JP2018507776A - 吸着剤ポリマー複合材料を用いた排気ガス精製システムおよび方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、排気ガス流から硫黄酸化物、水銀蒸気および他の汚染物質を除去する方法ならびに高表面積の支持体を含む吸着剤ポリマー複合物基材および吸着剤ポリマー複合物基材に隣接した耐久性のあるハロゲン供給源を含む排気ガス処理装置を提供する。ハロゲン供給源は、洗い流されない第４級アンモニウムハロゲン塩を有する化合物を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、概して、石炭火力発電所の排気ガスなどの工業の排気ガスから、硫黄酸化物、水銀蒸気、および粒子状物質を除去するための汚染制御システムおよび方法の分野に関する。

石炭火力発電所、都市ゴミ焼却所、および石油精製所プラントは、硫黄酸化物（ＳＯ_２、およびＳＯ_３）、窒素酸化物（ＮＯ、ＮＯ_２）、水銀（Ｈｇ）蒸気、および粒子状物（ＰＭ）などの実質的に多種および多量の環境汚染物質を含む大量の排気ガスを生成する。米国において、石炭を燃焼させるだけで約２７百万トンのＳＯ_２および４５トンのＨｇを毎年生成する。

石炭火力発電所からの水銀の排出を制限する規則は、２０１６年に米国で発効する予定である。現在これらの規則に従うための２つの通常受け入れられる方法がある。第１の方法は、粉炭に臭化カルシウムなどの臭素化塩の添加を含む。燃焼すると、臭素は水銀と結合して、揮発性臭化第二水銀を生成する。臭化第二水銀は、水中に容易に溶解し、そして排気ガスの脱硫のために提供された下流の洗浄機中で効率的に捕捉される。代わりに、第２の方法は、排気ガス中に連続的に注入される活性炭粉末を含む。活性炭は、元素状水銀の捕捉にかなり有効である。注入は、典型的には飛散灰を捕捉するように設計されたユニット操作のすぐ上流で起こる。そうした作業は、静電集塵装置または布フィルターからなることができる。元素状水銀排出物を制御するように注入された炭素はまた、静電集塵装置または布フィルター中で捕捉される。

水銀の制御の既存の方法と関連した問題がある。臭素化塩を石炭に添加する場合、臭素が過剰に生成される。臭素および臭化水素による腐食による損傷は、この方法の使用に伴うリスクである。粉末化活性炭の注入の場合、高レベルの水銀の制御は、大きな注入速度を必要とする場合がある。これは高硫黄石炭が燃焼される場合に特に当てはまり、そして排気ガス中に高いＳＯ_Ｘ含有量がある。さらに、注入された炭素は、飛散灰中に捕捉され、そして高レベルの注入は、例えばコンクリートに入れるために販売される飛散灰の価値を損なう場合がある。

高温の排気ガス中に臭素を導入し、および大量に消費される炭素を必要とする現在の方法の欠点に苦しまない、元素状水銀、硫黄酸化物および他の汚染物質を除去するシステムおよび方法を有することが望ましいであろう。

米国特許第６，１３２，６９２号明細書は、電気バリアー放出反応器がＨｇＯおよび酸類ＨＮＯ_３およびＨ_２ＳＯ_４を生成し、および湿式静電集塵装置（ＥＳＰ）がＨｇＯ、酸類、および粒子状物質を集める、複数の汚染物質（粒子、Ｈｇ、ＮＯ_Ｘ、およびＳＯ_２）を低減する方法を開示する。次に集められた汚染物質は、さらなる処理のために湿式ＥＳＰから排出される。しかし、この方法のＳＯ_２およびＮＯ_Ｘ除去効率は限定されており、システムは高価であり、エネルギー入力は非常に高く、および集められた酸溶液は液体廃棄物として処理される必要がある場合がある。

固定床吸着剤の使用は、魅力的な代替を提供するように見えるであろう。しかし、固定床の使用は、主として短い吸着剤の寿命により、これまで限定されていた。固定床は１〜３年の期間の間保守無しで運転される必要がある。実際の適用において、炭素吸着剤の寿命は、典型的には必要な寿命を提供するには短すぎる。炭素は種々の薬品を用いて処理されて、全体的な容量を改善することができる。しかし、実際の寿命は、多くの場合、活性炭による排気ガス中の二酸化硫黄の酸化によって生じる酸の蓄積によって制限される。

ＳＯ_２酸化による酸の蓄積の影響を克服するために、Ｌｕら（米国特許第７，４４２，３５２Ｂ２号明細書（以下‘３５２特許という）は、吸着剤ポリマー複合物の使用を提案し、ここで活性炭は、「逆スポンジ（ｒｅｖｅｒｓｅ ｓｐｏｎｇｅ）」として機能する疎水性ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）マトリックス中で混合されて、酸が生成されるにつれて酸を追い出す。この新規な吸着剤ポリマー複合物の使用はさらなる利益を提供する。これはハニカム形に加工されて、炭素の充填された粒状の床を通して得ることができるより低い圧力低下を有する非常に効率的な水銀捕捉を提供することができる。吸着剤ポリマー複合物の容量を増加させるために、種々のハロゲンを含有する塩が使用された。

米国特許第８，５２４，１８６Ｂ２号明細書は、排気ガス脱硫のための炭素系触媒およびそれを製造する方法および排気ガス中の水銀を除くための使用を記載する。水銀の連続的流れを処理するのに必要な自由ヨードおよび臭素のレベルを提供するには、このシステムの限界が存在する。従来技術中で開示されたヨードおよびブロマイドは上記の方法において洗脱されてしまう。

吸着剤ポリマー複合物の長期間の有効性を維持するために、水銀捕捉の有効性を改善することができるが浸出を通して容易に失われないハロゲン塩を含む炭素調合物を有することが望ましいであろう。

低コストでＳＯ_Ｘ、Ｈｇ蒸気、およびＰＭ２．５などの複数の排気ガス汚染物質を同時に除去できる改善された耐久性のあるシステムを提供することへのニーズがある。システムが簡素であり、第２汚染物質を生成せず、および有用な最終生成物を生成できる能力を有することが望ましい。特に、長期間の間必要な量でハロゲン（ヨードおよび臭素化合物）の供給源を提供できるシステムを開発するのが理想的であろう。さらに具体的に言うと、吸着剤ポリマー複合物基材と組み合わせて、処理工程において展開される溶液中で洗脱されない、さらに耐久性がありおよびより長く続くハロゲン供給源が望ましい。

本発明は、新規かつ改善された排気ガス処理装置および排気ガスの処理方法に関する。本発明の態様は、以下の明細書、添付図面、および付属の請求項に記載されるであろう。

一態様では、高表面積支持体と疎水性ポリマーとの複合物を含む吸着剤ポリマー複合物（ＳＰＣ）基材と、ＳＰＣ基材に隣接して位置する
ハロゲン供給源であって、ハロゲン供給源が１０超のラングミュア平衡定数を有するハロゲン供給源と、を含む、排気ガス処理装置が提供される。本明細書中により詳細に記載されるように、ラングミュア平衡定数は吸着される種の親和性の尺度である。

ハロゲン供給源が、排気ガス処理装置内で、ポリマー基材および吸着剤材料に隣接して位置することに関して、用語「隣接した」は、本明細書中で使用される場合、吸着剤材料およびポリマー基材の上または近傍にハロゲン供給源を配置する任意の数の配置を含むことを意図する。例えば、ハロゲン供給源は、吸収、含浸、吸着、混合、散布、スプレー、浸漬、塗布、被膜、イオン交換またはさもなければ、ハロゲン供給源の吸着剤ポリマー複合物基材への適用を含むことができるがこれらに限られない任意の好適な技術によって、吸着剤ポリマー複合物基材に隣接して配置されることができる。他の態様では、ハロゲン供給源は、任意の多孔度の吸着剤材料中などの吸着剤材料内に位置することができる。代わりに、ハロゲン供給源は、システムの運転条件下で、吸着剤ポリマー複合物基材とのｉｎ ｓｉｔｕ接触であることができる溶液中に提供されることができる。

ＳＰＣ基材での使用のための好適な疎水性ポリマーは、フルオロポリマー、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、フルオロエチレンプロピレン（ＦＥＰ）、パーフルオロアクリレート、パーフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＡ）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、テトラフルオロエチレンとヘキサフルオロプロピレンとビニリデンフルオライド（ＴＨＶ）とのターポリマー、およびポリクロロトリフルオロエチレン（ＣＦＥ）、および他のコポリマーまたはターポリマーフルオロモノマーおよび他の非フッ素化モノマーを含むがこれらに限られない。一態様では、基材に好適である好適な疎水性ポリマーは、ｅＰＴＦＥなどの延伸フルオロポリマーを含むことができる。

