JP3350133B2 - 自己代謝性反応装置 - Google Patents
自己代謝性反応装置Info
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- JP3350133B2 JP3350133B2 JP07460793A JP7460793A JP3350133B2 JP 3350133 B2 JP3350133 B2 JP 3350133B2 JP 07460793 A JP07460793 A JP 07460793A JP 7460793 A JP7460793 A JP 7460793A JP 3350133 B2 JP3350133 B2 JP 3350133B2
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
- Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
- Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
- Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2
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- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
- Exhaust Gas After Treatment (AREA)
- Treating Waste Gases (AREA)
- Gas Separation By Absorption (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電気装置として構成さ
れる自己代謝性を備えた、新規な二酸化炭素の固定装
置、公害ガス処理装置および消臭装置等に利用できる自
己代謝性反応装置に関するものである。
れる自己代謝性を備えた、新規な二酸化炭素の固定装
置、公害ガス処理装置および消臭装置等に利用できる自
己代謝性反応装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、電気装置として構成される二酸化
炭素の固定装置、公害ガス処理装置および消臭装置など
は、各々の機能を果たしながらも浄化機能が充分でな
く、また、活性炭フィルタなど脱臭機能を持つものがあ
ってもその効果は一時的で耐久性のあるものが少なかっ
た。
炭素の固定装置、公害ガス処理装置および消臭装置など
は、各々の機能を果たしながらも浄化機能が充分でな
く、また、活性炭フィルタなど脱臭機能を持つものがあ
ってもその効果は一時的で耐久性のあるものが少なかっ
た。
【０００３】また一方で、優れた消臭材料として、硫酸
鉄ーアスコルビン酸錯体や活性剤処理した鉄多孔体など
の比較的長寿命の消臭剤が、日経ニューマテリアル１９
９１年、１０月１４日号、５６頁に開示されている。し
かし、これら消臭剤には、消臭活性が高くかつ非常に長
寿命というものがなく、消臭剤を一定期間毎に取り替え
る必要があった。また、最初の消臭能は高いが、しばら
くすると活性が大きく低下するという問題があった。
鉄ーアスコルビン酸錯体や活性剤処理した鉄多孔体など
の比較的長寿命の消臭剤が、日経ニューマテリアル１９
９１年、１０月１４日号、５６頁に開示されている。し
かし、これら消臭剤には、消臭活性が高くかつ非常に長
寿命というものがなく、消臭剤を一定期間毎に取り替え
る必要があった。また、最初の消臭能は高いが、しばら
くすると活性が大きく低下するという問題があった。
【０００４】一般に強磁性体としては、マグネタイト、
マンガンフェライト、亜鉛フェライトなどの種々のフェ
ライトのほか、鉄、コバルトなどの金属超微粒子や窒化
鉄など多くの金属化合物が知られており、この中で酸素
欠陥マグネタイトを用いた二酸化炭素の高効率分解反応
が知られている。この酸素欠陥マグネタイトを用いる
と、３００〜４００℃でほぼ１００％二酸化炭素を固定
できることが開示されている（玉浦 裕、「機能材
料」、１９９０年１２月号、４４頁、および１９９１年
１月号、３８頁）。また、「化学大辞典」にも酸化鉄の
酸化還元反応が、詳しく解説されている（「化学大辞
典」共立出版、「酸化鉄」項および「酸化鉄(III) 鉄(I
I)」項）。これらに開示されている酸化鉄の反応サイク
ルを模式的に図２に示す。図２の左半分（黒色矢印部）
は上記「機能材料」に開示された内容で、右半分（白色
矢印部）は上記「化学大辞典」の内容である。
マンガンフェライト、亜鉛フェライトなどの種々のフェ
ライトのほか、鉄、コバルトなどの金属超微粒子や窒化
鉄など多くの金属化合物が知られており、この中で酸素
欠陥マグネタイトを用いた二酸化炭素の高効率分解反応
が知られている。この酸素欠陥マグネタイトを用いる
と、３００〜４００℃でほぼ１００％二酸化炭素を固定
できることが開示されている（玉浦 裕、「機能材
料」、１９９０年１２月号、４４頁、および１９９１年
１月号、３８頁）。また、「化学大辞典」にも酸化鉄の
酸化還元反応が、詳しく解説されている（「化学大辞
典」共立出版、「酸化鉄」項および「酸化鉄(III) 鉄(I
I)」項）。これらに開示されている酸化鉄の反応サイク
ルを模式的に図２に示す。図２の左半分（黒色矢印部）
は上記「機能材料」に開示された内容で、右半分（白色
矢印部）は上記「化学大辞典」の内容である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、電気装置とし
