JP4224169B2 - Gas adsorption element - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はたとえば有機溶剤蒸気その他有機ガスの吸着等に用いられる吸着素子に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
塗装工場等は多量の有機溶剤を消費しており、有機溶剤の気化した有機溶剤蒸気を大気中に放出すると大気を汚染することがあるため、有機溶剤蒸気を回収除去する必要がある。このため、従来より有機溶剤蒸気を吸着剤に吸着させ回収する手段が用いられて来た。
【0003】
この有機溶剤蒸気の吸着剤として活性炭や疎水性のゼオライトが用いられて来た。ゼオライトを吸着剤として用いる場合には、親水性のゼオライトを用いて空気中に含まれる有機溶剤蒸気の吸着をさせようとすると、空気中の水分がゼオライトに吸着されてしまい、有機溶剤蒸気の吸着効率が著しく悪くなるため疎水性のゼオライトを使用する必要がある。
【0004】
ゼオライトは一般的には親水性であり、疎水化する方法としてゼオライトに含まれるアルミナを除去する方法が知られている。また、疎水化したゼオライトを用いて有機溶剤蒸気を吸着し濃縮除去する吸着素子が例えば特許第2645251号公報に見られるように公知である。
【0005】
そして有機溶剤蒸気の濃縮除去装置の設計に当たって、設計者は吸着するガスの種類に応じて活性炭や疎水性のゼオライトのいづれを用いるか選択している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
以上のような従来の有機溶剤蒸気の吸着素子に用いられる吸着剤は、上記のように疎水化する必要があり、ゼオライトを吸着剤として用いる場合には、疎水化の方法としてゼオライト中のアルミニウムを除去する方法が一般に行われている。
【0007】
従来の疎水化されたゼオライトで現在除去する必要のある殆どの有機溶剤の蒸気の吸着除去が可能であるものの、最近の半導体工場のように半導体ウェハーの洗浄に多種の有機溶剤を用いる場合には従来の疎水化されたゼオライトでは疎水性が十分でなく、有機溶剤の蒸気の種類によっては吸着の難しい場合があるという問題がある。
【0008】
また、メタノールやエタノール等のように極性の強い有機溶剤の蒸気はゼオライトの吸着特性が水蒸気と非常に近いため、水蒸気と混合すると有機溶剤の蒸気の選択的な吸着除去が困難であるという問題点を有していた。
【0009】
このためにゼオライト等の吸着剤に四フッ化炭素プラズマガスを作用させ、極めて高い疎水性を与える技術が開発された。このようにして得られた吸着剤は吸着性能が極めて高いのではあるが、疎水性が高いために取り扱いが難しいという問題点がある。
【0010】
つまり、粉末状の吸着剤をハニカム体に定着して吸着素子を製造する場合、吸着剤をシリカゾル等のバインダー中に分散し、その吸着剤の分散されたバインダー中にハニカム体を浸漬し、乾燥させる方法が多く採られていた。
【0011】
しかし、吸着剤の疎水性が高くなると吸着剤をバインダー中に投入した時に吸着剤がバインダーとなじまず、バインダーの上に浮いてしまい、分散が困難となる。
【0012】
また吸着剤の疎水性を高めても、ハニカム体を構成するシートの疎水性が低いと吸着素子全体としての疎水性が低くなり、依然として極性の強い有機溶剤の蒸気と水蒸気との選択的な吸着除去が困難であるという問題点を有していた。
【0013】
本発明は以上の問題点に着目し、より簡単に製造可能で疎水性の高い吸着素子を提供しようとするものである。
【0014】
【課題を解決するための手段】
前もって吸着剤を定着し四フッ化プラズマガスを作用させたハニカム体によってガス吸着素子を構成するようにした。
【0015】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項1に記載の発明は水酸基を有する原料吸着剤をハニカム体に定着し、四フッ化炭素プラズマガスを作用させハニカム体に定着された原料吸着剤の少なくとも一部の水酸基がフッ素に置換されたハニカム体を有するようにしたものであり、原料吸着剤は疎水化される前にハニカム体に定着されるため、製造が容易であり、かつハニカム体全体で疎水化されるため疎水性が高いという作用を有する。
【0016】
【実施例】
以下本発明のガス吸着素子の実施例について図に沿って詳細に説明する。図1は本発明のガス吸着素子の一例を示す斜視図である。図1において、1はハニカム体でガス吸着素子の素材である。ハニカム体1は、平面シート2と波状シート3とが重ねられ捲かれている。平面シート2および波状シート3は例えばセラミック繊維やガラス繊維によって抄紙された紙等が用いられる。