ＳＰＣ基材での使用のための好適な高表面積吸着剤材料は、例えば、石炭誘導炭素、褐炭誘導炭素、木材誘導炭素、ココナツ誘導炭素を含む任意の供給源から実際に誘導された任意の高表面積活性炭、および高表面積を有する他の炭素質材料を含むがこれらに限られない。これらすべては効果的な水銀捕集剤を提供するであろうが、５００超のヨウ化物価（ｉｏｄｉｄｅ ｎｕｍｂｅｒ）を有する炭素が一般的に好ましい。

他の態様では、排気ガス処理装置の高表面積支持体は、活性炭を含む。さらなる態様では、排気ガス処理装置の高表面積支持体の活性炭は、石炭系炭素、木材系炭素、ココナツ系炭素、および他の炭素質材料から誘導された活性炭からなる群から選択されることができる。

別の態様では、排気ガス処理装置のハロゲン供給源は、テトラブチルアンモニウムヨージド、テトラブチルアンモニウムトリヨージド、テトラブチルアンモニウムトリブロマイド、またはテトラブチルアンモニウムブロマイドから選択される。別の態様では、ハロゲン供給源は、式：Ｎ（Ｒ_１Ｒ_２Ｒ_３Ｒ_４）Ｘ［式中、Ｎは、窒素であり、およびＸ＝Ｉ⁻、Ｂｒ⁻、Ｉ_３ ⁻、ＢｒＩ_２ ⁻、Ｂｒ_２Ｉ⁻、Ｂｒ_３ ⁻であり、およびＲ_１、Ｒ_２、Ｒ_３およびＲ_４は、約１〜約１８の炭素原子を有する炭化水素（ここで炭化水素は、直鎖または分枝アルキルを含むがこれらに限られない単なるアルキルであることができる）を有する炭化水素からなる群から選択される］を有する化合物である。

さらなる態様では、ハロゲン供給源は、トリハロゲン化物を含むことができ、このトリハロゲン化物は、酸化剤の存在下で、酸処理によってそのハロゲン化物前駆体から生成される。さらなる態様では、ハロゲン供給源は、トリハロゲン化物であり、このトリハロゲン化物は、過酸化水素、アルカリ金属パーサルフェート、アルカリ金属モノパーサルフェート、ヨウ素酸カリウム、カリウムモノパーサルフェート、酸素、鉄（ＩＩＩ）塩、硝酸鉄（ＩＩＩ）、硫酸鉄（ＩＩＩ）、酸化鉄（ＩＩＩ）およびそれらの組み合わせからなる群から選択される酸化剤の存在下で、酸処理によって、そのハロゲン化物前駆体から生成される。

別の態様では、ガス流から硫黄酸化物および水銀蒸気を除去するための方法であって、（１）硫黄酸化物および水銀蒸気を含むガス流に、酸素および水蒸気の存在下で、吸着剤ポリマー複合物基材およびハロゲン供給源の上を通過させることと（吸着剤ポリマー複合物基材は高表面積の支持体を含み、およびハロゲン供給源は吸着剤ポリマー複合物基材に隣接しており、ハロゲン供給源は１０超のラングミュア平衡定数を有する）、（２）吸着剤ポリマー複合物基材上で、硫黄酸化物と酸素および水蒸気とを反応させて硫酸を生成させることと、（３）水銀蒸気とハロゲン供給源とを反応させ、および吸着剤ポリマー複合物基材上に水銀蒸気の分子を化学的に吸着および固定することと、を含む方法が提供される。他の態様では、この方法は吸着剤ポリマー複合物基材の上流のガス流に水蒸気を加えることを含むことができる。

さらにほかの態様において、排気ガス流から硫黄酸化物および水銀蒸気を除去するための方法であって、（１）硫黄酸化物および水銀蒸気を含むガス流に、酸素および水蒸気の存在下で、吸着剤ポリマー複合物基材およびハロゲン供給源の上を通過させることと、吸着剤ポリマー複合物基材は高表面積の支持体を含み、およびハロゲン供給源は吸着剤ポリマー複合物基材に隣接しており、ハロゲン供給源は、式：Ｎ（Ｒ_１Ｒ_２Ｒ_３Ｒ_４）Ｘ（式中、Ｎは窒素であり、およびＸ＝Ｉ⁻、Ｂｒ⁻、Ｉ_３ ⁻、ＢｒＩ_２ ⁻、Ｂｒ_２Ｉ⁻、Ｂｒ_３ ⁻であり、そしてＲ_１、Ｒ_２、Ｒ_３およびＲ_４は約１〜約１８の炭素原子を有する炭化水素からなる群から選択され、そして炭化水素はアルキルである）であることと、（２）吸着剤ポリマー複合物基材上で、硫黄酸化物と酸素および水蒸気とを反応させて硫酸を生成させることと、（３）水銀蒸気とハロゲン供給源とを反応させ、および吸着剤ポリマー複合物基材上に水銀蒸気の分子を化学的に吸着および固定することと、を含む方法が提供される。

所与のシステムの特別な要求および形態により、ある態様において、ハロゲン供給源は、吸収、含浸、吸着、混合、散布、スプレー、浸漬、塗布、被膜、イオン交換および／またはそれらの組み合わせによって、吸着剤ポリマー基材に適用されることができる。

添付図面が、本開示のさらなる理解を提供するために含まれ、そして本明細書の中に取り込まれ本明細書の一部を構成し、態様を具体的に示し、そして記載と共に開示の原理を説明するのに役立つ。

図１は、排気ガス処理ユニットの例示的な図式の具体的な説明である。

図２は、少なくとも１つの態様による吸着剤ポリマー複合物の一部の例示的な具体的な説明である。

図３は、少なくとも１つの態様によるポリマー基材上の活性炭の一部の例示的な具体的な説明である。

図３Ａは、少なくとも１つの態様による吸着剤ポリマー組成物の一部の５０００倍の倍率で撮られたＳＥＭ顕微鏡写真である。

図４は、少なくとも１つの態様による活性炭上に堆積する耐久性のあるハロゲン化物の一部の例示的な具体的な説明である。

図５は、例１および２中に記載されたテトラブチルアンモニウムヨージド（ＴＢＡＩ）等温線の具体的な説明である。

図６は、例１、３および４中に記載された木材系活性炭上のテトラアルキルアンモニウムヨージド等温線の具体的な説明である。

図７は、例５、６および７中に記載された木材系活性炭上のテトラアルキルアンモニウムブロマイド等温線の具体的な説明である。

当業者は本開示の種々の形態が、意図された機能を行うように構成された任意の数の方法および装置によって実現できることを容易に理解するであろう。本明細書中で参照される添付の図は必ずしも実寸で描かれておらず本発明の種々の形態を具体的に示すように誇張されることができ、そしてその点で図は限定するものと解釈すべきでないことに留意する。

図１を参照すると、排気ガス処理ユニットの図が示され、ここで燃焼器からの排気ガス１０は、熱交換器によって温度が下がり、そして静電集塵装置またはバグハウス（ｂａｇ ｈｏｕｓｅ）１１中に導入される。静電集塵装置またはバグハウス１１を通過して粒子状物質を除いた後で、処理された排気ガスは、ユニット１２によってさらに温度が下がる。一態様ではユニット１２は、ガスの湿度を更に高めるであろう水スプレーである。他の態様では、ユニット１２は、ＳＯ_２を除くための石灰石洗浄機の形態であることができる。処理された排気ガスは次に、吸着剤ポリマー複合物基材１００を含む吸着剤ハウス１３中に導入される。他の態様では（図に示されていない）、吸着剤ハウスは簡便に石灰石洗浄機の上に位置することができる。再度図１を参照すると、ＳＯ_２およびＳＯ_３は、吸着剤ポリマー複合物基材１００の表面上で硫酸に転化され、および処理された排気ガス１０中の任意の水銀蒸気は、吸着剤ポリマー複合物基材１００の上に吸収される。追い出された硫酸は、逃げ場を失った微粒子と共に酸貯蔵容器１４中に滴下するであろう。最終的に処理された排気ガスは吸着剤ハウス１３から出て、スタック１５から出る。

図２は、排気ガス処理装置での使用のための１つの態様を示し、吸着剤ポリマー複合物１００の断面図形状が描かれている。この形状では（活性炭などの）吸着剤材料１０２がポリマー基材１０１（ｅＰＴＦＥの節構造など−他の例が以下の段落中に提供されている）を部分的にまたは完全に覆って、吸着剤複合物ポリマー基材９９を形成する。ハロゲン供給源１０３は、吸着剤材料１０２を部分的にまたは完全に覆う。例示的な態様において、ハロゲン供給源１０３は、吸着剤材料１０２の孔中に吸収されている。

