JP2009195781A - 窒素酸化物除去材の再生方法 - Google Patents

Abstract

【課題】活性炭を含有する基材を備えた窒素酸化物除去材であっても、基材の劣化を抑制しながら再生することができる窒素酸化物除去材の再生方法を提供する。
【解決手段】外部から遮断された遮蔽空間１１３内で窒素酸化物除去材１０を加熱する加熱処理工程Ｓ１と、窒素酸化物除去材１０を水１２２中に浸漬して水洗する水洗処理工程Ｓ２と、水洗された窒素酸化物除去材１０を乾燥させる乾燥処理工程Ｓ３と、乾燥した窒素酸化物除去材１０の基材を水酸化カリウム水溶液１４２中に浸漬して基材に当該水溶液１４２を含浸させる含浸処理工程Ｓ４と、上記水溶液１４２を含浸させた窒素酸化物除去材１０を乾燥させる乾燥処理工程Ｓ５とを行う。
【選択図】図２

Description

本発明は、大気中から窒素酸化物を除去する窒素酸化物除去材の再生方法に関し、特に、自動車が走行するトンネル内からの換気中の窒素酸化物を除去する窒素酸化物除去材を再生する場合に適用すると、極めて有効である。

自動車が走行するトンネル内を換気する換気装置は、二酸化窒素等の窒素酸化物を除去する窒素酸化物除去材を備えている。この窒素酸化物除去材としては、例えば、酸化チタン等の金属酸化物の多孔質体をハニカム状に形成した基材に水酸化カリウム等のようなアルカリ金属の水酸化物を担持させたものが利用されている。

このような窒素酸化物除去材は、トンネル内からの排気をハニカム状の前記基材内を流通して、排気中の窒素酸化物が前記水酸化カリウムと接触することにより、下記の反応を生じて、排気中から窒素酸化物を除去することができるようになっている。

２ＮＯ₂＋２ＫＯＨ→ＫＮＯ₂＋ＫＮＯ₃＋Ｈ₂Ｏ

このような窒素酸化物除去材においては、排気中の窒素酸化物を除去していくにしたがって、窒素酸化物除去性能が次第に低下してくるため、所定時間使用したら、加熱処理（２００〜５００℃）して、表面に付着しているオイルミスト等の浮遊粒子状物質（Suspended Particulate Matter：ＳＰＭ）を燃焼除去し、水洗した後、水酸化カリウム水溶液等のアルカリ金属の水酸化物の水溶液を含浸させて、当該アルカリ金属の水酸化物を新たに担持させることにより、再度利用できるように再生処理を施している。

特開平１１−１４７０３８号公報

しかしながら、水酸化カルシウムや硫酸カルシウムを骨材にして活性炭を混合した多孔質体をハニカム状に形成した基材を使用した窒素酸化物除去材においては、前述したような再生処理を施してしまうと、加熱処理に伴って、上記活性炭が燃焼消滅して、基材が劣化してしまい、窒素酸化物除去性能が著しく低下してしまうばかりか、形状が崩れてしまうという問題があった。

このようなことから、本発明は、活性炭を含有する基材を備えた窒素酸化物除去材であっても、基材の劣化を抑制しながら再生することができる窒素酸化物除去材の再生方法を提供することを目的とする。

前述した課題を解決するための、第一番目の発明に係る窒素酸化物除去材の再生方法は、活性炭を含有する基材にアルカリ金属の水酸化物を担持させた窒素酸化物除去材の再生方法であって、外部から遮断された遮蔽空間内で前記窒素酸化物除去材を加熱する加熱処理工程と、前記窒素酸化物除去材を水洗する水洗処理工程と、水洗された前記窒素酸化物除去材を乾燥させる乾燥処理工程と、乾燥した前記窒素酸化物除去材の前記基材にアルカリ金属の水酸化物を担持させる担持処理工程とを行うことを特徴とする。

第二番目の発明に係る窒素酸化物除去材の再生方法は、第一番目の発明において、前記加熱処理工程が、前記遮蔽空間内のすべての前記窒素酸化物除去材の合計見掛け容積に対する当該遮蔽空間内の容積の割合を１〜２０倍の範囲にして当該窒素酸化物除去材を加熱する工程であることを特徴とする。

