WO2013042328A1 - 低温プラズマと触媒体を用いるガス処理装置および方法 - Google Patents

低温プラズマと触媒体を用いるガス処理装置および方法 Download PDF

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池上　誠
貴紀 松本
中山　鶴雄
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株式会社Ｎｂｃメッシュテック
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    • B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
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Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and method for oxidizing and decomposing harmful gas using low temperature plasma and a catalyst body.
  • Low-temperature plasma is a chemical reaction in which the device is simple, and active species with high reactivity can be used. Therefore, the reaction proceeds instantaneously, so that harmful gases present in the gas can be efficiently decomposed. I can expect. It is also known that low-temperature plasma can be combined with other technologies, so that various forms of combined processes are possible. However, when efficiency is insufficient, by-products are generated due to decomposition of harmful gases, so it is necessary to input a large amount of energy. Therefore, nitrogen oxides and a large amount of ozone are generated from the air. There are problems such as. Therefore, in order to put into practical use the removal of harmful gases in the atmosphere using low-temperature plasma, it is an important issue to increase the decomposition efficiency of harmful gases by suppressing the generation of nitrogen oxides and ozone.
  • Patent Documents 1 and 2 As a method for solving such a problem, a method of decomposing ethylene gas using plasma (Patent Documents 1 and 2), or a method of installing a honeycomb structure catalyst between a discharge electrode and a ground electrode (ground electrode) (Patent Document 3), a method of installing a manganese-based catalyst (Patent Document 4), and the like have been proposed.
  • Patent Document 5 In the combined use of low-temperature plasma and a catalyst, there is a method for further improving the generation of ozone and the generation of by-products due to decomposition of harmful gases in the conventional method using a catalyst, and a purification device therefor (Patent Document 5). Proposed.
  • the conventional adsorbent regeneration method requires equipment such as desorption with water vapor and heat desorption, which increases the size of the equipment, Depending on the desorption method, a drainage facility may be required.
  • a ferroelectric pellet between the discharge electrode and the ground electrode it is necessary to apply a high voltage depending on the particle size and filling amount of the dielectric. There is a problem of generating.
  • the honeycomb-shaped catalyst it is necessary to ensure contact between the harmful gas and the catalyst, and therefore, the distance between the discharge electrode and the ground electrode is increased, and a high voltage is used in order to stably generate plasma.
  • an object of the present invention is to provide an apparatus and a processing method for oxidizing and decomposing a harmful gas such as VOC (volatile organic compound) at room temperature.
  • VOC volatile organic compound
  • the first invention is a flow path through which a gas to be processed flows
  • the power supply unit includes at least a first electrode, a second electrode, a dielectric, and a power supply unit that supplies electric power, and is disposed between the first electrode and the second electrode.
  • a plasma generating unit that generates plasma by applying a voltage to generate a discharge;
  • a catalyst body that promotes the reaction of the gas to be treated and is provided at a position where the plasma generated by the plasma generation section is present in the flow path, and has metal catalyst particles present on an inorganic substance.
  • a gas treatment device comprising:
  • the first electrode, the second electrode, the dielectric, and the catalyst body are arranged side by side in the flow direction of the gas to be treated, and each has a gas permeability in the flow direction of the gas.
  • the catalyst body is disposed downstream of the discharge generation space or the discharge generation space in the flow path in the gas flow direction.
  • the first electrode, the second electrode, the dielectric, and the catalyst body are arranged side by side in a direction orthogonal to the gas flow direction.
  • the gas processing apparatus as described in invention.
  • the catalyst body further includes a base material made of an inorganic material on which at least the metal catalyst particles are fixed. Processing equipment.
  • the catalyst body includes inorganic particles on which the metal catalyst particles are fixed.
  • the gas processing apparatus according to any one of the first to third inventions, further comprising: a base material made of an inorganic material for fixing the inorganic particles.
  • the catalyst body is filled with a large number of inorganic particles carrying the metal catalyst particles.
  • the first electrode and the second electrode are comb-shaped electrodes each formed from a number of electrodes extending in a predetermined direction, and the gas to be processed is the comb teeth
  • the gas processing apparatus according to any one of the first to sixth aspects, wherein the gas flows in a space formed by a mold electrode, the dielectric, and the catalyst.
  • the plasma is at least one discharge plasma of silent discharge, creeping discharge, corona discharge, and pulse discharge. Gas processing equipment.
  • the metal catalyst particles are made of at least one of Pt, Au, CeO 2 , PdO, MnO 2 , CuO, and Ag.
  • the gas processing apparatus as described in one.
  • a tenth aspect of the invention is the gas processing apparatus according to any one of the first to ninth aspects, wherein the power supply unit supplies power at an output frequency of 0.5 kHz or more.
  • plasma is generated by discharge in a range where a catalyst body that promotes an oxidative decomposition reaction of a gas to be treated is disposed,
  • a gas processing method wherein a gas to be processed is circulated through the plasma to oxidatively decompose.
  • the twelfth aspect of the invention is the gas processing method according to the eleventh aspect of the invention, wherein the plasma is generated by supplying and discharging electric power at an output frequency of 0.5 kHz or more.
  • Gas treatment apparatus by combining the catalyst and the plasma, a gas containing harmful substances, it is possible to oxidative decomposition to CO 2 without leaving the reaction intermediates such as CO and formaldehyde at low temperatures. Further, since the plasma prevents the adsorption of impurities, reaction intermediates, and the like on the catalyst surface, it is possible to suppress the deterioration of the catalyst performance and to secure the catalyst activity for a long period of time. Further, by using an inorganic material as the base material on which the catalyst is fixed, the catalyst body can be used for a long time by having plasma resistance. As a result, it is possible to provide a gas processing apparatus capable of efficiently oxidizing and decomposing harmful substances such as volatile organic compounds (VOC) that cause environmental pollution or adversely affect the human body.
  • VOC volatile organic compounds
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a cross section of a gas processing apparatus 200 according to an embodiment of the present invention.
  • the gas processing apparatus 200 is disposed in a flow path to which a gas including a processing target gas is supplied.
  • the gas including the gas to be processed supplied in the arrow A direction to the gas processing apparatus 200 is oxidized and decomposed into CO 2 by the plasma generated in the gas processing apparatus 200 and the function of the catalyst body 100. It is a device to do.
  • the gas treatment apparatus 200 includes an application electrode 11, a ground electrode 12, a dielectric 13, a catalyst body 100, and a (high voltage) power supply 14 that is a power supply unit.
  • the application electrode 11, the ground electrode 12, the dielectric 13, and the power supply 14 are members / apparatus (plasma generator) for generating plasma, and voltage is applied by the power supply 14.
  • the application electrode 11, the ground electrode 12, and the dielectric 13 form a low-temperature plasma reaction layer by discharge between the application electrode 11 and the dielectric 13.
  • the application electrode 11, the catalyst body 100, the ground electrode 12, and the dielectric body 13 are in close contact with each other.
  • One of the application electrode 11 and the ground electrode 12 is the first electrode, and the other is the second electrode.
  • each of the plurality of electrodes of any one type is the first electrode and each of the plurality of electrodes of the other type is This is the second electrode.
  • the application electrode 11 is an electrode to which a voltage is applied by the power source 14.
  • the ground electrode 12 is grounded by a ground wire 12a.
  • the application electrode 11, the ground electrode 12, and the dielectric 13 have a gas-permeable structure that allows gas to pass through the electrode surface.
  • examples of the structure of the application electrode 11, the ground electrode 12, and the dielectric 13 include a lattice shape, a saddle shape, a porous structure by punching, or an expanded mesh structure. A combined structure may also be used.
  • the application electrode 11 and the ground electrode 12 may have a needle-like structure.
  • the application electrode 11, the ground electrode 12, and the dielectric 13 may have the same shape / structure among the shapes / structures described above. In FIG. 1, the application electrode 11 has a small number of openings such as a mesh, and the ground electrode 12 and the dielectric 13 have a large number of openings, such as a porous shape by punching.
  • the application electrode 11 and the ground electrode 12 materials that function as electrodes can be used.
  • a metal such as Cu, Ag, Au, Ni, Cr, Fe, Al, Ti, W, Ta, Mo, Co, or an alloy thereof can be used.
  • the dielectric 13 only needs to have a property of becoming an insulator.
  • Examples of the material of the dielectric 13 include ZrO 2 , ⁇ -Al 2 O 3 , ⁇ -Al 2 O 3 , ⁇ -Al 2 O 3 , ⁇ -Al 2 O 3 , amorphous Al 2 O 3 , and aluminanite.
  • the catalyst body 100 to be described later also has a function as a dielectric (for example, when a part of the catalyst body is an insulator), the catalyst body 100 can also be used as a dielectric. It does not have to be provided.
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing a part of a cross section of the catalyst body 100 of the present embodiment.
  • the catalyst body 100 is a catalyst that promotes a reaction for oxidizing and decomposing the gas to be treated into carbon dioxide (CO 2 ). Furthermore, in this embodiment, since plasma is applied to the catalyst body 100, the oxidative decomposition reaction promoted by the catalyst body 100 is further promoted.
  • the catalyst body 100 of the present embodiment is a plate-like or sheet-like member having air permeability through which gas can pass, and includes a base 10 and a catalyst 1 fixed to the base 10.
  • the catalyst body 100 is disposed at a position (range) where the plasma generated by the plasma generation unit exists. Specifically, in this embodiment, it is disposed between the application electrode 11 and the dielectric 13 (discharge space). Gas can pass through the catalyst body 100 in the direction indicated by the broken double-pointed arrow B in FIG. Therefore, the catalyst body 100 of the present embodiment is applied to the base body 10 having a plurality of holes in which a punching process such as a punching process is performed on a filter-like or plate-like member, or an air-permeable structure such as a mesh-like.
  • the catalyst 1 is fixed so that the air permeability is maintained.
  • the catalyst body 100 is preferably disposed with the surface on which the catalyst 1 is fixed facing the application electrode 11 side (upstream side in the gas flow direction).
  • the catalyst 1 can be fixed inside the substrate 10 depending on the manufacturing method of the catalyst body 100.
  • the catalyst 1 may be fixed on both surfaces of the substrate 10.
  • the catalyst body 100 may be arranged facing either direction.
  • Catalyst 1 is obtained by supporting catalyst fine particles 1-a on carrier fine particles 1-b.
  • the catalyst 1 is fixed to the substrate 10 by the silane monomer 2 bonded to the carrier fine particles 1-b being bonded to the substrate 10 by the chemical bond 3.
  • the fixing with the silane monomer 2 will be described later.
  • the catalyst fine particles 1-a of the catalyst 1 are not limited as long as they have a catalytic function for promoting a reaction for oxidizing and decomposing the gas to be treated into CO 2 .
  • the catalyst fine particles 1-a may have a particle size of about 0.5 nm to 200 nm. These catalyst fine particles 1-a are preferably fixed in an amount of 0.1 to 20% by mass, more preferably 0.5 to 10% by mass with respect to the carrier fine particles 1-b. This is because when the catalyst is supported in an amount of 20% by mass or more, the catalyst fine particles as the catalyst fine particles 1-a are aggregated to reduce the catalyst activity. Less than 0.1% by mass is not preferable because sufficient catalytic activity cannot be obtained.
  • the catalyst fine particles 1-a need to contain at least fine particles having a catalytic function for accelerating the reaction of oxidative decomposition of the gas to be treated into carbon dioxide, but in combination with other substances May be.
  • the catalyst may be a mixture of cocatalyst particles and catalyst fine particles obtained by combining the cocatalyst and catalyst fine particles, or a composite catalyst composed of composite fine particles obtained by combining various metal elements with catalyst fine particles.
  • the catalyst fine particles may be in a polyhedral shape and within the above-mentioned size range.
  • the size of the catalyst fine particles may be within the above-mentioned size range.
  • the metal fine particles (nanoparticles) other than the catalyst fine particles used in the promoter or composite catalyst include noble metals such as Pt, Pd and Ir and their oxides, or base metals and their oxides. Two or more kinds of these noble metal and oxide thereof, base metal and oxide thereof may be mixed and supported on the surface of the carrier fine particle 1-b.
  • the carrier fine particles 1-b are particles for supporting the catalyst fine particles 1-a and fixing the catalyst fine particles 1-a to the substrate 10 via the carrier fine particles 1-b.
  • the carrier fine particles 1-b may be anything as long as the catalyst fine particles 1-a can be supported, but it is preferable to use a metal oxide or an inorganic compound mainly having physical adsorptivity.
  • metal oxide examples include ⁇ -Al 2 O 3 , ⁇ -Al 2 O 3 , ⁇ -Al 2 O 3 , ⁇ -Al 2 O 3 , amorphous Al 2 O 3 , TiO 2 , ZrO 2 , and SnO.
  • metal oxide examples include SiO 2 —Al 2 O 3 , SiO 2 —B 2 O 3 , SiO 2 —P 2 O 5 , SiO 2 —TiO 2 , SiO 2 —ZrO 2 , Al 2 O 3.
  • cerium-zirconium-bismuth composite oxide is a solid solution represented by the general formula Ce 1-X-Y Zr X Bi Y O 2- ⁇ , X, Y, the value is 0.1 ⁇ X ⁇ each [delta] 0 .3, 0.1 ⁇ Y ⁇ 0.3, 0.05 ⁇ ⁇ ⁇ 0.15.
  • inorganic compounds having physical adsorptivity include, for example, synthetic zeolites such as zeolite A, zeolite P, zeolite X, and zeolite Y, and natural zeolites such as clinoptyllite, sepioolaite, and mordenite. And laminar silicate compounds such as kaolinite, montmorillonite, acid clay, and diatomaceous earth, and cyclic silicate compounds such as orastite and neptite.
  • phosphate compounds such as tricalcium phosphate, calcium hydrogen phosphate, calcium pyrophosphate, calcium metaphosphate, and hydroxyapatite, activated carbon, and porous glass are also included.
  • carrier fine particles 1-b are selected and used according to the type of gas to be treated.
  • the average particle diameter of the carrier fine particles 1-b may be 0.1 ⁇ m or more and 500 ⁇ m or less. These carrier fine particles 1-b may be used alone or in combination of two or more.
  • the average particle diameter here means a volume average particle diameter. In this specification, unless otherwise indicated, the average particle diameter is the volume average particle diameter.
  • the catalyst 1 may be any method that allows the catalyst fine particles 1-a to be fixed to the carrier fine particles 1-b with a polyhedral structure. Examples thereof include coprecipitation method, precipitation method, sol-gel method, dropping neutralization precipitation method, reducing agent addition method, pH control neutralization precipitation method, carboxylic acid metal salt addition method and the like. It can be properly used depending on the type.
  • the base 10 is a base for fixing the catalyst 1 and constituting the catalyst body 100 as a plate-like member.
  • substrate 10 becomes a structure which has air permeability as mentioned above, for example, the sheet-like thing in which many through-holes are formed by punching processing, fiber shape, cloth shape, mesh shape, A fiber structure (filter shape) composed of a woven fabric, a net, a non-woven fabric, or the like can be used.
  • various shapes and sizes suitable for the purpose of use can be used as appropriate.
  • the substrate 10 is preferably an inorganic material having excellent plasma resistance and heat resistance. This is because, with respect to plasma resistance, the substrate 10 is disposed in a region where plasma exists, and thus the catalytic function of the catalyst body 100 can be maintained for a long time by having plasma resistance.
  • the gas to be processed by the gas processing apparatus 200 may be exhaust gas having a relatively high temperature that is discharged by burning fuel, and heat resistance is required when processing exhaust gas. Because. Note that the plasma resistance is durability in a plasma atmosphere and is not easily eroded by plasma.
  • the inorganic material used for the substrate 10 is preferably a metal material, ceramics, glass, or the like, and more preferably a metal, a metal oxide, or glass.
  • the carrier fine particles 1-b on which the catalyst fine particles 1-a are supported are fixed to the substrate 10 by the silane monomer 2, but the silane monomer 2 is covalently bonded to the substrate 10 by a dehydration condensation reaction.
  • the base 10 preferably has an oxide thin film formed on the surface thereof.
  • Examples of the metal material used for the substrate 10 of the present invention include refractory metals such as tungsten, molybdenum, tantalum, niobium, TZM (Titanium Zirconium Molybdenum), W-Re (tungsten-rhenium), noble metals such as silver and ruthenium, and the like. Alloys or oxides thereof, special metals such as titanium, nickel, zirconium, chromium, inconel and hastelloy, general metals such as aluminum, copper, stainless steel, zinc, magnesium and iron and alloys containing these general metals or these general metals These oxides can be used. In addition, a member on which the above-described metal, alloy, or oxide film is formed by various plating and vacuum deposition, a CVD method, a sputtering method, or the like may be used as a metal material.
  • refractory metals such as tungsten, molybdenum, tantalum, niobium, TZ
  • a natural oxide thin film is usually formed on the metal surface and the alloy surface thereof, and this natural oxide thin film can be used for bonding the silane monomer 2.
  • this natural oxide thin film it is preferable to remove the oil and dirt adhering to the surface of the oxide thin film in advance by an ordinary known method in order to fix the carrier fine particles 1-b stably and uniformly.
  • a thin oxide film is chemically formed on a metal surface or alloy surface by a known method, or by an electrochemical known method such as anodization. An oxide thin film may be formed.
  • ceramics used for the substrate 10 of the present invention ceramics such as earthenware, earthenware, plaster, magnetism, ceramics such as glass, cement, gypsum, enamel and fine ceramics can be used.
  • ceramics to be constructed elemental, oxide, hydroxide, carbide, carbonate, nitride, halide, and phosphate ceramics can be used. These composites may be used.
  • the ceramic used for the substrate 10 of the present invention barium titanate, lead zirconate titanate, ferrite, alumina, forsterite, zirconia, zircon, mullite, steatite, cordierite, aluminum nitride, nitride Ceramics such as silicon, silicon carbide, new carbon, new glass, high strength ceramics, functional ceramics, superconducting ceramics, nonlinear optical ceramics, antibacterial ceramics, biodegradable ceramics, and bioceramics can be used. is there.