ポリマー基材１０１の例は、フルオロポリマー、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、フルオロエチレンプロピレン（ＦＥＰ）、パーフルオロアクリレート、パーフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＡ）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレンおよびビニリデンフルオライド（ＴＨＶ）のターポリマー、およびポリクロロトリフルオロエチレン（ＣＦＥ）、および他のコポリマーまたはターポリマーフルオロモノマーおよび他の非フッ素化モノマーを含む。ある態様において、特に好適な基材１０１は、ｅＰＴＦＥなどの延伸フルオロポリマーを含むことができる。

吸着剤材料１０２の例は、ＰＴＦＥなどの低表面エネルギーポリマー基材１０１に吸収されているかまたはこれと混合されて吸着剤複合物ポリマー（ＳＰＣ）基材９９を形成する高表面積材料を含む。高表面積材料の非限定の例は、活性炭（例えば、石炭、褐炭、木材、ココナツ殻および他の炭素質材料から誘導された活性炭）、シリカゲル、およびゼオライトを含む。全てのこれらの高表面積材料は、効果的な水銀捕集剤を提供するであろうが、５００超のヨウ化物価（ｉｏｄｉｄｅ ｎｕｍｂｅｒ）を有する炭素が一般的に好ましい。

１つのほかの態様において、吸着剤複合物ポリマー基材中の吸着剤は、活性炭であり、およびポリマーは、ＰＴＦＥのフルオロポリマーである。活性炭をＰＴＦＥ中に取り込むことによって、活性炭は、その物理的および化学的特性を保持するだけでなく、清浄度、化学的不活性および撥水性における利点も得る。さらに、活性炭がポリマー中に取り込まれる場合、取扱がより容易である。ＰＴＦＥの構造は、延伸すると、使用される延伸条件によってフルオロポリマーがポリマー小線維間に形成されたミクロ細孔および節を有する多孔質となる点で好都合である。活性炭または他の高表面積吸着剤はＰＴＦＥと混合される場合、生じる混合物は延伸されて多孔質構造を形成できる。この場合は、活性炭粒子２０２およびＰＴＦＥ小線維２０１が示されている図３に示すように、ポリマーの節は、少なくとも部分的に活性炭を含む。図３Ａに示すように顕微鏡写真は、活性炭ポリマー複合物基材の微小孔性構造を明らかにする。

ハロゲン供給源の例は、以下の式：
（Ｒ_１Ｒ_２Ｒ_３Ｒ_４）Ｎ^＋Ｘ 式（１）
（式中、Ｘ＝Ｉ⁻、Ｂｒ⁻、Ｉ_３ ⁻、ＢｒＩ_２ ⁻、Ｂｒ_２Ｉ⁻、Ｂｒ_３ ⁻およびＲ_１、Ｒ_２、Ｒ_３およびＲ_４は、約１〜約１８の炭素原子を有する炭化水素からなる群から選択される）を有するハロゲン塩などであるがこれに限られない第４級アンモニウムハロゲン化合物を含む。炭化水素は、直鎖または分枝アルキルを含むがこれらに限られない単なるアルキルであることができる。

ハロゲン供給源１０３は、ポリマー基材１０１および吸着剤材料１０２と関連して多くの形態を取ることができるであろうし、そして図２に記載された形態に限定されない。ハロゲン化合物は、吸着剤ポリマー複合物の調製の間に単純な混合物を通して加えられることができる。１種または２種以上の例示的な態様において、ハロゲン化合物は、吸着剤中に含浸され、吸着されまたはイオン交換されることができる。テトラアルキルアンモニウムヨージドおよびブロマイドの場合、制限された溶解度により、溶液からの吸着は、吸着剤上への最も高い充填を提供するであろう。本質的に水に不溶性のトリハロゲン化物誘導体の場合、含浸または吸着は、クロロホルム、ジクロロメタン、メタノール、イソプロパノール、エタノール、アセトニトリルまたはその同類のものなどの好適な有機溶媒を使用して行うことができる。代わりに、反応１および２：
（１）３Ｒ_４ＮＩ＋２Ｈ^＋＋１／２Ｏ_２→Ｒ_４ＮＩ_３＋Ｈ_２Ｏ＋２Ｒ_４Ｎ^＋
（２）３Ｒ_４ＮＩ＋２Ｈ^＋＋Ｈ_２Ｏ_２→Ｒ_４ＮＩ_３＋２Ｈ_２Ｏ＋２Ｒ_４Ｎ^＋
によって記載されるように、酸の存在下での好適な酸化剤を使用したハロゲン化物誘導体の酸化によって、
または反応３：
（３）Ｒ_４ＮＩ＋Ｉ_２→Ｒ_４ＮＩ_３
によって記載されるように、元素状ハロゲン（Ｂｒ_２またはＩ_２）と、ハロゲン化物誘導体によって、
または反応４：
（４）Ｒ_４ＮＩ＋Ｉ_３ ⁻→Ｒ_４ＮＩ_３＋Ｉ⁻
によって記載されるように、Ｉ_３ ⁻の水溶液と、ハロゲン化物誘導体によって、
トリハロゲン化物は、生成されることができる。

反応２において、過酸化水素、アルカリ金属パーサルフェート、アルカリ金属モノパーサルフェート、ヨウ素酸カリウム、カリウムモノパーサルフェートを含むがこれらに限られない他の好適な酸化剤を用いることができ、および酸素は、適当な化学量論で置換されることができる。さらに臭素は、上記反応（１）〜（４）のいずれかにおいてヨードの代わりとして使用されることができる。

酸化剤としての使用のためにさらに好適な化合物は、鉄（ＩＩＩ）塩（例えば、ハロゲン化鉄（ＩＩＩ）（クロライド、ブロマイド、ヨージド））、硝酸鉄（ＩＩＩ）、硫酸鉄（ＩＩＩ）、酸化鉄（ＩＩＩ）、およびそれらの組み合わせを含むがこれらに限られない。鉄（ＩＩＩ）塩は、反応５：
（５） ２Ｆｅ^＋３＋２Ｉ⁻→２Ｆｅ^＋２＋Ｉ_２
によって生成されることができる。

テトラアルキルアンモニウムカチオンをさらに効果的に利用するために、ヨウ化カリウムなどの安価なハロゲン供給源で、反応（１）および（２）中の２つのテトラアルキルアンモニウムハロゲン化物を置き換えることができる。

図２は、第４級アンモニウムハロゲン化合物式（１）１０３が、部分的に活性炭１０２を覆う態様を示す。図４は、第４級アンモニウムハロゲン化合物式（１）３０２が活性炭３０１のセグメントを完全に覆う別の態様を示す。図２、３および４の材料配向の組み合わせは、本発明の考慮される範囲内にある。

要約すると、炭素から浸出する塩の傾向（ｐｒｏｐｅｎｓｉｔｙ）は、１）水および酸中の塩の溶解度、および２）活性炭への塩の吸着への親和性と相関する。

表面上に吸着する分子の相対的な親和性は、周知のラングミュア吸着等温線によって定量化することができる。下記式において：

式θ＝ＫＣａ／（１＋ＫＣａ）はラングミュア式である。

実際にはθを直接測定することは難しい。典型的には１グラムの炭素当たりの吸着剤の取り込みを測定した。したがって、我々はθを、ｇ／グラム（ｇ／ｇｒａｍ）での炭素中への吸着剤の測定された取り込み／パラメーターａ（特定の吸着物でのグラム／グラム（ｇｒａｍｓ／ｇｒａｍ）での炭素中の全吸着容量を表す）の比と規定する。
θ＝取り込み／ａ

上で述べたように、溶液からの吸着データに、ラングミュア式を適合させることによって、（吸着される種の親和性の尺度である）ラングミュア平衡定数Ｋ（以下「Ｋ_ａｆｆ」）および（全吸着容量を表す）パラメーターａを抽出することができる。Ｋ_ａｆｆの値が高ければ高いほど、液相中に溶解されるより表面上に存在する種の親和性がより高くなる。

ＫＩおよびＮａＢｒなどの水銀捕捉のために用いられるハロゲン塩は水に容易に溶解しそして活性炭上に事実上吸着されない。結果として、ＳＯ_２が豊富な排気ガスから水銀を減らすために使用される場合、ハロゲン塩は容易に浸出する。

