JP2009072782A - Ｎ２ｏの湿式常温処理システムおよび湿式常温処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｎ_２Ｏの湿式常温処理システムおよび湿式常温処理方法を提供する。
【解決手段】 Ｎ_２Ｏを湿式常温処理するための湿式常温処理システムであって、湿式常温処理システム１０は、生物由来のカルシウムを含む多孔質のカルシウム含有酸化亜鉛焼結体１４と、前記生物由来のカルシウムでｐＨ調節されたアルカリ水とを蓄積し、Ｎ_２Ｏを含む気体流が下部からバブリングされる処理チャンバ１２と、処理チャンバ１２内に紫外線を照射するための低圧水銀灯２２と、アルカリ水を前記処理チャンバに噴霧するためのシャワー２８とを含んでおり、低温度で、安価な廃材料を使用し、効率的なＮ_２Ｏの除去を可能とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、気体処理に関し、より詳細には、本発明は、高い効率を長時間にわたり維持でき、さらに省スペースを達成し、安価に提供することができる、亜酸化窒素等の特に病院施設などから排出されるＮ_２Ｏを処理するための湿式常温処理システムおよび湿式常温除去方法に関する。

窒素酸化物が大気中に放出されることに伴い、酸性雨、大気汚染、健康障害などの多くの問題点が引き起こされることが知られている。特に窒素酸化物は、酸性雨、大気汚染および光化学スモッグなどの原因物質として、工場施設や車両からの排出が制限される状況にある。また、近年では、工場施設や車両ばかりではなく、地球温暖化の観点から医療施設において麻酔などのために使用される亜酸化窒素（Ｎ_２Ｏ）を除去することが必要であることが指摘されている。

亜酸化窒素は、麻酔性化合物として我が国ばかりではなく、広く世界的に使用されている現状にある。この際、従来では、患者に吸入されなかった余剰の亜酸化窒素は、酸素または空気流と共に大気中に排出されることが多かったと言える。しかしながら近年では、亜酸化窒素は上述した通り、亜酸化窒素は、二酸化炭素とともに、二酸化窒素を遙かに上回る地球温暖化を生じさせる成分であることが認識されている。このため、病院などで使用された麻酔性成分を含むガスを麻酔薬として亜酸化窒素を使用する場合でも、亜酸化窒素を大気中に排出させる前に、気体中から除去することが望まれる。

医療施設について考える場合、亜酸化窒素などの麻酔性ガスは、流量は比較的少ないものの、数％程度の高濃度として気体中に混合される。このため、ｐｐｍレベルの濃度の窒素酸化物を除去することを主な目的とした従来知られている窒素酸化物の除去システムでは、必ずしも高い効率を達成するとはいえない。加えて、各処理施設は、本来的には亜酸化窒素の処理を行うためのプラントを別に設置するスペース的な余裕や、コスト的な余裕は無いことが多い。このため、上述した麻酔性ガスなどの病院から排出される気体の除去を、高い効率で、かつ低コスト・省スペースを達成することができる処理システムを提供することが望まれている。

これまで、特に気体化合物の湿式除去のための方法およびシステムとして、下記に示す従来技術が知られている。
特開平７−１５５５４３号公報 特開平１１−３００１５５号公報 特開昭５５−１５６３７号公報

特開平７−１５５５４３号公報では、有機塩素化合物を除去するために、紫外線を照射し、湿式で中和する気体化合物の除去方法が開示されている。また、特開平１１−３００１５５号公報では、排気ガス中の窒素酸化物の湿式分解が開示されており、紫外線照射下で二酸化チタンの光触媒作用を利用して窒素酸化物の分解が行われている。さらに、特開昭５５−１５６３７号公報では、自動車排気ガス中の窒素酸化物を、紫外線照射による光反応を生じさせ、その後、湿式電気集塵機を使用して除去する方法が開示されている。

これらの従来技術はいずれもが低濃度での処理を対象とするものであり、高濃度で、亜酸化窒素などの処理対象ガスを含む気体流中から亜酸化窒素などを除去するために向いているとはいえない。

上述したように、本発明では簡単な構成のシステムを使用して高い効率、かつ省スペース、および天然の廃棄材料を有効利用することによる低コストで、施設から排出されるＮ_２Ｏを除去することが可能となる。