【0017】
このようにして作られたハニカム体1を焼成し、抄紙の際に抄き込まれたバインダー等の有機質を除去する。そして例えばシリカとアルミナの比が10:2のY型ゼオライトをシリカゾル中に分散し、その分散液の中にハニカム体を浸漬する。
【0018】
分散液が十分ハニカム体1に浸透した後、ハニカム体1を分散液から引き上げ、120℃の熱風で0.5時間乃至1時間乾燥させ、吸着剤を定着したハニカム体1を得る。
【0019】
図2は本発明の実施に用いられるプラズマ処理装置の断面図である。図2に於て、4はチャンバーであり、金属等の導電性の材料より構成されるとともに、内部を真空状態にした場合に大気圧に耐える強度に構成されている。また、チャンバー4は接地されている。
【0020】
チャンバー4の内部で上部に上部電極5が設けられている。そして上部電極5は導電体6によってチャンバー4の上部に支持されている。また、導電体6は絶縁体7によってチャンバー4と絶縁されており、その結果上部電極5はチャンバー4から絶縁された状態で支持されている。
【0021】
8は上部電極5の下面に四フッ化炭素ガスを供給するパイプで、チャンバー4の上面と上部電極5を貫通している。
【0022】
9は高周波電源であり、この高周波電源9で発生した高周波電流はマッチングボックス10を介して導電体6に供給されている。つまり、高周波電源9で発生した高周波電流は上部電極5に供給されている。
【0023】
11はヒーターブロックであり、支持手段12によって上下動可能にチャンバー4の下部に支持されている。またヒーターブロック11は接地されている。そしてヒーターブロック11の上にホルダー13が設けられ、ホルダー13の上にはさらにステンレス鋼よりなるメッシュ板14が設けられている。
【0024】
メッシュ板14には一様に直径1μm程度の小さな孔が形成されており、これによってメッシュ板14は、その上にハニカム体1を載せることができるとともに、プラズマガスを通過させることができる。また、メッシュ板14とホルダー13の間にはギャップ15が形成されており、このギャップ15を通してメッシュ板14を貫通したプラズマガスが排出される。
【0025】
16は排気口であり、チャンバー4の側面に設けられるとともに、真空ポンプ17の吸い込み口と連通し、ここからプラズマガスが排出される。
【0026】
本発明の実施に使用されるプラズマ処理装置は以上のような構成であり、以下その動作について説明する。
【0027】
先ず、メッシュ板14の上にハニカム体1を載せる。続いて真空ポンプ17を動作させてチャンバー4内を減圧するとともに、ヒーターブロック11に通電する。するとヒーターブロック11の発生する熱はホルダー13を介してハニカム体1に伝わり、ハニカム体1の全体が加熱される。このようにしてハニカム体1が400℃になるまで加熱し、以降その温度を維持する。
【0028】
続いて高周波電源9を起動し、上部電極5に13.56MHzの高周波電流を供給する。すると上部電極5とメッシュ板14との間に交番電界が発生する。この状態で、パイプ8を介して四フッ化炭素を上部電極5の下面に供給する。すると、上部電極5とメッシュ板14の間で四フッ化炭素ガスがプラズマ状態となる。
【0029】
このプラズマ状態の四フッ化炭素ガスがハニカム体1に定着されたY型ゼオライトに作用し、四フッ化炭素のフッ素原子の一つが外れ、Y型ゼオライト中のアルミニウム原子と結び付いた水酸基の水素原子が三フッ化炭素と置換され珪素原子と結び付いた水素原子がフッ素と置換される。この反応を図3に示す。
【0030】
これによって判るように、Y型ゼオライトはアルミニウム原子と結び付いた水酸基を有しているため完全に疎水性ではなく多少親水性を呈しているが、この水酸基が三フッ化炭素と置換されるため、強く疎水性を呈するようになる。
【0031】
アルミニウム原子と結び付いた水酸基の水素原子が三フッ化炭素と置換する過程をさらに詳細に説明する。原料ゼオライトが加熱され400℃になるまで熱せられるとゼオライトのアルミニウム原子と結び付いた水素及び水酸基が外れる。この状態でかつ圧力35Paのもとでプラズマ状態の四フッ化炭素ガスを30分間作用させると、四フッ化炭素ガスのフッ素が1つ外れ3フッ化炭素及びフッ素となって、それぞれアルミニウム原子および珪素原子と結び付く。
【0032】
以上Y型ゼオライトのアルミニウム原子と結び付いた水酸基が三フッ化炭素と置換されることについて説明したが、ハニカム体1を構成するセラミック紙のセラミック繊維にもアルミニウム原子と結び付いた水酸基が存在し、これも同様に三フッ化炭素と置換され疎水化される。
【0033】
このようにして、吸着剤の定着されたハニカム体1はプラズマ改質処理によって疎水化され、極性の強い有機溶剤の蒸気であっても水蒸気に対して優先的に吸着可能になる。
