JP2019501022A - 電子照射による浄化のための装置及び方法 - Google Patents

Abstract

本開示は、電子への曝露によるガスの浄化方法、及びそのための装置に関する。そのような方法及び装置は、船舶への動力供給を例とする化石燃料の燃焼によって発生する有害な排出物を低減するために用いられ得る。１つの態様によると、電子照射による浄化のための装置が提供され、前記装置はアノード；カソード、前記アノードと前記カソードとの間に位置し、アノードとカソードとの間に電位差が確立された場合に、アノードとカソードとの間の電界の存在に応答して電子を電界放出するように構成されたナノ構造；並びに前記ナノ構造と結合し、ナノ構造が浄化されるべきガスを含有する容器内へ伸びて、前記容器の内部が前記電子に曝露され得るようにナノ構造を位置させるように構成された筐体を備える。さらなる態様によると、そのような装置を備えたシステム、及びそれを利用する方法が提供される。

Description

本開示は、電子へ曝露することによるガスの浄化方法、及びそのための装置に関する。本開示は、例えば燃焼排気ガスの浄化に特に適用することができる。そのような方法及び装置は、例えば、船舶への動力供給を例とする化石燃料の燃焼によって発生する有害な排出物を低減するために用いられ得る。

化石燃料の使用及び他のプロセスからの排出物を低減し、「よりクリーンな」、すなわち、有害性の低い排出物とすることがますます求められている。気候変動に寄与する可能性があり、並びに／又はヒト、動物、若しくは植物の健康状態に対して有害であること、及び／又は酸性雨を発生させることなどによって天然若しくは人工の構造物を損傷することを例とする他の方法によって環境を損傷する可能性がある汚染物質の排出を低減することが望ましい。

政府及び政府間機関は、それに応じて、特定の汚染物質の排出に対して法的な制限を実施している。例えば、２００８年１０月には、国際海事機関（ＩＭＯ）（海上での安全、保安、及び海洋汚染の防止を担う国連機関）は、船舶からの排気物質を規制するための新たな基準を採用した。この新たなプログラムでは、船舶は、公海上では常に、硫黄酸化物及び窒素酸化物に関する国際基準限度値に排出量を抑制することが求められる。加えて、沿岸からおよそ２００海里内には、より厳しい限度値を遵守することが船舶に求められる硫黄排出規制海域（ＳＥＣＡ又はＥＣＡ）も存在する。米国とカナダは、そのすべての海岸線に沿ったＥＣＡを共同で申請し、２０１０年３月に承認された。バルト海にもＥＣＡが存在し、欧州連合も追随するものと考えられ、ＥＣＡの指定が増加しつつある。新たな規則では、船舶は、硫黄酸化物の排出を８５％、窒素酸化物の排出を８０％削減することが、２０１５年までにはＥＣＡ内で求められ、２０２０年（又は２０２５年、見直されることになっている）までには、世界中の一般海域で常に求められることになる。

これらの規則に適合するための現時点での好ましいソリューションは、窒素酸化物を低減するための選択的触媒還元（「スクラバー」）技術と硫黄酸化物を低減するための低硫黄含有量燃料に切り替えることの組み合わせである。このソリューションでは、高硫黄含有量燃料（入手可能な最もコスト効率の高い燃料）で効率的に航行するように一般的には設計されている現行の船舶に対して、ある程度の改造（構造及びエンジン）が必要である。スクラバー技術も、多くの場合は触媒の使用を伴い、それは高価である可能性があり、使用時に触媒の交換が必要となる。

船舶上で最も一般的に用いられているスクラバー技術は、浄化塔又は煙突内で排気ガスに浄化液のシャワーを施すことを含む。浄化液は、一般的には、淡水と苛性ソーダとのブレンドである。しかし、船舶上での淡水の保管は（特にクルーズ船において）、多くの場合限界があり、飲料用、並びに船員、乗客、及び調理室用機器の洗浄用に多くを確保しておく必要がある。船上での脱塩は、コスト、及び設備が占めるスペースのために、多くの場合実現可能ではない。さらに、使用後の浄化液は、陸上の廃液処理プラントでの処理のために保管する必要があるか、又は船外へ排出しても海洋生物に有害ではないように浄化液を処理するために、解乳化装置を船舶上に保持する必要がある。保管タンク又は解乳化装置のいずれに対しても、船舶上でのスペースは一般的には限られている。

化石燃料燃焼設備（例：発電所）からの、及び都市ごみ焼却炉からの燃焼排出物の処理に用いられる触媒を用いないスクラバー技術は、電子ビームによる燃焼排気ガス処理（Ｅ
ＢＦＧＴ）である。ＥＢＦＧＴは、農業用肥料として利用可能である無害な硫酸−硝酸アンモニウムに変換することにより、煙道ガスから硫黄酸化物及び窒素酸化物を低エネルギーコストで除去するものである。この技術は、加湿された燃焼排気ガスを電子ビーム反応器に通すことを含み、その反応器では、高エネルギー電子を水及び酸素と衝突させることで強い反応物が作り出され、それが硫黄酸化物及び窒素酸化物と反応して、硫酸及び硝酸が形成される。これらは、注入されたアンモニアガスと反応して、アンモニアの硫酸塩及び硝酸塩を形成する。

電子ビーム反応器は、電子ビーム加速器、具体的にはカソード筐体が真空筐体中に含まれているダブルグリッド四極管電極銃の列によって形成される。大気圧よりも１２桁低い圧力の超クリーン環境（超高真空と称される）中で遊離電子が発生される。次に、この電子は、加速され、汚染物質ガスが流れている排気煙道から超高真空環境を分離しているアルミニウム又はチタンの膜を通して送られる。アルミニウム膜を通過した電子は、ガス分子と衝突し、汚染物質を減少させる化学的連鎖反応を開始する。

しかし、非常に低い割合の電子しか（約１９００万個に１個）金属膜を通過することができないため、このプロセスは非効率的である。加えて、そのようなＥＢＦＧＴシステムの構築には、電子加速器の設置による非常に大きい設備コストが必要である。電子加速器は、頻繁にメンテナンスを行う必要もある。さらに、冗長化目的で、複数の加速器を構築する必要がある。超高真空が必要であることが、特に費用を押し上げ、加速器の故障に寄与し得る。ＥＢＦＧＴ技術は、電子加速器設備が複雑であることに起因して、船舶上で用いられたことはない。

第一の態様によると、電子照射による浄化のための装置が提供され、前記装置は、アノード；カソード；前記アノードと前記カソードとの間に位置し、アノードとカソードとの間に電位差が確立された場合に、アノードとカソードとの間の電界の存在に応答して電子を電界放出するように構成されたナノ構造；並びに前記ナノ構造と結合し、ナノ構造が浄化されるべきガスを含有する容器内へ伸びて、前記容器の内部が前記電子に曝露され得るようにナノ構造を位置させるように構成された筐体を備える。

ナノ構造は、少なくとも１０００、所望に応じて、少なくとも５０００、所望に応じて、少なくとも１００００のアスペクト比を有してよい。

ナノ構造は、カーボン、シリコン、又は酸化チタンのナノワイヤ、ナノチューブ、又はナノホーンであってよい。ナノ構造は、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）であってよい。前記ナノ構造は、多層ＣＮＴ（ＭＷＮＴ）又は金属性単層ＣＮＴ（金属性ＳＷＮＴ）であってもよい。