  • glass fiber glass fiber
  • dichroic gold stone (brown gold stone / sand gold stone / purple gold stone)
  • gold stone brown gold stone / sand gold stone / purple gold stone
  • glass ceramics low melting point glass
  • metallic glass and saphiret.
  • the substrate 10 of the present invention includes, in addition to ordinary Portland cement, early-strength Portland cement, ultra-high-strength Portland cement, medium heat Portland cement, low heat Portland cement, sulfate-resistant Portland cement, Portland cement, blast furnace slag, fly Cement such as ash, blast furnace cement, silica cement, and fly ash cement, which is a mixed cement to which a siliceous mixed material is added, can be used.
  • titania, zirconia, alumina, ceria (cerium oxide), zeolite, apatite, silica, activated carbon, diatomaceous earth, or the like can be used for the substrate 10 of the present invention.
  • a metal oxide made of chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, tin, or the like can be used as the inorganic oxide of the present embodiment.
  • the catalyst 1 has a substrate 10 formed by a chemical bond 3 (covalent bond) formed by a dehydration condensation reaction of the silane monomer 2 bonded to the surface of the carrier fine particle 1-b on which the catalyst fine particle 1-a is supported. Is held by the substrate 10.
  • the silane monomer 2 bonded to the carrier fine particle 1-b is bonded with the unsaturated bond portion or the reactive functional group oriented to the outside toward the carrier fine particle 1-b. This is because the silanol group at one end of the silane monomer 2 is hydrophilic, so that it is easily attracted to the surface of the carrier fine particle 1-b, which is also hydrophilic, while the unsaturated bond portion or reactive functional group at the reverse end. This is because the group is hydrophobic and tends to be separated from the surface of the carrier fine particle 1-b.
  • the silanol group of the silane monomer 2 is covalently bonded to the surface of the carrier fine particle 1-b by a dehydration condensation reaction, and the silane monomer 2 is easily oriented with the unsaturated bond portion or the reactive functional group facing outward. Therefore, many silane monomers 2 are covalently bonded to the carrier fine particles 1-b with the unsaturated bond portion or the reactive functional group facing outward.
  • the unsaturated bond portion or reactive functional group facing the outside of the silane monomer 2 bonded to the surface of the carrier fine particle 1-b is bonded to the unsaturated bond portion or reactive functional group.
  • the carrier fine particles 1-b are fixed to the substrate 10 by bonding 1-b together with the surface of the substrate 10.
  • the unsaturated bond portion or reactive function between the silane monomers is obtained by using the silane monomer 2 having an unsaturated bond portion or a reactive functional group and having excellent reactivity.
  • a plurality of carrier fine particles 1-b on the substrate 10 are bonded to each other by a chemical bond 3 between groups, and an unsaturated bond is formed between the silane monomer 2 on the surface of the carrier fine particles 1-b facing the substrate 10 and the surface of the substrate 10.
  • the carrier fine particles 1-b are fixed on the substrate 10 by forming a chemical bond 3 by a part or a reactive functional group.
  • Examples of the unsaturated bond portion or reactive functional group of the silane monomer 2 covalently bonded to the carrier fine particle 1-b by dehydration condensation include a vinyl group, an epoxy group, a styryl group, a methacrylo group, an acryloxy group, and an isocyanate group. .
  • silane monomer 2 having an unsaturated bond part or a reactive functional group examples include vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, vinyltriacetoxysilane, N- ⁇ - (N-vinylbenzylaminoethyl) - ⁇ .
  • the silane monomer 2 having an unsaturated bond portion or a reactive functional group is covalently bonded to the carrier fine particle 1-b on which the catalyst fine particle 1-a is supported.
  • the bond of the silane monomer 2 to the carrier fine particles 1-b can be formed by a usual method.
  • the carrier fine particles 1-b on which the catalyst fine particles 1-a are carried are dispersed in a dispersion liquid in which a carrier fine particle 1-b is dispersed in a dispersion medium such as water, methanol, ethanol, MEK (methyl ethyl acetate), acetone, xylene, and toluene.
  • a method in which the silane monomer 2 is covalently bonded to the surface of the carrier fine particles 1-b by a dehydration condensation reaction while being heated under reflux.
  • the carrier fine particles 1-b carrying the catalyst fine particles 1-a are pulverized into fine particles, and the pulverized fine particles are dispersed in one of the above dispersion media. 2 is added, or the silane monomer 2 is added to the carrier fine particles 1-b on which the catalyst fine particles 1-a are supported, and then pulverized into fine particles and dispersed in a dispersion medium. Then, the dispersion may be solid-liquid separated and heated at 100 ° C. to 180 ° C. to covalently bond the silane monomer 2 to the surface of the carrier fine particles 1-b by a dehydration condensation reaction.
  • the amount of the silane monomer 2 in the catalyst 1 depends on the average particle diameter of the carrier fine particles 1-b, but is 0.01% by mass to 40.0% by mass with respect to the mass of the carrier fine particles 1-b.
  • the bond strength between the carrier fine particles 1-b and the bond between the carrier fine particles 1-b and the substrate 10 have no practical problem.
  • the carrier fine particles 1-b in which the silane monomer 2 is chemically bonded to the surface are mixed and dispersed in a dispersion medium such as methanol, ethanol, MEK (methyl ethyl ketone), acetone, xylene, or toluene.
  • a surfactant a mineral acid such as hydrochloric acid or sulfuric acid, a carboxylic acid such as acetic acid or citric acid, or the like may be added as necessary.
  • the carrier fine particles 1-b are pulverized and dispersed in a dispersion medium using an apparatus such as a bead mill, a ball mill, a sand mill, a roll mill, a vibration mill, or a homogenizer to produce a slurry containing the carrier fine particles 1-b.
  • an apparatus such as a bead mill, a ball mill, a sand mill, a roll mill, a vibration mill, or a homogenizer to produce a slurry containing the carrier fine particles 1-b.
  • the slurry in which the carrier fine particles 1-b obtained as described above are dispersed is applied to the surface of the substrate 10.
  • a method for applying the slurry to the substrate 10 a generally used spin coating method, dip coating method, spray coating method, cast coating method, bar coating method, micro gravure coating method, gravure coating method may be used. There is no particular limitation as long as it can be applied to suit.
  • the substrate 10 and the carrier fine particles 1-b are chemically bonded by removing the dispersion medium by heat drying or the like. Specifically, by removing the dispersion medium, the carrier fine particles 1-b are bonded to each other by forming a chemical bond 3 between the silane monomers 2 on the surface of the carrier fine particles 1-b, and the silane monomer 2 and the substrate. By forming a chemical bond 3 with the carrier 10, the carrier fine particles 1-b are fixed on the substrate 10.
  • a bonding method by graft polymerization as a method of chemically bonding 3 the substrate 10 and the silane monomer 2.
  • the graft polymerization that can be used include graft polymerization using a peroxide catalyst, graft polymerization using heat and light energy, and graft polymerization using radiation (radiation graft polymerization). It is appropriately selected depending on the form.
  • the surface of the substrate 10 is previously subjected to corona discharge treatment, plasma discharge treatment, flame treatment, chromic acid or perchloric acid.
  • Hydrophilic treatment such as chemical treatment with an aqueous solution of an oxidizing acid such as an alkaline aqueous solution containing sodium hydroxide or the like may be performed.
  • the above is the structure and manufacturing method of the catalyst body.
  • the carrier fine particles 1-b bonded to the substrate 10 are firmly held on the substrate 10 by the silane monomer 2, so that the catalyst 1 is reliably prevented from peeling off from the substrate 10. be able to.
  • the power supply 14 used in the gas processing apparatus 200 is a power supply capable of applying a high voltage.
  • a high voltage power source such as an alternating high voltage or a pulse high voltage, a power source in which an alternating current or a pulse is superimposed on a DC bias, or the like can be used.
  • Examples of the AC high voltage include sine wave AC, rectangular AC, triangular AC, and sawtooth AC.
  • the power supply 14 may apply a predetermined voltage to the application electrode 11 and the ground electrode 12 so that plasma is generated in a discharge space formed by the application electrode 11, the ground electrode 12, and the dielectric 13.
  • the voltage applied by the power source 14 varies depending on the concentration of the gas to be processed, but is usually 1 to 20 kV, preferably 2 to 10 kV.
  • the type of discharge generated by the electric power supplied from the power supply 14 for generating plasma is not particularly limited as long as the plasma can be generated. For example, silent discharge, creeping discharge, corona discharge, pulse discharge, etc. I just need it. Further, two or more kinds of these discharges may be combined to generate plasma.
  • the output frequency of the power supply is preferably a high frequency, specifically, it may be 0.5 kHz or more. Furthermore, it is preferably 0.5 kHz or more and 15 kHz or less, more preferably 1 kHz or more and 10 kHz or less. When the frequency is lower than 0.5 kHz, the amount of intermediate products and ozone generated increases, and when the frequency is higher than 15 kHz, oxidative decomposition is suppressed for any gas to be processed.
  • the above is the configuration of the gas processing apparatus 200 of the present embodiment.
  • a volatile substance contained in a fuel or a solvent such as VOC (volatile organic compound: Volatile Organic Compounds), carbon monoxide, or the like A gas containing at least one of them. That is, it is a mixed gas containing these plural kinds of gases or a single gas.
  • ketones such as acetone, methyl ethyl ketone (MEK), alcohols such as isopropyl alcohol, methanol, esters such as ethyl acetate, di-n-butyl phthalate, and aldehydes such as formaldehyde and acetaldehyde.
  • alkane include ethylene, tetradecane, organophosphorus chlorpyrifos, diazinon, others, trichloroethylene, and tetrachloroethylene.
  • the output frequency of the preferred power source for generating plasma differs depending on the gas to be treated. Therefore, when the component of the gas to be processed is specified in advance, the output frequency may be set according to the gas. Specifically, CO is preferably 0.5 kHz to 15 kHz, alkanes such as ethylene are preferably 0.5 kHz to 7 kHz, and other VOCs are preferably 0.5 kHz to 15 kHz. If the frequency is within this range, there is no generation of intermediate products and ozone, and the gas to be treated is oxidatively decomposed. Therefore, when the gas is specified, the output frequency is set within the above range, so that the gas can be oxidatively decomposed more reliably without generating an intermediate product or ozone.
  • the gas to be processed is included in the direction from the application electrode 11 side to the ground electrode 12 side (arrow A direction) in FIG.
  • the gas to be treated is oxidized and decomposed into CO 2 at normal temperature without being heated by the plasma and the catalyst. If only the catalyst is used, the surface of the catalyst fine particles is poisoned by contact with the gas, and the catalytic activity is lost, or reaction intermediates such as carbon monoxide and formaldehyde before changing to CO 2 are generated. However, when the plasma is used in combination, the catalyst surface is cleaned and the catalytic activity is maintained, the reaction intermediate is hardly generated, and the gas to be treated is oxidized and decomposed into CO 2 .
  • the gas processing apparatus 200 of this embodiment processes the object gas, detoxifies it by decomposing it into CO 2 , and can discharge it into the atmosphere at room temperature.
  • VOCs that can be processed in the gas processing apparatus 200 of the present embodiment include substances that volatilize from organic solvents such as paints, adhesives, and cleaning agents used in factories and offices.
  • substances that volatilize from fuels such as liquefied petroleum gas (LPG) and city gas, or unburned gas when these fuels are burned.
  • LPG liquefied petroleum gas
  • ethylene generated from agricultural products can be mentioned.
  • there are substances that volatilize from materials such as automobile interior materials, housing building materials and interior materials, and housings and members of home appliances.
  • carbon monoxide to be treated is generated by incomplete combustion in, for example, a combustion process in a factory or a kitchen, or a household heating appliance.
  • a gas containing such a gas to be treated against the catalyst body 100 and causing plasma to act the gas to be treated is made harmless by efficiently oxidizing and decomposing it into CO 2 without heating, It can be discharged into the atmosphere.
  • the gas processing apparatus 200 has been described as including the catalyst 1 as an independent catalyst body 100, but is not limited thereto.
  • a configuration in which the plasma generation unit and the catalyst body are integrated may be employed. That is, the catalyst 1 may have a configuration in which the catalyst fine particles 1-a are fixed on the surface of the application electrode 11, the ground electrode 12, or the dielectric 13. Moreover, you may combine these structures.
  • the dielectric 13 is in close contact with the ground electrode 12, but the present invention is not limited to this. It is only necessary that plasma can be generated, and it is sufficient that the dielectric 13 is in close contact with at least one of the application electrode 11 and the ground electrode 12. Alternatively, the dielectric 13 may be disposed in close contact with the application electrode 11 and the ground electrode 12, and the catalyst body 100 may be provided between the two dielectrics 13.
  • the catalyst body 100 has been described as being disposed between the application electrode 11 and the dielectric 13, but is not limited thereto. If the catalyst body 100 is present at a position where plasma is present in the gas flow path, the reaction for oxidizing and decomposing the gas to be processed into CO 2 can be further promoted. You may arrange
  • the application electrode 11 is described as being arranged on the upstream side in the gas flow direction.
  • the present invention is not limited to this, and the gas may flow from the ground electrode 12 side.
  • the carrier fine particle 1-b on which the catalyst fine particle 1-a is supported is fixed by a silane compound such as the silane monomer 2, but the present invention is not limited to this.
  • the carrier fine particles 1-b may be fixed by a binder composed of another general resin.
  • a known fixing method such as van der Waals force or physical adsorption may be used.
  • the gas processing apparatus 200 of the present embodiment described above can efficiently oxidize and decompose the gas to be processed by the combination of the catalyst body 100 that promotes the reaction for oxidizing and decomposing the gas to be processed and plasma, and the process of the decomposition process Even if the catalyst 1 is poisoned, the catalyst 1 is cleaned by plasma, so that the catalytic activity of the catalyst body 100 can be maintained for a long time. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to realize the gas processing apparatus 200 capable of oxidizing and decomposing the processing target gas stably for a long period of time.
  • the catalyst 1 when the carrier fine particles 1-b bonded to the substrate 10 are bonded to the substrate 10 by the silane monomer 2, the catalyst 1 is firmly fixed on the substrate 10 and can be prevented from peeling off. . Therefore, the catalyst 1 is prevented from falling off, and the oxidative decomposition performance of the gas to be treated can be maintained for a long time.
  • FIG. 3 is a view schematically showing a part of a cross section of the catalyst body 100 in the present embodiment.
  • components that are the same as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
  • the catalyst fine particles 1-a are fixed to the surface of the substrate 10 by van der Waals force or physical adsorption.
  • the catalyst fine particles 1-a of the present embodiment are directly fixed to the surface of the substrate 10, not the inorganic fine particles.
  • the particle diameter of the catalyst fine particles 1-a is preferably the same as that in the first embodiment.
  • the amount of catalyst fine particles 1-a supported on the substrate 10 is preferably 0.5 to 20% by mass, more preferably 0.5 to 10% by mass with respect to the substrate 10. The reason is that when 20% by mass or more is supported, the catalyst fine particles 1-a aggregate and the catalytic activity decreases.
  • the method for supporting the catalyst fine particles 1-a on the substrate 10 is not particularly limited, but specific examples include coprecipitation method, precipitation precipitation method, sol-gel method, drop neutralization precipitation method, reducing agent.
  • Examples of the method include an addition method, a pH-controlled neutralization precipitation method, and a carboxylic acid metal salt addition method, and these methods can be appropriately used depending on the type of the carrier.
  • an aqueous solution in which a gold compound is dissolved is heated to 20 to 90 ° C., preferably 50 to 70 ° C., and stirred to pH 3 to 10, preferably pH 5 to 8. Then, the solution is adjusted with an alkaline solution, added to the substrate 10, and then dried by heating at 100 to 200 ° C.
  • the gold compound aqueous solution used examples include HAuCl 4 .4H 2 O, NH 4 AuCl 4 , KAuCl 4 .nH 2 O, KAu (CN) 4 , Na 2 AuCl 4 , KAuBr 4 ⁇ 2H 2. O, NaAuBr 4 and the like are mentioned, and the concentration of the gold compound is preferably 1 ⁇ 10 ⁇ 2 to 1 ⁇ 10 ⁇ 5 mol / L.
  • the substrate itself becomes a carrier, so that the effect that the supported fine particles are not required and aggregation of the catalyst fine particles can be suppressed is obtained. It is done.
  • the catalyst fine particle 1-a may be a mixed particle with a promoter or a composite particle.
  • the catalyst body 100 may be such that oxide fine particles such as manganese and cobalt are further supported on the surface of the substrate 10 in addition to the catalyst fine particles 1-a. This is because these oxide fine particles suppress the adhesion of harmful substances to the catalyst fine particles 1-a, so that the activity of the catalyst can be stably maintained over a long period of time.
  • the oxide fine particles are effective because they can prevent inorganic harmful substances that cannot be decomposed by plasma from adhering to the catalyst fine particles 1-a.
  • gold (Au) is shown as the catalyst fine particles 1-a.
  • the catalyst body 100 can be generated in the same manner when Pt, CeO 2 , PdO, or the like exemplified in the first embodiment is used. it can.
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing a part of a cross section of the catalyst body 100 of the present embodiment.
  • a large number of inorganic particles 1-c, to which the catalyst fine particles 1-a are fixed are filled in a container having air permeability in the ventilation direction. Therefore, when a gas containing the gas to be treated is flowed in the ventilation direction shown in FIG. 4, the gas flows through the gaps between the inorganic particles 1-c and comes into contact with the catalyst fine particles 1-a on the inorganic particles 1-c. The oxidative decomposition reaction from gas to CO 2 is promoted.
  • the surface where the gas enters and the surface where the gas exits from the inside is larger than the particle size of the inorganic particles 1-c.