第三番目の発明に係る窒素酸化物除去材の再生方法は、第一番目の発明において、前記加熱処理工程が、前記遮蔽空間内のすべての前記窒素酸化物除去材の前記基材中の活性炭量に対する当該遮蔽空間内の雰囲気中の酸素量を１０ｍｏｌ％以下にして当該窒素酸化物除去材を加熱する工程であることを特徴とする。

第四番目の発明に係る窒素酸化物除去材の再生方法は、第三番目の発明において、前記遮蔽空間内が、不活性ガス雰囲気であることを特徴とする。

第五番目の発明に係る窒素酸化物除去材の再生方法は、第一番目から第四番目の発明のいずれかにおいて、前記加熱処理工程が、４００℃以上の温度で加熱する工程であることを特徴とする。

第六番目の発明に係る窒素酸化物除去材の再生方法は、第五番目の発明において、前記加熱処理工程が、１時間以上加熱する工程であることを特徴とする。

第七番目の発明に係る窒素酸化物除去材の再生方法は、第一番目から第六番目の発明のいずれかにおいて、前記加熱処理工程が、前記水洗処理工程の後に前記乾燥工程と兼ねて行われる工程であることを特徴とする。

本発明に係る窒素酸化物除去材の再生方法によれば、外部から遮断された遮蔽空間内で窒素酸化物除去材を加熱処理することから、遮蔽空間内の雰囲気中に存在する酸素量に対応する量の活性炭のみの燃焼だけで抑えることができるので、加熱処理に伴う窒素酸化物除去性能の低下及び形状の崩れを大きく抑制することができ、窒素酸化物除去材の基材の劣化を抑制しながら当該窒素酸化物除去材を再生処理することができる。

本発明に係る窒素酸化物除去材の再生方法の実施形態を図面に基づいて以下に説明するが、本発明は以下に説明する実施形態のみに限定されるものではない。

［主な実施形態］
本発明に係る窒素酸化物除去材の再生方法の主な実施形態を図１〜６に基づいて説明する。図１は、窒素酸化物除去材の概略構造図、図２は、窒素酸化物除去材の再生方法の手順を表すフロー図、図３は、図２の加熱処理工程の説明図、図４は、図２の水洗処理工程の説明図、図５は、図２の乾燥処理工程の説明図、図６は、図２の担持処理工程の説明図である。

図１に示すように、窒素酸化物除去材１０は、水酸化カルシウムを主成分として活性炭を混合（約２０重量％）した多孔質体をハニカム状に形成した基材に、水酸化カリウム等のようなアルカリ金属の水酸化物を担持させたものであり（見掛け容積：６００ｃｍ³）、自動車が走行するトンネル内を換気する換気装置に取り付けられ、トンネル内からの排気がハニカム状の上記基材内を流通して、排気中の二酸化窒素等の窒素酸化物が前記水酸化カリウム等と接触することにより、下記の反応を生じて、排気中から窒素酸化物を除去するものである。

２ＮＯ₂＋２ＫＯＨ→ＫＮＯ₂＋ＫＮＯ₃＋Ｈ₂Ｏ

上記窒素酸化物除去材１０においては、前記換気装置で排気中の窒素酸化物を除去していくにしたがって、窒素酸化物除去性能が次第に低下してくるため、所定時間使用されると、前記換気装置から取り外されて、再生処理施設へ搬送される。

そして、図３Ａに示すように、耐熱性を有する載置用のバット１１１（内側容積：８５００ｃｍ³）上に使用済みの上記窒素酸化物除去材１０を載せる（本実施形態では２個）と共に、耐熱性を有する包囲用のバット１１２（内側容積：５０００ｃｍ³）を被せることにより、当該窒素酸化物除去材１０の周辺の雰囲気を外部から遮蔽し、さらに、当該バット１１１，１１２で包囲された遮蔽空間１１３（容積：３８００ｃｍ³）と外部との隙間をシールするように、耐熱性を有する粉粒状のシール材１１４を上記隙間に充填する。