本明細書中に記載された化合物は、ＫＩおよびＮａＢｒに比較した場合、活性炭上に大幅に吸着することが見出され、したがって使用において浸出に対して改善された耐性を有することを期待できるであろう。アルキル第４級アンモニウム塩の研究の間、すべての塩が等しく挙動するわけではないことを見出した。特に、（１）ヨージド塩はブロマイド塩より大きなＫ_ａｆｆを有し、および（２）アルキル基の炭素長を増加させるとまた、Ｋ_ａｆｆを増加させることによって測定されるような炭素でのより高い親和性となることが見出された。それ故にすべてのテトラアルキルアンモニウムヨージドおよびブロマイドは、水銀を除きおよびＳＯ_２を酸化するために活性炭の有効性を高めるのに効果的あるが、テトラブチルアンモニウムは、特に効果的でありおよび浸出に耐性があることを見出した。表１は、いくつかの例示的な化合物のＫ_ａｆｆの値を示す。

適当な条件下で、炭素上に吸着されたテトラアルキルアンモニウムブロマイドおよびテトラアルキルアンモニウムヨージドをトリハロゲン化物誘導体に転化させることができることが、驚いたことに見出された。テトラアルキルアンモニウムトリハロゲン化物は、水および酸中にやや溶けにくいが、水銀と非常に反応しおよびＳＯ_２を硫酸に非常に酸化する。活性炭上に担持されたトリハロゲン化物は特に浸出に耐性があり、依然優れた水銀捕捉効率を提供する。活性炭上に担持されたテトラアルキルアンモニウムトリハロゲン化物の調製は以前には報告されていなかった。

図５（例１および２）は、木材および石炭上から誘導された炭素の水溶液からのテトラブチルアンモニウムヨージド（以下「ＴＢＡＩ」）のラングミュア吸着等温線を示す。本質的にヨウ化カリウムは、これらの炭素の上に水溶液から吸着されないが、等温線はＴＢＡＩが木材および石炭から誘導された炭素の両方に強い親和性を有することを示し、それによって浸出による損失に対するより良い耐性を提供する。図５はさらにＴＢＡＩの一部分が単に木材炭素上への吸着によってトリヨージド誘導体に転化されたことを示す。そうした転化は石炭から誘導された炭素上では観察されなかった。特にＴＢＡＩをトリヨージドに転化できる条件が木材系炭素（例えば酸性度および／または酸化サイト）上に存在する。

図６（例１、３、および４）は、鎖長を変えたテトラアルキルアンモニウムヨージドの水溶液からのラングミュア吸着等温線を示す。具体的に、木材から誘導された炭素上の、テトラエチルアンモニウム（アルキル鎖長＝２炭素）、テトラプロピルアンモニウムヨージド（アルキル鎖３炭素）、およびテトラブチルアンモニウムヨージド（アルキル鎖長＝４炭素）での水溶液からの等温線を示す。アルキル鎖長が２炭素から４炭素に増加するにつれて、炭素への親和性が増加し、および浸出による損失に対する改善された耐久性を提供することが図６から明らかである。

図７（例５および６）は、木材および石炭から誘導された炭素の水溶液からのテトラブチルアンモニウムブロマイド（以下「ＴＢＡＢｒ」と呼ぶ）のラングミュア吸着等温線を示す。これらの炭素の水溶液から本質的に臭化ナトリウムは吸着しないが、等温線はＴＢＡＢｒが木材および石炭系炭素の両方に強い親和性を有することを示し、それによって浸出による損失に対するより良い耐久性を提供する。図７はさらに、ＴＢＡＢｒの一部分が単に木材炭素上への吸着によってトリハロゲン化物誘導体に転化したことを示す。そうした転化は、石炭から誘導された炭素では観察されなかった。特にＴＢＡＢｒをトリブロマイド形態（例えば酸性度および／または酸化部位）に転化できる条件が木材系炭素上にある。

ある態様において、吸着剤ポリマー複合物は、ポリテトラフルオロエチレンなどの低表面エネルギーを有するポリマー中に吸収されたかまたはこれと混合された高表面積材料を含む。高表面積材料の例は、活性炭（例えば、石炭、褐炭、木材、ココナツ殻および他の炭素質材料から誘導された活性炭）、シリカゲル、およびゼオライトを含む。

いずれも水およびＨ_２ＳＯ_４による浸出に耐性があり、および活性炭に高い親和性を有する、第４級アンモニウムハロゲン化物および／またはトリハロゲン化物などの耐久性のあるハロゲン化物供給源を含むことは、本発明の範囲内であることがまた考えられる。

試験方法
当然のことながら、ある方法および装置は下記とおりであるが、当業者によって適切に決定される他の方法または装置を代わりに利用できる。

吸着試験方法
試験される１グラムの一定分量の炭素を、脱イオン水中に溶解された特定のハロゲン化物塩の可変の開始濃度を含む１００ｍｌの溶液に加えた。この可変の開始濃度は、名目上０．１、０．２５、０．５、１．０および２．０ｗｔ％であった。１５分の攪拌後に、スラリーを濾過し、そして（Ｈａｒｒｉｓ，Ｑｕａｎｔａｔｉｖｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ，６ｔｈ Ｅｄ．，Ｗ．Ｈ．Ｆｒｅｅｍａｎ ＆ Ｃｏ，ＮＹ，ｐ１４２〜１４３に記載されたとおりに）Ｆａｊａｎ’ｓ滴定によってヨージドの含有量を再分析した。取り込み質量比（ｇ／ｇの炭素）対残留する吸着物の濃度に関して結果を報告した。データをラングミュア吸着式に当てはめて、平衡定数Ｋ_ａｆｆおよび全容量「ａ」を抽出した。

トリハロゲン化物の存在のための試験
上記の吸着試験に続いて、少量の空気乾燥した炭素ろ過ケーキ（典型的には０．１グラム）を１０ｍｌの分光光度グレードのジクロロメタンで抽出した。紫外可視分光計を使用して２９５および３６５ｎｍでの吸光度から抽出物中のトリヨージドの濃度を決定した。濃度を較正曲線との比較で決定した。較正曲線は、（２９５および３６５ｎｍでの）吸光度対ジクロロメタン中のテトラブチルアンモニウムトリヨージド標準（名目上２〜４０百万分の１質量部）から作った標準からの濃度からなる。１グラムの炭素当たり抽出されたＴＢＡＩ_３のｇで結果を報告した。同様に、トリブロマイドを、紫外可視分光光度計を使用して２３０ｎｍでの吸光度から決定した。この場合は、吸着対濃度較正曲線を、テトラブチルアンモニウムトリブロマイド標準（名目上５０〜２００百万分の１質量部）を使用して調製した。

水銀除去のための試験
（１）マスフローコントローラーによって制御された空気の供給源（２）水銀浸透管を含むＤｙｎａｃａｌｉｂｒａｔｏｒ（ＶＩＣＩ）を通る少量の窒素パージにより生成された水銀供給源（３）バイパスに適合され、および６５℃に維持されたオーブン中に位置する試料セルおよび（４）任意の酸化された水銀を元素状水銀に転化させる塩化スズ／Ｈ_２ＳＯ_４バブラー、および（５）短路長ガラスセルを備えたＺｅｅｍａｎ効果原子吸着水銀分析器（Ｏｈｉｏ Ｌｕｍｅｘ）による水銀検出からなる装置を使用して、水銀除去のための試験を行った。（試料をバイパスした）入口水銀レベルと（試料を通過した）出口レベルとの間の違いとして効率を報告した。
％効率＝［濃度（入口）−濃度（出口）］／濃度（入口）×１００

比較例１
木材系活性炭上でのヨウ化カリウム（ＫＩ）の吸着

１グラムの一定分量の活性化された木材炭素（Ｗｅｓｔｖａｃｏ，ＮＵＣＨＡＲ ＳＡ２０）を、脱イオン水中に溶解されたヨウ化カリウム（Ａｌｄｒｉｃｈ）の可変の開始濃度を含む１００ｍｌの溶液に加えた。１５分の攪拌後に、スラリーを濾過し、そして（Ｈａｒｒｉｓ，Ｑｕａｎｔａｔｉｖｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ，６ｔｈ Ｅｄ．，Ｗ．Ｈ．Ｆｒｅｅｍａｎ ＆ Ｃｏ，ＮＹ，ｐ１４２〜１４３に記載されたとおりに） Ｆａｊａｎ’ｓ滴定によってヨージドの含有量を再分析した。本質的にヨウ化カリウムの取り込みは分析の精度の範囲内（検出限界＝０．０３ｇのＫＩ／ｇ炭素）で観察されなかった。