  • the inorganic particles 1-c may be of a structure that does not leak to the outside while ensuring air permeability.
  • the material of the container is not particularly limited, but the material of the base body 10 in the above-described embodiment may be used.
  • the same material as that of the inorganic particle 1-b may be used, and it is selected and used according to the kind of the target gas to be decomposed.
  • the average particle size of the inorganic particles 1-c is 100 ⁇ m or more and 5000 ⁇ m or less, preferably 100 to 1000 ⁇ m. These inorganic particles may be used alone or in combination of two or more.
  • the catalyst fine particles 1-a are fixed on the surfaces of the inorganic particles 1-c.
  • Composite particles of inorganic particles 1-c and catalyst fine particles 1-a in the case of using other functional fine particles, inorganic particles 1-c, catalyst fine particles 1-a and other functional fine particles as mother particles)
  • the method for producing the composite particles is not particularly limited as long as the inorganic particles 1-c and the catalyst fine particles 1-a can be composited.
  • the inorganic particles 1-c and the child particles (catalyst fine particles 1-a) can be used in a mortar or the like. Can be combined to form composite particles in which the catalyst fine particles 1-a are embedded in the inorganic particles 1-c.
  • a high-speed airflow impact method in which the inorganic particles 1-c and the catalyst fine particles 1-a collide with each other to mechanically bond the inorganic particles 1-c and the child particles, or the inorganic particles 1-c and the catalyst. It can also be formed by a mechanochemical method such as a surface fusion method in which the inorganic particles 1-c and the catalyst fine particles 1-a are bonded by energy generated by applying a strong pressure to the fine particles 1-a.
  • a rotary blade type is a super mixer of Kawata Corporation
  • the shaker type can be exemplified by a paint shaker from Asada Tekko Co., Ltd., as well as a hybridization system (registered trademark) manufactured by Nara Machinery Co., Ltd., a mechano-fusion (registered trademark) from Hosokawa Micron Co., Ltd.
  • the present invention is not limited to these devices.
  • a rolling ball mill for example, a high-speed rotary pulverizer, a high-speed airflow impact pulverizer, a medium stirring mill, or a mechanical fusion device can be used.
  • a high-speed rotary pulverizer the degree of embedding of catalyst fine particles 1-a into inorganic particles 1-c (depth of embedding) by adjusting the stirring speed, media mass, stirring time, etc.
  • the degree of embedding of the catalyst fine particles 1-a into the inorganic particles 1-c can be adjusted by adjusting the pressure of the carrier gas, the residence time, and the like.
  • the catalyst fine particles 1-a are added to a composite apparatus capable of producing the composite fine particles as described above so that the ratio of the catalyst fine particles 1-a to the inorganic particles 1-c is 0.5% by mass or more and less than 40% by mass. .
  • complex particles of the antiviral agent having a smooth surface can be formed by adjusting the stirring time and the like. That is, in the composite treatment, after the catalyst fine particles 1-a are embedded in the inorganic particles 1-c, the composite fine particles collide with each other, whereby the catalyst fine particles 1-a are deeply embedded in the inorganic particles 1-c. Therefore, a smooth surface is formed in which the catalyst fine particles 1-a do not protrude from the surface of the inorganic particles 1-c.
  • the catalyst fine particles 1-a are supported on the inorganic particles 1-c having a relatively large particle size, so that the catalyst fine particles 1-a are not aggregated, and furthermore, since the particle size is large, it is difficult to scatter. There is no need to fix it to the substrate.
  • FIG. 5 is a diagram schematically showing a part of a cross section of the catalyst body 100 according to the present embodiment.
  • the present embodiment is characterized in that the catalyst body 100 has a structure in which catalyst fine particles 1-a are fixed in pores of a porous oxide film.
  • the oxide film 4 is formed on the surface of the substrate 10. A large number of pores 5 are formed in the oxide film 4. Then, catalyst fine particles 1-a are filled in a large number of pores 5 of the oxide film 4. Since the catalyst body 100 needs air permeability, a plurality of holes penetrating the catalyst body 100 are formed by punching, for example.
  • the catalyst body 100 of the present embodiment is preferably arranged so that the oxide film 4 side faces the electrode and faces the upstream direction in the gas flow direction.
  • the catalyst body 100 may be formed by fixing a metal, which is an oxide film formed by anodizing a metal plate, to the surface of the substrate 10 formed of any of the materials exemplified in the first embodiment by bonding or the like.
  • a metal plate as the substrate 10 may be oxidized to form the oxide film 4 on the surface of the substrate 10.
  • the metal plate include aluminum, tantalum, niobium, titanium, hafnium, zirconium, zinc, tungsten, bismuth, and antimony.
  • aluminum or titanium that can easily form pores by anodic oxidation is preferable.
  • the shape of the metal plate is not particularly limited, but the total thickness is preferably 0.05 to 1.0 mm, more preferably 0.08 to 0.35 mm, and still more preferably 0.1 to 0.3 mm. is there.
  • oxidation treatment method a known method can be used.
  • a method of energizing a metal plate forming an oxide film as an anode can be used.
  • the solution used for the anodizing treatment for example, phosphoric acid, chromic acid, succinic acid, sulfuric acid, citric acid, malonic acid, tartaric acid aqueous solution and the like can be used. Good.
  • an oxide film having crystallinity such as ⁇ -alumina or ⁇ -alumina
  • a method of forming a spark discharge on aluminum in an aqueous solution containing sodium carbonate or sodium phosphate, sodium hydrogen sulfate and sulfuric acid A method of anodizing oxidation in a molten salt containing um in a hydrogen network is used.
  • the pores 5 are formed by anodic oxidation, and the diameter of the pores 5, the interval between the pores, the film thickness, etc. are adjusted according to conditions such as applied voltage, treatment temperature and treatment time in the oxidation treatment can do.
  • the catalyst fine particles 1-a are adsorbed on the surface of the oxide film 4 and are fixed to the oxide film 4 to such an extent that they do not desorb even when they come into contact with the gas to be treated.
  • the method for fixing the catalyst fine particles 1-a to the oxide film 4 is not particularly limited.
  • Known methods such as a synthesis method and a gas phase synthesis method can be used.
  • the catalyst fine particles 1-a when the catalyst fine particles 1-a are fixed to a metal material or the like, the catalyst fine particles 1-a are fixed to the surface of the oxide film 4, so that the effect of being firmly fixed can be obtained.
  • the catalyst fine particles 1-a when the catalyst fine particles 1-a are fixed in the pores 5 formed by the anodizing treatment, the catalyst fine particles 1-a are more firmly fixed to the catalyst body 100, and the catalyst fine particles 1-a are prevented from falling off. Catalytic action can be obtained stably.
  • the catalyst fine particles 1-a are described as being directly supported on the oxide film 4, but the present invention is not limited to this.
  • the carrier fine particles 1-b may be deposited on the surface of the oxide film 4, and the catalyst fine particles 1-a may be supported on the surface of the carrier fine particles 1-b.
  • the method of directly supporting the catalyst fine particles 1-a on the oxide film 4 is easier to manufacture.
  • FIG. 6 is a schematic diagram of the gas processing apparatus 300 of the present embodiment.
  • the present embodiment is another embodiment of the gas processing apparatus.
  • the gas processing apparatus 300 of the present embodiment is characterized in that a plurality of the gas processing apparatuses 200 described in the first embodiment are stacked in the flow direction of the gas to be processed.
  • the gas processing apparatus 300 includes a plurality of application electrodes 11, a plurality of ground electrodes 12, a plurality of dielectrics 13, a plurality of catalyst bodies 100, and a power source 14.
  • the application electrode 11, the ground electrode 12, and the dielectric 13 are alternately arranged to form the low temperature plasma reaction layer 8, and the application electrode 11 in the low temperature plasma reaction layer 8 Between the ground electrode 12, a catalyst body 100 carrying catalyst fine particles is disposed.
  • one set of the application electrode 11, the catalyst body 100, the dielectric body 13, and the ground electrode 12 corresponds to the gas processing apparatus 200 of the first embodiment.
  • One of the plurality of application electrodes 11 and the plurality of ground electrodes 12 is the first electrode, and the other is the second electrode.
  • the plurality of application electrodes 11, the plurality of ground electrodes 12, the plurality of dielectrics 13, and the power source 14 constitute a plasma generation unit.
  • the gas to be processed flows into the gas processing apparatus 300 in the direction of arrow a, and the decomposed gas is discharged from the apparatus in the direction of arrow b.
  • the plasma reaction layer 8 has a multilayer structure in which a plurality of application electrodes 11, ground electrodes 12, and catalyst bodies 100 are stacked as described above.
  • a large amount of gas can be efficiently oxidized and decomposed by the multilayer structure.
  • FIG. 7 is a schematic diagram of the gas processing apparatus 400 of the present embodiment.
  • FIG. 8 is a schematic view showing a cross section of the gas processing apparatus 400 of the present embodiment.
  • FIG. 7 is an exploded perspective view showing a state where the gas processing apparatus 400 having the structure shown in FIG. 8 is disassembled.
  • the gas processing apparatus 400 is characterized in that an application electrode 11 is installed on one side of a plate- or sheet-like dielectric 13 and a ground electrode 12 is installed on the opposite side, and discharge occurs on both sides of the dielectric 13 to generate plasma.
  • the gas processing apparatus 400 of the present embodiment is different from the gas processing apparatuses 200 and 300 in that the gas to be processed is flowed along the surface of the catalyst body 100 for processing.
  • the structure of the gas processing apparatus 400 of this embodiment is demonstrated, about the structure which is common in the structure in embodiment mentioned above, the same code
  • the application electrode 11 and the ground electrode 12 of this embodiment are comb-like electrodes each composed of a large number of electrodes.
  • the application electrode 11, the ground electrode 12, and the dielectric 13 are arranged in a state where the dielectric 13 is in contact with at least one of the application electrode 11 and the ground electrode 12. Therefore, the application electrode 11, the ground electrode 12, and the dielectric 13 may all be in close contact and stacked. Further, in order for the catalyst body 100 and the plasma existence region 9 to overlap, it is preferable that the thicknesses of the application electrode 11 and the ground electrode 12 are thin.
  • the catalyst body 100 has the same configuration as the catalyst body of the embodiments described so far. And the catalyst body 100 of this embodiment is arrange
  • the surface may be formed with unevenness by embossing or the like.
  • embossing or the like.
  • comb teeth between the comb teeth of the application electrode 11 are provided.
  • the comb-shaped electrode may be made to have air permeability (as indicated by the arrow cd on the ground electrode 12 side).
  • the gas is caused to flow along the direction of the comb teeth of the application electrode 11.
  • the catalyst body 100 has air permeability, the gas may pass from the electrode side to the adjacent catalyst body 100 or pass through from the catalyst body 100 to the electrode. it can.
  • the plasma existence region 9 is also outside the catalyst body 100 as shown in FIG. 8, so that the gas is present outside the catalyst body 100 as shown by arrows ab in FIG. May be used.
  • the flowing gas flows while contacting the catalyst body 100 disposed on the outer side of the application electrode 11 and the ground electrode 12, thereby promoting the oxidative decomposition reaction from the gas to be processed to CO 2 .
  • the plasma generated by the discharge between the application electrode 11 and the dielectric 13 and the plasma generated by the discharge between the ground electrode 12 and the dielectric 13 further undergo an oxidative decomposition reaction from CO to CO 2 .
  • the oxidative decomposition reaction from the processing target gas to CO 2 is promoted, and the gas containing the processing target gas is efficiently used. It is possible to provide a gas processing apparatus 400 that frequently oxidatively decomposes into CO 2 or the like.
  • the contact time between the gas and the catalyst body 100 is increased, and the reaction promoting action by the catalyst body 100 is further obtained in the oxidative decomposition reaction from the gas to be treated to CO 2 . It is done.
  • plasma due to discharge can be generated on both sides of the dielectric 13, and the gas can be efficiently processed by one set of the application electrode 11, the ground electrode 12, and the dielectric 13.
  • the application electrode 11 is disposed on one surface side of the dielectric 13
  • the ground electrode 12 is disposed on the other surface side of the dielectric 13, and the outside thereof
  • positioned the catalyst body 100 to was demonstrated, it is not restricted to this.
  • the catalyst body 100 comes into contact with the flowing gas to be processed, and the processing target gas flows into the plasma generation space generated by the application electrode 11, the ground electrode 12, and the dielectric 13, and the plasma is in response to the processing target gas. Any structure may be used.
  • the catalyst body 100 can be omitted by fixing the catalyst fine particles 1-a on the surface of the dielectric so that the dielectric 13 also has a function as the catalyst body 100.
  • the method of arrange positioning an electrode on the outer side of the catalyst body 100, the method of fixing the catalyst body 100 to the electrode surface, and these 2 or more types.
  • the catalyst body 100 or the dielectric body 13 has air permeability, the gas to be treated may be circulated not in the direction along the comb teeth but in the direction orthogonal to the surface of the catalyst body 100 or the dielectric body 13. Needless to say, it is good.
  • FIG. 9 is a diagram schematically showing the gas processing apparatus 500 of the present embodiment.
  • the gas processing apparatus 500 of this embodiment is a modification of the gas processing apparatus 400 of 6th Embodiment.
  • the gas processing apparatus 500 is configured by stacking a plurality of gas processing apparatuses 400 of the sixth embodiment in the stacking direction of the electrodes (11, 12) and the dielectric 13.
  • the gas to be processed passes through the catalyst body 100 from between the comb teeth of the electrode or stacks the gas processing apparatuses 400, as in the gas flow path in the gas processing apparatus 400.
  • a gap is provided so that the plasma existing region is not interrupted, and gas flows through the gap. The flowing gas promotes the oxidative decomposition reaction from the gas to be processed to CO 2 by using the catalyst body 100 and plasma.
  • the gas processing apparatus 500 since the gas processing apparatus 500 has a configuration in which a plurality of gas processing apparatuses 400 are stacked, the effect that the processing target gas contained in the processing target gas can be more efficiently oxidized and decomposed. Is obtained.
  • FIG. 10 is a diagram schematically showing a part of a cross section of a gas processing apparatus 600 which is an example of the present embodiment.
  • the gas processing apparatus 600 of this embodiment generates plasma by silent discharge.
  • the catalyst body 100 is interposed between the two electrodes. Installed. These electrodes, dielectric 13 and catalyst body 100 are stacked in close contact with each other. In FIG. 10, the dielectrics 13 are stacked in close contact with both the application electrode 11 and the ground electrode 12, but only one of the dielectrics 13 may be provided.
  • the catalyst body 100 may or may not be in close contact with the dielectric 13.
  • the catalyst body 100 needs to be air permeable when it is in close contact with both dielectrics, but the catalyst body 100 may not be air permeable when it is not in close contact with at least one of the dielectric bodies 13.
  • the gas is decomposed by allowing the gas to flow in from the arrow a direction in FIG. 10 and discharging the gas from the other end side in the arrow b direction.
  • the gas processing apparatus 600 has a multi-layer structure so that a large amount of gas can be decomposed efficiently, and the processing target gas can be efficiently oxidized and decomposed according to the usage conditions such as the amount of gas to be processed and the flow rate. Is done.
  • the catalyst body 100 may be either a single layer or divided into a plurality of layers, and can be arbitrarily set.
  • FIG. 11 is a diagram schematically showing a part of a cross section of the gas processing apparatus 700 of the present embodiment.
  • the gas processing apparatus 700 of this embodiment generates plasma by silent discharge and decomposes the gas.
  • the gas treatment apparatus 700 has a cylindrical structure in which a cylindrical application electrode 11, a ground electrode 12, and a catalyst body 100 are laminated radially outwardly in an annual ring shape.
  • the catalyst body 100 is installed between the two electrodes.
  • both the application electrode 11 and the ground electrode 12 are laminated in close contact with the dielectric 13, but only one of the dielectrics 13 may be provided.
  • the catalyst body 100 may be in close contact with one dielectric 13 or may not be in close contact.
  • the gas is decomposed by allowing the gas to flow in from one of both circular end faces and to be discharged from the other end face.
  • the plasma reaction layer 8 of the gas processing apparatus 700 may have an annual ring-shaped multilayer structure.
  • the number of cylindrical annual rings of the catalyst body 100 installed in the plasma reaction layer 8 may be set so that the gas to be treated can be efficiently oxidized and decomposed. Even one can be set arbitrarily.
  • FIG. 12 is a schematic diagram showing the configuration of the gas processing apparatus 800 of the present embodiment.
  • the gas processing apparatus 800 of the present embodiment is configured by combining four cylindrical gas processing apparatuses 700 described in the ninth embodiment. Thus, a larger amount of gas can be processed by combining a plurality of cylindrical gas processing apparatuses 700.
  • the gas processing device 800 has the gas processing devices 700 arranged in two vertical rows and two horizontal rows, but is not limited thereto.
  • the gas processing apparatus 800 can be appropriately arranged according to the shape of the place where the gas processing apparatus 800 is installed.
  • a plurality of gas processing apparatuses 700 may be arranged so that the cross section of the gas processing apparatus 800 may be various polygons such as a rectangle, a trapezoid, and a triangle, or a circle. Good.
  • an alumina woven fabric (catalyst body) was formed by drying at 600 ° C. for 4 hours to form an ⁇ -alumina layer carrying platinum (corresponding to the catalyst body of the second embodiment).
  • the amount of platinum supported at this time was measured by ICP and found to be 1.5 wt%.
  • catalyst body 2 (Production of catalyst body 2) 0.5 wt% of bisacetylacetonatoplatinum was added to ⁇ -alumina beads (Daimei Chemical Co., Ltd.) having a diameter of 500 ⁇ m and a purity of 99.99 wt%, and then mixed in a mortar to support the acetylacetonatoplatinum on the surface of the alumina beads. Next, alumina beads carrying acetylacetonatoplatinum were calcined in an electric furnace at 450 ° C. for 4 hours to obtain a catalyst body carrying platinum of 0.9 wt% (corresponding to the catalyst body of the third embodiment).