本発明は上記従来技術の鑑みてなされたものであり、本発明は高い濃度の窒素酸化物などを含む病院施設から排出されるＮ_２Ｏを、高効率、省スペースかつ低コストに処理するための湿式常温処理システムおよび湿式常温処理方法を提供することを目的とする。

本発明の湿式常温処理システムでは、窒素酸化物などを含む病院施設から排出される気体流に対して紫外線を照射させつつ、気体流をカルシウム含有酸化亜鉛焼結体に接触させる。この焼結体には、アルカリ性に保持された水が噴霧されており、水の存在する条件の下で、窒素酸化物を含む麻酔性ガスの処理が行われている。本発明の焼結体は、亜酸化窒素などを分解・吸着およびそれら双方の機構に基づき気体中から除去するものと考えられる。また、分解機構は、あくまで推定の域を超えるものではないものの、本発明において使用するカルシウム含有酸化亜鉛焼結体が、紫外線照射下で触媒または電気分解のための触媒として作用して、高い効率で特に窒素酸化物などの化合物を除去することができるものと考えられる。

すなわち、本発明によれば、Ｎ_２Ｏを湿式常温処理するための湿式常温処理システムであって、前記湿式常温処理システムは、
生物由来のカルシウムを含む多孔質のカルシウム含有酸化亜鉛焼結体と、前記生物由来のカルシウムを使用してｐＨが調節されたアルカリ水とを蓄積し、Ｎ_２Ｏを含む気体流が下部からバブリングされる処理チャンバと、
前記処理チャンバ内に紫外線を照射するためのランプと、
前記アルカリ水を前記処理チャンバに噴霧するためのシャワーと
を含む、湿式常温処理システムが提供できる。
また本発明の前記湿式常温処理システムは、前記処理チャンバ内のアルカリ水を前記シャワーを通して前記処理チャンバ内に循環させるための循環ポンプを含むことができる。
さらに、前記カルシウム含有酸化亜鉛焼結体は、４０質量％〜８０質量％の酸化亜鉛（ＺｎＯ）と、１５質量％〜５５質量％の酸化カルシウム成分と、５質量％〜２０質量％のケイ酸ナトリウムとを含むことができる。
また、前記カルシウム含有酸化亜鉛焼結体は、さらにバランス成分として使用される、銀ゼオライト５質量％〜７質量％と、炭素成分と、１質量％〜１０質量％の範囲で、ホウ素、ロジウム、酸化チタン、ニッケルから選択される成分とを含み、前記カルシウム成分は、焼成サンゴおよび焼成蛎殻由来とすることが好ましい。
本発明によれば、Ｎ_２Ｏを常温湿式処理する湿式常温処理方法であって、前記湿式常温処理方法は、
生物由来のカルシウムを含む多孔質のカルシウム含有酸化亜鉛焼結体と、前記生物由来のカルシウムを使用してｐＨ調節されたアルカリ水とを蓄積する処理チャンバへとＮ_２Ｏを含む気体流をバブリングさせる段階と、
前記処理チャンバ内にランプからの紫外線を照射する段階と、
前記処理チャンバに蓄積された前記アルカリ水を循環させて前記処理チャンバ内に噴霧させる段階と
を含む、湿式常温処理方法が提供される。
本発明の前記バブリングさせる段階は、前記気体流を、前記カルシウム含有酸化亜鉛焼結体および前記アルカリ水を前記紫外線の照射下で通過させる段階を含むことができる。
本発明の前記カルシウム含有酸化亜鉛焼結体は、４０質量％〜８０質量％の酸化亜鉛（ＺｎＯ）と、１５質量％〜５５質量％の酸化カルシウム成分と、５質量％〜２０質量％のケイ酸ナトリウムとを主成分とし、銀ゼオライト５質量％〜７質量％と、炭素成分と、１質量％〜１０質量％の範囲で、ホウ素、ロジウム、酸化チタン、ニッケルから選択されるバランス成分とを含み、前記カルシウム成分は、焼成サンゴおよび焼成蛎殻由来であることが好ましい。
本発明では、前記処理チャンバを複数配置し、前記気体流を前記複数の処理チャンバに直列に通過させる段階をさらに含むことができる。