続いて、図３Ｂに示すように、上記バット１１１，１１２をメッシュコンベア式の加熱炉１１５のメッシュコンベア１１５ａ上に載せて、搬送しながら加熱処理（４００〜５００℃×１〜５時間）すると、上記窒素酸化物除去材１０の表面に付着しているオイルミスト等のＳＰＭが燃焼又は自己分解し、当該窒素酸化物除去材１０から取り除かれる（図２中、Ｓ１）。

このとき、上記窒素酸化物除去材１０は、遮蔽空間１１３内のすべての窒素酸化物除去材１０の合計見掛け容積に対する当該遮蔽空間１１３内の容積の割合が、約４倍、言い換えると、遮蔽空間１１３内のすべての窒素酸化物除去材１０の基材中の活性炭量に対する当該遮蔽空間１１３内の雰囲気中の酸素量が、約０．２ｍｏｌ％となる条件下で加熱処理されているので、基材中の活性炭のごくわずかな量のみが燃焼消滅するだけで済む。

このようにして窒素酸化物除去材１０を加熱処理したら、放冷した後に当該窒素酸化物除去材１０を前記バット１１１，１１２内から取り出して、図４に示すように、水槽１２１内に入れて水１２２中に浸漬することにより（１０分間×３回）、当該窒素酸化物１０の表面に付着している各種残留物を除去する（図２中、Ｓ２）。

このようにして窒素酸化物除去材１０を水洗処理したら、図５に示すように、当該窒素酸化物除去材１０をメッシュコンベア式の乾燥炉１３１のメッシュコンベア１３１ａ上に載せて、搬送しながら乾燥処理（１２０℃×４時間）した後（図２中、Ｓ３）、放冷する。

次に、図６に示すように、水酸化カリウム水溶液（濃度：約２０重量％）１４２を貯留する処理槽１４１内に上記窒素酸化物除去材１０を入れて当該窒素酸化物除去材１０を上記水溶液１４２中に浸漬することにより（１０分間×１回）、当該窒素酸化物１０に当該水酸化カリウム水溶液１４２を含浸させる（図２中、Ｓ４）。

続いて、上記処理槽１４１内から取り出した上記窒素酸化物除去材１０を前記乾燥炉１３１のメッシュコンベア１３１ａ上に載せて、搬送しながら乾燥処理（１２０℃×４時間）することにより、基材に水酸化カリウムを担持させた後（図２中、Ｓ５）、放冷する。

なお、本実施形態においては、上記含浸処理工程Ｓ４及び上記乾燥処理工程Ｓ５により、担持処理工程をなしている。

これにより、上記窒素酸化物除去材１０は、再生され、前記換気装置へ搬送されて再び取り付けられて再度利用される。

つまり、本実施形態に係る窒素酸化物除去材１０の再生方法は、外部から遮断された前記遮蔽空間１１３内で窒素酸化物除去材１０を加熱処理するようにしたのである。

このため、本実施形態に係る窒素酸化物除去材１０の再生方法においては、前記遮蔽空間１１３内の雰囲気中に存在する酸素量に対応する量のごくわずかな活性炭のみの燃焼だけで抑えることができるので、加熱処理に伴う窒素酸化物除去性能の低下及び形状の崩れを大きく抑制することができる。

したがって、本実施形態に係る窒素酸化物除去材１０の再生方法によれば、基材の劣化を著しく抑制しながら窒素酸化物除去材１０を再生処理することができる。

ここで、所定時間使用した窒素酸化物除去材（オイルミスト付着量：２．５ｗｔ％（「ＪＩＳ−Ｋ−９７０３」に規定されたＯＣＢ混合標準液換算））に対して行った本実施形態に係る窒素酸化物除去材の再生方法に基づく確認実験の結果を図７に示す。図７において、横軸は、加熱処理工程における加熱温度を表し、縦軸は、窒素酸化物除去材の当初の窒素酸化物除去性能に対する再生処理後の窒素酸化物除去性能の割合（性能回復率）を表し、「○」は、加熱処理を１時間行ったときの値を示し、「□」は、加熱処理を５時間行ったときの値を示す。なお、比較のため、加熱処理工程（Ｓ２）を省略した場合も併せて行った（図７中、「×」）。