  • this catalyst is a particle, when actually used as a catalyst body, a container or the like is used so that the gas can pass and the plasma can also exist so that the particle does not leak while maintaining the air permeability. Filled.
  • the apparatus shown in FIG. 10 was used as the gas treatment apparatus as described later, and therefore, the catalyst was packaged with a mesh having air permeability.
  • the gas processing apparatus 600 provided with the low temperature plasma applying means shown in FIG. 10 is used as the apparatus for generating the low temperature plasma.
  • the ground electrode 12 is formed of an alumina plate
  • the application electrode 11 is an electrode formed of copper tape outside the dielectric 13.
  • the dielectric 13 is ⁇ -alumina.
  • a catalyst body 100 carrying platinum used for the reaction was disposed in a gap between the dielectric 13 in contact with the application electrode 11 and the dielectric 13 in contact with the ground electrode 12 (gap is 1 mm).
  • the catalyst body 100 is each of the three types of catalyst bodies prepared as described above.
  • the processing gas flows in from the direction of arrow a in FIG. 10 and is discharged in the direction of arrow b (so that gas does not leak from other than the direction of arrow b).
  • Both side surfaces a side surface on the near side in FIG. 10 and a side surface on the back side of the catalyst body 100 parallel to the surface of the catalyst body 100 are covered with a housing made of vinyl chloride.
  • a voltage is applied between the application electrode 11 and the ground electrode 12 to generate plasma in a plasma reaction layer formed by the application electrode 11 and the ground electrode 12, and ethylene (C 2 H 4 ) Gas was circulated and a C 2 H 4 removal (decomposition) test was performed at room temperature.
  • an AC high voltage power source composed of a function generator and a high voltage amplifier was used.
  • the applied voltage was set in the range of 0 to 20 kVpk-pk.
  • the discharge output was obtained by the VQ Lissajous method.
  • C 2 H 4 oxidation reaction test the initial concentration of C 2 H 4 gas was adjusted to 50 ppm and the flow rate was adjusted to 200 mL / min, and the gas was processed through the gas processing apparatus 600.
  • C 2 H 4 , CO, and CO 2 were quantitatively analyzed by FTIR equipped with a gas cell having an optical path length of 2.4 m.
  • the C 2 H 4 gas is passed through the gas treatment device 600, C 2 H 4 after 15 minutes from application of the plasma, CO, the concentration of CO 2 to the gas concentration after the reaction, as follows C 2 H 4
  • the removal rate, CO production rate, and CO 2 production rate were determined.
  • C 2 H 4 removal rate (%) ⁇ (initial C 2 H 4 concentration ⁇ post-reaction C 2 H 4 concentration) / initial C 2 H 4 concentration ⁇ ⁇ 100
  • CO production rate (%) [(post-reaction CO concentration) / ⁇ (initial C 2 H 4 concentration) ⁇ 2 ⁇ ] ⁇ 100
  • CO 2 production rate (%) [(CO 2 concentration after reaction) / ⁇ (initial C 2 H 4 concentration) ⁇ 2 ⁇ ] ⁇ 100
  • reaction intermediate production rate (%) C 2 H 4 removal rate (%)-CO production rate (%)-CO 2 production rate (%)
  • Example 1 As catalyst fine particles, CeO 2 , PdO, and Au were used in addition to Pt.
  • Table 1 as the form of the catalyst body, the form of the alumina woven fabric (fabric form) formed with the ⁇ -alumina layer prepared as catalyst body preparation 1 is a, and the average of the catalyst body prepared as catalyst body preparation 2
  • the form (bead form) of ⁇ -alumina particles having a particle diameter of 500 ⁇ m is shown as b, and the aluminum plate (plate form) formed with the porous ⁇ -alumina oxide film prepared as catalyst body production 3 is shown as c.
  • the discharge output by the power supply device 14 was 0.5, 1.0, 3.0 W, and the power supply output frequency was 0.05, 0.5, 0.75, 1.0, 1.5, 2.0, 3.0, 5.0, 7.0, 9.0 kHz.
  • Comparative Examples 1 and 2 As Comparative Example 1, the catalyst was Pt, the catalyst body was a (woven fabric), and ethylene gas was circulated without applying plasma (catalyst only). In Comparative Example 2, plasma was applied without using a catalyst, with a discharge output of 1.0 W and a power supply output frequency of 1.0 kHz.
  • Table 1 shows the details of the conditions of Examples and Comparative Examples and the results of ethylene decomposition.
  • CO gas is circulated through the gas processing apparatus 600 as the gas to be treated, and the CO and CO 2 concentrations 15 minutes after applying the plasma are the gas concentrations after the reaction, and the CO removal rate, The CO 2 production rate was determined.
  • CO removal rate (%) ⁇ (initial CO concentration-post-reaction CO concentration) / (initial CO concentration) ⁇ x 100
  • CO 2 production rate (%) ⁇ (CO 2 concentration after reaction) / (initial CO concentration) ⁇ ⁇ 100
  • Example 22 to 33 Au was used as the catalyst fine particles, and supported zirconium was used.
  • the discharge output by the power supply device 14 was 0.5, 1.0, and 3.0 W, and the power supply output frequency was 6, 7, 8, 9, 11, 12, 13, 14, and 15 kHz.
  • Comparative Examples 3 to 4 As Comparative Example 3, the catalyst was Au, the catalyst body was a (woven fabric), and CO gas was circulated without applying plasma (catalyst only). In Comparative Example 4, plasma was applied without using a catalyst, with a discharge output of 1.0 W and a power supply output frequency of 1.0 kHz.
  • Table 2 shows the details of the conditions of the examples and comparative examples, and the results of the CO gas treatment.
  • CO gas was circulated and a CO oxidation reaction test over time was performed at room temperature.
  • the initial concentration of CO gas was adjusted to 1000 ppm and the flow rate was adjusted to 500 mL / min, and the CO gas was passed through the gas processing apparatus 600.
  • CO and CO 2 were quantitatively analyzed by FTIR equipped with a gas cell having an optical path length of 2.4 m.
  • Example 34 As in Example 22, Au / ZrO 2 was used as the catalyst fine particles.
  • the form of the catalyst body was a (woven cloth form), the discharge output by the power supply device 14 was 0.5 W, and the power supply output frequency was 6 kHz.
  • Table 3 shows the details of the conditions of the examples and comparative examples, and the results of the CO oxidation reaction test over time.
  • MEK removal rate (%) ⁇ (initial MEK concentration-post-reaction MEK concentration) / initial MEK concentration ⁇ ⁇ 100
  • CO production rate (%) [(CO concentration after reaction) / ⁇ (initial MEK concentration) ⁇ 4 ⁇ ] ⁇ 100
  • CO 2 production rate (%) [(post-reaction CO 2 concentration) / ⁇ (initial MEK concentration) ⁇ 4 ⁇ ] ⁇ 100
  • reaction intermediate production rate (%) MEK removal rate (%) - CO generation ratio (%) - CO 2 production rate (%)
  • Example 35 to 46 CeO 2 was used as the catalyst fine particles.
  • the discharge output by the power supply device 14 was 1.0, 2.0, 5.0, 7.0 W, and the power supply output frequency was 0.05, 1, 3, 5, 6, 8, 10, 15, 20 kHz.
  • Comparative Examples 6 to 7 As Comparative Example 6, the catalyst was CeO 2 , the catalyst body was a (woven fabric), and MEK gas was circulated without applying plasma (catalyst only). As Comparative Example 7, plasma was applied without using a catalyst, with a discharge output of 1.0 W and a power supply output frequency of 1.0 kHz.
  • Table 4 shows the details of the conditions of Examples and Comparative Examples and the results of MEK decomposition.
  • C 7 H 8 (toluene) gas is circulated through the gas processing apparatus 600, and the concentration of C 7 H 8 , CO, and CO 2 15 minutes after applying the plasma is defined as the gas concentration after the reaction.
  • C 7 H 8 removal rate, CO The production rate and the CO 2 production rate were determined.
  • C 7 H 8 removal rate (%) ⁇ (initial C 7 H 8 concentration ⁇ post-reaction C 7 H 8 concentration) / initial C 7 H 8 concentration ⁇ ⁇ 100
  • CO production rate (%) [(post-reaction CO concentration) / ⁇ (initial C 7 H 8 concentration) ⁇ 7 ⁇ ] ⁇ 100
  • CO 2 production rate (%) [(post-reaction CO 2 concentration) / ⁇ (initial C 7 H 8 concentration) ⁇ 7 ⁇ ] ⁇ 100
  • reaction intermediate production rate (%) C 7 H 8 removal rate (%)-CO production rate (%)-CO 2 production rate (%)
  • Example 47 to 51 PdO was used as the catalyst fine particles.
  • Table 1 as the form of the catalyst body, the form of the alumina woven fabric (fabric form) formed with the ⁇ -alumina layer prepared as catalyst body preparation 1 is a, and the average of the catalyst body prepared as catalyst body preparation 2
  • the form (bead form) of ⁇ -alumina particles having a particle diameter of 500 ⁇ m is shown as b, and the aluminum plate (plate form) formed with the porous ⁇ -alumina oxide film prepared as catalyst body production 3 is shown as c.