ナノ構造は、カソードと電気的に接続されていてもよい。

装置は、遊離電子をＣＮＴ上に衝突させて、そこからの電子の刺激電界放出を誘導するように構成された追加の電子源をさらに備えていてよい。前記追加の電子源は、別のナノ構造であってもよい。

装置は、ナノ構造と操作可能に結合された電源接続をさらに備えていてよい。前記接続は、ナノ構造に電圧パルスを供給するように構成されていてよい。

装置は、アノードとカソードとの間に位置し、カソードと電気的に接続している、前記ナノ構造であるナノ構造のアレイを備えていてよく、前記アレイは、アノードとカソードとの間に電位差が確立された場合に、アノードとカソードとの間の電界の存在に応答して電子を電界放出するように構成されている。アレイは多層ＣＮＴ（ＭＷＮＴ）；及び／又は単層ＣＮＴ（ＳＷＮＴ）から成っていてよい。アレイは、半導体性ＳＷＮＴよりも多い金属性ＳＷＮＴを備えていてもよい。アレイの隣接するナノ構造は、４００ｎｍ以下の距離で分離されていてよい。装置は、アレイが上に形成されている基材をさらに備えていてよい。前記基材は、電気伝導性であってよい。前記基材は、カソードに含まれているか、又はカソードと電気的に接続されていてもよい。前記基材は、シリコン及び金属の一方又は両方を含んでいてよい。前記シリコンは、高度にドープされた導電性シリコンであってもよい。前記シリコンは、少なくとも前記アレイが形成される側を、アルミニウムでコーティングされていてもよい。前記金属は、チタン、及び／又はチタン合金、及び／又はアルミニウム、及び／又はアルミニウム合金、及び／又は銅、及び／又は銅合金を含んでいてよい。前記金属は、研磨されていてもよい。

装置は、ナノ構造を加熱するように配置された発熱体をさらに備えていてよい。前記発熱体は、発熱体が基材を通してアレイに熱を伝導することができるように、前記基材のアレイが存在する側とは反対側と熱接触するように配置されてよい。

装置は、オーム加熱によって前記基材を加熱するように構成された電流制御電源をさらに備えていてよい。前記電流制御電源は、カソードによって接地されていてよい。装置は、前記接続に前記電圧パルスを供給するように構成された電圧制御電源をさらに備えていてよい。前記電圧制御電源は、接続とアノードとの間に電気的に接続されていてよく、及びカソードによって接地されていてよい。

ナノ構造は、４ｅＶ未満の仕事関数を有する材料で少なくとも部分的にコーティングされていてもよい。前記材料は、セシウム又はハフニウムを含んでいてよい。コーティング材料は、少なくとも４００℃の融点を有していてよい。

ナノ構造は、触媒コーティングで少なくとも部分的にコーティングされていてもよい。前記触媒コーティングは、酸化バナジウム、酸化亜鉛、及び三酸化タングステンのうちの１つ以上を含んでいてよい。前記触媒コーティングは、二酸化チタンなどの安定化コーティングの上に適用されてもよい。

アレイは、１つ以上の未コーティングナノ構造、４ｅＶ未満の仕事関数を有する材料で少なくとも部分的にコーティングされた１つ以上のナノ構造、及び触媒コーティングで少なくとも部分的にコーティングされた１つ以上のナノ構造のうちの少なくとも２つの組み合わせを備えていてもよい。

ナノ構造は、中空であってもよく、その内部は、剛化剤で少なくとも部分的に充填されており、剛化剤は、所望に応じて、チタン、鉄、又は銅などの遷移金属を含む。剛化剤は、基材が含む材料、及び所望に応じて、炭素を含んでいてもよい。基材は、チタンを含んでいてよく、剛化剤は、炭化チタンを含んでいてよい。

ナノ構造は、電子輸送促進剤又は電気伝導性促進剤によってドープされていてもよい。

第二の態様によると、燃焼排気ガスを電子照射によって浄化するためのシステムが提供され、前記システムは、煙突空洞内に、同心円状に、スタック状に、又はアレイ状に配置されるように構成された上述のいずれかの請求項に記載の複数の装置を備える。

第三の態様によると、燃焼排気ガスを電子照射によって浄化するためのシステムが提供され、前記システムは、各々が電気伝導性基材上に形成された少なくとも４つのナノ構造アレイ；電源；前記基材、前記電源、及び接地を、各基材が異なる電位となるように接続する電気接続；並びに基材と結合し、アレイのナノ構造が浄化されるべきガスを含有する容器内へ伸びて、前記容器の内部がアレイによって電界放出された電子に曝露され得るように前記アレイを位置させるように構成された１つ以上の筐体を備え；前記基材は、最も高い電位の基材を除いたすべての基材において、そのアレイを形成しているナノ構造の自由端によって定められる各アレイの表面から次に高い電位の基材上に形成されたアレイの対応する表面まで直線経路が存在するように配置される。基材は、二重ジグザグパターンに配置されてもよい。

第四の態様によると、アノードとカソードとの間に、前記カソードと電気的に接続されたナノ構造が電界に曝露されて、前記ナノ構造による電子の電界放出が得られるように電位差を確立すること；並びに浄化されるべきガスを前記電子に曝露することを含む、電子照射による浄化方法が提供される。

この方法は、ＣＮＴを遊離電子に曝露して、そのＣＮＴからの電子の刺激電界放出を誘導することをさらに含んでよい。前記遊離電子は、電界放出又は刺激電界放出によって追加の電子源から放出されてもよく、前記追加の電子源は、別のナノ構造である。

この方法は、ナノ構造に電圧パルスを供給することをさらに含んでもよい。前記パルスは、前記ガスの降伏電圧未満の大きさを有していてよい。

前記ナノ構造は、８０ｋＰａ以上の絶対圧力の環境中において前記電子ビームを発生させるように配置されてよい。

前記電圧パルスは、１００Ｖから５ｋＶの絶対振幅を有してよい。前記電圧パルスは、１μｓから１ｍｓの継続時間を有してよい。前記電圧パルスは、周期的に反復されてよい。前記反復は、１００Ｈｚから５００ｋＨｚの周波数で行われてよい。前記パルス反復は、デューティサイクルが５０％未満であるパルス列を形成してよい。

方法は、前記電界放出の過程でナノ構造を加熱することをさらに含んでよい。ナノ構造は、２００〜１０００℃に、所望に応じて、３００〜９００℃に、所望に応じて、４００〜８００℃に、所望に応じて、４００〜６００℃に加熱されてもよい。

方法は、さらに前記ガスを前記電子に曝露する前に、ガスをアンモニアと混合してガス混合物を形成すること；及び前記ガス混合物を電子に曝露した後に、それによって生成された粉末を捕集することを含んでよい。

前記ガスは、船舶からの排出物を含んでよい。

第五の態様によると、第一の態様の装置、又は第三の態様のシステムを備えた船舶が提供され、容器は、前記船舶からの排出物を含有するように構成される。

本発明の態様を、ここで、添付の図面（縮尺を合わせて描かれてはいない）を参照し、例として記載する。

図１Ａは、浄化方法のフローチャートである。 図１Ｂは、電子照射による浄化技術の原理を模式的に示す。 図２は、縦方向断面で示されるより大きいスケールの配置の例を模式的に示す。 図２Ａは、図２に従う配置例の横方向断面を示す。 図２Ｂは、図２に従う別の配置例の横方向断面を示す。 図２Ｃは、代替的な配置例の横方向断面を示す。 図３は、段階的電位配置の例を模式的に示す。 図４Ａは、走査型電子顕微鏡で撮影したＣＮＴアレイの側面である。 図４Ｂは、ＣＮＴアレイ製造方法の例のフローチャートである。 図５は、オーム加熱配置の例を模式的に示す。 図６は、浄化装置の例を示す。