例１
木材系活性炭上でのテトラブチルアンモニウムヨージド（ＴＢＡＩ）の吸着

１グラムの一定分量の活性化された木材炭素（Ｗｅｓｔｖａｃｏ，ＮＵＣＨＡＲ ＳＡ２０）を、脱イオン水中に溶解されたＴＢＡＩ（Ａｌｄｒｉｃｈ）の可変の開始濃度を含む１００ｍｌの溶液に加えた。１５分の攪拌後に、スラリーを濾過し、そしてＦａｊａｎ’ｓ滴定によってヨージドの含有量を再分析した。吸着実験からの乾燥したろ過ケーキを、その後に１０ｍｌの塩化メチレンで抽出した。Ｉ_３ ⁻に帰属できる２９５ｎｍおよび３６５ｎｍにおけるピークを抽出物のＵＶスペクトル中に観察した。結果を表１および図５に示す。

例２
石炭系活性炭上でのテトラブチルアンモニウムヨージド（ＴＢＡＩ）の吸着

１グラムの一定分量の活性化された石炭炭素（ＮＯＲＩＴ，ＰＡＣ２０−ＢＦ）を、脱イオン水中に溶解されたＴＢＡＩ（Ａｌｄｒｉｃｈ）の可変の開始濃度を含む１００ｍｌの溶液に加えた。１５分の攪拌後に、スラリーを濾過し、そしてＦａｊａｎ’ｓ滴定によってヨージドの含有量を再分析した。吸着実験からの乾燥したろ過ケーキを１０ｍｌの塩化メチレンでその後抽出した。Ｉ_３ ⁻に帰属できる２９５ｎｍおよび３６５ｎｍにおけるピークは抽出物のＵＶスペクトル中に観察されなかった。結果を表１および図５に示す。

例３
木材系活性炭上でのテトラエチルアンモニウムヨージド（ＴＥＡＩ）の吸着

１グラムの一定分量の活性化された木材炭素（Ｗｅｓｔｖａｃｏ，ＮＵＣＨＡＲ ＳＡ２０）を、脱イオン水中に溶解されたテトラエチルアンモニウムヨージド（Ａｌｄｒｉｃｈ）の可変の開始濃度を含む１００ｍｌの溶液に加えた。１５分の攪拌後に、スラリーを濾過し、そしてＦａｊａｎ’ｓ滴定によってヨージドの含有量を再分析した。結果を表１および図６に示す。

例４
木材系活性炭上でのテトラプロピルアンモニウムヨージド（ＴＰＡＩ）の吸着

１グラムの一定分量の活性化された木材炭素（Ｗｅｓｔｖａｃｏ，ＮＵＣＨＡＲ ＳＡ２０）を、脱イオン水中に溶解されたテトラプロピルアンモニウムヨージド（Ａｌｄｒｉｃｈ）の可変の開始濃度を含む１００ｍｌの溶液に加えた。１５分の攪拌後に、スラリーを濾過し、そしてＦａｊａｎ’ｓ滴定によってヨージドの含有量を再分析した。結果を表１および図６に示す。

例５
木材炭素上でのテトラブチルアンモニウムブロマイド（ＴＢＡＢｒ）の吸着

１グラムの一定分量の活性化された木材炭素（Ｗｅｓｔｖａｃｏ，ＮＵＣＨＡＲ ＳＡ２０）を、脱イオン水中に溶解されたＴＢＡＢｒ（Ａｌｄｒｉｃｈ）の可変の開始濃度を含む１００ｍｌの溶液に加えた。１５分の攪拌後に、スラリーを濾過し、そしてＦａｊａｎ’ｓ滴定によってブロマイドの含有量を再分析した。吸着実験からの乾燥したろ過ケーキを、その後に１０ｍｌの塩化メチレンで抽出した。Ｂｒ_３ ⁻に帰属できる２３０ｎｍにおけるピークを抽出物のＵＶスペクトル中に観察した。結果を表１および図７に示す。

例６
石炭炭素上でのＴＢＡＢｒの吸着

１グラムの一定分量の活性化された石炭炭素（ＮＯＲＩＴ，ＰＡＣ２０−ＢＦ）脱イオン水中に溶解されたＴＢＡＢｒ（Ａｌｄｒｉｃｈ）の可変の開始濃度を含む１００ｍｌの溶液に加えた。１５分の攪拌後に、スラリーを濾過し、そしてＦａｊａｎ’ｓ滴定によってブロマイドの含有量を再分析した。結果を表１および図７に示す。

例７
木材炭素上でのドデシルトリメチルアンモニウムブロマイド（ＤＴＭＡＢｒ）の吸着

１グラムの一定分量の活性炭（Ｗｅｓｔｖａｃｏ ＮＵＣＨＡＲ ＳＡ２０）を、脱イオン水中に溶解されたドデシルトリメチルアンモニウムブロマイド（Ａｌｄｒｉｃｈ）の可変の開始濃度を含む１００ｍｌの溶液に加えた。１５分の攪拌後に、スラリーを濾過し、そしてＦａｊａｎ’ｓ滴定によってブロマイドの含有量を再分析した。結果を表１に示す。

例８
水中のＴＢＡＩと水銀との反応

１２ｍｌの脱イオン水中に０．１２グラムのＴＢＡＩ（Ａｌｄｒｉｃｈ）を溶解させることによって調製した１ｗｔ％のＴＢＡＩ溶液を、小型のインピンジャー（ｍｉｎｉ−ｉｍｐｉｎｇｅｒ）に加えた。約６００μｇ／ｍ^３の水銀を含む約２ｓｌｐｍの空気からなるガス流をインピンジャーに通した。水銀濃度にあったとしてもほとんど変化は観察されなかった。

例９
ＴＢＡＩと硫酸との反応

１００ｍｌの１Ｎ硫酸（Ｊ．Ｔ．Ｂａｋｅｒ）中の２．０グラムのＴＢＡＩ（Ａｌｄｒｉｃｈ）を溶解させることによって２ｗｔ％のＴＢＡＩ溶液を調製し、数日放置させた。この溶液は約３０分後に濁ってきて、そして沈殿物は一晩成長した。数日後に溶液から黒色結晶を回収した。これらの結晶がテトラブチルアンモニウムトリヨージドであることが元素分析で明らかになった。

例１０
１Ｎ硫酸中のＴＢＡＩと水銀との反応

１２ｍｌの１Ｎ硫酸（Ｊ．Ｔ．Ｂａｋｅｒ）中の０．１２グラムのＴＢＡＩ（Ａｌｄｒｉｃｈ）を溶解することによって調製した１ｗｔ％のＴＢＡＩ溶液を、小型のインピンジャーに加えた。約６００μｇ／ｍ^３の水銀を含む約２ｓｌｐｍの空気からなるガス流をインピンジャーに通した。約３７％の水銀除去効率を観察された。類似の条件下で１Ｎ硫酸を用いても本質的に水銀の除去はなんら観察されなかった。酸中のＴＢＡＩと水銀との反応は、例９によって示されるように、酸性条件下でのテトラブチルアンモニウムトリヨージドの存在による。

例１１
テトラブチルアンモニウムトリヨージドと水銀との反応

純粋なテトラブチルアンモニウムトリヨージドを、（１リッターの脱イオン水中に溶解した１２．７１ｇのヨード（Ａｌｄｒｉｃｈ）および１９．１０ｇのヨウ化カリウム（Ａｌｄｒｉｃｈ）を使用して調製した）０．１Ｎのヨード溶液から、水中に溶解した５．４ミリモルのＴＢＡＩ（Ａｌｄｒｉｃｈ）と５．４ミリ当量のヨードとの反応によって合成した。ただちに黒色沈殿物が得られた。沈殿物を熟成するために３時間撹拌後に、濾過し、そしてメタノール溶液から再結晶した。元素分析は［（Ｃ_４Ｈ_９）_４Ｎ］Ｉ_３と良好に整合した。１０ｍｌのメタノール中のテトラブチルアンモニウムトリヨージドの０．１ｗｔ％溶液を小型のインピンジャーに加えた。約６００μｇ／ｍ^３の水銀を含む２ｓｌｐｍの空気からなるガス流をインピンジャーに通した。１００％の水銀除去が観察された。メタノール単独を使用した制御では本質的に水銀の除去は観察されなかった。

比較例２
粉末化活性炭による水銀の除去

１００ｍｇの活性炭（Ｎｕｃｈａｒ ＳＡ２０）を、１０ｍｌの砂と充分に混合した。２．５ｍｌのこの混合物をグラスウールで両側を支持した１ｃｍ×１ｃｍのセルに充填した。名目上２００μｇＨｇ／ｍ^３を含む１ｓｌｐｍの空気を試料の上に通した。２時間後の約６〜７％の水銀除去効率を観察した。