て構成される従来の二酸化炭素の固定装置、公害ガス処
理装置および消臭装置などは、各々の機能を果たしなが
らも浄化機能が充分でなく、また、活性炭フィルタなど
脱臭機能を持つものがあってもその効果は一時的で耐久
性のあるものが少ないという問題点があった。
て構成される従来の二酸化炭素の固定装置、公害ガス処
理装置および消臭装置などは、各々の機能を果たしなが
らも浄化機能が充分でなく、また、活性炭フィルタなど
脱臭機能を持つものがあってもその効果は一時的で耐久
性のあるものが少ないという問題点があった。
【０００６】本発明は前記従来の問題を解決するため、
浄化機能が高く、かつ磁気手段によって自己代謝を可能
とし、浄化機能が失われないメインテナンス不要の高活
性な反応装置を提供することを目的とする。
浄化機能が高く、かつ磁気手段によって自己代謝を可能
とし、浄化機能が失われないメインテナンス不要の高活
性な反応装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
本発明の自己代謝性反応装置は、酸素欠陥マグネタイト
よりなる強磁性体粒子を用いた自己代謝性反応装置であ
って、前記強磁性体粒子を磁気によって自己代謝性反応
工程へ供給する手段と、前記供給手段から供給された前
記強磁性体粒子を磁気による担持手段によって担持しつ
つ、前記酸素欠陥マグネタイトが導入ガスにより酸化さ
れて非磁性のヘマタイトに変化する自己代謝性反応工程
と、前記ヘマタイトを還元して前記酸素欠陥マグネタイ
トに戻すリサイクル反応工程とを少なくとも備えたこと
を特徴とする。
本発明の自己代謝性反応装置は、酸素欠陥マグネタイト
よりなる強磁性体粒子を用いた自己代謝性反応装置であ
って、前記強磁性体粒子を磁気によって自己代謝性反応
工程へ供給する手段と、前記供給手段から供給された前
記強磁性体粒子を磁気による担持手段によって担持しつ
つ、前記酸素欠陥マグネタイトが導入ガスにより酸化さ
れて非磁性のヘマタイトに変化する自己代謝性反応工程
と、前記ヘマタイトを還元して前記酸素欠陥マグネタイ
トに戻すリサイクル反応工程とを少なくとも備えたこと
を特徴とする。
【０００８】前記構成においては、導入ガスが二酸化炭
素で、自己代謝性反応工程が前記二酸化炭素を還元固定
することにより酸素欠陥マグネタイトが酸化されてマグ
ネタイトに変化する反応を含むことが好ましい。
素で、自己代謝性反応工程が前記二酸化炭素を還元固定
することにより酸素欠陥マグネタイトが酸化されてマグ
ネタイトに変化する反応を含むことが好ましい。
【０００９】また前記構成においては、導入ガスが臭気
分子含有ガスで、自己代謝性反応工程が前記臭気分子を
還元して消臭作用をすることにより酸素欠陥マグネタイ
トが酸化されてヘマタイトに変化する反応を含むことが
好ましい。
分子含有ガスで、自己代謝性反応工程が前記臭気分子を
還元して消臭作用をすることにより酸素欠陥マグネタイ
トが酸化されてヘマタイトに変化する反応を含むことが
好ましい。
【００１０】また前記構成においては、臭気分子が窒素
酸化物、硫黄酸化物の何れかであることが好ましい。ま
た前記構成においては、ヘマタイトが、２５０〜３５０
℃での水素還元工程により酸素欠陥マグネタイト粒子に
戻され、その酸素欠陥マグネタイト粒子が磁気手段によ
って酸素欠陥マグネタイト粒子タンクに戻されリサイク
ルされてなることが好ましい。
酸化物、硫黄酸化物の何れかであることが好ましい。ま
た前記構成においては、ヘマタイトが、２５０〜３５０
℃での水素還元工程により酸素欠陥マグネタイト粒子に
戻され、その酸素欠陥マグネタイト粒子が磁気手段によ
って酸素欠陥マグネタイト粒子タンクに戻されリサイク
ルされてなることが好ましい。
【００１１】また前記構成においては、担持手段、供給
手段、磁気手段の少なくとも一つが、電磁力による手段
であることが好ましい。また前記構成においては、担持
手段、供給手段、磁気手段の少なくとも一つが、マグネ
ットロールあるいはマグネットベルトよりなることが好
ましい。
手段、磁気手段の少なくとも一つが、電磁力による手段
であることが好ましい。また前記構成においては、担持
手段、供給手段、磁気手段の少なくとも一つが、マグネ
ットロールあるいはマグネットベルトよりなることが好
ましい。
【００１２】また前記構成においては、自己代謝性反応
工程が、酸素欠陥マグネタイトよりなる強磁性体粒子群
を磁気による担持手段によって導電性連続鎖を形成する
ように担持させ、前記導電性連続鎖の両端より電界を印
加し、前記強磁性体粒子群を通電し、触媒活性を高める
ための発熱を行わせる手段を含むことが好ましい。
工程が、酸素欠陥マグネタイトよりなる強磁性体粒子群
を磁気による担持手段によって導電性連続鎖を形成する
ように担持させ、前記導電性連続鎖の両端より電界を印
加し、前記強磁性体粒子群を通電し、触媒活性を高める
ための発熱を行わせる手段を含むことが好ましい。
【００１３】また前記構成においては、強磁性体粒子
が、酸素欠陥マグネタイト超微粒子を含有した多孔質の
粒子であることが好ましい。また前記構成においては、
強磁性体粒子を磁気によって自己代謝性反応工程へ供給
する手段と、前記供給手段から供給された前記強磁性体
粒子を磁気による担持手段とを連続化させることもでき
る。
が、酸素欠陥マグネタイト超微粒子を含有した多孔質の
粒子であることが好ましい。また前記構成においては、
強磁性体粒子を磁気によって自己代謝性反応工程へ供給
する手段と、前記供給手段から供給された前記強磁性体
粒子を磁気による担持手段とを連続化させることもでき
る。
【００１４】