以下の記述は、当業者であればこのシステムを作製し、使用することができるように提示され、特定の用途の状況について提供される。開示される実施形態に対する様々な改変は、当業者であれば容易に明らかであろう。

カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）は、電界に曝露された場合、電子の非常に良好な電界放出体であることが見出されている。電界放出のプロセスは、材料表面に強い電界を適用することを含む。電界が充分に高いと、量子トンネルによって材料表面から電子が飛び出すことができる点まで真空障壁が低くなる。ＣＮＴは、その非常に高いアスペクト比（典型的には、５０から２００ｎｍの直径に対して１から２ｍｍの長さ、すなわち、５０００から４００００のアスペクト比）、及びその低い仕事関数（典型的には、およそ４ｅＶ）のために、比較的低い印加電圧で多数の電子を発生させることができる。アスペクト比が高いことにより、ＣＮＴ先端において大きい電界強化が引き起こされ、低い印加電圧で数Ｖ／μｍが実現可能である。ＣＮＴからの電界放出に必要とされる最小電界強度は、一般的には、およそ３０Ｖ／μｍである。これは、ＣＮＴの長さ、ＣＮＴの直径、電界を作り出すために用いられるアノードとカソードとの間の距離、及び印加電圧のうちの１つ以上を変動させることによって実現可能である。ＣＮＴのアレイが用いられる場合、ＣＮＴは互いを遮蔽し合う傾向にあることから、電界強度を変動させるために、アレイの密度も変動され得る。

本明細書において刺激電界電子放出と称される技術は、ＣＮＴによって放出される電子の数をさらに増加させるために開発された。この技術は、高エネルギー電子の衝突によるＣＮＴの刺激を含む。このプロセスは、バルク材料における二次電子放出のプロセスに類似しており、この場合は、高エネルギー電子の表面への衝突によって、表面付近（表面からおよそ１０ｎｍまで）にある大量の結合電子を材料から飛び出させる。

刺激電界電子放出は、ＣＮＴのアレイでは大きく高められ（１９０００までのゲインが実証されている）、その理由は、部分的には、金属などのバルク材料と比較した場合に、その表面積が大きく、及び密度が低いからである。ナノチューブアレイを通って移動する高エネルギー電子は、アレイの密度が相対的に低いこと及び電子が散乱し得る表面の数が相対的に多いことより、バルク材料を通って散乱する電子と比較して長い距離を移動する。このより深い貫入が、より多い数の電子の放出に繋がる。

電界電子放出及び刺激電界電子放出は、真空中のＣＮＴでは非常に高効率のプロセスであるが、より高い圧力では、効率は低下する。例えば、船舶の排気ガスは、典型的には、１０５ｋＰａを例とする大気圧よりも僅かに高い絶対圧であり、およそ８７ｋＰａから１４０ｋＰａの範囲内で変動する。この放出効率の低下は、恐らく、ＣＮＴの自由端の前で形成される帯電した粒子の密度が高いことによる電界の低下に起因する。高圧力環境中（例：大気圧周辺、例えば８０から１５０ｋＰａ）にあるナノチューブでの電子発生の瞬間効率を維持するために用いられ得る技術は、一連の電圧パルスをＣＮＴに適用することで
ある。

本明細書において、船舶及び他の輸送手段、発電所、並びに焼却炉を例とする燃焼機関からの燃焼排出物などのガスを浄化するために、電界放出によって１つ以上のＣＮＴから放出された電子を用いることが提案される。本開示のある態様によると、ＣＮＴの１つ以上のアレイが、この目的のために提供される。以下で述べるように、電界放出及び刺激電界放出によってＣＮＴから電子を放出させるための装置が配置され得る。

この触媒を用いないスクラバー技術は、新しい後付けされた船舶エンジンの排気ガスから、硫黄酸化物の排出を９９％、窒素酸化物の排出を８５％低減し得る可能性があり、上記で述べた規則の要件を上回っている。したがって、船舶事業者は、新しい規則に準拠するために費用対効果の低い低硫黄含有量燃料に切り替える必要がなくなる。この技術はまた、塩化水素、フッ化水素、揮発性有機化合物、及びダイオキシンなどの他の汚染物質（海運業界ではまだ規制されていない）も低減し得る。

図１Ａは、この浄化方法１００のフローチャートである。Ｓ１１０では、ＣＮＴが電界に曝露された結果、ＣＮＴからの電子の電界放出が得られる。Ｓ１２０では、浄化されるべきガスがこれらの電子に曝露される。

図１Ｂは、この電子照射による浄化技術の原理を模式的に示す。アノード１１０は、カソード１２０と対向している。ＣＮＴ１３０は、アノードとカソードとの間に位置し、所望に応じて、カソードと電気的に接続されていてもよい。ＣＮＴは、アノードとカソードとの間に電位差が確立された場合に、アノードとカソードとの間の電界の存在に応答して電子（ｅ⁻）を電界放出する。ＣＮＴは、浄化されるべきガス（ｇ）を含有する容器１４０の近傍にＣＮＴを位置させて、容器内部が電界放出された電子に曝露され得るように、何らかの筐体と結合されている。

コンパクトな配置では、アノード及び／又はカソードは、容器（例：煙突）の内部に取り付けられて、ＣＮＴが煙突内に伸び、電子がその断面を横切るようにされてもよい。しかし、多くの他の配置も想定され得る。例えば、ＣＮＴは、容器の外部であるが容器の近くに位置されてよく、容器側面のウィンドウ（開口部）によって電子のアクセスが可能とされる。そのような配置は、例えば、既存の煙突への装置の後付けをより容易とするために、又は装置のＣＮＴ部分のメンテナンスを容易とするために選択され得る。カソード及び筐体は、同じ場所に位置している必要はない。

ＣＮＴの放出率は、アノードとカソードとの間に印加される電圧のパルス化によって、及び／又は高エネルギー電子／イオンの衝突によるＣＮＴの刺激によって高められ得る。

例えば工業的な設定の場合、個別のＣＮＴではなく、ＣＮＴのアレイを用いることがより実用的であり得る。また、複数セットのアノード−カソード−ＣＮＴ装置を提供することが好ましい場合もある。図２は、煙突を通して断面で示されるそのようなより大きいスケールの配置を示す。複数セットのアノード−カソード−単一ＣＮＴが用いられる配置、又は単一セットのアノード−カソード−ＣＮＴアレイが存在する配置も想定され得る。図２は、説明例として、６つのＣＮＴアレイを示すが、他の数のアレイが用いられてもよい。

図２では、ＣＮＴのアレイ２３０が、アノード２１０に対向するカソードとして作用する導電性基材２２０上に提供される。アノードは、すべて電源２５０の正端子と電気的に接続されており、一方カソードは、その負端子と電気的に接続されている。燃焼排気ガス（ｇ）は、アノードとカソードとの間を上昇し、したがって、ＣＮＴアレイによって電界
放出される電子に曝露される。各ＣＮＴアレイとその対応するアノードとの間隔は、例えば、およそ０．５から１ｃｍであってよい。