例１２
ＴＢＡＩを含浸させた木材炭素による水銀の除去

１０グラムの活性炭（Ｎｕｃｈａｒ ＳＡ２０）の試料をインシピエントウェットネス（ｉｎｃｉｐｉｅｎｔ ｗｅｔｎｅｓｓ）技術を使用して０．１０７５ｇのＴＢＡＩ（Ａｌｄｒｉｃｈ）を含む１２グラムの水溶液で含浸させた。試料を１２０℃で１時間乾燥させた。

１００ｍｇの生じたＴＢＡＩを含浸させた炭素を１０ｍｌの砂と充分に混合した。２．５ｍｌのこの混合物をグラスウールで両側を支持した１ｃｍ×１ｃｍのセルに充填した。名目上２００μｇＨｇ／ｍ^３を含む１ｓｌｐｍの空気を試料の上に通した。約１時間で１００％の水銀除去効率を観察した。この点の後でブレークスルーは比較的急速であった。

例１３
硫酸で処理したＴＢＡＩを含浸させた炭素による水銀の除去

１０グラムの活性炭（Ｎｕｃｈａｒ ＳＡ２０）を１Ｎの硫酸（Ａｌｄｒｉｃｈ）中に溶解した０．２ｇのＴＢＡＩ（Ａｌｄｒｉｃｈ）を含む溶液中で一晩撹拌した。例８および例９に示すように、酸の存在下でのＴＢＡＩの反応はテトラブチルアンモニウムトリヨージドを生成することが期待された。

１００ｍｇのＴＢＡＩ／硫酸処理された炭素を１０ｍｌの砂と充分に混合した。２．５ｍｌのこの混合物をグラスウールで両側を支持した１ｃｍ×１ｃｍのセルに充填した。名目上２００μｇＨｇ／ｍ^３を含む１ｓｌｐｍの空気を試料の上に通した。１００％の水銀除去効率が得られた。３時間の試験の結果、水銀除去効率は依然９０％を超えていた。

例１４
活性炭上に吸着されたＴＢＡＩによる水銀除去

１グラムの活性炭（Ｎｕｃｈａｒ ＳＡ２０）を５０ｍｌのＤＩ水中に溶解した０．３７ｇのＴＢＡＩに加えた。溶液を１５分間撹拌し、次に濾過し、そして炭素を６５℃で乾燥させた。

吸着されたＴＢＡＩを含む１００ｍｇの炭素を１０ｍｌの砂と充分に混合した。２．５ｍｌのこの混合物をグラスウールで両側を支持した１ｃｍ×１ｃｍのセルに充填した。名目上２００μｇＨｇ／ｍ^３を含む１ｓｌｐｍの空気を試料の上に通した。試料に２日間空気を通した。１００％の水銀除去効率を１日目に観察した。２日目（２０時間）の始めには、効率は、９１％であった。その後にブレークスルーが徐々に観察された。使用した炭素／砂混合物の水銀含有量の分析で、（ほとんど完全にブレークスルー近くまで行った）試験にわたって、約１．０ｇＨｇ／グラムＣの全水銀取り込みを得た。

例１５
酸性過酸化水素で処理した活性炭上に吸着されたＴＢＡＩによる水銀の除去

１グラムの活性炭（Ｎｕｃｈａｒ ＳＡ２０）を、０．３７ｇのＴＢＡＩを溶解した５０ｍｌのＤＩ水に加えた。溶液を１５分間撹拌した。炭素をろ過し、そして５０ｍｌの１Ｎ硫酸（Ｊ．Ｔ．Ｂａｋｅｒ）および０．３３５ｍｌの３％過酸化水素（Ｖｉ−Ｊｏｎ）で再スラリー化した。過酸化水素は、ＴＢＡＩを反応によりテトラブチルアンモニウムトリヨージドに転化することが期待された。
３（Ｂｕ_４）ＮＩ＋２Ｈ^＋＋Ｈ_２Ｏ_２→Ｂｕ_４ＮＩ_３＋２Ｈ_２Ｏ＋２Ｂｕ_４Ｎ^＋

そのように処理された炭素をろ過し、そして６５℃で１時間乾燥させた。

酸性過酸化水素で処理した吸着されたＴＢＡＩを含む１００ｍｇの生じた炭素を１０ｍｌの砂と充分に混合した。２．５ｍｌのこの混合物をグラスウールで両側を支持した１ｃｍ×１ｃｍのセルに充填した。名目上２００μｇＨｇ／ｍ^３を含む１ｓｌｐｍの空気を試料の上に通した。試料に３日間空気を通した。１００％の水銀除去効率は約３０時間の間維持された。３日目（４８時間）の始めには、効率は、５７％であった。その後にブレークスルーが徐々に観察された。使用した炭素／砂混合物の水銀含有量の分析で、（ほとんど完全にブレークスルー近くまで行った）試験にわたって、約１．３ｇＨｇ／グラムＣの全水銀取り込みを得た。

例１６
木材系活性炭上に吸着されたテトラブチルアンモニウムトリヨージドによる水銀の除去

０．７４グラムのＴＢＡＩ（Ａｌｄｒｉｃｈ）０．５６ｇのＫＩ（Ａｌｄｒｉｃｈ）および０．１４７５グラムのＫＩＯ_３（Ａｌｄｒｉｃｈ）を、５０ｍｌの１０％硫酸（ＪＴＢＡＫＥＲ）に加えた。ただちに黒色沈殿物が得られ、これを撹拌しながら３時間熟成させた。沈殿物をろ過し、そしてメタノールから部分的に再結晶させて黒色針状結晶を与えた。元素分析は［（Ｃ_４Ｈ_９）_４Ｎ］Ｉ_３と一致した。５０ｍｌのメタノール中に溶解させた約０．２５ｇの生じたＴＢＡＩ_３を１グラムの活性炭（Ｗｅｓｔｖａｃｏ ＮＵＣＨＡＲ ＳＡ２０）と伴に撹拌した。スラリーを１５分間撹拌し、次にろ過し、そして６５℃で３０分乾燥させた。

ＴＢＡＩ_３を含む１００ｍｇの生じた炭素を１０ｍｌの砂と充分に混合した。２．５ｍｌのこの混合物をグラスウールで両側を支持した１ｃｍ×１ｃｍのセルに充填した。名目上２００μｇＨｇ／ｍ^３を含む１ｓｌｐｍの空気を試料の上に通した。試料に全３日間空気を通した。１００％の水銀除去効率を、２７時間の間維持した。３日目（４４．５時間）の始めには、効率は約１１％であった。使用した炭素／砂混合物の水銀含有量の分析で、（ほとんど完全にブレークスルー近くまで行った）試験にわたって、約１．０ｇＨｇ／グラムＣの全水銀取り込みを得た。

例１７
木材系活性炭上に吸着されたテトラブチルアンモニウムブロマイド（ＴＢＡＢｒ）による水銀除去

２グラムの活性炭（Ｎｕｃｈａｒ ＳＡ２０）を、２グラムのＴＢＡＩを溶解させた１００ｍｌのＤＩ水に加えた。溶液を１５分間撹拌させ、次にろ過し、そして炭素を６５℃で乾燥させた。

吸着されたＴＢＡＢｒを含む１００ｍｇの炭素を１０ｍｌの砂と充分に混合した。２．５ｍｌのこの混合物をグラスウールで両側を支持した１ｃｍ×１ｃｍのセルに充填した。名目上２００μｇＨｇ／ｍ^３を含む１ｓｌｐｍの空気を試料の上に通した。試料に２日間空気を通した。１００％の水銀除去効率を１日目に観察した。２日目（２４時間）には、効率は、８０％であった。その後にブレークスルーを徐々に観察した。使用した炭素／砂混合物の水銀含有量の分析で、（ほとんど完全にブレークスルー近くまで行った）試験にわたって、約０．７５ｇＨｇ／グラムＣの全水銀取り込みを得た。

比較例３
炭素／ＰＴＦＥテープによる水銀除去

（米国特許第‘３５２号明細書に記載されたとおりに製造した）炭素−ＰＴＦＥテープの１０ｍｍ×１５０ｍｍのストリップを６５℃に維持したオーブン中の１０ｍｍ×１０ｍｍのセル中に配置し、そして１００μｇ／ｍ^３の水銀を含む１０ｓｌｐｍの空気に３０分間曝した。水銀除去効率は、１３．１％であった。