【作用】本発明の自己代謝性反応装置は、上記構成より
なり、強磁性の酸化鉄の反応性を利用して導入ガスを還
元反応せしめ、導入ガスの固定、浄化、無臭化などを行
なうと共に、反応によって強磁性を失い自己代謝した反
応後の非磁性の酸化鉄を還元してリサイクル使用する装
置である。
なり、強磁性の酸化鉄の反応性を利用して導入ガスを還
元反応せしめ、導入ガスの固定、浄化、無臭化などを行
なうと共に、反応によって強磁性を失い自己代謝した反
応後の非磁性の酸化鉄を還元してリサイクル使用する装
置である。
【００１５】本発明の自己代謝性反応装置における反応
は、図１のように表わされる。本発明で用いる酸素欠陥
マグネタイト（Ｆｅ3 Ｏ4-x ）は、強磁性でありその酸
素欠陥によって還元反応性は高く、その還元反応によっ
て酸素欠陥マグネタイト自身は自ら酸化されてマグネタ
イト（Ｆｅ3 Ｏ4 ）に変化する。さらに酸化されて非磁
性のヘマタイト（α−Ｆｅ2 Ｏ3 ）に変化する。図のよ
うにＦｅ3 Ｏ4-x 及びＦｅ3 Ｏ4 からα−Ｆｅ2 Ｏ3 に
変化する過程で消臭作用やガス浄化作用をし、強磁性を
失って自己代謝する。即ち、磁気による担持手段に担持
された強磁性の酸素欠陥マグネタイトは、反応により強
磁性を失い担持手段からはずれ落下する。本発明は、こ
のような酸素欠陥マグネタイトが導入ガスにより酸化さ
れて非磁性のヘマタイトに変化する自己代謝性反応工程
を有する。この反応によって生成したヘマタイトは、約
３００℃での水素還元によって再び酸素欠陥マグネタイ
トに戻るリサイクル反応工程を有する自己代謝性反応装
置である。このマグネタイトからヘマタイトへの変化に
よって、電気伝導率も良導体から高抵抗体ヘと大きく変
化する。
は、図１のように表わされる。本発明で用いる酸素欠陥
マグネタイト（Ｆｅ3 Ｏ4-x ）は、強磁性でありその酸
素欠陥によって還元反応性は高く、その還元反応によっ
て酸素欠陥マグネタイト自身は自ら酸化されてマグネタ
イト（Ｆｅ3 Ｏ4 ）に変化する。さらに酸化されて非磁
性のヘマタイト（α−Ｆｅ2 Ｏ3 ）に変化する。図のよ
うにＦｅ3 Ｏ4-x 及びＦｅ3 Ｏ4 からα−Ｆｅ2 Ｏ3 に
変化する過程で消臭作用やガス浄化作用をし、強磁性を
失って自己代謝する。即ち、磁気による担持手段に担持
された強磁性の酸素欠陥マグネタイトは、反応により強
磁性を失い担持手段からはずれ落下する。本発明は、こ
のような酸素欠陥マグネタイトが導入ガスにより酸化さ
れて非磁性のヘマタイトに変化する自己代謝性反応工程
を有する。この反応によって生成したヘマタイトは、約
３００℃での水素還元によって再び酸素欠陥マグネタイ
トに戻るリサイクル反応工程を有する自己代謝性反応装
置である。このマグネタイトからヘマタイトへの変化に
よって、電気伝導率も良導体から高抵抗体ヘと大きく変
化する。
【００１６】本発明の装置における具体的な反応として
は、（１）二酸化炭素の固定反応、（２）窒素酸化物、
硫黄酸化物などの公害ガス還元処理反応、（３）快適空
間のために空気を清浄化する還元消臭反応などがある。
は、（１）二酸化炭素の固定反応、（２）窒素酸化物、
硫黄酸化物などの公害ガス還元処理反応、（３）快適空
間のために空気を清浄化する還元消臭反応などがある。
【００１７】一般に、酸化鉄の酸化還元反応の反応サイ
クルは、図２のように表わされる。（１）の二酸化炭素
の固定反応は、図２に示されるように強磁性の酸素欠陥
マグネタイト（Ｆｅ3 Ｏ4-x ）により約３００℃で１０
０％近い高変換率で炭素まで還元固定され、活性な炭素
Ｃy の付着したマグネタイト（Ｆｅ3 Ｏ4 ・Ｃy ）を生
成する。このＦｅ3 Ｏ4 ・Ｃy は、活性な炭素Ｃy によ
って反応性が高く、図２のように水を還元して水素を生
成したり、水素と反応させてメタンを生成させることが
できる。図２において、酸素欠陥マグネタイト（Ｆｅ3
Ｏ4-x ）とＦｅＯとは別々に書いているが、これらは別
々に表現されたほぼ同一物質といってよく、図のように
いずれも鉄酸化物を３００℃で水素還元することによっ
て生成される材料で、いずれも二酸化炭素の還元能力を
有する。（３）の快適空間のために空気を清浄化する還
元消臭反応は、臭気成分として上記（２）のガスのほ
か、有機窒素酸化物、有機硫黄酸化物、有機酸化物など
の臭気ガスを還元して無臭あるいは芳香の窒素化合物や
硫黄化合物、炭素化合物に戻す反応である。ここでの消
臭作用とは、気体中の臭気分子を触媒的に無臭化するこ
と、化学反応により無臭化すること、あるいは吸着して
脱臭することも含んでおり、臭気の消臭、脱臭、吸収、
捕集、浄化などをする。
クルは、図２のように表わされる。（１）の二酸化炭素
の固定反応は、図２に示されるように強磁性の酸素欠陥
マグネタイト（Ｆｅ3 Ｏ4-x ）により約３００℃で１０
０％近い高変換率で炭素まで還元固定され、活性な炭素
Ｃy の付着したマグネタイト（Ｆｅ3 Ｏ4 ・Ｃy ）を生
成する。このＦｅ3 Ｏ4 ・Ｃy は、活性な炭素Ｃy によ
って反応性が高く、図２のように水を還元して水素を生
成したり、水素と反応させてメタンを生成させることが
できる。図２において、酸素欠陥マグネタイト（Ｆｅ3
Ｏ4-x ）とＦｅＯとは別々に書いているが、これらは別
々に表現されたほぼ同一物質といってよく、図のように
いずれも鉄酸化物を３００℃で水素還元することによっ
て生成される材料で、いずれも二酸化炭素の還元能力を
有する。（３）の快適空間のために空気を清浄化する還
元消臭反応は、臭気成分として上記（２）のガスのほ
か、有機窒素酸化物、有機硫黄酸化物、有機酸化物など