電源２５０がカソードに電圧パルスを送るように運転される電圧制御電源であり、カソードがＣＮＴに電気的に接続されている場合、電子放出率を増加させることができる。そのような電圧パルスは、適切には、１００Ｖから５ｋＶの絶対振幅を有してよく、例えば、約１絶対気圧までのガス混合物に対して、８００Ｖが良好に作用する。パルス電圧は、ガス混合物に対する降伏電圧（アーク放電を引き起こすのに要する電圧）未満とするべきである。この最大電圧は、特定のガス混合物及び圧力に対して、パッシェンの法則を用いて算出することができる。パルスは、１μｓから１ｍｓの継続時間を有してよく、例えば、２００μｓである。一連の電圧パルスが用いられてもよい。周期的な電圧パルス列が、例えば、１ｋＨｚを例とする１００Ｈｚから５００ｋＨｚの周波数で用いられてもよい。適切には、５０％未満のデューティサイクルが用いられてよい。最適なパルスパラメーターは、装置の形状、さらにはガスの速度及び組成に依存する。

図２は、円形状断面の煙突で実施された場合の２つの配置の横方向断面をそれぞれ示す図２Ａ及び２Ｂに示されるアノード及びカソードの２つの配置に相当し得る煙突を通しての断面を示す。正方形又は長方形を例とする他の形状の断面を有する煙突に、類似の装置が用いられてもよい。符号によってそうでないことが示される場合を除き、図２Ａ及び２Ｂにおいて、点線はアノードを示し、実線はカソード−アレイ配置を示す。

図２Ａの配置によると、煙突２４０内に、（外側から内側へ向かって）カソード、アノード、背中合わせのカソード対、及び中心アノードが同心円状に配置される。

図２Ｂの配置によると、煙突２４０内に、（左側から右側へ向かって）実質的に平面プレートであるカソード、アノード、背中合わせのカソード対、アノード、背中合わせのカソード対、アノード、カソードが配置される。プレートは、示されるように、煙突の断面方向全体に伸びるように様々な幅であってよい。これにより、プレート間を通るガスの量が最大化される。代替的には、プレートは、製造を容易とするために、すべて実質的に同じ幅であってもよい。

図２Ｃには、僅かに異なる配置が示される。この場合、容器壁が導電性であり（例：金属）、アノードとして作用する。例えば、それは、点線で示されるアノードと電気的に接触していてよい。したがって、左側から右側に向かって、電極は、容器壁アノード、背中合わせのカソード対、アノード、背中合わせのカソード対、アノード、背中合わせのカソード対、アノード、背中合わせのカソード対、容器壁アノードである。容器壁、及び所望に応じて他のアノードは、すべて接地され、カソードは負の電位に保持されていてよい。この場合、正方形断面の容器が示されるが、容器壁を電極として用いるという原理は、他の断面形状にも適用されてよい。

図２から２Ｃに示される種類の配置を船舶排気ガスに典型的なサイズまでスケールアップすると、例えば、１ｍ^２断面の煙突は、およそ２ｃｍのピッチでその断面全体にわたって繰り返されるＣＮＴアレイ対を有してよい。必要なアレイの数は、したがって、１００個のオーダーとなる。

図２、２Ａ、及び２Ｂに示される配置はすべて、背中合わせのカソード対を含む。図２に示されるように、対の各カソードは、電圧電源２５０との別々の電気的接続を有していてよい。各対のカソードが互いに電気的に接続されている場合、各対に対して単一の電気的接続が用いられてもよい。代替的には、各背中合わせのカソード対の代わりに、その両側にＣＮＴアレイが位置する単一のカソードが用いられてもよい。

アノードは、金属メッシュであってもよい。そうである場合、図２に示されるように、最も左側にあるアレイ２３０ａによって電界放出された一部の電子は、アノード２１０ａｂを通過し、続いて次のアレイ２３０ｂでの刺激電界放出を引き起こし得る。カソードの電位が段階的とされた場合、すなわち、最も左側のカソード２２０ａが最も低い電位であり、次のカソード２２０ｂが僅かに高い電位（しかし、それでも、最も左側にあるアノード２１０ａｂよりは低い）である場合、この効果は高められる。そのような段階的電位は、電極間に適切な定格値の抵抗器を配置することによって実現され得る（図示せず）。

本明細書でアノード及びカソードが言及される場合は、空気／ガスのギャップを挟んで、他に介在する電極がなく互いに対向する２つの電極について言及され、この場合、アノードは、両者のうちのより正の電位である電極として定義される。したがって、本実施形態において、第二のカソード２２０ｂは、最も左側にあるカソード２２０ａよりも高い電位であるが、それでも、第二のカソード２２０ｂは、アノードではなくカソードとして言及され、それは、カソード２２０ａ及び２２０ｂの両方よりも高い電位のアノード２１０ａｂが、これら２つのカソードを分離しているからである。

例として、最も左側にあるカソード２２０ａは、最も左側にあり接地されているアノード２１０ａｂに対して−１．３ｋＶであってよく、次のカソード２２０ｂは、−１．０ｋＶであってよい。最も左側にあるカソード２２０ａから来る電子は、アノードメッシュ２１０ａｂにおいて１．３ｋｅＶのエネルギーを有することになり、それが次のカソード２２０ｂまで到達するには、１ｋｅＶが必要なだけである。そのカソード２２０ｂに当たると、１９０００個までの電子を発生させ得る。この段階的パターンは、この配置の３つのカソード−アノード−カソードセル全体にわたって繰り返されてよい。

メッシュアノードを用いる代わりに、図３に示されるものなどの段階的電位の配置が用いられてもよい。ＣＮＴアレイは、二重ジグザグ構成で配置され、各アレイは、１つ前よりも僅かに高い電位の電極を形成する基材上に位置する。これは、電極を、抵抗器と交互に直列接続することによって実現される。アレイ３３０Ａは、電子を電界放出し、その一部はアレイ３３０Ｂに衝突する。アレイ３３０Ｂは、その結果として、刺激電界放出によって電子を放出し、その一部は、アレイ３３０Ｃに衝突し、これが、矢印で示されるように、アルファベット順でアレイ３３０Ｇまでずっと続く（各アレイによって放出された電子の一部は、次に高い電位を有するアレイだけでなく、他のアレイにも衝突する可能性が高く；各遊離電子の取る経路は、それが通って移動する、すべての電極の組み合わせによって発生される電界に依存する）。

アノード−カソード−ＣＮＴ装置を通過する前に、ガスは、前処理されてもよい。例えば、ガスは、粒子状物質を除去するために電気集じん器を通されてよい。また、例えば熱交換器を用いることにより、又はガス全体に冷水又は別の液体若しくは溶液をスプレー又は噴霧することによって冷却されてもよい。

ガスが照射される前にアンモニアがガスに添加される場合、電子照射の結果としてのいずれの硫黄酸化物又は窒素酸化物の分解も、それぞれ、硫酸アンモニウム及び硝酸アンモニウム塩の形成に繋がる。これらの塩は、肥料に用いられ得る。それらを捕集する効率の良い方法は、照射されたガスを湿式集じん器に通すことであり、その結果、硫酸硝酸アンモニウムの溶液が析出を起こし、次にこれが、燃焼排気ガスの前処理のための冷却スプレーとして用いられる。燃焼排気ガスの熱が塩溶液から水を蒸発させ、固体の塩が残されて、粒子捕集器に落ちる。通風抵抗を補うために、少量の水を添加する必要があるだけであり、残りは、スプレー乾燥器−集じん器のループを再循環される。