例１８
炭素／ＰＴＦＥテープ上のＴＢＡＩ_３による水銀除去

（米国特許第‘３５２号明細書に記載されたとおりに製造した）炭素−ＰＴＦＥテープの１０ｍｍ×１５０ｍｍのストリップを、２．５ｍｌのクロロホルム中に溶解した１００ｍｇのＴＢＡＩ_３を含む溶液で１５分間処理した。このテープを真空下周囲温度で乾燥させ次に６５℃に維持したオーブン中の１０ｍｍ×１０ｍｍのセル中に配置し、そして１００μｇ／ｍ^３の水銀を含む１０ｓｌｐｍの空気に３０分間曝した。水銀除去効率は、３５．０％であった。

例１９
炭素／ＰＴＦＥテープ上でのＴＢＡ−Ｉ_２Ｂｒによる水銀除去

ＴＢＡ−Ｉ_２Ｂｒを、０．６４ｇのＴＢＡＢｒ（Ａｌｄｒｉｃｈ）と、ＩＰＡ溶液中の０．５０グラムの元素状ヨード（Ａｌｄｒｉｃｈ）との直接反応により合成した。生成物をろ過し、そしてデシケーター中で乾燥させた。

米国特許第７，４４２，３５２Ｂ２号明細書に記載されたとおりに製造した炭素−ＰＴＦＥテープの１０ｍｍ×１５０ｍｍストリップを、２．５ｍｌのクロロホルム（Ａｌｄｒｉｃｈ）中に溶解した１００ｍｇのＴＢＡＩ_２Ｂｒを含む溶液で１５分間処理した。このテープを真空下周囲温度で乾燥させ、次に６５℃に維持したオーブン中の１０ｍｍ×１０ｍｍのセル中に配置し、そして１００μｇ／ｍ^３の水銀を含む１０ｓｌｐｍの空気に３０分間曝した。水銀除去効率は、３３．３％であった。

例２０
炭素／ＰＴＦＥテープ上でのＴＢＡ−ＩＢｒ_２による水銀除去

ＴＢＡ−ＩＢｒ_２を、水中に溶解した１．０ｇのＴＢＡＩ（Ａｌｄｒｉｃｈ）（０．１９６Ｎ溶液）と、３２ｍｌの元素状臭素（Ａｌｄｒｉｃｈ）との直接反応により合成した。生成物をろ過し、そしてデシケーター中で乾燥させた。

米国特許第‘３５２号明細書に記載されたとおりに製造した炭素−ＰＴＦＥテープの１０ｍｍ×１５０ｍｍストリップを、２．５ｍｌのクロロホルム（Ａｌｄｒｉｃｈ）中に溶解した１００ｍｇのＴＢＡＩＢｒ_２を含む溶液で１５分間処理した。
このテープを真空下周囲温度で乾燥させ、次に６５℃に維持したオーブン中の１０ｍｍ×１０ｍｍのセル中に配置し、そして１００μｇ／ｍ^３の水銀を含む１０ｓｌｐｍの空気に３０分間曝した。水銀除去効率は、３５．１％であった。

例２１
炭素／ＰＴＦＥテープ上のＴＢＡ−Ｂｒ_３による水銀除去

ＴＢＡ−Ｂｒ_３を、０．５ｇのＴＢＡＢｒ（Ａｌｄｒｉｃｈ）と、水中に溶解した元素状臭素（Ａｌｄｒｉｃｈ）（０．１０５Ｎ）との直接反応により合成した。生成物をろ過し、そしてデシケーター中で乾燥させた。

米国特許第７，４４２，３５２Ｂ２号明細書に記載されたとおりに製造した炭素−ＰＴＦＥテープの１０ｍｍ×１５０ｍｍストリップを、２．５ｍｌのクロロホルム中に溶解した２００ｍｇのＴＢＡＩＢｒ_２を含む溶液で１５分間処理した。このテープを真空下周囲温度で乾燥させ、次に６５℃に維持したオーブン中の１０ｍｍ×１０ｍｍのセル中に配置し、そして１００μｇ／ｍ^３の水銀を含む１０ｓｌｐｍの空気に３０分間曝した。水銀除去効率は、３４．４％であった。

例２２
炭素／ＰＴＦＥテープ上のドデシルトリメチルアンモニウムトリブロマイドによる水銀除去

０．６１７グラムのドデシルトリメチルアンモニウムブロマイド（Ａｌｄｒｉｃｈ）を、５０ｍｌの脱イオン水中に溶解させた。これを水中に溶解した５７ｍｌの臭素（Ａｌｄｒｉｃｈ）（０．０７２Ｎ）と反応させた。生じた黄色沈殿物を３０分間撹拌し、そして次にろ過し、そしてデシケーター中真空下で乾燥させた。生成物、ドデシルトリメチルアンモニウムトリブロマイドを、さらに精製することなく使用した。

米国特許第７，４４２，３５２Ｂ２号明細書に記載されたとおりに製造した炭素−ＰＴＦＥテープの１０ｍｍ×１５０ｍｍストリップを、２．５ｍｌのクロロホルム（Ａｌｄｒｉｃｈ）中に溶解した１００ｍｇのドデシルトリメチルアンモニウムトリブロマイドを含む溶液で１５分間処理した。このテープを真空下周囲温度で乾燥させ、次に６５℃に維持したオーブン中の１０ｍｍ×１０ｍｍのセル中に配置し、そして１００μｇ／ｍ^３の水銀を含む１０ｓｌｐｍの空気に３０分間曝した。水銀除去効率は、４１．２％であった。

比較例４
木材系炭素によるＳＯ_２酸化

５０ｍｇの活性炭（Ｎｕｃｈａｒ ＳＡ２０）粉末（１０〜２５μｍ）を、円筒型のカラム中に充填した。名目上２００ｐｐｍｖのＳＯ_２を含む１００ｓｃｃｍの空気を、５０％ＲＨ、２５℃で試料の上に通した。約１０％のＳＯ_２除去効率を、６０分後に観察した。

例２３
ＴＢＡＩ処理された木材炭素によるＳＯ_２酸化

グラムのＴＢＡＩを１００ｃｃのＤＩ水中に溶解させた。２グラムの木材系炭素（Ｎｕｃｈａｒ ＳＡ２０）粉末（１０〜２５μｍ）を溶液と混合させ、そして２４時間撹拌した。過剰水を９０℃で蒸発させ、そして試料を１１０℃で乾燥させた。

５０ｍｇのそうしたＴＢＡＩを含浸させた活性炭粉末を、円筒型のカラム中に充填した。名目上２００ｐｐｍｖのＳＯ_２を含む１００ｓｃｃｍの空気を、５０％ＲＨ、２５℃で試料の上に通した。約９９．９％のＳＯ_２除去効率を６０分後に観察した。

本出願の発明を、上記に一般的におよび特定実施形態に関しての両方で記載した。本開示の範囲を離れることなく種々の改変および変形を態様においてなすことができることが当業者には明らかであろう。したがって、付属の請求項およびそれらの均等の範囲内にある前提で、態様が本発明の改変および変形を範囲とすることを意図する。

Claims (39)