の臭気ガスを還元して無臭あるいは芳香の窒素化合物や
硫黄化合物、炭素化合物に戻す反応である。ここでの消
臭作用とは、気体中の臭気分子を触媒的に無臭化するこ
と、化学反応により無臭化すること、あるいは吸着して
脱臭することも含んでおり、臭気の消臭、脱臭、吸収、
捕集、浄化などをする。
【００１８】このように本発明の反応装置は、常に反応
活性の高い状態にあり、半永久的に高い反応活性を保つ
という反応活性自己修復機構を持っている。
活性の高い状態にあり、半永久的に高い反応活性を保つ
という反応活性自己修復機構を持っている。
【００１９】
【実施例】次に、実施例を用いて本発明をさらに具体的
に説明する。本発明の一実施例は、図３のように酸素欠
陥マグネタイトよりなる強磁性体粒子１と、前記強磁性
体粒子の磁気による担持手段（担持用磁石２）と、前記
強磁性体粒子の磁気による供給手段（供給用磁気ベルト
３）と、前記酸素欠陥マグネタイトが導入ガスにより酸
化されて非磁性のヘマタイト９に変化する自己代謝性反
応工程と、前記ヘマタイト９を還元して前記酸素欠陥マ
グネタイト１に戻すリサイクル反応工程とを有する自己
代謝性反応装置によって構成される。１０は自己代謝性
反応領域、４は酸素欠陥マグネタイトよりなる強磁性体
粒子１の供給タンク、５は反応して非磁性となったヘマ
タイト粒子の回収タンクである。導入ガスは入口７より
入り、反応後出口８より出る。ヘマタイトを還元して前
記酸素欠陥マグネタイトに戻すリサイクル反応工程で
は、ヘマタイトが２５０〜３５０℃での水素還元工程に
より酸素欠陥マグネタイト粒子に戻され、その酸素欠陥
マグネタイト粒子が磁気手段によって酸素欠陥マグネタ
イト粒子タンクに戻されリサイクルされる。
に説明する。本発明の一実施例は、図３のように酸素欠
陥マグネタイトよりなる強磁性体粒子１と、前記強磁性
体粒子の磁気による担持手段（担持用磁石２）と、前記
強磁性体粒子の磁気による供給手段（供給用磁気ベルト
３）と、前記酸素欠陥マグネタイトが導入ガスにより酸
化されて非磁性のヘマタイト９に変化する自己代謝性反
応工程と、前記ヘマタイト９を還元して前記酸素欠陥マ
グネタイト１に戻すリサイクル反応工程とを有する自己
代謝性反応装置によって構成される。１０は自己代謝性
反応領域、４は酸素欠陥マグネタイトよりなる強磁性体
粒子１の供給タンク、５は反応して非磁性となったヘマ
タイト粒子の回収タンクである。導入ガスは入口７より
入り、反応後出口８より出る。ヘマタイトを還元して前
記酸素欠陥マグネタイトに戻すリサイクル反応工程で
は、ヘマタイトが２５０〜３５０℃での水素還元工程に
より酸素欠陥マグネタイト粒子に戻され、その酸素欠陥
マグネタイト粒子が磁気手段によって酸素欠陥マグネタ
イト粒子タンクに戻されリサイクルされる。
【００２０】フェライトは一般にＭＯ・Ｆｅ2 Ｏ3 で表
わされ、ＭとしてはＭｎ2+、Ｆｅ2+、Ｃｏ2+、Ｎｉ2+、
Ｃｕ2+、Ｚｎ2+などがあるが、本発明にはその反応活性
の高さと価格からＦｅ2+が特に適している。強磁性のフ
ェライトは一般に３００〜６００℃にキュリー温度を持
っているが、本発明の実施例におけるマグネタイトは、
約５８０℃付近という高い温度にキュリー温度を持って
いる。
わされ、ＭとしてはＭｎ2+、Ｆｅ2+、Ｃｏ2+、Ｎｉ2+、
Ｃｕ2+、Ｚｎ2+などがあるが、本発明にはその反応活性
の高さと価格からＦｅ2+が特に適している。強磁性のフ
ェライトは一般に３００〜６００℃にキュリー温度を持
っているが、本発明の実施例におけるマグネタイトは、
約５８０℃付近という高い温度にキュリー温度を持って
いる。
【００２１】マグネタイトは一般に緻密な構造を形成す
ると不働態化する性質も持っているが、本発明の酸素欠
陥マグネタイトよりなる強磁性体粒子は、多くの欠陥を
持ち反応性が高く、さらにその超微粒子や多孔質で表面
積の大きい粒子ではいっそう反応活性が高く、本発明に
適する。本発明における酸素欠陥マグネタイトよりなる
強磁性体粒子は、また焼結されたり、ポリマー、ガラ
ス、セラミックスなどの結着剤によりにより結着された
りして構成されるが、多孔質で比表面積の大きい微粒子
ほど活性が高くなる。本発明における強磁性体含有粒子
の大きさとしては、１００μｍ以下の微粒子が好ましく
用いられるが、強磁性体含有粒子中の強磁性体微粒子は
超微粒子であるほど、比表面積が大きくかつ表面原子の
熱運動が活発で反応サイトの活性が極めて高い。また、
これら強磁性体微粒子の表面は、金属イオンあるいは水
酸基が露出した形となっておりこの点からも活性が高
い。また、表面原子の熱運動が活発で反応サイトの表面
活性が極めて高く、反応速度が速いという極めて優れた
反応性を示す。一方、いくら超微粒子であるといっても
小さ過ぎては強磁性単磁区を形成しないので、平均粒子
直径は約１０ｎｍ以上の大きさが好ましい。
ると不働態化する性質も持っているが、本発明の酸素欠
陥マグネタイトよりなる強磁性体粒子は、多くの欠陥を
持ち反応性が高く、さらにその超微粒子や多孔質で表面
積の大きい粒子ではいっそう反応活性が高く、本発明に
適する。本発明における酸素欠陥マグネタイトよりなる
強磁性体粒子は、また焼結されたり、ポリマー、ガラ
ス、セラミックスなどの結着剤によりにより結着された
りして構成されるが、多孔質で比表面積の大きい微粒子
ほど活性が高くなる。本発明における強磁性体含有粒子
の大きさとしては、１００μｍ以下の微粒子が好ましく
用いられるが、強磁性体含有粒子中の強磁性体微粒子は
超微粒子であるほど、比表面積が大きくかつ表面原子の
熱運動が活発で反応サイトの活性が極めて高い。また、
これら強磁性体微粒子の表面は、金属イオンあるいは水