図４Ａは、走査型電子顕微鏡で撮影したＣＮＴアレイの側面である。各ＣＮＴの長さは、およそ２ｍｍである。そのようなアレイは、いくつかの方法で製造することができる。１つの例としての方法４００のフローチャートが、図４Ｂに示される。

Ｓ４１０では、基材材料が前処理されて、サブナノメートルの表面平滑性が実現される。例えば、シリコンが基材として用いられる場合、アルミニウムバッファ層がその表面上に堆積されてよい。そのようなバッファ層は、およそ１０ｎｍの厚さであってよい。代替的には、金属基材が用いられる場合（例：チタン、アルミニウム、銅、又はこれらの合金）、工程Ｓ４１０は、金属の表面を研磨することを含んでよい。この研磨は、例えば、電解プロセスを含んでよい。基材は、例えば、およそ０．５ｍｍの厚さであってよい。

Ｓ４２０では、基材上に触媒が堆積される。触媒層は、例えば、およそ１ｎｍの厚さであってよい。触媒は、例えば、鉄、ニッケル、又はコバルトであってよい。触媒は、例えばフォトリソグラフィを用いることで、所定のパターンに従って堆積されてもよい。グリッドのピッチ及び／又は形状を例とするパターンの特徴は、アレイを用いて浄化されるガスの組成に依存し得る。適切には、パターンのピッチ（アレイにおけるＣＮＴの間隔を決定する）は、ガスの平均自由経路以下であってよく、典型的にはおよそ４００ｎｍまでであってよい。

Ｓ４３０では、作製された基材が、不活性ガス、水素、及びカーボン前駆体ガス（例：Ｃ_２Ｈ_２、Ｃ_２Ｈ_４、ＣＨ_４、又はＣ_４Ｈ_１０）の混合物と共に炉に入れられる。例えば、炉ガスは、６００ｓｃｃｍのアルゴン、７５ｓｃｃｍのエチレン、及び６００ｓｃｃｍの水素から成っていてよい。

Ｓ４４０では、炉が加熱され、その結果、前駆体ガスが分解される。触媒上で核形成が起こってナノ粒子が形成され、そこからＣＮＴが成長する。例えば、炉は、およそ６５０から８００℃に加熱されてよい。

ＣＮＴは、電界放出率を高めるために、全体又はその自由端を例とする部分が、セシウム又はハフニウムを例とする低仕事関数のコーティングによって、コーティングされてもよい。

代替的又は追加的には、ＣＮＴは、電子輸送促進剤又は電気伝導性促進剤によってドープされて、電界放出効率が高められてもよい。例えば、窒素でドープすることにより、半導体性ＣＮＴに金属性挙動が引き起こされる。

ＣＮＴを製造する場合、典型的には、金属性及び半導体性のタイプの混合物として得られる傾向にある単層ＣＮＴ（ＳＷＮＴ）と、多層ＣＮＴ（ＭＷＮＴ）との混合物が製造される結果となる。ＭＷＮＴ及び金属性ＳＷＮＴは、半導体性ＳＷＮＴよりも良好な電気伝導体であることから、後者よりも前者のＣＮＴタイプの一方又は両方の割合が高い方に有利に働く製造プロセスが好ましい（半導体性ＳＷＮＴでの電界放出は、金属性ＳＷＮＴと同じ物理的プロセスに従うが、ナノチューブ全体の電気伝導は、それほど効率的ではなく、このことによって、帯電が引き起こされて真空（又は表面）障壁が高められ、電界放出効率が低下される可能性がある。しかし、例えば、より高い印加電圧の使用及び／又はＣＮＴへのレーザーの照射によって、システムをさらに励起させることにより、効率を改善することが可能であり得る）。

ＣＮＴアレイは、露出したままである場合、塵によって閉塞された状態となり得る。図示されるように、アレイが燃焼排気ガスと直接接触する場合も、アレイは、ガスの前処置によって良好に除去されないいずれかの小粒子によって、閉塞された状態となり得る。上
記で述べたようにアンモニアが添加される場合、硫酸硝酸アンモニウム塩粒子も、アレイ表面を被覆し得る（これらの粒子は、一般的には大きすぎて、アレイに貫入してそれを閉塞することはできない）。ＣＮＴはまた、放電及びショートによって損傷を受ける場合もあり、これは、ガスのイオン化によって運転中に起こり得る。ＣＮＴへの損傷は、加速されたイオンとの衝突によっても発生し得る。これらのすべてを原因として、高圧力環境中（例：８０から１５０ｋＰａを例とする大気圧周辺）でのＣＮＴアレイの電界放出性能は、経時で低下する傾向にある。（ほぼ）真空中のＣＮＴを用いるこれまでのＣＮＴ放出システムでは遭遇しなかったこれらの問題はすべて、アレイを加熱することによって、例えば、不活性ガス中、およそ６００から８００℃に１から３時間加熱することによって、解決することができる。これにより、ＣＮＴのアニーリングが行われ、破壊された結合が修復されて、元の形状が回復される。表面の塵は燃焼除去され、吸着されたガスはすべて脱着される。アレイは、連続的にアニーリングをさらに行い、付着係数を低下させて粒子堆積物を制限するために、使用中に加熱されてもよい。

そのような加熱は、アレイ基材の裏側に固定された発熱体によって行われてよい。代替的には、基材自体のオーム加熱が用いられてもよい。オーム加熱の配置の例を、図５に模式的に示す。電流制御電源５６０が、基材５２０の加熱に用いられる。電流制御電源及び電圧制御電源５５０はいずれも、基材（カソード）を通して接地されていてよい。

低仕事関数コーティングが用いられる場合、高融点のコーティングが好ましい。例えば、４００℃超の融点を有するコーティングが適切であり、例えば、ハフニウムを含むコーティングであり、これは、２２３１℃の融点を有する。このことにより、上記で述べたように、加熱によるＣＮＴの自己修復が可能となり、また、高温の排気ガスに曝露された場合であっても、コーティングが無傷に維持されることが確保される。

選択的触媒還元（ＳＣＲ）プロセスを通してガス中の窒素酸化物を還元するために、触媒コーティングが用いられてもよい。ナノチューブアレイ構造は、大きな表面積の触媒コーティングがガスに曝露されることを意味しており、効率的なＳＣＲに繋がる。未コーティングのＣＮＴ及び／又は低仕事関数コーティングを有するＣＮＴ及び／又は触媒コーティングを有するＣＮＴを組み合わせたシステムが、電子発生とＳＣＲプロセス効率とのバランスを取ることによって最適な性能を実現するために用いられてよい。

例としての触媒コーティング材料としては、酸化バナジウム（Ｖ_２Ｏ_５）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、及び三酸化タングステン（ＷＯ_３）が挙げられる。これらの材料は、例えば、ＣＮＴ上に直接コーティングされてよく、又は二酸化チタン（ＴｉＯ_２）コーティング上にコーティングされてもよい。二酸化チタンは、触媒に対する強力な機械的支持及び熱的安定性を提供することが知られている。そのような触媒の他の組み合わせが用いられてもよい。例えば、Ｖ_２Ｏ_５−ＷＯ_３／ＴｉＯ_２である。これを実施するためには、ＴｉＯ_２がまずナノチューブ上に蒸着されてよく、次に、Ｖ_２Ｏ_５及びＷＯ_３が堆積されてよい。