【0034】
また本発明の実施例2としてハニカム体1を複数積層して吸着素子を構成することができ、以下その説明を行う。先ず、複数のハニカム体1を準備し、それぞれ高周波電源9の出力を異ならせて上記と同様のハニカム体1のプラズマ改質処理を行う。
【0035】
すると改質の度合いの互いに異なった複数のハニカム体を得ることができる。つまり、複数のハニカム体は互いに疎水性の度合いが異なった状態となる。この互いに疎水性の度合いが異なった3個のハニカム体17,18,19を積み重ね図4に示す吸着素子を得る。
【0036】
そして3個のハニカム体17,18,19の疎水度は端から順に疎水度低、中、高となるようにするとともに、水蒸気を多く含む有機ガスを吸着させる場合に疎水度の低いハニカム体17の方から被吸着ガスを流すようにする。
【0037】
すると先ず疎水度の低いハニカム体17に多くの水蒸気と少しの有機ガスが吸着され、次に疎水度中程度のハニカム体18に少しの水蒸気と有機ガスが吸着される。このため、疎水度の高いハニカム体19には殆ど水蒸気が取り除かれた状態で有機ガスが入る。
【0038】
このため、疎水度の高いハニカム体19は有機ガスの吸着に際して水蒸気が邪魔をせず、吸着率が高くなる。
【0039】
以上の実施例では3個のハニカム体を重ねる例を示したが、3個に限らず適宜数を調整することができる。つまり前もって疎水度の異なる特定の厚さのハニカム体を多数準備しておき、目的の吸着量に合わせてハニカム体の積層数を例えば4個から10個と調整することができる。
【0040】
こうすることによって、特定のものを多量に生産することができ量産効果を発揮することができる。
【0041】
【発明の効果】
本発明のガス吸着素子は上記の如く構成したので、吸着剤を疎水化する前にハニカム体に定着することができ、容易に生産をすることができる。
【0042】
また、吸着剤をハニカム体に定着した状態でプラズマ処理を行い、吸着剤とともにハニカム体も疎水化することができるため、全体として疎水性の高いガス吸着素子を得ることができるものである。
【0043】
さらに本発明のガス吸着素子は複数のハニカム体を積層しているため、前もって疎水度の異なる特定の厚さのハニカム体を多数準備しておけば、必要に応じて積層数を調整し所望の厚みの吸着素子を得ることができる。従って、特定の厚さのハニカム体を多数生産することによって、種々の吸着特性を有する種々の厚さのガス吸着素子を作ることができ、量産効果を発揮することができる。
【0044】
また本発明のガス吸着素子は互いに疎水性度合いの異なったハニカム体を積層した構成を有するため、水蒸気を多く含む有機ガスの吸着も効果的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のガス吸着素子の実施例1を示す斜視図である。
【図2】本発明に用いられるプラズマ処理装置の一例を示す断面図である。
【図3】本発明のガス吸着素子の製造過程に於ける化学変化を示す図である。
【図4】本発明のガス吸着素子の実施例2を示す斜視図である。
【符号の説明】
1 ハニカム体
2 平面シート
3 波状シート
4 チャンバー
5 上部電極
6 導電体
7 絶縁体
8 パイプ
9 高周波電源
10 マッチングボックス
11 ヒーターブロック
12 支持手段
13 ホルダー
14 メッシュ板
15 ギャップ
16 排気口[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an adsorbing element used for adsorbing organic solvent vapor and other organic gases, for example.
[0002]
[Prior art]
Painting factories and the like consume a large amount of organic solvent, and if the organic solvent vapor evaporated from the organic solvent is released into the atmosphere, the atmosphere may be polluted. Therefore, it is necessary to recover and remove the organic solvent vapor. For this reason, conventionally, means for adsorbing and recovering organic solvent vapor on an adsorbent has been used.