酸基が露出した形となっておりこの点からも活性が高
い。また、表面原子の熱運動が活発で反応サイトの表面
活性が極めて高く、反応速度が速いという極めて優れた
反応性を示す。一方、いくら超微粒子であるといっても
小さ過ぎては強磁性単磁区を形成しないので、平均粒子
直径は約１０ｎｍ以上の大きさが好ましい。
【００２２】さらに酸素欠陥マグネタイトよりなる強磁
性体粒子は、その表面でアンモニア臭気分子と塩を形成
してアンモニウム塩になる反応モードがある。また、メ
タルサイトに取り込まれてアンミン錯イオンＭｎ+ （Ｎ
Ｈ3 ）m になる反応モードもある。これらはいずれも臭
気分子を吸着する能力で、こういう反応が並行して起こ
ることもある。
性体粒子は、その表面でアンモニア臭気分子と塩を形成
してアンモニウム塩になる反応モードがある。また、メ
タルサイトに取り込まれてアンミン錯イオンＭｎ+ （Ｎ
Ｈ3 ）m になる反応モードもある。これらはいずれも臭
気分子を吸着する能力で、こういう反応が並行して起こ
ることもある。
【００２３】図２には鉄酸化物の反応サイクルを示して
いるが、鉄酸化物は上記のように比較的低温で反応性の
高いきわめて好適な反応サイクルを示す。マグネタイト
は低い温度でゆっくり酸化された場合、γ−Ｆｅ2 Ｏ3
に変化するが、高温ではα−Ｆｅ2 Ｏ3 に変化する。ま
た、水分の多い状態ではα−Ｆｅ2 Ｏ3 （赤錆）に変化
し非磁性となりやすい。
いるが、鉄酸化物は上記のように比較的低温で反応性の
高いきわめて好適な反応サイクルを示す。マグネタイト
は低い温度でゆっくり酸化された場合、γ−Ｆｅ2 Ｏ3
に変化するが、高温ではα−Ｆｅ2 Ｏ3 に変化する。ま
た、水分の多い状態ではα−Ｆｅ2 Ｏ3 （赤錆）に変化
し非磁性となりやすい。
【００２４】本実施例における担持手段、供給手段、磁
気手段には、電磁力による手段を用いることができ、こ
れによって容易に強磁性粒子の移動、供給などが可能で
ある。具体的手段としてはには、マグネットロールまた
はマグネットベルトを用いるのが簡便である。本実施例
における強磁性体微粒子は、磁性超微粒子をコロイド分
散した磁性流体ほどの流動性はないが、ゾル、エアロゾ
ルとして大きな流動性を有し磁界、振動などによって大
きく流動する。強磁性体含有微粒子の粒径が小さいほど
その流動性は高い。
気手段には、電磁力による手段を用いることができ、こ
れによって容易に強磁性粒子の移動、供給などが可能で
ある。具体的手段としてはには、マグネットロールまた
はマグネットベルトを用いるのが簡便である。本実施例
における強磁性体微粒子は、磁性超微粒子をコロイド分
散した磁性流体ほどの流動性はないが、ゾル、エアロゾ
ルとして大きな流動性を有し磁界、振動などによって大
きく流動する。強磁性体含有微粒子の粒径が小さいほど
その流動性は高い。
【００２５】また本実施例においては、強磁性体粒子の
供給手段（図３の３に相当）と、強磁性体粒子の担持手
段（図３の２に相当）とが連続化されていてもよい。こ
の場合、自己代謝性反応領域１０に供給手段３をある程
度露出させておき、反応領域１０に強磁性体粒子を一定
時間滞留させる。
供給手段（図３の３に相当）と、強磁性体粒子の担持手
段（図３の２に相当）とが連続化されていてもよい。こ
の場合、自己代謝性反応領域１０に供給手段３をある程
度露出させておき、反応領域１０に強磁性体粒子を一定
時間滞留させる。
【００２６】また、酸素欠陥マグネタイトよりなる強磁
性体粒子群を加熱する方法として、酸素欠陥マグネタイ
トが導電性であることを利用して、磁気による担持手段
によって導電性連続鎖を形成するように担持させ、前記
導電性連続鎖の両端より電界を印加し、前記強磁性体粒
子群を通電発熱させて、触媒活性を高めて反応工程を構
成する方法がある。これは電極のみによって酸素欠陥マ
グネタイト粒子を加熱できる簡便な方法である。反応し
てヘマタイトに変化し非磁性化した粒子は自己代謝し、
新しい酸素欠陥マグネタイト粒子が担持されることにな
る。
性体粒子群を加熱する方法として、酸素欠陥マグネタイ
トが導電性であることを利用して、磁気による担持手段
によって導電性連続鎖を形成するように担持させ、前記
導電性連続鎖の両端より電界を印加し、前記強磁性体粒
子群を通電発熱させて、触媒活性を高めて反応工程を構
成する方法がある。これは電極のみによって酸素欠陥マ
グネタイト粒子を加熱できる簡便な方法である。反応し
てヘマタイトに変化し非磁性化した粒子は自己代謝し、
新しい酸素欠陥マグネタイト粒子が担持されることにな
る。
【００２７】本実施例の具体的装置として、（１）導入
ガスが二酸化炭素よりなる二酸化炭素の固定装置、
（２）導入ガスが、窒素酸化物、硫黄酸化物の何れかで
ある公害ガス処理装置、（３）快適空間のために空気を
清浄化する消臭装置の何れかであることが望ましい。
ガスが二酸化炭素よりなる二酸化炭素の固定装置、
（２）導入ガスが、窒素酸化物、硫黄酸化物の何れかで
ある公害ガス処理装置、（３）快適空間のために空気を
清浄化する消臭装置の何れかであることが望ましい。
【００２８】（１）の二酸化炭素の固定装置では、導入
ガスが二酸化炭素で、自己代謝性反応工程が前記二酸化
炭素を還元固定することにより酸素欠陥マグネタイトが
酸化されてマグネタイトに変化する。この二酸化炭素の
固定反応は、図２に示されるように強磁性の酸素欠陥マ
グネタイト（Ｆｅ3 Ｏ4-x ）により約３００℃で１００
％近い高変換率で炭素まで還元固定され、活性な炭素Ｃ
y の付着したマグネタイト（Ｆｅ3 Ｏ4 ・Ｃy ）を生成
する。