ナノチューブは、ナノチューブをより剛性とするために、及び／又はナノチューブが基材表面とより強く結合するように、完全に又は部分的に剛化剤で充填されていてもよい。これにより、損傷に対するナノチューブの耐性が高められる。例えば、チタン、鉄、又は銅などの遷移金属充填剤が用いられてよい。適切には、充填剤は、基材材料であってよく、及び／又は基材材料と炭素との組み合わせ（例：基材材料の炭化物）であってもよい。チタン基材と結合しているナノチューブは、炭化チタンで充填することで、非常に強く結合したナノチューブが製造され得る。

ＣＮＴの代替として、又は追加的に、同じ目的のために、電子を電界放出する他の種類のナノ構造が用いられてもよく、カーボンナノホーン、シリコンナノワイヤ、二酸化チタ
ンナノチューブ、又は二酸化チタンナノワイヤなどである。高アスペクト比のナノ構造が、より効率的な電界放出を提供し、例えば、少なくとも１０００のアスペクト比を有するナノ構造が用いられてよい。ナノワイヤを用いる利点は、垂直に整列されたナノワイヤの大きなアレイを、工業的スケールで容易に製造することができることである。これらの例は、ＣＮＴほど効率的には電界放出しないが、これらの電界放出は、上記で述べたように、低仕事関数材料でコーティングすることによって改善され得る。代替的又は追加的には、電子輸送促進剤又は電気伝導性促進剤でドープすることによって、電界放出の効率がより高められ得る。例えば、ＩＩＩ族原子（受容体）又はＶ族原子（供与体）（例：リン又はホウ素）が、シリコンナノ構造で用いられてよい。

ナノ構造の形成又はナノ構造のコーティングのいずれかに二酸化チタンが用いられる場合、ナノ構造の温度は（高温排気ガスへの曝露の結果であれ、又は上記で述べたように自己修復のために意図的に加熱する場合であれ）、６００℃未満に維持されるべきである。この温度よりも高い場合、二酸化チタンは、アナターゼ構造からルチルに変化する。

図６は、上記で述べた種類の装置の煙突内での例としての配置６００を模式的に示す。ＣＮＴアレイのスタック６１０が、ガス流ｇの経路に沿って、粒子集じん器／捕集器６２０と交互に配置されている。例えば、４つのＣＮＴアレイスタックが、４つの粒子集じん器／捕集器と交互に配置されていてよい。粒子Ｐは、煙突から出てホッパーへ向かうように指向される。

ＣＮＴアレイは、例えば、幅１ｍ高さ０．２ｍのプレート上に形成されてよい。アレイは、垂直方向に、例えば０．３ｍの間隔が空けられていてよい。図示される４連モジュールでは、装置６００の総高さは、したがって、２ｍとなる。各ＣＮＴアレイスタック６１０は、例えば、５０対のＣＮＴアレイを備えていてよく、例えば、図２Ｃに示されるように、４９の背中合わせの対、プラス左及び右の端にそれぞれ単一のアレイを有するように配置される。

他の実施形態は、当業者であれば、本明細書で開示される実施形態の明細事項及び実践の考慮から明らかであろう。明細事項及び例は、単なる例示であるとして見なされることを意図している。

加えて、本出願では、方法又は手順の工程を特定の順序で列挙したが、いくつかの工程が実施される順序を変更することも可能であり得、好都合でさえあり得るものであり、本明細書で示される方法又は手順の請求項の特定の工程は、そのような順序が決められていることが請求項に明示的に記載されていない限りにおいて、順序が決められているものとして見なされないことを意図している。すなわち、操作／工程は、特に断りのない限り、いかなる順序で行われてもよく、実施形態は、本明細書で開示されるよりも多い又は少ない操作／工程を含んでいてもよい。さらに、特定の操作／工程を、別の操作に対して前、同時、若しくは後に実行又は実施することが記載される実施形態に従うものであることも考慮される。

代替的な態様（請求項ではない）
１．
アノード；
カソード；
前記アノードと前記カソードとの間に位置し、アノードとカソードとの間に電位差が確立された場合に、アノードとカソードとの間の電界の存在に応答して電子を電界放出するように構成されたカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）；並びに
前記ＣＮＴと結合し、ＣＮＴを、浄化されるべきガスを含有する容器の近傍に、前記容
器の内部が前記電子に曝露され得るように位置させるように構成された筐体
を備える、電子照射による浄化のための装置。

２．
ＣＮＴが、カソードと電気的に接続されている、態様１に記載の装置。

３．
ＣＮＴに遊離電子を衝突させて、そこからの刺激電界電子放出を誘導するように構成された追加の電子源をさらに備える、態様１又は２のいずれか１つに記載の装置。

４．
前記追加の電子源が、カーボンナノチューブである、態様３に記載の装置。

５．
ＣＮＴと操作可能に結合され、ＣＮＴに電圧パルスを供給するように構成された電源接続をさらに備える、態様１から４のいずれか１つに記載の装置。

６．
前記ＣＮＴが、多層ＣＮＴ（ＭＷＮＴ）又は金属性単層ＣＮＴ（金属性ＳＷＮＴ）である、態様１から５のいずれか１つに記載の装置。

７．
アノードとカソードとの間に位置し、カソードと電気的に接続している、前記ＣＮＴであるＣＮＴのアレイを備え、前記アレイは、アノードとカソードとの間に電位差が確立された場合に、アノードとカソードとの間の電界の存在に応答して電子を電界放出するように構成されている、態様１から６のいずれか１つに記載の装置。

８．
アレイが：
多層ＣＮＴ（ＭＷＮＴ）；及び／又は
単層ＣＮＴ（ＳＷＮＴ）
から成り、所望に応じて、アレイは、半導体性ＳＷＮＴよりも多い金属性ＳＷＮＴを備える、態様７に記載の装置。

９．
アレイの隣接するＣＮＴが、４００ｎｍ以下の距離で分離されている、態様７又は８のいずれか１つに記載の装置。

１０．
アレイが上に形成されている基材をさらに備える、態様７から９のいずれか１つに記載の装置。

１１．
前記基材が、カソードに含まれているか、又はカソードと電気的に接続されている、態様１０に記載の装置。

１２．
前記基材が、シリコン及び金属の一方又は両方を含み：
前記シリコンは、所望に応じて、高度にドープされた導電性シリコンであり、所望に応じて、少なくとも前記アレイが形成される側を、アルミニウムでコーティングされており
；
前記金属は、所望に応じて、チタン及び／又はチタン合金を含み、所望に応じて、研磨されている、態様１０又は１１のいずれか１つに記載の装置。

１３．
ＣＮＴを加熱するように配置された発熱体をさらに備える、態様１から１２のいずれか１つに記載の装置。

１４．
前記発熱体が、発熱体が基材を通してアレイに熱を伝導することができるように、アレイが存在しない前記基材の反対側と熱接触するように配置される、態様１０に直接又は間接的に従属する場合の態様１３に記載の装置。

１５．
オーム加熱によって前記基材を加熱するように構成された電流制御電源をさらに備える、態様１０又は態様１１から１４のいずれか１つに記載の装置

１６．
前記電流制御電源が、カソードによって接地されており；
装置が、前記接続に前記電圧パルスを供給するように構成された電圧制御電源をさらに備え、前記電圧制御電源が：
接続とアノードとの間に電気的に接続され；及び
カソードによって接地されている
態様５に間接的に従属する場合の態様１１に直接又は間接的に従属する場合の態様１５に記載の装置。