[0003]
Activated carbon or hydrophobic zeolite has been used as an adsorbent for the organic solvent vapor. In the case of using zeolite as an adsorbent, when trying to adsorb organic solvent vapor contained in the air using hydrophilic zeolite, moisture in the air is adsorbed on the zeolite, and adsorption of organic solvent vapor. It is necessary to use a hydrophobic zeolite because the efficiency is remarkably deteriorated.
[0004]
Zeolite is generally hydrophilic, and a method of removing alumina contained in zeolite is known as a method of hydrophobizing. An adsorbing element that adsorbs and removes organic solvent vapor using hydrophobized zeolite is known as disclosed in, for example, Japanese Patent No. 2645251.
[0005]
In designing the organic solvent vapor concentration and removal apparatus, the designer selects whether to use activated carbon or hydrophobic zeolite according to the type of gas to be adsorbed.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The adsorbent used in the conventional organic solvent vapor adsorbing element as described above needs to be hydrophobized as described above. When using zeolite as an adsorbent, aluminum in the zeolite is used as a hydrophobizing method. The method of removing is generally performed.
[0007]
Although it is possible to absorb and remove most organic solvent vapors that need to be removed with conventional hydrophobized zeolites, when using various organic solvents to clean semiconductor wafers as in recent semiconductor factories Conventional hydrophobized zeolites are not sufficiently hydrophobic, and there is a problem that adsorption may be difficult depending on the type of vapor of the organic solvent.
[0008]
In addition, organic solvent vapors such as methanol and ethanol, which have strong polarities, have zeolite adsorption characteristics that are very close to that of water vapor, so that it is difficult to selectively remove organic solvent vapors when mixed with water vapor. Had.
[0009]
The tetrafluoride carbon plasma gas to the adsorbent such as zeolite is allowed to act for a technology to provide a very high hydrophobicity was developed. Although the adsorbent thus obtained has extremely high adsorption performance, it has a problem that it is difficult to handle due to its high hydrophobicity.
[0010]
In other words, when an adsorbent is manufactured by fixing a powdery adsorbent to a honeycomb body, the adsorbent is dispersed in a binder such as silica sol, and the honeycomb body is immersed in the binder in which the adsorbent is dispersed and dried. Many methods have been adopted.
[0011]
However, if the hydrophobicity of the adsorbent becomes high, the adsorbent does not become compatible with the binder when the adsorbent is put into the binder, and floats on the binder, making dispersion difficult.
[0012]
Even if the hydrophobicity of the adsorbent is increased, if the hydrophobicity of the sheets constituting the honeycomb body is low, the hydrophobicity of the entire adsorbing element will be low, and the selective adsorption of vapor and water vapor of a highly polar organic solvent will remain. There was a problem that it was difficult to remove.
[0013]
The present invention pays attention to the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide an adsorption element that can be manufactured more easily and has high hydrophobicity.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
A gas adsorbing element was constituted by a honeycomb body in which an adsorbent was fixed in advance and a tetrafluoride plasma gas was allowed to act.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
According to a first aspect of the present invention to fix the adsorbing agent having a hydroxyl group in the honeycomb body, at least a portion of the hydroxyl groups fluorine adsorbing agent which is fixed to the honeycomb body by the action of tetrafluoride carbon plasma gas Since the raw material adsorbent is fixed to the honeycomb body before being hydrophobized, the production is easy and the entire honeycomb body is hydrophobized. Has the effect of high properties.
[0016]
【Example】
Embodiments of the gas adsorption element of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view showing an example of the gas adsorption element of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a honeycomb body which is a material for a gas adsorption element. In the honeycomb body 1, a planar sheet 2 and a
[0017]
The honeycomb body 1 made in this way is fired to remove organic substances such as a binder incorporated during paper making. For example, Y-type zeolite having a silica to alumina ratio of 10: 2 is dispersed in silica sol, and the honeycomb body is immersed in the dispersion.
[0018]
After the dispersion has sufficiently penetrated into the honeycomb body 1, the honeycomb body 1 is pulled up from the dispersion and dried with hot air at 120 ° C. for 0.5 to 1 hour to obtain the honeycomb body 1 on which the adsorbent is fixed.
[0019]
FIG. 2 is a cross-sectional view of a plasma processing apparatus used for carrying out the present invention. In FIG. 2, reference numeral 4 denotes a chamber, which is made of a conductive material such as metal, and has a strength that can withstand atmospheric pressure when the inside is evacuated. The chamber 4 is grounded.
[0020]
An
[0021]
A
[0022]
[0023]
[0024]
Small holes having a diameter of about 1 μm are uniformly formed in the
[0025]
[0026]
The plasma processing apparatus used for carrying out the present invention has the above-described configuration, and the operation thereof will be described below.