  • the discharge output by the power supply 14 was 1.0, 5.0, 7.0 W, and the power output frequency was 0.5, 6.0, 15.0 kHz.
  • the catalyst was PdO, the catalyst body was a (woven fabric), and the output frequency of the power source was 0.5 W.
  • Table 5 shows the details of the conditions of Examples and Comparative Examples, and the results of C 7 H 8 decomposition.
  • Example 30 a PET nonwoven fabric was used instead of the alumina woven fabric, and Comparative Example 10 was obtained.
  • CO gas was circulated, plasma was irradiated for 4 hours, and the state of the substrate was confirmed.
  • changes were observed in the alumina fabric (Example 30).
  • the PET nonwoven fabric Comparative Example 10
  • the plasma resistance was low.

Abstract

【課題】常温でＶＯＣ（揮発性有機化合物）などの有害ガスを酸化分解処理する装置、方法を提供することを目的とする。 【解決手段】処理対象のガスが流れる流路と、前記流路内に配置される、第１の電極と第２の電極と誘電体と電力を供給する電源部とを少なくとも備え、前記第１の電極と前記第２の電極の間に前記電源部により電圧を印加して放電を発生させることによりプラズマを発生させるプラズマ発生部と、前記流路内における前記プラズマ発生部によって発生したプラズマが存在する位置に設けられる、前記処理対象のガスの反応を促進する触媒体であって、無機物質上に存在する金属触媒粒子を有する触媒体と、を備えることを特徴とするガス処理装置。

Description

低温プラズマと触媒体を用いるガス処理装置および方法
　本発明は、低温プラズマと触媒体を利用して、有害なガスを酸化分解する装置およびその方法に関する。
　近年、有害ガスの分解方法や分解装置として、低温プラズマを用いた方法や装置が提案されている。低温プラズマは装置が簡単であること、および反応性に富んだ活性種が利用できる化学反応であることから、反応が瞬時に進行するため、効率よくガス中に存在する有害ガスを分解することが期待できる。また、低温プラズマは、他の技術との複合化が容易であるため、様々な形態の複合プロセスが可能であることも知られている。しかしながら、効率化が不十分な場合、有害ガスの分解による副生成物が発生するため、多量のエネルギーを投入することが必要であり、そのため、空気からの窒素酸化物や多量のオゾンが発生するなどの問題がある。したがって、低温プラズマによる大気中の有害ガスの除去を実用化する為には、窒素酸化物やオゾンの発生を抑制して有害ガスの分解効率を高めることが重要な課題である。
　このような課題を解決する方法として、プラズマを用いたエチレンガスの分解方法（特許文献１、特許文献２）や、放電電極とアース電極（接地電極）との間にハニカム構造触媒を設置する方法（特許文献３）や、マンガン系触媒を設置する方法（特許文献４）などが提案されている。また、低温プラズマと触媒の併用において、これまでの触媒を利用する方法でのオゾンの発生や有害ガスの分解による副生成物の発生を、さらに改善する方法およびその浄化装置（特許文献５）が提案されている。
特開２０００－１３９１９８号公報 特開２００３－１５８９９６号公報 特開２０００－１４０５６２号公報 特開２００２－３３６３４３号公報 特開２００５－２３０６２７号公報
　吸着によるガス浄化法では、短時間に吸着剤を再生することが必要となり、また、従来の吸着剤の再生方法は水蒸気による脱着、加熱脱着などの設備が必要となり、設備が大型化すること、および脱着方法によっては排水設備が必要となる場合がある。強誘電体のペレットを放電電極とアース電極との間に設置する方法では、誘電体の粒子径や充填量によっては高い電圧の印加が必要となり、それにより有害なオゾンや、空気から窒素酸化物が生成するという問題がある。また、ハニカム状の触媒を設置する方法では、有害ガスと触媒との接触を確保することが必要となり、そのため、放電電極とアース電極間距離が長くなり、安定にプラズマを発生させるために高い電圧を印加してエネルギーを多量に投入することが必要となることから、空気から窒素酸化物や多量のオゾンが生成するという問題がある。また本発明者らが提案した方法では、金属触媒能を付与した吸着剤を使用する為、金属触媒能を付与した吸着剤の量により処理する有害ガス濃度に限界があるという問題があった。また、ペレット状、ハニカム状の触媒を設置する場合、構造上の問題から、浄化装置のフレキシブルな設計が難しいなどの問題があった。
　そこで本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、常温でVOC（揮発性有機化合物）などの有害ガスを酸化分解処理する装置および処理方法を提供することを目的とする。
　すなわち第１の発明は、処理対象のガスが流れる流路と、
　前記流路内に配置される、第１の電極と第２の電極と誘電体と電力を供給する電源部とを少なくとも備え、前記第１の電極と前記第２の電極の間に前記電源部により電圧を印加して放電を発生させることによりプラズマを発生させるプラズマ発生部と、
　前記流路内における前記プラズマ発生部によって発生したプラズマが存在する位置に設けられる、前記処理対象のガスの反応を促進する触媒体であって、無機物質上に存在する金属触媒粒子を有する触媒体と、
　を備えることを特徴とするガス処理装置。
　第２の発明は、前記第１の電極と前記第２の電極と前記誘電体と前記触媒体は、前記処理対象のガスの流れ方向に並べて配置され、それぞれ前記ガスの流れ方向に通気性を有し、
　前記触媒体は、前記流路における前記放電の発生空間または前記放電の発生空間よりも前記ガスの流れ方向の下流側に配置されることを特徴とする第１の発明に記載のガス処理装置。
　第３の発明は、前記第１の電極と前記第２の電極と前記誘電体と、前記触媒体は、前記ガスの流れ方向に直交する方向に並べて配置されることを特徴とする第１の発明に記載のガス処理装置。
　第４の発明は、前記触媒体は、少なくとも前記金属触媒粒子が固定され、無機材料からなる基材をさらに備えることを特徴とする第１から第３の発明のいずれか１つに記載のガス処理装置。
　第５の発明は、前記触媒体は、前記金属触媒粒子が表面に固定される無機粒子と、
　前記無機粒子を固定するための無機材料からなる基材と、をさらに備えることを特徴とする第１から第３の発明のいずれか１つに記載のガス処理装置。
　第６の発明は、前記触媒体は、前記金属触媒粒子が担持された無機粒子が多数充填されたものであることを特徴とする第１から第３のいずれか１つに記載のガス処理装置。
　第７の発明は、前記第１の電極と前記第２の電極は、それぞれ所定の方向に延びる多数の電極から形成される櫛歯型の電極であり、前記処理対象のガスは、前記櫛歯型の電極と前記誘電体と前記触媒体で形成される空間を流れることを特徴とする第１から第６の発明のいずれか１つに記載のガス処理装置。
　第８の発明は、前記プラズマは、無声放電、沿面放電、コロナ放電、パルス放電の少なくとも１種類以上の放電プラズマであることを特徴とする第１から第７の発明のいずれか１つに記載のガス処理装置。
　第９の発明は、前記金属触媒粒子が、Pt、Au、CeO2、PdO、MnO2、CuO、Agの少なくとも一種類以上からなることを特徴とする第１から第８の発明のいずれか１つに記載のガス処理装置。
　第１０の発明は、前記電源部が０．５kHz以上の出力周波数で電力を供給することを特徴とする第１から第９の発明のいずれか１つに記載のガス処理装置。
　第１１の発明は、処理対象のガスの酸化分解反応を促進する触媒体が配置される範囲に放電によってプラズマを発生させ、
　前記プラズマに対して処理対象のガスを流通させて酸化分解することを特徴とするガス処理方法。
　第１２の発明は、０．５kHz以上の出力周波数で電力を供給して放電させることによって、前記プラズマを発生させることを特徴とする第１１の発明に記載のガス処理方法。
　本発明におけるガス処理装置は、触媒とプラズマを組み合わせることにより、有害物質等を含むガスを、低温でCOやホルムアルデヒドなどの反応中間物質を残さずにCO2へ酸化分解することが可能である。さらにプラズマにより、触媒表面への不純物や反応中間物質などの吸着を防ぐため、触媒性能の劣化を抑制でき、触媒活性を長期間確保できる。また、触媒を固定する基材を無機材料にすることにより、耐プラズマ性を備えることで触媒体が長期間使用可能となる。これにより、環境汚染を引き起こしたり、人体に悪影響を及ぼす揮発性有機化合物（VOC）等の有害物質を効率よく、酸化分解することが可能なガス処理装置を提供できる。
本発明の実施形態に係るガス処理装置の断面模式図である。 本発明の実施形態に係る触媒微粒子を固定化した触媒体の模式図である。 本発明の他の実施形態に係る触媒体の模式図である。 本発明の他の実施形態に係る触媒体の模式図である。 本発明の他の実施形態に係る触媒体の模式図である。 本発明の他の実施形態に係るガス処理装置の模式図である。 本発明の他の実施形態に係るガス処理装置の模式図である。 本発明の他の実施形態に係るガス処理装置の断面模式図である。 本発明の他の実施形態に係るガス処理装置の断面模式図である。 本発明の他の実施形態に係るガス処理装置の模式図である。 本発明の他の実施形態に係るガス処理装置の模式図である。 本発明の他の実施形態に係るガス処理装置の模式図である。
　以下、本発明の実施形態について詳述する。
（第１実施形態）
　図１は、本発明の実施形態であるガス処理装置２００の断面を模式的に表した図である。ガス処理装置２００は、処理対象ガスを含むガスが供給される流路内に配置される。そして、図１において、ガス処理装置２００に対して矢印Ａ方向に供給される処理対象ガスを含むガスを、ガス処理装置２００において発生させるプラズマと、触媒体１００の機能によって、ＣＯ２に酸化分解する装置である。
　ガス処理装置２００は、印加電極１１と、接地電極１２と、誘電体１３と、触媒体１００と、電源部である（高圧）電源１４とを備える。ガス処理装置２００において、これら印加電極１１と接地電極１２と誘電体１３と電源１４は、プラズマを発生させるための部材・装置（プラズマ発生部）であり、電源１４によって電圧が印加されることで、印加電極１１と接地電極１２と誘電体１３によって、印加電極１１と誘電体１３との間に放電による低温プラズマ反応層が形成される。ガス処理装置２００において、印加電極１１と触媒体１００と接地電極１２と誘電体１３はそれぞれ密着して構成される。なお、印加電極１１と接地電極１２のいずれか一方が第１の電極であり、他方が第２の電極である。また、他の実施形態において印加電極１１と接地電極１２がそれぞれ複数組み合わせられる場合にも、いずれか一方の種類の複数の電極それぞれが第１の電極であり、他方の種類の複数の電極それぞれが第２の電極である。
　印加電極１１は、電源１４によって電圧が印加される電極である。接地電極１２は、接地線１２ａによって接地されている。そして、印加電極１１、接地電極１２および誘電体１３は、電極面内をガスが通過できる通気性を有する構造である。具体的には、印加電極１１と接地電極１２と誘電体１３の構造としては、格子状や簾状、パンチング加工などによる多孔状やエキスパンドメッシュ状の構造が挙げられ、これらの構造を２種以上組み合わせた構造であってもよい。印加電極１１、接地電極１２については、針状の構造でもよい。また、印加電極１１と接地電極１２と誘電体１３は、上記した形状・構造のうち、同じ形状・構造であってもよい。図１では、印加電極１１はメッシュのような開口が小さく多数存在し、接地電極１２と誘電体１３はパンチングによる多孔状のように開口は大きく少数にしてある。
　印加電極１１および接地電極１２としては、電極として機能する材料を用いることができる。印加電極１１、接地電極１２の材料としては、例えば、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｗ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｃｏなどの金属やその合金を用いることができる。
　誘電体１３は、絶縁体となる性質を有していればよい。誘電体１３の材料としては、例えば、ZrO2、γ-Al2O3、α-Al2O3、θ-Al2O3、η-Al2O3、アモルファスのAl2O3、アルミナナイトライド、ムライト、ステアライト、フォルステライト、コーディエライト、チタン酸マグネシウム、チタン酸バリウム、SiC、Si3N4、Si-SiC、マイカ、ガラスなどの無機材料や、ポリイミド、液晶ポリマー、PTFE（poly tetra fluoro ethylene）、ETFE（ethylene tetra fluoro ethylene）、PVF（poly vinyl fluoride）、PVDF（poly vinylidene difluoride）、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミドなどの高分子材料が挙げられる。耐プラズマ性、耐熱性を考慮すると無機材料がより好ましい。
　なお、後述する触媒体１００が誘電体としての機能も備える場合（例えば、触媒体の一部が絶縁体であるような場合）、触媒体１００を誘電体としても利用できるため、誘電体１３を備えなくてもよい。
　次に、触媒体１００について説明する。図２は、本実施形態の触媒体１００の断面の一部を模式的に表した図である。触媒体１００は、処理対象ガスを二酸化炭素（CO2）に酸化分解する反応を促進する触媒である。さらに、本実施形態では触媒体１００に対してプラズマを作用させるため、触媒体１００によって促進される酸化分解反応がさらに促進される。
　本実施形態の触媒体１００は、ガスが通過可能な通気性を有する板状あるいはシート状の部材であり、基体１０と、基体１０に固定される触媒１などから構成される。触媒体１００は、プラズマ発生部によって発生されたプラズマが存在する位置（範囲）に配置されている。具体的には、本実施形態では、印加電極１１と誘電体１３の間（放電空間）に配置されている。触媒体１００は、図２において破線の両矢印Ｂで示す方向にガスが通過可能である。そのため、本実施形態の触媒体１００は、フィルター状や、プレート状の部材にパンチング加工などの穿孔処理がされた複数の穴を有するものや、メッシュ状などの通気性を有する構造の基体１０に、通気性が維持されるように触媒１が固定された構造となっている。この触媒体１００は、ガス処理装置２００においては、触媒１が固定されている面を印加電極１１側（ガスの流れ方向における上流側）に向けて配置される方が好ましい。なお、例えば基体１０がフィルター状やメッシュ状の場合、基体１０内部には空間ができ、触媒体１００の製造方法によっては基体１０内部に触媒１を固定することもできる。また、基体１０の両面に触媒１を固定してもよい。触媒１が基体１０の内部にも固定される場合や、両面に固定される場合には、触媒体１００をどちらに向けて配置してもよい。
　触媒１は、触媒微粒子１－ａが担体微粒子１－ｂに担持されたものである。触媒１は、担体微粒子１－ｂに結合したシランモノマー２が、基体１０に対して化学結合３により結合することで、基体１０に固定される。シランモノマー２による固定については後述する。
　触媒１の触媒微粒子１－ａは、処理対象ガスをCO2に酸化分解する反応を促進する触媒機能を有すれば、限定されるものではない。好ましくは酸化触媒能の高い、Au、Pt、CeO2、PdO、MnO2、CuOがよい。
　この触媒微粒子１－ａは、粒径が０．５ｎｍ以上２００ｎｍ以下程度であればよい。また、これらの触媒微粒子１－ａは担体微粒子１－ｂに対して、０．１～２０質量％分固定されることが好ましく、０．５～１０質量％とするのがより好ましい。２０質量％以上担持させると、触媒微粒子１－ａである触媒微粒子同士が凝集し、触媒活性が減少するからである。０．１質量％以下では十分な触媒活性が得られないので好ましくない。
　なお、触媒微粒子１－ａとしては、上述のように、少なくとも処理対象ガスを二酸化炭素に酸化分解する反応を促進する触媒機能を有する微粒子が含まれている必要があるが、他の物質と組み合わせてもよい。具体的には、助触媒と触媒微粒子を組み合わせた助触媒粒子と触媒微粒子が混在するものや、各種金属元素を触媒微粒子と複合化させた複合微粒子からなる複合触媒であってもよい。触媒微粒子単独の場合や触媒微粒子に助触媒を混合させた場合には、触媒微粒子が多面体形状であるとともに上述の大きさの範囲内であればよい。また、他の金属元素を複合した複合微粒子の場合には、触媒微粒子の大きさが上述の大きさの範囲内であればよい。助触媒または複合触媒において用いる触媒微粒子以外の金属微粒子（ナノ粒子）としては、Pt、Pd、Irなどといった貴金属およびその酸化物、または卑金属およびそれらの酸化物などが挙げられる。これらの貴金属およびその酸化物、卑金属およびその酸化物の微粒子は２種以上混合されて、担体微粒子１－ｂの表面に担持されてもよい。
　担体微粒子１－ｂは、触媒微粒子１－ａを担持させるとともに、基体１０に担体微粒子１－ｂを介して触媒微粒子１－ａを固定するための粒子である。担体微粒子１－ｂは、触媒微粒子１－ａを担持させることができればどのようなものでもよいが、金属酸化物または主に物理的な吸着性を有する無機化合物を用いることが好ましい。
　金属酸化物としては、例えば、γ-Al2O3、α-Al2O3、θ-Al2O3、η-Al2O3、アモルファスのAl2O3、TiO2、ZrO2、SnO2、SiO2、MgO、ZnO2、Bi2O3、In2O3、MnO2、Mn2O3、Nb2O5、FeO、Fe2O3、Fe3O4、Sb2O3、CuO、Cu2O、NiO、Ni3O4、Ni2O3、CoO、Co3O4、Co2O3、WO3、CeO2、Pr6O11、Y2O3、In2O3、PbO、ThO2などの単一の無機酸化物が挙げられる。また、金属酸化物としては、例えば、SiO2－Al2O3、SiO2－B2O3、SiO2－P2O5、SiO2－TiO2、SiO2－ZrO2、Al2O3－TiO2、Al2O3－ZrO2、Al2O3－CaO、Al2O3－B2O3、Al2O3－P2O5、Al2O3－CeO2、Al2O3－Fe2O3、TiO2－CeO2、TiO2－ZrO2、TiO2－WO3、ZrO2－WO3、SnO2－WO3、CeO2－ZrO2、SiO2－TiO2－ZrO2、Al2O3－TiO2－ZrO2、SiO2－Al2O3－TiO2、SiO2－TiO2－CeO2、セリウム・ジルコニウム・ビスマス複合酸化物などの複合酸化物でもよい。尚、セリウム・ジルコニウム・ビスマス複合酸化物は一般式Ｃｅ１－Ｘ－ＹＺｒＸＢｉＹＯ２－δで表わされる固溶体であり、Ｘ、Ｙ、δの値がそれぞれ０．１≦Ｘ≦０．３、０．１≦Ｙ≦０．３、０．０５≦δ≦０．１５の範囲である。
　また、物理的な吸着性を有する無機化合物としては、例えば、ケイ酸塩としては、ゼオライトA、ゼオライトP、ゼオライトX、ゼオライトYなどの合成ゼオライトや、クリノプチルライトやセピオラオライト、モルデナイトなどの天然ゼオライトなどや、カオリナイト、モンモリロナイト、酸性白土、珪藻土などの層状ケイ酸塩化合物や、オラストナイト、ネプツナイトなどの環状ケイ酸塩化合物が挙げられる。また、リン酸３カルシウム、リン酸水素カルシウム、ピロリン酸カルシウム、メタリン酸カルシウム、ハイドロキシアパタイトなどのリン酸塩化合物や、活性炭や、多孔質ガラスなども挙げられる。
　これらの担体微粒子１－ｂは処理対象のガス等の種類に応じて選択して使用されるものである。担体微粒子１－ｂの平均粒子径は、０．１μｍ以上５００μｍ以下であれば良い。また、これらの担体微粒子１－ｂは単体で用いても、２種類以上混合して用いてもよい。なお、ここでいう平均粒子径とは、体積平均粒子径のことをいう。本明細書において、特に記載しない限りは、平均粒子径は体積平均粒子径とする。