１７．
ＣＮＴが、４ｅＶ未満の仕事関数を有する材料で少なくとも部分的にコーティングされており、前記材料は、所望に応じて、セシウム又はハフニウムを含む、態様１から１６のいずれか１つに記載の装置。

１８．
煙突空洞内に、同心円状に又はスタック状に配置されるように構成された態様１から１７のいずれか１つに記載の複数の装置を備える、燃焼排気ガスを電子照射によって浄化するためのシステム。

１９．
各々が電気伝導性基材上に形成された少なくとも４つのカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）アレイ；
電源；
前記基材、前記電源、及び接地を、各基材が異なる電位となるように接続する電気接続；並びに
基材と結合し、前記アレイを、浄化されるべきガスを含有する容器の近傍に、前記容器の内部がアレイによって電界放出された電子に曝露され得るように位置させるように構成された１つ以上の筐体
を備え、基材は、最も高い電位の基材を除いたすべての基材において、そのアレイを形成しているＣＮＴの自由端によって定められる各アレイの表面から次に高い電位の基材上に形成されたアレイの対応する表面まで直線経路が存在するように配置される、燃焼排気ガスを電子照射によって浄化するためのシステム。

２０．
基材が、二重ジグザグパターンに配置される、態様１９に記載のシステム。

２１．
アノードとカソードとの間に、アノードとカソードとの間に位置して前記カソードと電気的に接続されたカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）が電界に曝露されて、前記ＣＮＴによる電子の電界放出が得られるように、電位差を確立すること；並びに
浄化されるべきガスを前記電子に曝露すること
を含む、電子照射による浄化方法。

２２．
ＣＮＴを遊離電子に曝露して、ＣＮＴからの刺激電界電子放出を誘導することをさらに含む、態様２１に記載の方法。

２３．
前記遊離電子が、電界放出又は刺激電界放出によって追加の電子源から放出されたものであり、前記追加の電子源は、カーボンナノチューブである、態様２２に記載の方法。

２４．
ＣＮＴに電圧パルスを供給することをさらに含み、前記パルスは、所望に応じて、前記ガスの降伏電圧未満の大きさを有する、態様２１から２３のいずれか１つに記載の方法。

２５．
前記ＣＮＴが、１バール以上の圧力の環境中において前記電子ビームを発生させるように配置される、態様２１から２４のいずれか１つに記載の方法。

２６．
前記電圧パルスが：
１００Ｖから２ｋＶの振幅；及び／又は
５０μｓから１ｍｓの継続時間
を有する、態様２４、又はそれに従属する場合の態様２５に記載の方法。

２７．
前記電圧パルスが、所望に応じて、１００Ｈｚから１ｋＨｚの周波数で、所望に応じて、５０％未満のデューティサイクルで、周期的に反復される、態様２４、又はそれに従属する場合の態様２５若しくは２６のいずれか１つに記載の方法。

２８．
前記電界放出の過程でＣＮＴを加熱することをさらに含む、態様２１から２７のいずれか１つに記載の方法。

２９．
ＣＮＴが、２００から１０００℃に、所望に応じて、３００から９００℃に、所望に応じて、４００から８００℃に加熱される、態様２８に記載の方法。

３０．
前記ガスを前記電子に曝露する前に、ガスをアンモニアと混合してガス混合物を形成すること；及び
前記ガス混合物を電子に曝露した後に、それによって生成された粉末を捕集すること
をさらに含む、態様２１から２９のいずれか１つに記載の方法。

３１．
前記ガスが、船舶からの排出物を含む、態様２１から３０のいずれか１つに記載の方法。

３２．
態様１から１８のいずれか１つに記載の装置、又は態様１９若しくは２０のいずれか１つに記載のシステムを備える船舶であって、前記ガスは、前記船舶からの排出物を含む、船舶。

３３．
添付の図面を参照して実質的に本明細書で述べる通りである装置。

３４．
添付の図面を参照して実質的に本明細書で述べる通りである方法。

３５．
添付の図面を参照して実質的に本明細書で述べる通りである船舶。

Claims (48)