[0027]
First, the honeycomb body 1 is placed on the
[0028]
Subsequently, the high
[0029]
This plasma carbon tetrafluoride gas acts on the Y-type zeolite fixed on the honeycomb body 1, one of the fluorine atoms of the carbon tetrafluoride is detached, and the hydrogen atom of the hydroxyl group bonded to the aluminum atom in the Y-type zeolite. Is replaced with carbon trifluoride and the hydrogen atom bonded to the silicon atom is replaced with fluorine. This reaction is shown in FIG.
[0030]
As can be seen, the Y-type zeolite has a hydroxyl group bonded to an aluminum atom, so it is not completely hydrophobic but somewhat hydrophilic. However, because this hydroxyl group is substituted with carbon trifluoride, It becomes strongly hydrophobic.
[0031]
The process of replacing the hydrogen atom of the hydroxyl group bonded to the aluminum atom with carbon trifluoride will be described in more detail. When the raw material zeolite is heated and heated to 400 ° C., hydrogen and hydroxyl groups associated with the aluminum atoms of the zeolite are removed. When carbon tetrafluoride gas in a plasma state is allowed to act for 30 minutes in this state under a pressure of 35 Pa, one fluorine of the carbon tetrafluoride gas is removed to form carbon trifluoride and fluorine, respectively, and aluminum atoms and Combines with silicon atoms.
[0032]
As described above, the hydroxyl group bonded to the aluminum atom of the Y-type zeolite has been replaced with carbon trifluoride. However, the ceramic fiber of the ceramic paper constituting the honeycomb body 1 also has a hydroxyl group bonded to the aluminum atom. Is also substituted with carbon trifluoride to be hydrophobized.
[0033]
In this way, the honeycomb body 1 on which the adsorbent is fixed is hydrophobized by the plasma reforming treatment, and even a highly polar organic solvent vapor can be preferentially adsorbed to water vapor.
[0034]
Further, as Example 2 of the present invention, an adsorbing element can be configured by laminating a plurality of honeycomb bodies 1, which will be described below. First, a plurality of honeycomb bodies 1 are prepared, and the plasma reforming process of the honeycomb body 1 is performed in the same manner as described above by changing the output of the high-
[0035]
Then, a plurality of honeycomb bodies having different degrees of modification can be obtained. That is, the plurality of honeycomb bodies have different degrees of hydrophobicity. The three
[0036]
The hydrophobicity of the three
[0037]
Then, a large amount of water vapor and a small amount of organic gas are adsorbed on the
[0038]
For this reason, in the
[0039]
In the above embodiment, an example in which three honeycomb bodies are stacked is shown, but the number is not limited to three, and the number can be adjusted as appropriate. That is, a large number of honeycomb bodies having specific thicknesses having different hydrophobicities are prepared in advance, and the number of stacked honeycomb bodies can be adjusted, for example, from 4 to 10 according to the target adsorption amount.
[0040]
By doing so, a specific product can be produced in a large amount and a mass production effect can be exhibited.
[0041]
【The invention's effect】
Since the gas adsorbing element of the present invention is configured as described above, the adsorbent can be fixed to the honeycomb body before being hydrophobized, and can be easily produced.
[0042]
Further, the plasma treatment can be performed in a state where the adsorbent is fixed to the honeycomb body, and the honeycomb body can be hydrophobized together with the adsorbent, so that a gas adsorption element having high hydrophobicity as a whole can be obtained.
[0043]
Furthermore, since the gas adsorbing element of the present invention has a plurality of honeycomb bodies laminated, if a large number of honeycomb bodies having specific thicknesses having different hydrophobicities are prepared in advance, the number of laminations can be adjusted as required. A thick adsorption element can be obtained. Therefore, by producing a large number of honeycomb bodies having specific thicknesses, gas adsorption elements having various thicknesses having various adsorption characteristics can be produced, and mass production effects can be exhibited.
[0044]
Moreover, since the gas adsorbing element of the present invention has a structure in which honeycomb bodies having different hydrophobicity levels are laminated, organic gas containing a large amount of water vapor can be adsorbed effectively.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing Example 1 of a gas adsorption element of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of a plasma processing apparatus used in the present invention.
FIG. 3 is a view showing a chemical change in the manufacturing process of the gas adsorption element of the present invention.
FIG. 4 is a perspective view showing Example 2 of the gas adsorption element of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Honeycomb body 2
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