　触媒１の製造方法を説明する。触媒１は、触媒微粒子１－ａが、多面体構造で担体微粒子１－ｂに固定できる方法であればよい。共沈法、析出沈殿法、ゾル－ゲル法、滴下中和沈殿法、還元剤添加法、ｐＨ制御中和沈殿法、カルボン酸金属塩添加法等の方法が挙げられ、これらの方法は担体の種類により適宜使い分けることができる。
　次に、基体１０は、触媒１を固定して、触媒体１００を板状の部材として構成するための基材である。そして基体１０は、上述のように、通気性を有する構造となっており、例えば、パンチング加工により多数の貫通孔が形成されているシート状のものや、繊維状、布状、メッシュ状で、織物、網物、不織布などから構成される繊維構造体（フィルター状）のものを用いることができる。その他、使用目的に合った種々の形状及びサイズ等のものを適宜利用できる。
　基体１０は、耐プラズマ性と耐熱性に優れた無機材料が好ましい。これは、まず耐プラズマ性については、基体１０はプラズマが存在する領域に配置されるため、耐プラズマ性を有することで、触媒体１００の触媒機能を長期間維持できるためである。耐熱性については、ガス処理装置２００の処理対象のガスは、燃料を燃焼して排出される、比較的温度の高い排ガスである場合もあり、排ガスを処理する場合には耐熱性が必要であるためである。なお、耐プラズマ性とは、プラスマ雰囲気中での耐久性であり、プラズマによる侵食のされにくさである。
　基体１０に用いられる無機材料としては、具体的には金属材料や、セラミックスや、ガラスなどが好ましく、さらには金属、金属酸化物、ガラスがより好ましい。また、本実施形態では、触媒微粒子１－ａが担持された担体微粒子１－ｂは、シランモノマー２によって基体１０に固定されるが、シランモノマー２が脱水縮合反応により基体１０に共有結合するためには、基体１０は表面に酸化物の薄膜が形成されていることが好ましい。
　本発明の基体１０に用いられる金属材料としては、タングステン、モリブデン、タンタル、ニオブ、ＴＺＭ（Titanium Zirconium Molybdenum）、Ｗ－Ｒｅ（tungsten-rhenium）などの高融点金属や、銀、ルテニウムなどの貴金属及びそれらの合金または酸化物、チタン、ニッケル、ジルコニウム、クロム、インコネル、ハステロイなどの特殊金属、アルミニウム、銅、ステンレス鋼、亜鉛、マグネシウム、鉄などの汎用金属およびこれら汎用金属を含む合金またはこれら汎用金属の酸化物を用いることができる。また、各種めっき及び真空蒸着や、ＣＶＤ法や、スパッタ法などにより、上述した金属、合金または酸化物の被膜が形成された部材を金属材料として用いてもよい。
　なお、上述した金属表面及びその合金表面には、通常、自然酸化薄膜が形成されており、シランモノマー２を結合させるために、この自然酸化薄膜を利用することができる。この場合には、予め、酸化薄膜の表面に付着している油分や汚れを通常の公知の方法により除去することが、安定に、かつ、均一に担体微粒子１－ｂを固定するためには好ましい。シランモノマー２の結合のために自然酸化膜を利用する代わりに、金属表面又は合金表面に、公知の方法により化学的に酸化薄膜を形成したり、陽極酸化などの電気化学的な公知の方法により酸化薄膜を形成してもよい。
　さらに、本発明の基体１０に用いられるセラミックスとしては、土器、陶器、せっき、磁気などの陶磁器、ガラス、セメント、石膏、ほうろう及びファインセラミックスなどのセラミックスを用いることができる。構成するセラミックスの組成は、元素系、酸化物系、水酸化物系、炭化物系、炭酸塩系、窒化物系、ハロゲン化物系、及びリン酸塩系などのセラミックスを用いることができ、また、それらの複合物でもよい。
　また、本発明の基体１０に用いられるセラミックスとしては、さらに、チタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛、フェライト、アルミナ、フォルステライト、ジルコニア、ジルコン、ムライト、ステアタイト、コーディエライト、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素、ニューカーボン、ニューガラスなどや、高強度セラミックス、機能性セラミックス、超伝導セラミックス、非線形光学セラミックス、抗菌性セラミックス、生分解性セラミックス、及びバイオセラミックスなどのセラミックスを用いることが可能である。
　また、本発明の基体１０に用いられるガラスとしては、ソーダ石灰ガラス、カリガラス、クリスタルガラス、石英ガラス、カルコゲンガラス、ウランガラス、水ガラス、偏光ガラス、強化ガラス、合わせガラス、耐熱ガラス・硼珪酸ガラス、防弾ガラス、ガラス繊維、ダイクロ、ゴールドストーン（茶金石・砂金石・紫金石）、ガラスセラミックス、低融点ガラス、金属ガラス、及びサフィレットなどのガラスを用いることが可能である。
　また、本発明の基体１０にはその他に、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、超早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント、耐硫酸塩ポルトランドセメント、及びポルトランドセメントに高炉スラグ、フライアッシュ、シリカ質混合材を添加した混合セメントである高炉セメント、シリカセメント、及びフライアッシュセメントなどのセメントを使用することが可能である。
　また、本発明の基体１０にはその他に、チタニアや、ジルコニア、アルミナ、セリア（酸化セリウム）、ゼオライト、アパタイト、シリカ、活性炭、珪藻土などを使用することができる。さらに、本実施形態の無機酸化物には、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、錫などからなる金属酸化物を用いることも可能である。
　次に、触媒１の基体１０に対する固定方法について説明する。本実施形態における触媒１は、触媒微粒子１－ａが担持された担体微粒子１－ｂの表面に結合したシランモノマー２が、脱水縮合反応して形成される化学結合３（共有結合）によって基体１０と結合することにより基体１０に保持されている。
　シランモノマー２によって触媒微粒子１－ａが担持された担体微粒子１－ｂを基体１０に結合するメカニズムを説明する。担体微粒子１－ｂに結合したシランモノマー２は、不飽和結合部または反応性官能基を担体微粒子１－ｂに対して外側に向けて配向して結合する。これは、シランモノマー２の片末端であるシラノール基が親水性であるため、同じく親水性である担体微粒子１－ｂの表面に引きつけられやすく、一方、逆末端の不飽和結合部または反応性官能基は疎水性であるため、担体微粒子１－ｂの表面から離れようとするからである。このため、シランモノマー２のシラノール基は、担体微粒子１－ｂの表面に脱水縮合反応により共有結合し、シランモノマー２は不飽和結合部または反応性官能基を外側に向けて配向しやすい。したがって、多くのシランモノマー２については、不飽和結合部または反応性官能基を外側に向けて担体微粒子１－ｂと共有結合する。そして、担体微粒子１－ｂの表面に結合したシランモノマー２の外側に向いている不飽和結合部または反応性官能基は、この不飽和結合部または反応性官能基同士が結合して、担体微粒子１－ｂ同士が結合すると共に、基体１０の表面とも結合することにより、担体微粒子１－ｂが基体１０に固定される。
　換言すると、本実施形態で用いられる触媒体１００では、不飽和結合部または反応性官能基を有する反応性に優れたシランモノマー２を用いることで、シランモノマー間の不飽和結合部または反応性官能基同士の化学結合３により基体１０上の複数の担体微粒子１－ｂ同士を結合するとともに、基体１０と対向する担体微粒子１－ｂ表面のシランモノマー２と基体１０表面との間で不飽和結合部または反応性官能基による化学結合３を形成することで、担体微粒子１－ｂを基体１０上に固定している。
　脱水縮合により担体微粒子１－ｂに共有結合するシランモノマー２が有する不飽和結合部または反応性官能基としては、ビニル基、エポキシ基、スチリル基、メタクリロ基、アクリロキシ基及びイソシアネート基などが挙げられる。
　上記の不飽和結合部または反応性官能基を有するシランモノマー２の例としては、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、Ｎ－β－（Ｎ－ビニルベンジルアミノエチル）－γ－アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ－（ビニルベンジル）－２－アミノエチル－３－アミノプロピルトリメトキシシランの塩酸塩、２－（３、４エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン、３－グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、３－グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、３－グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、ｐ－スチリルトリメトキシシラン、３－メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、３－メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、３－メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、３－メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、３－アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、３－イソシアネートプロピルトリエトキシシランなどが挙げられる。
　次に、触媒１を基体１０に固定して触媒体１００を製造する製造方法について説明する。
　まず、不飽和結合部または反応性官能基を有するシランモノマー２を触媒微粒子１－ａが担持された担体微粒子１－ｂに共有結合させる。担体微粒子１－ｂへのシランモノマー２の結合は通常の方法により形成させることができる。例えば、触媒微粒子１－ａが担持された担体微粒子１－ｂが、水、メタノール、エタノール、ＭＥＫ（methyl ethyl ketone）、アセトン、キシレン、トルエンなどの分散媒に分散した分散液にシランモノマー２を加え、その後、還流下で加熱させながら、担体微粒子１－ｂの表面にシランモノマー２を脱水縮合反応により共有結合させる方法がある。
　また、別の方法として、触媒微粒子１－ａが担持された担体微粒子１－ｂを粉砕により微粒子化し、微粒子化したものを上記いずれかの分散媒に分散して得られた分散液にシランモノマー２を加える、或いは、シランモノマー２を触媒微粒子１－ａが担持された上記担体微粒子１－ｂに加えてから粉砕により微粒子化して分散媒に分散させる。そして、分散液を固液分離して１００℃から１８０℃で加熱してシランモノマー２を担体微粒子１－ｂの表面に脱水縮合反応により共有結合させる方法でもよい。
　ここで、触媒１におけるシランモノマー２の量は、担体微粒子１－ｂの平均粒子径にもよるが、担体微粒子１－ｂの質量に対して０．０１質量％以上から４０．０質量％以下であれば、担体微粒子１－ｂ同士の結合および担体微粒子１－ｂと基体１０との結合の結合強度は、実用上問題ない。なお、結合に関与しない余剰のシランモノマー２があっても良い。
　次に、シランモノマー２が表面に化学結合している担体微粒子１－ｂをメタノールやエタノール、ＭＥＫ（methyl ethyl ketone）、アセトン、キシレン、トルエンなどの分散媒に混合し、分散させる。ここで、分散を促進させる為に、必要に応じて界面活性剤や、塩酸、硫酸などの鉱酸や、酢酸、クエン酸などのカルボン酸などを加えるようにしてもよい。続いて、ビーズミルやボールミル、サンドミル、ロールミル、振動ミル、ホモジナイザーなどの装置を用いて担体微粒子１－ｂを分散媒中で解砕・分散させ、担体微粒子１－ｂを含むスラリーを作製する。
　続いて、以上のようにして得られた担体微粒子１－ｂが分散したスラリーを、基体１０の表面に塗布する。スラリーの基体１０への塗布方法としては、一般に行われているスピンコート法、ディップコート法、スプレーコート法、キャストコート法、バーコート法、マイクログラビアコート法、グラビアコート法を用いればよく、目的に合った塗布ができれば特に限定されない。
　そして、必要に応じて、加熱乾燥などで分散媒を除去することにより、基体１０と、担体微粒子１－ｂとが化学結合する。具体的には、分散媒を除去することで、担体微粒子１－ｂの表面のシランモノマー２間で化学結合３を形成させることにより担体微粒子１－ｂ同士を結合させるとともに、シランモノマー２と基体１０との間に化学結合３を形成させることにより、担体微粒子１－ｂを基体１０上に固定させる。
　本実施形態においては、基体１０とシランモノマー２とを化学結合３させる方法として、グラフト重合による結合方法を用いることが好ましい。利用可能なグラフト重合としては、例えばパーオキサイド触媒を用いるグラフト重合、熱や光エネルギーを用いるグラフト重合、放射線によるグラフト重合（放射線グラフト重合）などが挙げられ、基体１０や担体微粒子１－ｂの形状や形態に応じて適宜選択して用いられる。
　なお、シランモノマー２のグラフト重合を効率良く、かつ、均一に行わせるために、予め、基体１０の表面に対して、コロナ放電処理やプラズマ放電処理や、火炎処理や、クロム酸や過塩素酸などの酸化性酸の水溶液や水酸化ナトリウムなどを含むアルカリ性水溶液による化学的な処理、などの親水化処理をしてもよい。
　以上が触媒体の構造および製造方法である。以上に説明した触媒体１００によれば、基体１０に結合した担体微粒子１－ｂは、シランモノマー２により強固に基体１０上で保持されるので、触媒１が基体１０から剥がれることを確実に防ぐことができる。
　つぎに、ガス処理装置２００に用いられる電源１４は、高電圧を印加可能な電源である。電源１４としては、交流高電圧、パルス高電圧などの高電圧電源、DCバイアスに交流あるいはパルスを重畳させた電源などを用いることができる。交流高電圧の例としては、正弦波交流、矩形波交流、三角波交流、鋸波交流などが挙げられる。この電源１４により、印加電極１１と接地電極１２と誘電体１３によって形成される放電空間にプラズマが発生するように、印加電極１１と接地電極１２に所定の電圧を印加すればよい。電源１４による印加電圧は、処理対象ガスの濃度などにより変動するが、通常１～２０kV、好ましくは２～１０kVである。なお、プラズマを発生させるために電源１４から供給される電力により発生させる放電の種類としては、プラズマを発生させることができれば特に限定されないが、たとえば無声放電や沿面放電やコロナ放電やパルス放電などであればよい。また、これらの放電が２種類以上組み合わされて発生してプラズマを発生させてもよい。
　また、その電源の出力周波数は高周波数が好ましく、具体的には０．５kHz以上であればよい。さらには０．５kHz以上１５kHz以下が好ましく、より好ましくは１kHz以上１０kHz以下がよい。周波数が０．５kHzよりも小さいと中間生成物やオゾンの生成量が増え、１５kHzよりも大きいと処理対象とするいずれのガスについても酸化分解が抑制されてしまう。
　以上が、本実施形態のガス処理装置２００の構成である。
　次に、以上に説明した本実施形態におけるガス処理装置２００によるガスの酸化分解処理について説明する。まず、本実施形態のガス処理装置２００における処理対象ガスとしては、VOC（揮発性有機化合物：Volatile Organic Compounds）などの燃料や溶剤などに含まれる揮発性を有する物質、あるいは一酸化炭素などのうち少なくともいずれかを含むガスである。つまり、これら複数種類のガスを含む混合ガスや、単独のガスである。VOCの具体例としては、芳香族炭化水素であるベンゼン、キシレン、トルエン、エチルベンゼン、スチレン、パラジクロロベンゼン、フタル酸ジ-２-エチルヘキシル、C=Oの二重結合（カルボニル基）を持つ化合物では、ケトン類である、アセトン、メチルエチルケトン（MEK）、アルコール類であるイソプロピルアルコール、メタノール、エステル類である酢酸エチル、フタル酸ジ-ｎ-ブチル、アルデヒド類である、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒドなどがある。また、アルカン類である、エチレン、テトラデカン、有機リン系のクロルピリホス 、ダイアジノン、その他、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン等が挙げられる。
　処理対象のガスによって、プラズマを発生させるための好ましい電源の出力周波数は異なる。そのため、処理対象のガスの成分が予め特定されている場合には、ガスに応じて出力周波数が設定されてもよい。具体的には、COでは、０．５kHz以上１５kHz以下がよく、エチレンなどのアルカン類では０．５kHz以上７kHz以下が好ましく、その他のＶＯＣでは、０．５kHz以上１５kHz以下がよい。この範囲の周波数であれば、中間生成物やオゾンの生成がなく、処理対象ガスが酸化分解される。従って、ガスが特定されている場合に上記範囲に出力周波数が設定されることで、中間生成物やオゾンを発生させることなくより確実にガスを酸化分解処理することができる。
　ガスを処理する場合には、まず、電源１４によって、印加電極１１に電圧を印加した状態で、図１において印加電極１１側から接地電極１２側の方向（矢印Ａ方向）に処理対象ガスを含むガスを供給することにより、プラズマと触媒により加温することなく常温で処理対象ガスを酸化してCO2に分解する。触媒のみであれば、ガスとの接触により触媒微粒子表面が被毒し、触媒活性が失われたり、CO2に変化する前の一酸化炭素やホルムアルデヒドなどの反応中間体を生じたりする。しかし、プラズマを併用することにより触媒表面がクリーニングされ触媒活性が保たれ、反応中間体の生成量もほとんどなく、処理対象のガスはCO2に酸化分解される。
　なお、本実施形態のガス処理装置２００は、対象ガスを処理して、CO2に分解することで無害化して、常温で大気中に排出できる。本実施形態のガス処理装置２００において処理可能なガスであるVOCとしては、たとえば、工場や事業所で使用される塗料、接着剤、洗浄剤などの有機溶剤から揮発する物質が挙げられる。また、重油や灯油のほか液化石油ガス（ＬＰＧ）や都市ガスなどの燃料から揮発する物質、あるいはこれらの燃料を燃焼した際の未燃焼のガスが挙げられる。また、農産物から発生するエチレンも挙げられる。さらに、自動車の内装材、住宅の建材・内装材、家電の筐体・部材などの素材からも揮発する物質などがある。また、処理対象である一酸化炭素としては、たとえば、工場や厨房の燃焼工程、あるいは家庭用暖房器具などで、不完全燃焼により生じる。このような処理対象ガスを含むガスを、触媒体１００に対して流すとともにプラズマを作用させることにより、加温することなく、効率的に処理対象ガスをCO2に酸化分解することで無害化し、大気中へ排出することができる。
　なお、本実施形態においては、ガス処理装置２００が、触媒１を独立した触媒体１００として備えるとして説明したがこれに限られない。プラズマ発生部と触媒体とが一体になった構成でもよい。すなわち、触媒１が、印加電極１１、接地電極１２あるいは誘電体１３の表面に触媒微粒子１－ａが固定化された構成でもよい。また、これらの構成を組み合わせてもよい。
　また、本実施形態では、誘電体１３を接地電極１２に密着させた構成としたが、これに限られない。プラズマを発生させることができればよく、誘電体１３が、少なくとも印加電極１１と接地電極１２のいずれかに密着していればよい。また、印加電極１１と接地電極１２のそれぞれに誘電体１３を密着して配置し、その２つの誘電体１３の間に触媒体１００を備える構成にしてもよい。
　また、本実施形態では、触媒体１００は、印加電極１１と誘電体１３との間に配置されているとして説明したが、これに限られない。ガスの流路においてプラズマが存在する位置に触媒体１００が存在すれば、処理対象ガスをＣＯ２へ酸化分解する反応をより促進できるため、例えば、印加電極１１、誘電体１３、接地電極１２で構成されるプラズマ発生部の、ガスの流れ方向における下流側に配置されてもよい。
　また、本実施形態では、印加電極１１をガスの流れ方向における上流側に配置するとして説明したが、これに限られず、接地電極１２側からガスを流してもよい。