1. アノード；
   カソード；
   前記アノードと前記カソードとの間に位置し、前記アノードとカソードとの間に電位差が確立された場合に、前記アノードとカソードとの間の電界の存在に応答して電子を電界放出するように構成されたナノ構造；並びに
   前記ナノ構造と結合し、前記ナノ構造が浄化されるべきガスを含有する容器内へ伸びて、前記容器の内部が前記電子に曝露され得るように前記ナノ構造を位置させるように構成された筐体
   を備える、電子照射による浄化のための装置。
2. 前記ナノ構造が、少なくとも１０００、所望に応じて、少なくとも５０００、所望に応じて、少なくとも１００００のアスペクト比を有する、請求項１に記載の装置。
3. 前記ナノ構造が、カーボン、シリコン、若しくは酸化チタンのナノチューブ、ナノワイヤ、又はナノホーンである、請求項１又は２のいずれか一項に記載の装置。
4. 前記ナノ構造が、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）である、請求項３に記載の装置。
5. 前記ナノ構造が、多層ＣＮＴ（ＭＷＮＴ）又は金属性単層ＣＮＴ（金属性ＳＷＮＴ）である、請求項４に記載の装置。
6. 前記ナノ構造が、前記カソードと電気的に接続されている、請求項１から５のいずれか一項に記載の装置。
7. 前記ＣＮＴに遊離電子を衝突させて、前記ＣＮＴからの刺激電界電子放出を誘導するように構成された追加の電子源をさらに備える、請求項４、又はそれに従属する場合の請求項５若しくは６のいずれか一項に記載の装置。
8. 前記追加の電子源が、別のナノ構造である、請求項７に記載の装置。
9. 前記ナノ構造と操作可能に結合され、前記ナノ構造に電圧パルスを供給するように構成された電源接続をさらに備える、請求項１から８のいずれか一項に記載の装置。
10. 前記アノードと前記カソードとの間に位置し、前記カソードと電気的に接続している、前記ナノ構造であるナノ構造のアレイを備え、前記アレイは、前記アノードとカソードとの間に電位差が確立された場合に、前記アノードとカソードとの間の電界の存在に応答して電子を電界放出するように構成されている、請求項１から９のいずれか一項に記載の装置。
11. 前記アレイが：
    多層ＣＮＴ（ＭＷＮＴ）；及び／又は
    単層ＣＮＴ（ＳＷＮＴ）
    から成り、所望に応じて、前記アレイは、半導体性ＳＷＮＴよりも多い金属性ＳＷＮＴを備える、請求項４に直接又は間接的に従属する場合の請求項１０に記載の装置。
12. 前記アレイの隣接するナノ構造が、４００ｎｍ以下の距離で分離されている、請求項１０又は１１のいずれか一項に記載の装置。
13. 前記アレイが上に形成されている基材をさらに備える、請求項１０から１２のいずれか一項に記載の装置。
14. 前記基材は、前記カソードに含まれているか、又は前記カソードと電気的に接続されている、請求項１３に記載の装置。
15. 前記基材が、シリコン及び金属の一方又は両方を含み：
    前記シリコンは、所望に応じて、高度にドープされた導電性シリコンであり、所望に応じて、少なくとも前記アレイが形成される側を、アルミニウムでコーティングされており；
    前記金属は、所望に応じて、チタン、及び／又はチタン合金、及び／又はアルミニウム、及び／又はアルミニウム合金、及び／又は銅、及び／又は銅合金を含み、並びに所望に応じて、研磨されている、請求項１３又は１４のいずれか一項に記載の装置。
16. 前記ナノ構造を加熱するように配置された発熱体をさらに備える、請求項１から１５のいずれか一項に記載の装置。
17. 前記発熱体が、前記発熱体が前記基材を通して前記アレイに熱を伝導することができるように、前記基材の前記アレイが存在する側とは反対側と熱接触するように配置される、請求項１３に直接又は間接的に従属する場合の請求項１６に記載の装置。
18. オーム加熱によって前記基材を加熱するように構成された電流制御電源をさらに備える、請求項１３、又はそれに従属する場合の請求項１４から１７のいずれか一項に記載の装置。
19. 前記電流制御電源が、前記カソードによって接地されており；
    前記装置は、前記接続に前記電圧パルスを供給するように構成された電圧制御電源をさらに備え、前記電圧制御電源は：
    前記接続と前記アノードとの間に電気的に接続され；及び
    前記カソードによって接地されている、
    請求項９に間接的に従属する場合の請求項１４に直接又は間接的に従属する場合の請求項１８に記載の装置。
20. 前記ナノ構造が、４ｅＶ未満の仕事関数を有する材料で少なくとも部分的にコーティングされており、前記材料は、所望に応じて、セシウム又はハフニウムを含む、請求項１から１９のいずれか一項に記載の装置。
21. 前記コーティング材料が、少なくとも４００℃の融点を有する、請求項１６若しくは請求項１８に直接又は間接的に従属する場合の請求項２０に記載の装置。
22. 前記ナノ構造が、触媒コーティングで少なくとも部分的にコーティングされている、請求項１から２１のいずれか一項に記載の装置。
23. 前記触媒コーティングが、酸化バナジウム、酸化亜鉛、及び三酸化タングステンのうちの１つ以上を含む、請求項２２に記載の装置。
24. 前記触媒コーティングが、二酸化チタンなどの安定化コーティングの上に適用される、請求項２２又は２３のいずれか一項に記載の装置。
25. 前記アレイが、１つ以上の未コーティングナノ構造、４ｅＶ未満の仕事関数を有する材
    料で少なくとも部分的にコーティングされた１つ以上のナノ構造、及び触媒コーティングで少なくとも部分的にコーティングされた１つ以上のナノ構造のうちの少なくとも２つの組み合わせを備える、請求項１０に直接又は間接的に従属する場合の請求項２０から２４のいずれか一項に記載の装置。
26. 前記ナノ構造が、中空であり、その内部は、剛化剤で少なくとも部分的に充填されており、前記剛化剤は、所望に応じて、チタン、鉄、又は銅などの遷移金属を含む、請求項１から２５のいずれか一項に記載の装置。
27. 前記剛化剤が、前記基材が含む材料、及び所望に応じて、炭素を含む、請求項１３に直接又は間接的に従属する場合の請求項２６に記載の装置。
28. 前記基材が、チタンを含み、前記剛化剤が、炭化チタンを含む、請求項２７に記載の装置。
29. 前記ナノ構造が、電子輸送促進剤又は電気伝導性促進剤によってドープされている、請求項１から２８のいずれか一項に記載の装置。
30. 煙突空洞内に、同心円状に、スタック状に、又はアレイ状に配置されるように構成された請求項１から２９のいずれか一項に記載の複数の装置を備える、燃焼排気ガスを電子照射によって浄化するためのシステム。
31. 各々が電気伝導性基材上に形成された、請求項１０、又はそれに従属する場合の請求項１１から２９のいずれか一項に記載のアレイである少なくとも４つのナノ構造アレイ；
    電源；
    前記基材、前記電源、及び接地を、各基材が異なる電位となるように接続する電気接続；並びに
    前記基材と結合し、前記アレイのナノ構造が浄化されるべきガスを含有する容器内に伸びて、前記容器の内部が前記アレイによって電界放出された電子に曝露され得るように前記アレイを位置させるように構成された１つ以上の筐体
    を備え、前記基材は、最も高い電位の基材を除いたすべての前記基材において、前記アレイを形成しているナノ構造の自由端によって定められる各アレイの表面から次に高い電位の前記基材上に形成された前記アレイの対応する表面まで直線経路が存在するように配置される、燃焼排気ガスを電子照射によって浄化するためのシステム。
32. 前記基材が、二重ジグザグパターンに配置される、請求項３１に記載のシステム。
33. 前記アノードと前記カソードとの間に、前記カソードと電気的に接続された前記ナノ構造が電界に曝露されて、前記ナノ構造による電子の電界放出が得られるように、電位差を確立すること；並びに
    浄化されるべき前記ガスを前記電子に曝露すること
    を含む、請求項１から２９のいずれか一項に記載の装置、又は請求項３０から３２のいずれか一項に記載のシステムを用いて行われる電子照射による浄化方法。
34. 前記ＣＮＴを遊離電子に曝露して、前記ＣＮＴからの刺激電界電子放出を誘導することをさらに含む、請求項４に直接又は間接的に従属する場合の請求項３３に記載の方法。
35. 前記遊離電子が、電界放出又は刺激電界放出によって追加の電子源から放出されたものであり、前記追加の電子源は、別のナノ構造である、請求項３４に記載の方法。
36. 前記ナノ構造に電圧パルスを供給することをさらに含み、前記パルスは、所望に応じて、前記ガスの降伏電圧未満の大きさを有する、請求項３３から３５のいずれか一項に記載の方法。
37. 前記ナノ構造が、８０ｋＰａ以上の絶対圧力の環境中において前記電子ビームを発生させるように配置される、請求項３３から３６のいずれか一項に記載の方法。
38. 前記電圧パルスが：
    １００Ｖから５ｋＶの絶対振幅；及び／又は
    １μｓから１ｍｓの継続時間
    を有する、請求項３６、又はそれに従属する場合の請求項３７に記載の方法。
39. 前記電圧パルスが、所望に応じて、１００Ｈｚから５００ｋＨｚの周波数で、所望に応じて、５０％未満のデューティサイクルで、周期的に反復される、請求項３６、又はそれに従属する場合の請求項３７若しくは３８のいずれか一項に記載の方法。
40. 前記電界放出の過程で前記ナノ構造を加熱することをさらに含む、請求項３３から３９のいずれか一項に記載の方法。
41. 前記ナノ構造が、２００〜１０００℃に、所望に応じて、３００〜９００℃に、所望に応じて、４００〜８００℃に、所望に応じて、４００〜６００℃に加熱される、請求項４０に記載の方法。
42. 前記ガスを前記電子に曝露する前に、前記ガスをアンモニアと混合してガス混合物を形成すること；及び
    前記ガス混合物を前記電子に曝露した後に、それによって生成された粉末を捕集すること
    をさらに含む、請求項３３から４１のいずれか一項に記載の方法。
43. 前記ガスが、船舶からの排出物を含む、請求項３３から４２のいずれか一項に記載の方法。
44. 請求項１から２９のいずれか一項に記載の装置、又は請求項３０から３２のいずれか一項に記載のシステムを備える船舶であって、前記容器は、前記船舶からの排出物を含有するように構成される、船舶。
45. 添付の図面を参照して実質的に本明細書で述べる通りである装置。
46. 添付の図面を参照して実質的に本明細書で述べる通りであるシステム。
47. 添付の図面を参照して実質的に本明細書で述べる通りである方法。
48. 添付の図面を参照して実質的に本明細書で述べる通りである船舶。