1. 高表面積の支持体を含む吸着剤ポリマー複合物基材と、
   前記吸着剤ポリマー複合物基材に隣接したハロゲン供給源と、
   を含む、排気ガス処理装置であって、
   前記ハロゲン供給源が、１０超のラングミュア平衡定数を有する、排気ガス処理装置。
2. 前記高表面積の支持体が、活性炭、シリカゲル、ゼオライトおよびそれらの組み合わせからなる群から選択される要素を含む、請求項１に記載の排気ガス処理装置。
3. 前記活性炭が、石炭系炭素、および木材系炭素およびココナツ系炭素からなる群から選択される、請求項２に記載の排気ガス処理装置。
4. 前記活性炭が炭素質材料から誘導されている、請求項２に記載の排気ガス処理装置。
5. 前記ハロゲン供給源が、テトラブチルアンモニウムヨージドである、請求項１に記載の排気ガス処理装置。
6. 前記ハロゲン供給源が、テトラブチルアンモニウムトリヨージドである、請求項１に記載の排気ガス処理装置。
7. 前記ハロゲン供給源が、テトラブチルアンモニウムトリブロマイドである、請求項１に記載の排気ガス処理装置。
8. 前記ハロゲン供給源が、テトラブチルアンモニウムブロマイドである、請求項１に記載の排気ガス処理装置。
9. 前記ハロゲン供給源が、式：Ｎ（Ｒ_１Ｒ_２Ｒ_３Ｒ_４）Ｘ（式中、Ｎは窒素であり、およびＸ＝Ｉ⁻、Ｂｒ⁻、Ｉ_３ ⁻、ＢｒＩ_２ ⁻、Ｂｒ_２Ｉ⁻、Ｂｒ_３ ⁻およびＲ_１、Ｒ_２、Ｒ_３およびＲ_４は、約１〜約１８の炭素原子を有する炭化水素からなる群から選択される。）を有する化合物を含む、請求項１に記載の排気ガス処理装置。
10. 前記吸着剤ポリマー複合物基材のポリマーが、ＰＴＦＥを含む、請求項１に記載の排気ガス処理装置。
11. 高表面積の支持体を含む吸着剤ポリマー複合物基材と、
    前記吸着剤ポリマー複合物基材に隣接したハロゲン供給源であって、前記ハロゲン供給源がテトラブチルアンモニウムハロゲン塩を含み、および前記ハロゲンがＩ⁻、Ｂｒ⁻、Ｉ_３ ⁻、ＢｒＩ_２ ⁻、Ｂｒ_２Ｉ⁻、Ｂｒ_３ ⁻の基から選択される、ハロゲン供給源と、
    を含む、排気ガス処理装置。
12. 高表面積の支持体を含む吸着剤ポリマー複合物基材と、
    前記吸着剤ポリマー複合物基材に隣接したハロゲン供給源であって、式：Ｎ（Ｒ_１Ｒ_２Ｒ_３Ｒ_４）Ｘ（式中、Ｘ＝Ｉ⁻、Ｂｒ⁻、Ｉ_３ ⁻、ＢｒＩ_２ ⁻、Ｂｒ_２Ｉ⁻、Ｂｒ_３ ⁻およびＲ_１、Ｒ_２、Ｒ_３およびＲ_４は、約１〜約１８炭素原子を有する炭化水素からなる群から選択され、前記炭化水素はアルキルである。）を有する化合物を含む、ハロゲン供給源と、
    を含む、排気ガス処理装置。
13. 前記ハロゲン供給源が、１０超のラングミュア平衡定数を有する、請求項１２に記載の排気ガス処理装置。
14. 前記高表面積の支持体が、活性炭シリカゲル、ゼオライトおよびそれらの組み合わせからなる群から選択される要素を含む、請求項１２に記載の排気ガス処理装置。
15. 活性炭が、石炭系炭素、および木材系炭素およびココナツ系炭素からなる群から選択される、請求項１２に記載の排気ガス処理装置。
16. 前記活性炭が炭素質材料から誘導されている、請求項１５に記載の排気ガス処理装置。
17. 前記ハロゲン供給源が、テトラブチルアンモニウムヨージドである、請求項１２に記載の排気ガス処理装置。
18. 前記ハロゲン供給源が、テトラブチルアンモニウムトリヨージドである、請求項１２に記載の排気ガス処理装置。
19. 前記ハロゲン供給源が、テトラブチルアンモニウムトリブロマイドである、請求項１２に記載の排気ガス処理装置。
20. 前記ハロゲン供給源が、テトラブチルアンモニウムブロマイドである、請求項１２に記載の排気ガス処理装置。
21. 前記アルキルが４〜６の炭素原子を有する、請求項１２に記載の排気ガス処理装置。
22. Ｘ＝ＢｒＩ_２ ⁻、Ｂｒ_２Ｉである、請求項１２に記載の排気ガス処理装置。
23. 前記ポリマー複合物が、ＰＴＦＥを含む、請求項１２に記載の排気ガス処理装置。
24. 高表面積の支持体を含む吸着剤ポリマー複合物基材と、
    前記吸着剤ポリマー複合物基材に隣接したハロゲン供給源であって、式：Ｎ（Ｒ_１Ｒ_２Ｒ_３Ｒ_４）Ｘ（式中、Ｘはトリハロゲン化物であり、および前記トリハロゲン化物は、酸化剤の存在下で、酸処理によってそのハロゲン化物前駆体から生成され、およびＲ_１、Ｒ_２、Ｒ_３およびＲ_４は約１〜約１８の炭素原子を有する炭化水素からなる群から選択される。）を有する化合物を含む、ハロゲン供給源と、
    を含む、排気ガス処理装置。
25. 前記炭化水素が、アルキルである、請求項２４に記載の排気ガス処理装置。
26. 前記酸化剤が、過酸化水素、アルカリ金属パーサルフェート、アルカリ金属モノパーサルフェート、ヨウ素酸カリウム、酸素、鉄（ＩＩＩ）塩、硝酸鉄（ＩＩＩ）、硫酸鉄（ＩＩＩ）、酸化鉄（ＩＩＩ）およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項２４に記載の排気ガス処理装置。
27. 前記酸が、排気ガス中でＳＯ_２の酸化によって生成される、請求項２４に記載の排気ガス処理装置。
28. ガス流から硫黄酸化物および水銀蒸気を除去するための方法であって、
    硫黄酸化物および水銀蒸気を含む前記ガス流に、酸素および水蒸気の存在下で、吸着剤ポリマー複合物基材およびハロゲン供給源の上を通過させることと、
    前記吸着剤ポリマー複合物基材上で、前記硫黄酸化物と前記酸素および水蒸気とを反応させて硫酸を生成させることと、
    前記水銀蒸気と前記ハロゲン供給源とを反応させ、および前記吸着剤ポリマー複合物基材上に前記水銀蒸気の分子を化学的に吸着および固定することと、
    の各ステップを含み、
    前記吸着剤ポリマー複合物基材は高表面積の支持体を含み、および前記ハロゲン供給源は前記吸着剤ポリマー複合物基材に隣接しており、前記ハロゲン供給源は１０超のラングミュア平衡定数を有する、方法。
29. 前記水蒸気が前記吸着剤ポリマー複合物基材の上流の前記ガス流に加えられる、請求項２８に記載の方法。
30. 排気ガス流から硫黄酸化物および水銀蒸気を除去するための方法であって、
    硫黄酸化物および水銀蒸気を含む前記ガス流に、酸素および水蒸気の存在下で、吸着剤ポリマー複合物基材およびハロゲン供給源の上を通過させることと、
    吸着剤ポリマー複合物基材上で、前記硫黄酸化物と前記酸素および水蒸気とを反応させて硫酸を生成させることと、
    前記水銀蒸気と前記ハロゲン供給源とを反応させ、および前記吸着剤ポリマー複合物基材上に前記水銀蒸気の分子を化学的に吸着および固定することと、
    の各ステップを含み、
    前記吸着剤ポリマー複合物基材は高表面積の支持体を含み、および前記ハロゲン供給源は前記吸着剤ポリマー複合物基材に隣接しており、前記ハロゲン供給源は式：Ｎ（Ｒ_１Ｒ_２Ｒ_３Ｒ_４）Ｘ（式中、Ｎは、窒素であり、およびＸ＝Ｉ⁻、Ｂｒ⁻、Ｉ_３ ⁻、ＢｒＩ_２ ⁻、Ｂｒ_２Ｉ⁻、Ｂｒ_３ ⁻であり、およびＲ_１、Ｒ_２、Ｒ_３およびＲ_４は、約１〜約１８の炭素原子を有する炭化水素からなる群から選択され、および前記炭化水素は、アルキルである）を有する、方法。
31. 前記水蒸気が前記吸着剤ポリマー複合物基材の上流の前記ガス流に加えられる、請求項３０に記載の方法。
32. 前記ハロゲン供給源がトリハロゲン化物である、請求項３０に記載の排気ガスを処理する方法。
33. 前記ハロゲン供給源が、硫酸および酸化剤の存在下で、トリハロゲン化物に転化されるハロゲン化物である、請求項３０に記載の排気ガスを処理する方法。
34. 前記酸化剤が、過酸化水素、アルカリ金属パーサルフェート、アルカリ金属モノパーサルフェート、ヨウ素酸カリウム、酸素、鉄（ＩＩＩ）塩、硝酸鉄（ＩＩＩ）、硫酸鉄（ＩＩＩ）、酸化鉄（ＩＩＩ）およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項３３に記載の排気ガスを処理する方法。
35. 前記酸が排気ガス中のＳＯ_２の酸化によって生成される、請求項３３に記載の排気ガスを処理する方法。
36. 前記ポリマー複合物がＰＴＦＥを含む、請求項３３に記載の排気ガスを処理する方法。
37. 前記高表面積の支持体が、活性炭シリカゲル、ゼオライトおよびそれらの組み合わせからなる群から選択される要素を含む、請求項３３に記載の排気ガスを処理する方法。
38. 活性炭が、石炭系炭素、および木材系炭素およびココナツ系炭素からなる群から選択される、請求項３３に記載の排気ガスを処理する方法。
39. 活性炭が炭素質材料から誘導されている、請求項３３に記載の排気ガスを処理する方法。

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