　また、本実施形態においては、触媒微粒子１－ａが担持された担体微粒子１－ｂをシランモノマー２などのシラン化合物によって固定するとして説明したがこれに限られない。その他の一般的な樹脂などで構成されるバインダーによって担体微粒子１－ｂを固定してもよい。また、化学結合以外にも、ファンデルワールス力や物理的吸着など公知の固定方法を用いてもよい。
　以上説明した本実施形態のガス処理装置２００は、処理対象ガスを酸化分解する反応を促進する触媒体１００と、プラズマとの組み合わせにより、効率良く処理対象ガスを酸化分解できると共に、分解処理の過程で触媒１が被毒しても、プラズマによって触媒１がクリーニングされるため、触媒体１００の触媒活性を長期間維持することができる。従って、本実施形態によれば、長期間安定して処理対象ガスを酸化分解可能なガス処理装置２００を実現できる。さらに、本実施形態において、基体１０に結合した担体微粒子１－ｂをシランモノマー２により基体１０上に結合した場合、触媒１が基体１０上に強固に固定され、剥がれなどを抑制することができる。よって、触媒１の脱落が防止され、処理対象ガスの酸化分解性能を長期間維持することができる。
（第２実施形態）
　次に、第２実施形態を説明する。図３は、本実施形態における触媒体１００の断面の一部を模式的に表した図である。なお、以下の説明において第１の実施形態と共通する構成については、同じ符号を付して説明を省略する。
　本実施形態の触媒体１００は、触媒微粒子１－ａが基体１０の表面にファンデルワールス力や物理的吸着などにより固定されている。本実施形態の触媒微粒子１－ａは、無機微粒子ではなく基体１０の表面に直接固定される。なお、触媒微粒子１－ａの粒径は第１実施形態と同様のものが好ましい。
　触媒微粒子１－ａの基体１０への担持量は、基体１０に対して０．５～２０質量％とするのが好ましく、さらに０．５～１０質量％とするのがより好ましい。この理由としては、２０質量％以上担持させると触媒微粒子１－ａ同士が凝集し、触媒活性が減少するからである。
　触媒微粒子１－ａを基体１０に担持する方法としては特に限定されるものではないが、具体的な例として、共沈法、析出沈殿法、ゾル－ゲル法、滴下中和沈殿法、還元剤添加法、ｐＨ制御中和沈殿法、カルボン酸金属塩添加法等の方法が挙げられ、これらの方法は担体の種類により適宜使い分けることができる。
　以下に析出沈殿法を例として、本発明の触媒体の調整法について具体的に説明する。析出沈殿法の具体的な方法としては、まず、金化合物を溶解させた水溶液を２０～９０℃、好ましくは５０～７０℃に加温、攪拌しながら、ｐＨ３～１０、好ましくはｐＨ５～８になるようにアルカリ溶液にて調整し、その後、基体１０に添加したのち、１００～２００℃にて加熱乾燥する。
　用いられる金化合物水溶液としては、例えば、ＨＡｕＣｌ４・４Ｈ２Ｏや、ＮＨ４ＡｕＣｌ４や、ＫＡｕＣｌ４・ｎＨ２Ｏや、ＫＡｕ（ＣＮ）４や、Ｎａ２ＡｕＣｌ４や、ＫＡｕＢｒ４・２Ｈ２Ｏや、ＮａＡｕＢｒ４などが挙げられ、金化合物の濃度は１×１０－２～１×１０－５ｍｏｌ／Ｌとするのが好ましい。
　以上の本実施形態によれば、触媒微粒子１－ａを直接、基体１０に固定するため、基体そのものが担体となるので、担持微粒子を必要とせず、触媒微粒子の凝集を抑制できるという効果が得られる。
　なお、本実施形態においても、触媒微粒子１－ａは、助触媒との混合粒子でもよいし、複合粒子でもよい。
　また、触媒体１００においては、基体１０表面に、触媒微粒子１－ａの他に、マンガンやコバルトなどの酸化物微粒子をさらに担持させたものでもよい。これはこれらの酸化物微粒子が、触媒微粒子１－ａに有害物質が付着するのを抑制するので、長期に渡り、安定して触媒の活性が持続できるからである。特に、この酸化物微粒子は、プラズマでは分解されないような無機物質の有害物質が触媒微粒子１－ａに付着するのを防止できるので効果的である。また、本実施形態では触媒微粒子１－ａとして金（Ａｕ）を示したが、第１の実施形態で例示したＰｔ、ＣｅＯ２、ＰｄＯなどを用いる場合も同様に触媒体１００を生成することができる。
（第３実施形態）
　次に第３実施形態を説明する。図４は、本実施形態の触媒体１００の断面の一部を模式的に表した図である。第３実施形態の触媒体１００は、触媒微粒子１－ａが固定された無機粒子１－ｃが、通気方向に通気性を有する容器に多数充填されたものである。従って、図４に示す通気方向に処理対象のガスを含むガスを流すと、無機粒子１－ｃ間の隙間を流れて無機粒子１－ｃ上の触媒微粒子１－ａに接触して、処理対象ガスからＣＯ２への酸化分解反応が促進される。なお、本実施形態の触媒微粒子１－ａが担持された無機粒子１－ｃを収容する容器は、ガスが内部に入る面と内部から出ていく面が、無機粒子１－ｃの粒径よりも小さい開口部が形成されるなど、通気性を確保しつつ無機粒子１－ｃが外部に漏れ出ない構造であればよい。また、この容器の材料は特に限定されないが、上述した実施形態における基体１０の材料を用いてもよい。
　本実施形態の無機粒子１－ｃに用いられるものとしては、無機粒子１－ｂと同様の物質を用いてもよく、分解する対象ガス等の種類に応じて選択して使用されるものである。無機粒子１－ｃの平均粒子径は、１００μｍ以上５０００μｍ以下、好ましくは１００～１０００μｍが良い。また、これらの無機粒子は単体で用いても、２種類以上混合して用いてもよい。
　触媒微粒子１－ａは、無機粒子１－ｃの表面に固定されている。この無機粒子１－ｃと触媒微粒子１－ａとの複合粒子（他の機能性微粒子を併用する場合には母粒子である無機粒子１－ｃと触媒微粒子１－ａと他の機能性微粒子との複合粒子）の製造方法は、無機粒子１－ｃと触媒微粒子１－ａとを複合化できれば特に限定されないが、例えば、乳鉢などで無機粒子１－ｃと子粒子（触媒微粒子１－ａ）とを混ぜ合わせることで触媒微粒子１－ａが無機粒子１－ｃに埋め込まれた複合粒子を形成することができる。また、その他に例えば、無機粒子１－ｃと触媒微粒子１－ａを衝突させるなどして機械的に無機粒子１－ｃと子粒子を結合させる高速気流衝撃法や、無機粒子１－ｃと触媒微粒子１－ａに強い圧力を加えることにより生じるエネルギーによって無機粒子１－ｃと触媒微粒子１－ａとを結合させる表面融合法などのメカノケミカル法によっても形成することができる。
　具体的に、触媒微粒子１－ａを無機粒子１－ｃに埋め込んで固定することにより複合微粒子を作成可能な装置としては、汎用的なボールミルの他、回転翼式では株式会社カワタのスーパーミキサー、震蕩式では浅田鉄工株式会社のペイントシェーカーなどが例示でき、この他にも株式会社奈良機械製作所製のハイブリダイゼーションシステム（登録商標）やホソカワミクロン株式会社のメカノフュージョン（登録商標）、媒体流動乾燥機などが例示されるが、特にこれらの装置には限定されない。
　さらに、他の混合方法として、例えば転動式ボールミル、高速回転粉砕機、高速気流衝撃法粉砕機、媒体攪拌型ミル、機械的融合装置を用いることができる。これらの操作因子としては、例えば高速回転粉砕機にあっては、攪拌速度、メディア質量、攪拌時間などの調整などで触媒微粒子１－ａの無機粒子１－ｃへの埋め込み度（埋め込まれる深さ）を調節でき、高速気流衝撃法粉砕機にあっては、キャリアガスの圧力、滞留時間などの調整などで触媒微粒子１－ａの無機粒子１－ｃへの埋め込み度を調節できる。
　複合化処理では、無機粒子１－ｃに対する触媒微粒子１－ａの割合が、0.5質量％以上、40質量％未満となるように、上述したような複合微粒子を作成可能な複合装置に投入される。また、上述の装置による複合化処理において、攪拌時間などを調整することで、表面が平滑な抗ウイルス剤の複合微粒子を形成することができる。つまり、複合化処理において、無機粒子１－ｃに触媒微粒子１－ａが埋め込まれた後、さらにその複合微粒子が互いに衝突することにより、触媒微粒子１－ａが無機粒子１－ｃにより深く埋め込まれるため、触媒微粒子１－ａが無機粒子１－ｃの表面から突出していない滑らかな表面が形成される。
　本実施形態によれば、触媒微粒子１－ａを比較的粒径の大きな無機粒子１－ｃに担持する構成により、触媒微粒子１－ａが凝集せず、さらに、粒径が大きいため飛散しにくく基体に固定化する必要がない。
（第４実施形態）
　次に、第４実施形態を説明する。図５は、本実施形態に係る触媒体１００の断面の一部を模式的に表した図である。本実施形態は、触媒体１００が、多孔質の酸化被膜の細孔内に触媒微粒子１－ａが固定された構造であることを特徴とする。
　本実施形態の触媒体１００は、基体１０の表面に酸化皮膜４が形成されている。酸化皮膜４には多数の細孔５が形成されている。そして、酸化皮膜４の多数の細孔５内に、触媒微粒子１－ａが充填されている。触媒体１００は、通気性が必要であるため、例えば、パンチング加工により、触媒体１００を貫通する穴が複数形成されている。そして、本実施形態の触媒体１００は、ガス処理装置２００において、酸化皮膜４側が、電極と対向し、かつ、ガスの流れ方向における上流の方向に向くように配置されるのが好ましい。
　触媒体１００は、金属板を陽極酸化処理して酸化被膜を形成した金属を、第１の実施形態において例示したいずれかの材料で形成した基体１０の表面に接着などにより固定したものでもよいし、基体１０としての金属板を酸化処理して、基体１０の表面に酸化被膜４を形成したものでもよい。金属板としては、例えば、アルミニウム、タンタル、ニオブ、チタン、ハフニウム、ジルコニウム、亜鉛、タングステン、ビスマス、アンチモンが挙げられる。好ましくは、陽極酸化により細孔ができやすいアルミニウムやチタンがよい。なお、金属板の形状は特に限定されないが、全体の厚さは好ましくは、０．０５～１．０ｍｍ、より好ましくは０．０８～０．３５ｍｍ、さらに好ましくは０．１～０．３ｍｍである。
　酸化処理の方法は公知の方法を用いることができ、例えば、酸濃度１～１０質量％の溶液中で、酸化被膜を形成する金属板を陽極として通電する方法を用いることができる。陽極酸化処理に用いられる溶液としては、例えば燐酸、クロム酸、蓚酸、硫酸、クエン酸、マロン酸、酒石酸水溶液等を使用することができ、結晶性を制御するためには加熱処理をしてもよい。また、γ-アルミナやα-アルミナなどの結晶性を有する酸化皮膜を形成する場合は、炭酸ナトリウムや、燐酸ナトリウムを含む水溶液中で火花放電をアルミニウム上に形成させる方法や、硫酸水素ナトリウムと硫酸水素案網にウムを含む溶融塩中で陽極酸化酸化するする方法が用いられる。金属板の金属材料によっては、陽極酸化により細孔５が形成され、酸化処理における印加電圧、処理温度、処理時間などの条件により、細孔５の径、細孔の間隔、膜厚などを調整することができる。
　触媒微粒子１－ａは、酸化皮膜４の表面に吸着させ、さらに、処理対象ガスと接触しても脱着しない程度に酸化皮膜４に固定する。触媒微粒子１－ａを酸化皮膜４に固定する方法は、特に限定されず、例えば、析出沈殿法、析出還元法、含漬法、イオン交換法、共沈法、沈着法、混練法、水熱合成法、気相合成法等の公知の方法を用いることができる。
　本実施形態によれば、金属材料などに触媒微粒子１－ａを固定する場合、酸化被膜４の表面に固定されるため、強固に固定されるという効果が得られる。特に陽極酸化処理により形成される細孔５内に触媒微粒子１－ａを固定した場合には、より強固に触媒体１００に固定され、触媒微粒子１－ａが脱落することが防止され、長期間安定して触媒作用が得られる。
　なお、本実施形態では、触媒微粒子１－ａを酸化皮膜４に直接担持させるとして説明したが、これに限られない。酸化皮膜４の表面に担体微粒子１－ｂを析出させ、担体微粒子１－ｂの表面に触媒微粒子１－ａを担持させてもよい。ただし、酸化皮膜４に触媒微粒子１－ａを直接担持させる方法の方が、製造が容易である。
（第５実施形態）
　次に、第５実施形態について説明する。図６は、本実施形態のガス処理装置３００の模式図である。本実施形態は、ガス処理装置の他の実施形態である。具体的には、本実施形態のガス処理装置３００は、第１の実施形態で説明したガス処理装置２００を、処理対象のガスの流れ方向に複数積層させた構成であることを特徴とする。
　本実施形態は、ガス処理装置３００は、複数の印加電極１１と、複数の接地電極１２と、複数の誘電体１３と、複数の触媒体１００と、電源１４と、を備える。そして、本実施形態のガス処理装置３００においては、印加電極１１と接地電極１２と誘電体１３が交互に設置されて低温プラズマ反応層８が構成され、その低温プラズマ反応層８における印加電極１１と接地電極１２の間に、触媒微粒子が担持された触媒体１００が配置されている。なお、印加電極１１、触媒体１００、誘電体１３、接地電極１２の１セットが、第１の実施形態のガス処理装置２００に対応する。また、複数の印加電極１１と複数の接地電極１２のいずれかが第１の電極であり、他方が第２の電極である。また、複数の印加電極１１と複数の接地電極１２と複数の誘電体１３と電源１４とがプラズマ発生部を構成する。
　このガス処理装置３００に対して、矢印ａの方向で処理対象のガスが流入し、矢印bの方向で装置内から分解されたガスが排出される。ガス処理装置３００において、上述のようにプラズマ反応層８は、印加電極１１と接地電極１２及び触媒体１００が複数積層された多層構造となっている。各層に触媒を担持した触媒体１００が設置され、それを多層構造とすることによって、それぞれの電極間において処理対象ガス等を高度に酸化分解することができる。
　以上より、本実施形態によれば、多層構造により、多量のガスを効率よく酸化分解できる。
（第６実施形態）
　次に、第６実施形態を説明する。図７は、本実施形態のガス処理装置４００の模式図である。図８は、本実施形態のガス処理装置４００の断面を示す模式図である。なお、図７は、図８に示した構造のガス処理装置４００を分解した状態を示す分解斜視図である。ガス処理装置４００は、プレートまたはシート状の誘電体１３の片面に印加電極１１、反対の片面に接地電極１２が設置され、誘電体１３の両面で放電しプラズマを発生する特徴をもっている。また、本実施形態のガス処理装置４００は、触媒体１００の面に沿って処理対象のガスを流して処理する点がガス処理装置２００や３００と異なる。以下、本実施形態のガス処理装置４００の構成を説明するが、上述した実施形態における構成と共通する構成については同じ符号を付し説明を省略する。
　本実施形態の印加電極１１および接地電極１２は、それぞれ、多数の電極で構成される櫛歯状の電極である。そして、印加電極１１と、接地電極１２と、誘電体１３は、誘電体１３が、印加電極１１と接地電極１２の少なくともいずれか一方に接触した状態で、配列される。従って、印加電極１１と接地電極１２と誘電体１３が全て密着して積層されていてもよい。また触媒体１００とプラズマ存在領域９が重複するためには、印加電極１１と接地電極１２の厚さは、薄い方が好ましい。
　印加電極１１と接地電極１２の間に交流で高電圧の電圧を印加すると、印加電極１１と誘電体１３との間で誘電体１３上に沿面放電がおこり、プラズマが発生する。同様に、接地電極１２と誘電体１３との間で誘電体１３の表面上に沿面放電がおこり、プラズマが発生する。
　次に、触媒体１００は、これまでに説明した実施形態の触媒体と同様の構成である。そして、本実施形態の触媒体１００は、図７に示すように、印加電極１１の外側と接地電極１２の外側に配置される。また、上述のように、ガス処理装置４００では、処理対象のガスは、触媒体１００を貫通するように流れるのではなく、触媒体１００に沿って流れて、CO2への酸化分解反応を促進する。従って、本実施形態の触媒体１００は、上述したガス処理装置２００や３００において用いられる通気性を有する構造でもよいし、通気性のないシート状やプレート上の構造でもよい。
　また、触媒体１００を通気性のない構造とする場合には、表面にエンボス加工などにより凹凸が形成されていてもよい。触媒体１００の表面に凹凸が形成されていると、流通するガスとの接触面積が増加し、処理対象ガスからCO2への酸化分解反応をより促進することができる。
　以上の構成の本実施形態のガス処理装置４００において、ガスを処理する場合には、図７に（矢印ｃ－ｄで）示すように、印加電極１１の櫛歯と櫛歯の間に櫛歯に沿ってガスを流す。また、接地電極１２側にガスを流す場合、櫛歯状の電極に通気性を持たせればよく、（接地電極１２側の矢印ｃ－ｄで示すように）通気性を有する接地電極１２を通って印加電極１１の櫛歯の方向に沿ってガスを流す。なお、この場合に触媒体１００が通気性を有する場合には、ガスは電極側から隣接する触媒体１００に抜けて通過したり、逆に触媒体１００から電極に抜けて通過したりすることができる。
　また、電極の厚さが薄い場合、図８に示すように、プラズマ存在領域９が触媒体１００の外側にもあるため、図７の矢印ａ－ｂに示すように触媒体１００の外側にガスを流してもよい。これにより、流れるガスは、印加電極１１と接地電極１２のそれぞれ外側に配置される触媒体１００に接触しながら流れることで、処理対象ガスからCO2への酸化分解反応が促進される。さらに、印加電極１１と誘電体１３との間での放電によって発生するプラズマおよび接地電極１２と誘電体１３との間での放電によって発生するプラズマが、COからCO2への酸化分解反応をさらに促進する。
　本実施形態によれば、触媒体１００の面に沿ってガスを流してガスを処理する構成としても、処理対象ガスからCO2への酸化分解反応が促進され、処理対象ガスを含むガスを効率よくCO2などに酸化分解するガス処理装置４００を提供することができる。特に、触媒体１００の面に沿ってガスを流すため、ガスと触媒体１００との接触時間が増え、処理対象ガスからCO2への酸化分解反応において、より触媒体１００による反応促進作用が得られる。
　また、本実施形態では、誘電体１３の両側で放電によるプラズマを発生させることができ、印加電極１１と接地電極１２と誘電体１３の１セットで効率よくガスを処理することができる。
　なお、本実施形態においては、ガス処理装置４００として、誘電体１３の一方の面側に印加電極１１を配置し、誘電体１３の他方の面側に接地電極１２を配置して、それらの外側に触媒体１００を配置した構成を説明したがこれに限られない。触媒体１００が処理対象の流れるガスに接触し、かつ、印加電極１１、接地電極１２および誘電体１３によって発生するプラズマの発生空間に処理対象のガスが流れて、プラズマが処理対象のガスに対して作用する構造であればよい。具体的には、誘電体の表面に触媒微粒子１－ａを固定するなどして、誘電体１３が触媒体１００としての機能も備えるようにすることで、触媒体１００を省略することもできる。さらに触媒体１００の外側に電極を配置する方法や、触媒体１００を電極表面に固定する方法、またこれらを２種以上組み合わせてもよい。また、触媒体１００や誘電体１３が通気性を有する場合には、櫛歯に沿った方向ではなく、触媒体１００や誘電体１３の面に直交する方向に処理対象のガスを流通させてもよいことは言うまでもない。
（第７実施形態）
　次に、第７実施形態を説明する。図９は、本実施形態のガス処理装置５００を模式的に示した図である。本実施形態のガス処理装置５００は、第６実施形態のガス処理装置４００の変形例である。
　ガス処理装置５００は、第６実施形態のガス処理装置４００が、電極（１１,１２）や誘電体１３の積層方向に複数積層されて構成されたものである。このガス処理装置５００では、処理対象のガスは、ガス処理装置４００におけるガスの流路と同様に、電極の櫛歯の間から触媒体１００を通る、あるいはガス処理装置４００を積層する際、装置間にプラズマ存在領域が途切れない程度に隙間を設けて、その隙間にガスが流れる。そして、流れるガスは、触媒体１００とプラズマの採用により処理対象ガスからCO2への酸化分解反応が促進される。
　本実施形態によれば、ガス処理装置５００は、ガス処理装置４００が複数積層された構成であるため、処理対象のガスに含まれる処理対象ガスをさらに効率的に酸化分解することができるという効果が得られる。
（第８実施形態）
　次に、第８実施形態を説明する。図１０は、本実施形態の一例であるガス処理装置６００の断面の一部を模式的に表した図である。本実施形態のガス処理装置６００は、無声放電によりプラズマを発生させる。
　ガス処理装置６００は、高電圧電源１４を用い電圧を印加してプラズマを発生させる印加電極１１と接地電極１２と誘電体１３を設置した低温プラズマ反応層において、両電極の間に触媒体１００が設置される。これらの電極と誘電体１３と触媒体１００とは互いに密着して積層されている。図１０では、印加電極１１と接地電極１２の両方に対して誘電体１３がそれぞれ密着して積層されているが、誘電体１３はいずれか一つだけでもよい。