以下、本発明を図面に示した実施の形態をもって説明するが、本発明は後述する実施の形態に限定されるものではない。

図１は、本発明の湿式常温処理システムの概略的構成を示した図である。図１に示すように、本発明の湿式常温処理システム１０は、処理チャンバ１２を含んでおり、処理チャンバ１２内には、本発明に使用するカルシウム含有酸化亜鉛焼結体（以下、単に焼結体として参照する。）１４が収容されている。処理チャンバ１２には、ガス供給ポンプ１６とバルブ１８とを備えたライン２０が接続されており、処理チャンバ１２内に亜酸化窒素を含む空気をバブリングさせつつ、導入している。処理チャンバ１２には、さらに、紫外線を照射させるためのランプである低圧水銀灯２２（２５３．７ｎｍ）が備えられていて、焼結体１４、アルカリ水および気体流に向けて、紫外線を照射させている。本発明においては、上述したランプとしては、低圧水銀灯の他、約１８０ｎｍ〜４００ｎｍまでの紫外線を発生させることができる光源ランプであれば、いかなるものでも用いることができる。さらに、処理チャンバ１２は、カルシウムイオンを含有するアルカリ水（ｐＨ９程度）を、焼結体１４が概ね浸る程度の量で蓄積している。
このアルカリ水は、循環ポンプ２４と、ライン２６と、シャワー２８とを通して矢線Ａで示されるように処理チャンバ１２内に循環され、焼結体１４が常にアルカリ水に晒されて、湿潤下状態となるようにさせている。処理チャンバ１２内に導入された麻酔性ガスなどを含有する気体は、ライン３０を通じて処理チャンバ１２の外へと導出される。図１に示した実施の形態では、処理された気体は、検出装置３２により、麻酔性ガスの濃度がモニタされている。さらに、本発明の他の実施の形態では、ライン３０から直接大気中に気体を排出させることもできるし、後述するように、多段に構成した処理チャンバへと、すでに処理された気体を再度導入させて、より処理効率を向上させることができる。

本発明において使用される焼結体は、その成分として、４０質量％〜８０質量％の酸化亜鉛（ＺｎＯ）と、１５質量％〜５５質量％の酸化カルシウム成分と、５質量％〜２０質量％のケイ酸ナトリウムとを含んでいる。この他、本発明の焼結体１４は、銀ゼオライトを、５質量％〜７質量％を含むこともできる。また、本発明において使用される焼結体には、さらにホウ素、ロジウム、酸化チタン、ニッケルといった成分からなる群から選択される微量成分を、１質量％〜１０質量％の範囲で添加することが好ましい。

本発明において使用される焼結体は、上述した組成の混合物に対し、水を加えて混練りし、盤状に成形し、乾燥させた後、窒素リッチの雰囲気下、電気炉内で１０００℃〜１２００℃の範囲の温度として焼成することにより製造することができる。この際、本発明において使用する焼結体１４は、焼成時にカーボンブラックといった炭素成分を含浸させることができる。カーボンの含浸は、電気炉内にカーボン供給源を配置させておき、窒素リッチの条件でカーボン成分を蒸散させることにより行うことができる。また、本発明において使用するアルカリ水は、より具体的には焼成サンゴ粉体を水に懸濁させてカルシウムイオンとして溶出させることで、生成することができる。

図２は、本発明において使用することができる焼結体１４を切り欠いて、一部断面として示した図である。図２（ａ）に示されるように、本発明に使用する焼結体１４は、多孔質で、概ねディスク状の形状とされており、処理チャンバ１２内に空隙率が１４％程度となるような大きさおよび形状として形成されている。また、図１２（ｂ）に示されるように、焼結体１４は、大径の酸化カルシウム成分４０の間に酸化亜鉛粉末、カーボンブラックといった微粒子成分４２、小径の酸化カルシウム成分４４、カーボンおよびその他の成分が充填された多孔質体として形成されている。酸化カルシウム成分としては、種々のものを使用することができるものの、安価な材料として、大径のカルシウム成分としては、焼成蛎殻を粉砕し、１ｍｍ程度の径としたものを使用することができる。また、小径のカルシウム成分としては、焼成サンゴ粉末などを使用することができる。また、本発明においてはこれら以外の酸化カルシウム原料を使用して、焼結体を製造することができる。