ガスが二酸化炭素で、自己代謝性反応工程が前記二酸化
炭素を還元固定することにより酸素欠陥マグネタイトが
酸化されてマグネタイトに変化する。この二酸化炭素の
固定反応は、図２に示されるように強磁性の酸素欠陥マ
グネタイト（Ｆｅ3 Ｏ4-x ）により約３００℃で１００
％近い高変換率で炭素まで還元固定され、活性な炭素Ｃ
y の付着したマグネタイト（Ｆｅ3 Ｏ4 ・Ｃy ）を生成
する。
【００２９】上記の酸素欠陥マグネタイトの酸素欠陥量
（ｘ）は、水素還元の通気時間とともに増加する。この
酸素欠陥マグネタイトは窒素雰囲気中では安定である
が、空気中では徐々に酸化される性質をもっている。酸
素欠陥マグネタイトは、マグネタイトと同様のスピネル
型の結晶構造から酸素が抜けた結晶構造をしており、還
元によって結晶構造を変化する金属鉄に比べ、その還元
反応性は非常に高く、二酸化炭素をほぼ１００％の変換
率で還元できる。またさらに好ましいことには、金属鉄
の場合と違ってこの反応からは炭化鉄（カーバイド）は
ほとんど生成せず、図２のように活性な炭素Ｃy の付着
したマグネタイト（Ｆｅ3 Ｏ4 ・Ｃy ）を生成する。そ
れ故、活性な炭素Ｃy の利用やリサイクルプロセスも容
易に構成できる。
（ｘ）は、水素還元の通気時間とともに増加する。この
酸素欠陥マグネタイトは窒素雰囲気中では安定である
が、空気中では徐々に酸化される性質をもっている。酸
素欠陥マグネタイトは、マグネタイトと同様のスピネル
型の結晶構造から酸素が抜けた結晶構造をしており、還
元によって結晶構造を変化する金属鉄に比べ、その還元
反応性は非常に高く、二酸化炭素をほぼ１００％の変換
率で還元できる。またさらに好ましいことには、金属鉄
の場合と違ってこの反応からは炭化鉄（カーバイド）は
ほとんど生成せず、図２のように活性な炭素Ｃy の付着
したマグネタイト（Ｆｅ3 Ｏ4 ・Ｃy ）を生成する。そ
れ故、活性な炭素Ｃy の利用やリサイクルプロセスも容
易に構成できる。
【００３０】（２）の窒素酸化物、硫黄酸化物などの公
害ガス処理装置では、上記（１）と同様に窒素酸化物、
硫黄酸化物などの公害ガスを還元して窒素や硫黄に戻す
ことができる。
害ガス処理装置では、上記（１）と同様に窒素酸化物、
硫黄酸化物などの公害ガスを還元して窒素や硫黄に戻す
ことができる。
【００３１】（３）の空気を清浄化する消臭装置では、
導入ガスが臭気分子含有ガスで、自己代謝性反応工程が
前記臭気分子を還元して消臭作用をすることにより酸素
欠陥マグネタイトが酸化されてヘマタイトに変化する。
これは臭気分子として上記（２）の公害ガスのほか、有
機窒素酸化物、有機硫黄酸化物などの臭気ガスを還元し
て無臭または芳香の窒素化合物や硫黄化合物に戻す反応
である。
導入ガスが臭気分子含有ガスで、自己代謝性反応工程が
前記臭気分子を還元して消臭作用をすることにより酸素
欠陥マグネタイトが酸化されてヘマタイトに変化する。
これは臭気分子として上記（２）の公害ガスのほか、有
機窒素酸化物、有機硫黄酸化物などの臭気ガスを還元し
て無臭または芳香の窒素化合物や硫黄化合物に戻す反応
である。
【００３２】また、浄化作用、消臭作用を有する非磁性
微粒子を、上記の強磁性体微粒子と単に混合して用いる
ことも可能である。この場合は強磁性体微粒子と非磁性
体超微粒子との関係はちょうど複写機の磁性キャリヤと
トナーのような関係であり、同様に自己代謝性消臭装置
を構成する。
微粒子を、上記の強磁性体微粒子と単に混合して用いる
ことも可能である。この場合は強磁性体微粒子と非磁性
体超微粒子との関係はちょうど複写機の磁性キャリヤと
トナーのような関係であり、同様に自己代謝性消臭装置
を構成する。
【００３３】本実施例の消臭装置は、空気などの酸素を
含む期待の場合、その影響が出るが、酸素濃度を低減し
たり、あるいは予め酸素濃度を下げる工程を設けること
によって効率的に反応させることができる。また、本発
明におけるマグネタイトのα−ヘマタイトに変化する反
応工程によって酸素含有気体の酸素濃度を低下させるこ
とも可能である。本発明はまた、上記のような気体の消
臭のみならず、水など種々の液体の消臭、脱臭（浄化）
にも用いることができるもので、種々の流体の消臭装置
として利用することが可能である。
含む期待の場合、その影響が出るが、酸素濃度を低減し
たり、あるいは予め酸素濃度を下げる工程を設けること
によって効率的に反応させることができる。また、本発
明におけるマグネタイトのα−ヘマタイトに変化する反
応工程によって酸素含有気体の酸素濃度を低下させるこ
とも可能である。本発明はまた、上記のような気体の消
臭のみならず、水など種々の液体の消臭、脱臭（浄化）
にも用いることができるもので、種々の流体の消臭装置
として利用することが可能である。
【００３４】実施例１ 担持用磁石２よりなる担持手段と、供給用磁気ベルト３
よりなる供給手段と、水素還元炉６と、供給用タンク４
と、回収用タンク５とによって図３のように自己代謝性
反応装置を構成した。酸素欠陥マグネタイトよりなる強
磁性体粒子１を装置に入れ、二酸化炭素を固定する自己
代謝性反応装置を構成した。二酸化炭素を入口７より入
れ、担持部を３００℃に加熱し反応固定させた。反応生
成ガスが発生した場合は出口８より出る。強磁性の酸素
欠陥マグネタイト（Ｆｅ3 Ｏ4-x）は１００％近い高変
換率で炭素まで還元固定され、活性な炭素Ｃy の付着し
たマグネタイト（Ｆｅ3 Ｏ4 ・Ｃy ）を経て非磁性のヘ
マタイト９を生成した。非磁性のヘマタイト９は回収タ
ンク５をへて、３００℃に加熱された水素還元炉６によ
って還元し、前記酸素欠陥マグネタイト１に戻した。こ