　また、触媒体１００は誘電体１３に密着していてもよいし、密着していなくてもよい。両方の誘電体に密着させる場合、触媒体１００は通気性が必要であるが、少なくとも一方の誘電体１３に密着させない場合は、触媒体１００は通気性がなくても良い。本実施形態のガス処理装置６００の場合は、図１０の矢印ａ方向からガスを流入させ、他方の端部側から矢印ｂ方向にガスを排出させることで、ガスの分解を行う。ガス処理装置６００は、多層構造とすることで、多量のガスを効率よく分解でき、処理対象のガス量や、流速などの使用条件に応じて、処理対象ガスを効率よく酸化分解できるように設置される。触媒体１００は単層でも複数層に分けてもどちらでもよく、任意に設定できる。
（第９実施形態）
　次に、第９実施形態を説明する。図１１は、本実施形態のガス処理装置７００の断面の一部を模式的に表した図である。本実施形態のガス処理装置７００は、無声放電によりプラズマを発生させ、ガスを分解する。
　ガス処理装置７００は、筒型の印加電極１１と接地電極１２と触媒体１００が、年輪状に径方向外側に積層して構成される円筒状の構造である。高電圧電源１４を用い電圧を印加してプラズマを発生する印加電極１１と接地電極１２と誘電体１３を設置した低温プラズマ反応層８に、両電極の間に触媒体１００が設置される。図１１では、印加電極１１と接地電極１２ともにそれぞれに対して誘電体１３が密着して積層されているが、誘電体１３はいずれか一つだけでもよい。
　また、触媒体１００は一方の誘電体１３に密着していてもよいし、密着していなくてもよい。ガス処理装置７００の場合は、円形の両端面の一方からガスを流入させ、他方の端面側から排出させることで、ガスの分解を行う。ガス処理装置７００のプラズマ反応層８は、年輪状の多層構造としてもよく、多層構造とすることで、第５の実施形態のガス処理装置３００（図６）または第７の実施形態のガス処理装置５００（図９）の多層構造の場合と同様に、多量のガスを効率よく分解できる。処理対象のガス量や、流速などの使用条件に応じて、処理対象ガスを効率よく酸化分解できるように、プラズマ反応層８に設置される、触媒体１００の筒型年輪状の枚数は複数でも一枚でも任意に設定できる。
（第１０実施形態）
　次に、第１０実施形態を説明する。図１２は、本実施形態のガス処理装置８００の構成を示す模式図である。本実施形態のガス処理装置８００は、第９の実施形態で説明した円筒状のガス処理装置７００を４つ組み合わせて構成されるものである。このように、円筒状のガス処理装置７００を複数組み合わせることで、さらに多量のガスを処理できる。
　なお、図１２においては、ガス処理装置８００は、ガス処理装置７００を縦２列横２列で配列しているが、これに限られない。ガス処理装置８００を設置する場所の形状などに合わせて、適宜配列することができる。例えば、縦や横に１列に並べてもよいし、ガス処理装置８００の断面が長方形、台形、三角形などの各種多角形あるいは、円形になるように、複数のガス処理装置７００を配列してもよい。
　次に、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。ただし、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
　（触媒体の作製１）
　アルミナ織物（100mm×100mm、（株）ニチビ製）の表面をアルカリ洗剤で洗浄後、イオン交換水で洗浄し、メタノールに浸漬後、乾燥機で乾燥させ、アルミナゾル（日産化学（株）)に浸漬させ、エアーブロアーで余剰分を除去した後、110℃、２分間仮乾燥した。その後、1300℃、２時間焼成した。続いて白金ナノ粒子コロイド液（（株）徳力本店製、５ｎｍ）を処理したアルミナ織物の上にスプレーにて塗布した。次に、600℃、４時間乾燥させ白金担持したα－アルミナ層を形成したアルミナ織物（触媒体）を作製した（第2実施形態の触媒体に相当）。この時の白金の担持量をICPにて測定したところ、1.5wt%であった。
　（触媒体の作製２）
　直径が500μmの純度99.99wt%のα－アルミナビーズ（大明化学工業）にビスアセチルアセトナト白金を0.5wt%加えた後、乳鉢で混合し、アルミナビーズ表面にアセチルアセトナト白金を担持させた。次にアセチルアセトナト白金を担持したアルミナビーズを電気炉で450℃、4時間焼成することで0.9wt%の白金を担持した触媒体（第3実施形態の触媒体に相当）を得た。なお、この触媒は粒子であるので、実際に触媒体として使用する際には、処理ガスが通過でき、プラズマも存在できるように、通気性が維持されつつ粒子が漏れ出ないように、容器などに充填される。実施例では、後述のようにガス処理装置として図１０に示す装置を用いるので、通気性を有するメッシュで包装して触媒体として用いた。
　（触媒体の作製３）
　99.7wt%で厚さ0.2mmのアルミニウム板（100mm×100mm）を、NaHSO4とNH4HSO4とを重量比で１：１の割合で混合し170℃に加温して生成した溶融塩に浸漬する。そして対極にSUS304を用い、浸漬したアルミニウムを陽極として170Vの電位を印加することで、多孔質のα－アルミナからなる酸化皮膜を形成した。次に、水洗して乾燥後、Pt(NO2)2(NH3)2を2.0wt%溶解した水溶液をスプレーにて塗布し、電気炉で450℃、４時間焼成することで、白金を1.2g／m2担持したプレート状触媒体（第４実施形態の触媒体に相当）を得た。
　（低温プラズマ反応器（ガス処理装置））
　実施例では、低温プラズマを発生させる装置として、図１０に示す低温プラズマ印加手段を備えたガス処理装置６００を用いた。接地電極１２はアルミナ板で形成し、印加電極１１は誘電体１３の外側に、銅テープにより形成した電極である。誘電体１３はα－アルミナである。印加電極１１に接する誘電体１３と、接地電極１２に接する誘電体１３との間の隙間（隙間は1mm）に反応に用いる白金を担持した触媒体１００を配置した。触媒体１００は前記の通り作製した３種類の各触媒体である。
　ガス処理装置６００は、処理ガスが図１０の矢印ａ方向から流入させ矢印b方向に排出させるため（矢印ｂ方向以外からガスが漏れないように）、図には記してないが、ガス流通方向に対して平行な両側面（触媒体１００の図１０紙面手前側の側面と奥側の側面）は塩ビ製の筐体で覆われている。
　ガス処理装置６００を用いて、印加電極１１と接地電極１２間に電圧を印加して印加電極１１と接地電極１２によって形成されるプラズマ反応層にプラズマを発生させ、処理対象のガスとしてエチレン（C2H4）ガスを流通させ、室温にてC2H4の除去（分解）試験を実施した。
　プラズマの発生には、ファンクションジェネレータと高電圧アンプで構成されたＡＣ高電圧電源を用いた。印加電圧は0～20kVpk-pkの範囲に設定した。放電出力は、V－Qリサージュ法により求めた。
　C2H4酸化反応試験は、C2H4ガスの初期濃度が50ppm、流量が200mL/minになるよう調整し、ガス処理装置６００に流通させた。ガス分析は、ガス処理装置６００を通過したガスを、光路長2.4ｍのガスセルを装備したFTIRにより、C2H4、CO、CO2の定量分析を行なった。
　C2H4ガスをガス処理装置６００に流通させ、プラズマを印加してから15分後のC2H4、CO、CO2の濃度を反応後のガス濃度とし、以下のようにC2H4除去率、CO生成率、CO2生成率を求めた。
C2H4除去率（％）＝｛（初期C2H4濃度 － 反応後C2H4濃度）／初期C2H4濃度｝×100
CO生成率（％）＝[(反応後CO濃度)／{(初期C2H4濃度)×2}]×100
CO2生成率（％）＝[(反応後CO2濃度）／{(初期C2H4濃度)×2}]×100
　また、分解したエチレンがCOまたはCO2以外の反応中間体となった割合を以下のように求めた。
反応中間体生成率（％）＝C2H4除去率（％）－CO生成率（％）－CO2生成率（％）
　（実施例１～21）
　触媒微粒子としては、Ptの他に、CeO2、PdO、Auを用いた。なお表１において、触媒体の形態としては、触媒体の作製１として作製した前記α－アルミナ層を形成したアルミナ織物の形態（織物形態）をａとし、触媒体の作製２として作製した前記平均粒子径500μmのα－アルミナ粒子の形態（ビーズ形態）をｂ、触媒体の作製３として作製した同様に多孔質のα－アルミナからなる酸化皮膜を形成したアルミニウム板（プレート形態）をｃとして示す。電源装置１４による放電出力は0.5、1.0、3.0Ｗとし、電源出力周波数を0.05、0.5、0.75、1.0、1.5、2.0、3.0、5.0、7.0、9.0kHzとした。
　（比較例１、２）
　比較例１として、触媒をＰｔとし、触媒体の形態はａ（織物形態）とし、プラズマを印加せず（触媒のみ）にエチレンガスを流通させた。比較例２として触媒を用いずに、放電出力は1.0W、電源の出力周波数を１．０kHzとして、プラズマを印加した。
　実施例と比較例の条件の詳細と、エチレン分解の結果を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　上記の結果から、触媒のみではエチレンは分解しない（比較例１）ことが確認された。また、プラズマのみ（比較例２）では、エチレンは分解するが、完全にCO2へ酸化分解せず、COとして多く残り、中間体、オゾンが多く生成されることが確認された。また、周波数が0.5kHz未満になるとエチレンが完全にCO2に分解せず、COとして残り、オゾンも生成されることが確認された。また7kHzを超えるとエチレンの除去率が大幅に低下することが確認された。
　次に、処理対象ガスをCOガスをガス処理装置６００に流通させ、プラズマを印加してから15分後のCO、CO2の濃度を反応後のガス濃度とし、以下のようにCO除去率、CO2生成率を求めた。
CO除去率（％）＝{(初期CO濃度－反応後CO濃度)／(初期CO濃度)}×100
CO2生成率（％）＝{(反応後CO2濃度)／(初期CO濃度)}×100
　（実施例22～33）
　触媒微粒子としてはAuを用い、担体化ジルコニウムを用いた。電源装置１４による放電出力は0.5、1.0、3.0Ｗとし、電源出力周波数を6、7、8、9、11、12、13、14、15kHzとした。
　（比較例3から4）
　比較例３として、触媒をAuとし、触媒体の形態はａ（織物形態）とし、プラズマを印加せず（触媒のみ）にCOガスを流通させた。比較例４として触媒を用いずに、放電出力は1.0W、電源の出力周波数を１．０kHzとして、プラズマを印加した。
　実施例と比較例の条件の詳細と、COガス処理の結果を表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　上記の結果から、COガスがCO2に酸化する際に中間体の生成は確認できなかった。プラズマを印加せず、触媒のみ（比較例３）でもCOを酸化するが、プラズマを併用することで、CO除去率が高くなることで確認された。プラズマのみ（比較例４）では、COを酸化できないことが確認された。また周波数が0.5kHz未満（実施例３１～３３）になるとCOが完全にCO2に分解せず、COとして残り、オゾンも生成されることが確認された。
　続いてCOガスを流通させ、室温にて経時によるCO酸化反応試験を実施した。CO酸化反応試験はCOガスの初期濃度が1000ppm、流量が500mL/minになるよう調整し、ガス処理装置６００に流通させた。ガス分析は、ガス処理装置６００を通過したガスを、光路長2.4ｍのガスセルを装備したFTIRにより、CO、CO2の定量分析を行なった。
　（実施例34）
　実施例２２と同様に、触媒微粒子としてはAu／ZrO2を用いた。触媒体の形態はａ（織物形態）とし、電源装置１４による放電出力は0.5Ｗとし、電源出力周波数を6kHzとした。
　（比較例５）
　触媒をAuとし、触媒体の形態はａ（織物形態）とし、プラズマを印加しなかった。
　実施例と比較例の条件の詳細と、経時によるCO酸化反応試験の結果を表３に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　プラズマを印加しない（比較例５）場合、CO除去率が低下することが確認された。
　次に、MEK(CH3COC2H5)ガスをガス処理装置６００に流通させ、プラズマを印加してから15分後のMEK、CO、CO2の濃度を反応後のガス濃度とし、以下のようにCO除去率、CO2生成率を求めた。
MEK除去率（％）＝｛（初期MEK濃度 － 反応後MEK濃度）／初期MEK濃度｝×100
CO生成率（％）＝[(反応後CO濃度)／{(初期MEK濃度)×4}]×100
CO2生成率（％）＝[(反応後CO2濃度）／{(初期MEK濃度)×4}]×100
　また、分解したMEKがCOまたはCO2以外の反応中間体となった割合を以下のように求めた。
反応中間体生成率（％）＝MEK除去率（％）－CO生成率（％）－CO2生成率（％）
　（実施例35～46）
　触媒微粒子としてはCeO2を用いた。電源装置１４による放電出力は1.0、2.0、5.0、7.0Ｗとし、電源出力周波数を0.05、1、3、5、6、8、10、15、20kHzとした。
　（比較例6から7）
　比較例６として、触媒をCeO2とし、触媒体の形態はａ（織物形態）とし、プラズマを印加せず（触媒のみ）にMEKガスを流通させた。比較例７として触媒を用いずに、放電出力は1.0W、電源の出力周波数を１．０kHzとして、プラズマを印加した。
　実施例と比較例の条件の詳細と、MEK分解の結果を表４に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　上記の結果から、MEKガスが触媒のみでは分解しない（比較例６）ことが確認された。また、プラズマのみ（比較例７）では、MEKガスは分解するが、完全にCO2へ酸化分解せず、COとして多く残り、中間体、オゾンが多く生成されることが確認された。また、周波数が0.5kHz未満になるとMEKガスが完全にCO2に分解せず、COとして残り、オゾンも生成されることが確認された。また15kHzを超えるとMEKガスの分解が全く行われないことが確認された。
　次に、C7H8（トルエン）ガスをガス処理装置６００に流通させ、プラズマを印加してから15分後のC7H8、CO、CO2の濃度を反応後のガス濃度とし、以下のようにC7H8除去率、CO
生成率、CO2生成率を求めた。
C7H8除去率（％）＝｛（初期C7H8濃度 － 反応後C7H8濃度）／初期C7H8濃度｝×100
CO生成率（％）＝[(反応後CO濃度)／{(初期C7H8濃度)×7}]×100
CO2生成率（％）＝[(反応後CO2濃度）／{(初期C7H8濃度)×7}]×100
　また、分解したC7H8ガスがCOまたはCO2以外の反応中間体となった割合を以下のように求めた。
反応中間体生成率（％）＝C7H8除去率（％）－CO生成率（％）－CO2生成率（％）
　（実施例47～51）
　触媒微粒子としては、PdOを用いた。なお表１において、触媒体の形態としては、触媒体の作製１として作製した前記α－アルミナ層を形成したアルミナ織物の形態（織物形態）をａとし、触媒体の作製２として作製した前記平均粒子径500μmのα－アルミナ粒子の形態（ビーズ形態）をｂ、触媒体の作製３として作製した同様に多孔質のα－アルミナからなる酸化皮膜を形成したアルミニウム板（プレート形態）をｃとして示す。電源装置１４による放電出力1.0、5.0、7.0Ｗとし、電源出力周波数を0.5、6.0、15.0kHzとした。
　（比較例8から9）
  触媒をPdOとし、触媒体の形態はａ（織物形態）とし、電源の出力周波数を0.5Wとした。
　実施例と比較例の条件の詳細と、C7H8分解の結果を表5に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
　上記の結果から、C7H8ガスが触媒のみでは分解しない（比較例８）ことが確認された。また、プラズマのみ（比較例９）では、C7H8ガスは分解するが、完全にCO2へ酸化分解せず、COとして多く残り、中間体、オゾンが多く生成されることが確認された。また、周波数が0.5kHz未満になるとC7H8ガスが完全にCO2に分解せず、COとして残り、オゾンも生成されることが確認された。また15kHzを超えるとC7H8ガスの分解が全く行われないことが確認された。
　次に、実施例３０の触媒体においてアルミナ織物の代わりにＰＥＴ不織布を用い、比較例１０とした。実施例３０の触媒体と比較例１０の触媒体を用いて、COガスを流通させ、プラズマを4時間照射し、基体の状態を確認したところ、アルミナ織物（実施例３０）では、変化が見られなかったが、PET不織布（比較例１０）では劣化しており、耐プラズマ性が低いことが確認された。
　１００　触媒体
　２００　ガス処理装置
　３００　他の実施形態のガス処理装置
　４００　他の実施形態のガス処理装置
　５００　他の実施形態のガス処理装置
　６００　他の実施形態のガス処理装置
　７００　他の実施形態のガス処理装置
　８００　他の実施形態のガス処理装置
　１－ａ　触媒微粒子
　１－ｂ　無機微粒子
　１－ｃ　無機粒子
　２　　　シランモノマー
　３　　　化学結合
　４　　　酸化皮膜
　５　　　細孔
　８　　　放電空間
　９　　　プラズマ存在領域
　１０　　基体
　１１　　印加電極
　１２　　接地電極
　１３　　誘電体
　１４　　電源

Claims (12)

  1. 　処理対象のガスが流れる流路と、
    　前記流路内に配置される、第１の電極と第２の電極と誘電体と電力を供給する電源部とを少なくとも備え、前記第１の電極と前記第２の電極の間に前記電源部により電圧を印加して放電を発生させることによりプラズマを発生させるプラズマ発生部と、
    　前記流路内における前記プラズマ発生部によって発生したプラズマが存在する位置に設けられる、前記処理対象のガスの反応を促進する触媒体であって、無機物質上に存在する金属触媒粒子を有する触媒体と、
    　を備えることを特徴とするガス処理装置。
  2. 　前記第１の電極と前記第２の電極と前記誘電体と前記触媒体は、前記処理対象のガスの流れ方向に並べて配置され、それぞれ前記ガスの流れ方向に通気性を有し、
    　前記触媒体は、前記流路における前記放電の発生空間または前記放電の発生空間よりも前記ガスの流れ方向の下流側に配置されることを特徴とする請求項１に記載のガス処理装置。
  3. 　前記第１の電極と前記第２の電極と前記誘電体と、前記触媒体は、前記ガスの流れ方向に直交する方向に並べて配置されることを特徴とする請求項１に記載のガス処理装置。
  4. 　前記触媒体は、少なくとも前記金属触媒粒子が固定され、無機材料からなる基材をさらに備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載のガス処理装置。
  5. 　前記触媒体は、前記金属触媒粒子が表面に固定される無機粒子と、
    　前記無機粒子を固定するための無機材料からなる基材と、をさらに備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載のガス処理装置。
  6. 　前記触媒体は、前記金属触媒粒子が担持された無機粒子が多数充填されたものであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載のガス処理装置。
  7. 　前記第１の電極と前記第２の電極は、それぞれ所定の方向に延びる多数の電極から形成される櫛歯型の電極であり、前記処理対象のガスは、前記櫛歯型の電極と前記誘電体と前記触媒体で形成される空間を流れることを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載のガス処理装置。
  8. 　前記プラズマは、無声放電、沿面放電、コロナ放電、パルス放電の少なくとも１種類以上の放電プラズマであることを特徴とする請求項１から７のいずれか１つに記載のガス処理装置。
  9. 　前記金属触媒粒子が、Pt、Au、CeO2、PdO、MnO2、CuO、Agの少なくとも一種類以上からなることを特徴とする請求項１から８のいずれか１つに記載のガス処理装置。
  10. 　前記電源部が０．５kHz以上の出力周波数で電力を供給することを特徴とする請求項１から９のいずれか１つに記載のガス処理装置。
  11. 　処理対象のガスの酸化分解反応を促進する触媒体が配置される範囲に放電によってプラズマを発生させ、
    　前記プラズマに対して処理対象のガスを流通させて酸化分解することを特徴とするガス処理方法。
  12. 　０．５kHz以上の出力周波数で電力を供給して放電させることによって、前記プラズマを発生させることを特徴とする請求項１１に記載のガス処理方法。
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