図３は、本発明の湿式常温処理システムのより実際的な実施の形態を示した図である。図３に示した実施の形態では、図１に示した処理チャンバが３段直列に設置されている。各処理チャンバ１２ａ〜１２ｃには、焼結体１４が収容されていて、アルカリ水が処理チャンバ１２ａ〜１２ｃの概ね１／３程度充填されている。また、このアルカリ水は、循環ポンプ２４ａ〜２４ｃにより上述した水位を維持する流量で、循環されている。各処理チャンバ１２ａ〜１２ｃには、低圧水銀灯２２ａ〜２２ｃが備えられていて、２５３．７ｎｍの紫外線を照射している。

図４は、図１に示した本発明の湿式常温処理システムの処理効率を、処理対象気体として亜酸化窒素を使用し、処理効率を、初期亜酸化窒素濃度（ｖｏｌ％）に対してプロットした図である。この際、流量は、５０Ｌ／分とした。亜酸化窒素は、５２５０ＲＧＭ呼吸ガスモニタ（オメダ）社を使用して検出した。図４に示されるように、本発明の湿式常温処理システムでは、５０Ｌ／分の流量で、亜酸化窒素濃度が１０ｖｏｌ％以下の濃度範囲では、亜酸化窒素を検出限界以下まで除去することが示されている。また、さらに初期亜酸化窒素濃度を増加させた場合にも、亜酸化窒素の濃度を、初期濃度のおよそ１／１０まで低下させることができることが示されている。したがって、高い亜酸化窒素濃度の場合であっても、図３示したシステムを使用すれば、検出限界以下まで亜酸化窒素濃度を連続して低減させることができることがわかる。同様の実験を他の麻酔性ガス、例えばセボフルラン（Sevoflurane）やイソフルラン（Isoflurane）の除去に対しても行った結果、本発明の湿式除去システムが有効であることが見出された。なお、本発明の湿式処理システムの処理機構については、今後の検討を待つ必要もあるものの、炭素成分による吸着効果に加え、特に亜酸化窒素に対しては、紫外線および光触媒作用によるＮ_２＋Ｈ_２Ｏへの電気分解（酸化還元電位約１．８ｅＶ）が生じ、高い効率での長時間連続稼働が可能とされているものと考えられる。

図５は、本発明の湿式処理システムの処理効率を処理開始時間の対数に対して亜酸化窒素濃度をプロットすることにより示した図である。このとき、初期亜酸化窒素濃度を、２ｖｏｌ％とし、流量を５０Ｌ／分とした。図５に示されるように、驚くべきことに亜酸化窒素の濃度は、処理後約３０秒で検出限界以下に達し、それ以後約８時間を経過しても検出限界以下に保たれている。このため、初期の濃度現象がアルカリ水への亜酸化窒素の飽和ではなく、亜酸化窒素の気体中からの除去によるものであることが示される。すなわち、図４および図５に示されるように、本発明の湿式処理システムは、高い効率で亜酸化窒素を除去することがわかる。また、本発明の湿式常温処理システムの長時間連続稼働（１０８０時間）実験によれば、アルカリ水の供給を行うだけで、上述した特性を１０８０時間を超えて維持することが可能であることが見出された。このことにより、本発明のシステムにおける対象ガスの除去機構は、単なる吸着だけではなく、亜酸化窒素の分解除去も主要因を占めているものと推定される。

図６には、本発明の湿式処理システムを、例えば病院といった施設に設置する場合の実施の形態を示す。本発明の湿式処理システムは、例えば病院などの屋上に設置された処理室５０内に配置することができる。処理室には、病院内で排出された亜酸化窒素含む気体が、ダクト５２を通して送られている。処理室５０内に配置された湿式処理システムは、亜酸化窒素などの処理対象ガスを除去し、図６に示した実施の形態では、亜酸化窒素濃度が検出限界以下となった空気を、矢線Ｂで示されるように、ファン５４を介して空気中に放出している。また、本発明のさらに別の実施の形態では、処理室５０を地下に設け、空間を有効利用することもできる。