れを再び供給用タンク４に入れリサイクルして使用し
た。
よりなる供給手段と、水素還元炉６と、供給用タンク４
と、回収用タンク５とによって図３のように自己代謝性
反応装置を構成した。酸素欠陥マグネタイトよりなる強
磁性体粒子１を装置に入れ、二酸化炭素を固定する自己
代謝性反応装置を構成した。二酸化炭素を入口７より入
れ、担持部を３００℃に加熱し反応固定させた。反応生
成ガスが発生した場合は出口８より出る。強磁性の酸素
欠陥マグネタイト（Ｆｅ3 Ｏ4-x）は１００％近い高変
換率で炭素まで還元固定され、活性な炭素Ｃy の付着し
たマグネタイト（Ｆｅ3 Ｏ4 ・Ｃy ）を経て非磁性のヘ
マタイト９を生成した。非磁性のヘマタイト９は回収タ
ンク５をへて、３００℃に加熱された水素還元炉６によ
って還元し、前記酸素欠陥マグネタイト１に戻した。こ
れを再び供給用タンク４に入れリサイクルして使用し
た。
【００３５】実施例２ 加熱する方法として、酸素欠陥マグネタイトの磁気担持
部に一対の電極を設け、酸素欠陥マグネタイトが導電性
であることを利用して、磁気により導電性連続鎖を形成
するように担持させ、前記導電性連続鎖の両端の電極よ
り電界を印加し、酸素欠陥マグネタイトを通電発熱させ
て、酸素欠陥マグネタイトが約３００℃になるように加
熱し触媒活性を高めて反応工程を構成した。これは電極
のみによって酸素欠陥マグネタイト粒子を容易に加熱で
きた。他の部分は実施例１の自己代謝性反応装置と同様
に構成した。反応してヘマタイトに変化し非磁性化した
粒子は自己代謝し、実施例１と同様に新しい酸素欠陥マ
グネタイト粒子が担持された。
部に一対の電極を設け、酸素欠陥マグネタイトが導電性
であることを利用して、磁気により導電性連続鎖を形成
するように担持させ、前記導電性連続鎖の両端の電極よ
り電界を印加し、酸素欠陥マグネタイトを通電発熱させ
て、酸素欠陥マグネタイトが約３００℃になるように加
熱し触媒活性を高めて反応工程を構成した。これは電極
のみによって酸素欠陥マグネタイト粒子を容易に加熱で
きた。他の部分は実施例１の自己代謝性反応装置と同様
に構成した。反応してヘマタイトに変化し非磁性化した
粒子は自己代謝し、実施例１と同様に新しい酸素欠陥マ
グネタイト粒子が担持された。
【００３６】実施例３ 実施例１の自己代謝性反応装置の磁気担持部２を、電磁
石による担持手段に変更し、この電磁石を電子制御して
自己代謝性粒子の磁化の変化を利用して反応工程の途中
で生成するＦｅ3 Ｏ4 ・Ｃy を磁気担持部２より取り出
し、これを別個の還元炉に入れ、６００℃で水素を導入
してメタンを合成した。このＦｅ3 Ｏ4・Ｃy は活性な
炭素Ｃy によって反応性が高く、メタンが高収率で得ら
れた。
石による担持手段に変更し、この電磁石を電子制御して
自己代謝性粒子の磁化の変化を利用して反応工程の途中
で生成するＦｅ3 Ｏ4 ・Ｃy を磁気担持部２より取り出
し、これを別個の還元炉に入れ、６００℃で水素を導入
してメタンを合成した。このＦｅ3 Ｏ4・Ｃy は活性な
炭素Ｃy によって反応性が高く、メタンが高収率で得ら
れた。
【００３７】実施例４ 実施例１と同様の自己代謝性反応装置に、導入ガスとし
て０．１vol.％の窒素酸化物（ＮＯx ）含有空気を入口
７より導入し、実施例１と同様に還元反応させ無公害の
窒素ガスに変換した。
て０．１vol.％の窒素酸化物（ＮＯx ）含有空気を入口
７より導入し、実施例１と同様に還元反応させ無公害の
窒素ガスに変換した。
【００３８】実施例５ 実施例１と同様の自己代謝性反応装置に、導入ガスとし
て０．１vol.％の硫黄酸化物（ＳＯ2 ）含有空気を入口
７より導入し、実施例１と同様に還元反応させ固体イオ
ウ粉に変換し固定した。
て０．１vol.％の硫黄酸化物（ＳＯ2 ）含有空気を入口
７より導入し、実施例１と同様に還元反応させ固体イオ
ウ粉に変換し固定した。
【００３９】実施例６ 実施例１と同様の自己代謝性反応装置に、導入ガスとし
てアセトアルデヒドを１vol.％含有した空気を入口７よ
り導入し、実施例１と同様に還元反応させ無公害のエタ
ノールに変換した。
てアセトアルデヒドを１vol.％含有した空気を入口７よ
り導入し、実施例１と同様に還元反応させ無公害のエタ
ノールに変換した。
【００４０】
【発明の効果】以上のように本発明は、酸素欠陥マグネ
タイトよりなる反応性強磁性体粒子を用いて、磁気担持
手段、磁気供給手段、自己代謝性反応工程、リサイクル
反応工程とによって構成される新規な自己代謝性反応装
置を提供するもので、具体的装置として、優れた二酸化
炭素の固定装置、窒素酸化物、硫黄酸化物などの公害ガ
ス処理装置、快適空間のための消臭装置として利用でき
るものである。
タイトよりなる反応性強磁性体粒子を用いて、磁気担持
手段、磁気供給手段、自己代謝性反応工程、リサイクル
反応工程とによって構成される新規な自己代謝性反応装
置を提供するもので、具体的装置として、優れた二酸化
炭素の固定装置、窒素酸化物、硫黄酸化物などの公害ガ
ス処理装置、快適空間のための消臭装置として利用でき
るものである。
【００４１】本発明は浄化機能が高く、かつ磁気手段に
よって自己代謝を可能とし、浄化機能が失われない高活
性で長寿命の反応装置を提供するものである。また、本
発明における酸素欠陥マグネタイトは鉄くずなどから生
成できることから、本発明はきわめて安価な材料で公害
ガスの固定並びに空気の清浄化を行なうことができる。
このように本発明は工業的価値の大なる装置を提供する
ものである。
よって自己代謝を可能とし、浄化機能が失われない高活
性で長寿命の反応装置を提供するものである。また、本
