノフィルター濾材の製造方法。
- 前記金属硫化物からなるナノ触媒粒子が、前記遷移金属と硫黄がイオン状で含有されている溶液からなる液滴状のナノ粒子を含むことを特徴とする請求項5に記載のナノフィルター濾材の製造方法。
- 前記有機化合物からなるナノ触媒粒子が、ナノ液滴状の触媒前駆体からなる液滴状ナノ粒子を含むことを特徴とする請求項5に記載のナノフィルター濾材の製造方法。
- 前記助触媒ガスが、硫化水素(H2S)ガスまたはチオフェン蒸気を含むことを特徴とする請求項15に記載のナノフィルター濾材の製造方法。
- 前記不活性ガスは、前記ナノ触媒粒子を運搬するかまたは前記反応ガスを希薄させるために供給されるヘリウム(He)ガス及び/またはアルゴン(Ar)ガスを含むことを特徴とする請求項15に記載のナノフィルター濾材の製造方法。
- 前記触媒前駆体が、フェロセン、鉄−ペンタカルボニル、ジコバルト−オクタカルボニル及び/またはニッケル−カルボニルを含むことを特徴とする請求項35に記載のナノフィルター濾材の製造方法。
- ナノチューブまたはナノ繊維が合成されて成長する支持体であるマイクロフィルター濾材が設けられる反応器と、
前記反応器に前記ナノチューブまたはナノ繊維の合成及び成長のために供給されるナノ触媒粒子の発生供給部と、
前記反応器に前記ナノチューブまたはナノ繊維の合成及び成長のために供給される原料ガス及び反応ガスの供給部と、
前記反応器を加熱するための加熱装置と、
を含むことを特徴とするナノフィルター濾材の製造装置。
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