図７からわかるように、加熱処理工程を省略した場合には、性能回復率が１０％未満であったのに対し、加熱処理温度が４００〜５００℃の場合には、性能回復率が１００％となった。また、再生処理したすべての窒素酸化物除去材において、基材の崩れが見られなかった。以上のことから、本実施形態に係る窒素酸化物除去材の再生方法によれば、基材中の活性炭の燃焼消滅を著しく抑制して窒素酸化物除去性能を十分に回復できることが確認された。

［他の実施形態］
なお、前述した実施形態においては、加熱処理工程Ｓ１を行ってから水洗処理工程Ｓ２を行い、その後、乾燥処理工程Ｓ３を行って、窒素酸化物除去材１０の基材を乾燥させてから担持処理工程Ｓ４及び乾燥処理工程Ｓ５を行うようにしたが、他の実施形態として、例えば、図８に示すように、水洗処理工程Ｓ２を先に行ってから加熱処理工程Ｓ１を行い、その後に担持処理工程Ｓ４及び乾燥処理工程Ｓ５を行うようにすることも可能である。

このように加熱処理工程Ｓ１を水洗処理工程Ｓ２の後に行うようにすると、当該加熱処理工程Ｓ１と前述した主な実施形態における乾燥処理工程Ｓ３とを兼ねることができる、すなわち、前述した主な実施形態における乾燥処理工程Ｓ３を省略することができるので、作業に要する手間及びコストを削減することができる。

また、前述した実施形態においては、前記バット１１１，１１２及び前記シール材１１４等により、外部から遮断された遮蔽空間１１３内で前記窒素酸化物除去材１０を加熱処理できるようにしたが、本発明は、外部から遮断された遮蔽空間内で窒素酸化物除去材を加熱処理できるものであれば、これに限定されるものではなく、例えば、他の実施形態として、密閉可能な蓋を備えた耐熱性を有するシールドボックス等により、外部から遮断された遮蔽空間を形成して窒素酸化物除去材を加熱処理するようにすることも可能である。

また、前述した実施形態においては、前記遮蔽空間１１３内のすべての窒素酸化物除去材１０の合計見掛け容積に対する当該遮蔽空間１１３内の容積の割合を約４倍としたが、本発明はこれに限らず、外部から遮断された遮蔽空間内のすべての窒素酸化物除去材の合計見掛け容積に対する当該遮蔽空間内の容積の割合が１〜２０倍の範囲（好ましくは、３〜７倍の範囲）であれば、前述した実施形態の場合と同様な作用効果を得ることができる。

また、前述した実施形態においては、前記遮蔽空間１１３内のすべての窒素酸化物除去材１０の基材中の活性炭量に対する当該遮蔽空間１１３内の雰囲気中の酸素量を約０．２ｍｏｌ％としたが、本発明はこれに限らず、外部から遮断された遮蔽空間内のすべての窒素酸化物除去材の基材中の活性炭量に対する当該遮蔽空間内の雰囲気中の酸素量が１０ｍｏｌ％以下（好ましくは、１ｍｏｌ％以下）であれば、前述した実施形態の場合と同様な作用効果を得ることができる。

ここで、例えば、外部から遮断された遮蔽空間を窒素ガスや二酸化炭素ガス等のような不活性ガス雰囲気にすれば、前記遮蔽空間内のすべての窒素酸化物除去材の基材中の活性炭量に対する当該遮蔽空間内の雰囲気中の酸素量を１０ｍｏｌ％以下（さらには、１ｍｏｌ％以下）とすることが容易に実現できる。

このように、外部から遮断された遮蔽空間を上記不活性ガス雰囲気にする場合には、外部から遮断された遮蔽空間内のすべての窒素酸化物除去材の合計見掛け容積に対する当該遮蔽空間内の容積の割合を１〜２０倍の範囲にする必要は特になく、例えば、前述した主な実施形態の場合のような前記バット１１１，１１２及びシール材１１４等を用いずに、内部を上記不活性ガス雰囲気とすることができる加熱炉を用いて、窒素酸化物除去材を当該加熱炉内に直接入れて加熱処理することによっても、前述した実施形態の場合と同様な作用効果を得ることができる。