発明における酸素欠陥マグネタイトは鉄くずなどから生
成できることから、本発明はきわめて安価な材料で公害
ガスの固定並びに空気の清浄化を行なうことができる。
このように本発明は工業的価値の大なる装置を提供する
ものである。
【図１】本発明における一実施例の反応を示す図であ
る。
る。
【図２】鉄酸化物の反応サイクルを示す図である。
【図３】本発明における自己代謝性反応装置の実施例の
一例を示す図である。
一例を示す図である。
１ 酸素欠陥マグネタイト粒子 ２ 担持用磁石 ３ 供給用磁気ベルト ４ 供給用タンク ５ 回収タンク ６ 水素還元炉 ７ 導入ガス入口 ８ 導入ガス出口 ９ ヘマタイト粒子 １０ 自己代謝性反応領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B01D 53/62 B01D 53/14 ZAB B01J 20/06 F01N 3/08
Claims (10)
- 【請求項１】 酸素欠陥マグネタイトよりなる強磁性体
粒子を用いた自己代謝性反応装置であって、前記強磁性
体粒子を磁気によって自己代謝性反応工程へ供給する手
段と、前記供給手段から供給された前記強磁性体粒子を
磁気による担持手段によって担持しつつ、前記酸素欠陥
マグネタイトが導入ガスにより酸化されて非磁性のヘマ
タイトに変化する自己代謝性反応工程と、前記ヘマタイ
トを還元して前記酸素欠陥マグネタイトに戻すリサイク
ル反応工程とを少なくとも備えたことを特徴とする自己
代謝性反応装置。 - 【請求項２】 導入ガスが二酸化炭素で、自己代謝性反
応工程が前記二酸化炭素を還元固定することにより酸素
欠陥マグネタイトが酸化されてマグネタイトに変化する
反応を含む請求項１に記載の自己代謝性反応装置。 - 【請求項３】 導入ガスが臭気分子含有ガスで、自己代
謝性反応工程が前記臭気分子を還元して消臭作用をする
ことにより酸素欠陥マグネタイトが酸化されてヘマタイ
トに変化する反応を含む請求項１に記載の自己代謝性反
応装置。 - 【請求項４】 臭気分子が、窒素酸化物、硫黄酸化物の
何れかである請求項３に記載の自己代謝性反応装置。 - 【請求項５】 ヘマタイトが、２５０〜３５０℃での水
素還元工程により酸素欠陥マグネタイト粒子に戻され、
その酸素欠陥マグネタイト粒子が磁気手段によって酸素
欠陥マグネタイト粒子タンクに戻されリサイクルされて
なる請求項１に記載の自己代謝性反応装置。 - 【請求項６】 担持手段、供給手段、磁気手段の少なく
とも一つが、電磁力による手段である請求項１または５
に記載の自己代謝性反応装置。 - 【請求項７】 担持手段、供給手段、磁気手段の少なく
とも一つが、マグネットロールあるいはマグネットベル
トよりなる請求項１または５に記載の自己代謝性反応装
置。 - 【請求項８】 自己代謝性反応工程が、酸素欠陥マグネ
タイトよりなる強磁性体粒子群を磁気による担持手段に
よって導電性連続鎖を形成するように担持させ、前記導
電性連続鎖の両端より電界を印加し、前記強磁性体粒子
群を通電し、触媒活性を高めるための発熱を行わせる手
段を含む請求項１に記載の自己代謝性反応装置。 - 【請求項９】 強磁性体粒子が、酸素欠陥マグネタイト
超微粒子を含有した多孔質の粒子である請求項１に記載
の自己代謝性反応装置。 - 【請求項１０】 強磁性体粒子を磁気によって自己代謝
性反応工程へ供給する手段と、前記供給手段から供給さ
れた前記強磁性体粒子を磁気による担持手段とが連続化
されている請求項１に記載の自己代謝性反応装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07460793A JP3350133B2 (ja) | 1993-03-31 | 1993-03-31 | 自己代謝性反応装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07460793A JP3350133B2 (ja) | 1993-03-31 | 1993-03-31 | 自己代謝性反応装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06277437A JPH06277437A (ja) | 1994-10-04 |
| JP3350133B2 true JP3350133B2 (ja) | 2002-11-25 |
Family
ID=13552035
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP07460793A Expired - Fee Related JP3350133B2 (ja) | 1993-03-31 | 1993-03-31 | 自己代謝性反応装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3350133B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101864243B1 (ko) * | 2017-09-08 | 2018-06-04 | 주식회사 포스코건설 | 마그네타이트 재생장치 및 이를 이용한 마그네타이트 재생방법 |
-
1993
- 1993-03-31 JP JP07460793A patent/JP3350133B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06277437A (ja) | 1994-10-04 |
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