本発明の湿式処理システムの概略的なブロック図。 本発明の焼結体の概略的な構成を一部切り欠いて示した斜視図。 本発明の湿式処理システムの他の実施の形態を示した図。 本発明の湿式処理システムの亜酸化窒素処理効率を示した図。 本発明の湿式処理システムの亜酸化窒素処理効率を示した図。 本発明の湿式処理システムを、施設に設置する場合の実施の形態を示した図。

符号の説明

１０…湿式常温処理システム、１２…処理チャンバ、１４…焼結体、１６…ガス供給ポンプ、１８…バルブ、２０…ライン（供給）、２２…低圧水銀灯、２４…循環ポンプ、２６…ライン（循環）、２８…シャワー、３０…ライン（排出）、３２…検出装置、４０…焼成蛎殻、４２…微粒子成分、４４…焼成サンゴ粉末、５０…処理室、５２…ダクト、５４…ファン

Claims (8)

1. Ｎ_２Ｏを湿式常温処理するための湿式常温処理システムであって、前記湿式常温処理システムは、
   生物由来のカルシウムを含む多孔質のカルシウム含有酸化亜鉛焼結体と、前記生物由来のカルシウムを使用してｐＨが調節されたアルカリ水とを蓄積し、Ｎ_２Ｏを含む気体流が下部からバブリングされる処理チャンバと、
   前記処理チャンバ内に紫外線を照射するためのランプと、
   前記アルカリ水を前記処理チャンバに噴霧するためのシャワーと
   を含む、湿式常温処理システム。
2. 前記湿式常温処理システムは、前記処理チャンバ内のアルカリ水を前記シャワーを通して前記処理チャンバ内に循環させるための循環ポンプを含む、請求項１に記載の湿式常温処理システム。
3. 前記カルシウム含有酸化亜鉛焼結体は、４０質量％〜８０質量％の酸化亜鉛（ＺｎＯ）と、１５質量％〜５５質量％の酸化カルシウム成分と、５質量％〜２０質量％のケイ酸ナトリウムとを含む、請求項１または２に記載の湿式常温処理システム。
4. 前記カルシウム含有酸化亜鉛焼結体は、さらにバランス成分として使用される、銀ゼオライト５質量％〜７質量％と、炭素成分と、１質量％〜１０質量％の範囲で、ホウ素、ロジウム、酸化チタン、ニッケルから選択される成分とを含み、前記カルシウム成分は、焼成サンゴおよび焼成蛎殻由来である、請求項１〜３のいずれかに記載の湿式常温処理システム。
5. Ｎ_２Ｏを常温湿式処理する湿式常温処理方法であって、前記湿式常温処理方法は、
   生物由来のカルシウムを含む多孔質のカルシウム含有酸化亜鉛焼結体と、前記生物由来のカルシウムを使用してｐＨ調節されたアルカリ水とを蓄積する処理チャンバへとＮ_２Ｏを含む気体流をバブリングさせる段階と、
   前記処理チャンバ内にランプからの紫外線を照射する段階と、
   前記処理チャンバに蓄積された前記アルカリ水を循環させて前記処理チャンバ内に噴霧させる段階と
   を含む、湿式常温処理方法。
6. 前記バブリングさせる段階は、前記気体流を、前記カルシウム含有酸化亜鉛焼結体および前記アルカリ水を前記紫外線の照射下で通過させる段階を含む、請求項５に記載の方法。
7. 前記カルシウム含有酸化亜鉛焼結体は、４０質量％〜８０質量％の酸化亜鉛（ＺｎＯ）と、１５質量％〜５５質量％の酸化カルシウム成分と、５質量％〜２０質量％のケイ酸ナトリウムとを主成分とし、銀ゼオライト５質量％〜７質量％と、炭素成分と、１質量％〜１０質量％の範囲で、ホウ素、ロジウム、酸化チタン、ニッケルから選択されるバランス成分とを含み、前記カルシウム成分は、焼成サンゴおよび焼成蛎殻由来である、請求項５または６に記載の方法。
8. 前記処理チャンバを複数配置し、前記気体流を前記複数の処理チャンバに直列に通過させる段階をさらに含む、請求項５〜７のいずれか１項に記載の方法。

Images