しかしながら、前述した主な実施形態の場合のように、前記遮蔽空間１１３内のすべての窒素酸化物除去材１０の合計見掛け容積に対する当該遮蔽空間１１３内の容積の割合を１〜２０倍の範囲（好ましくは、３〜７倍の範囲）にするのであれば、窒素酸化物除去材１０の見掛け容積と前記遮蔽空間１１３の容積とが常に一定であることから、上述したような不活性ガスをわざわざ使用せずに大気をそのまま利用した雰囲気でありながらも、窒素酸化物除去材１０の基材の劣化を抑制しながら当該窒素酸化物除去材１０を再生処理することが簡便且つ低コストでできるので、実用上、非常に好ましい。

本発明に係る窒素酸化物除去材の再生方法は、窒素酸化物除去材の基材の劣化を抑制しながら当該窒素酸化物除去材を再生処理することができるので、産業上、極めて有益に利用することができる。

窒素酸化物除去材の概略構造図である。 本発明に係る窒素酸化物除去材の再生方法の主な実施形態の手順を表すフロー図である。 図２の加熱処理工程の説明図である。 図２の水洗処理工程の説明図である。 図２の乾燥処理工程の説明図である。 図２の担持処理工程の説明図である。 本発明に係る窒素酸化物除去材の再生方法の主な実施形態に基づいて行った確認実験の結果を表すグラフである。 本発明に係る窒素酸化物除去材の再生方法の他の実施形態の手順を表すフロー図である。

符号の説明

１０ 窒素酸化物除去材
１１１，１１２ バット
１１３ 遮蔽空間
１１４ シール材
１１５ 加熱炉
１１５ａ メッシュコンベア
１２１ 水槽
１２２ 水
１３１ 乾燥炉
１３１ａ メッシュコンベア
１４１ 処理槽
１４２ 水酸化カリウム水溶液

Claims (7)

1. 活性炭を含有する基材にアルカリ金属の水酸化物を担持させた窒素酸化物除去材の再生方法であって、
   外部から遮断された遮蔽空間内で前記窒素酸化物除去材を加熱する加熱処理工程と、
   前記窒素酸化物除去材を水洗する水洗処理工程と、
   水洗された前記窒素酸化物除去材を乾燥させる乾燥処理工程と、
   乾燥した前記窒素酸化物除去材の前記基材にアルカリ金属の水酸化物を担持させる担持処理工程と
   を行うことを特徴とする窒素酸化物除去材の再生方法。
2. 請求項１に記載の窒素酸化物除去材の再生方法において、
   前記加熱処理工程が、前記遮蔽空間内のすべての前記窒素酸化物除去材の合計見掛け容積に対する当該遮蔽空間内の容積の割合を１〜２０倍の範囲にして当該窒素酸化物除去材を加熱する工程である
   ことを特徴とする窒素酸化物除去材の再生方法。
3. 請求項１に記載の窒素酸化物除去材の再生方法において、
   前記加熱処理工程が、前記遮蔽空間内のすべての前記窒素酸化物除去材の前記基材中の活性炭量に対する当該遮蔽空間内の雰囲気中の酸素量を１０ｍｏｌ％以下にして当該窒素酸化物除去材を加熱する工程である
   ことを特徴とする窒素酸化物除去材の再生方法。
4. 請求項３に記載の窒素酸化物除去材の再生方法において、
   前記遮蔽空間内が、不活性ガス雰囲気である
   ことを特徴とする窒素酸化物除去材の再生方法。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の窒素酸化物除去材の再生方法において、
   前記加熱処理工程が、４００℃以上の温度で加熱する工程である
   ことを特徴とする窒素酸化物除去材の再生方法。
6. 請求項５に記載の窒素酸化物除去材の再生方法において、
   前記加熱処理工程が、１時間以上加熱する工程である
   ことを特徴とする窒素酸化物除去材の再生方法。
7. 請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の窒素酸化物除去材の再生方法において、
   前記加熱処理工程が、前記水洗処理工程の後に前記乾燥工程と兼ねて行われる工程である
   ことを特徴とする窒素酸化物除去材の再生方法。

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