(57)【要約】【課題】ＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）を濃硫酸溶液に投入した際に発生するＳＯ２ガスを安価に処理できる、ＳＯ２ガスの処理方法を提供すること。【解決手段】本発明に係るＳＯ２ガスの処理方法は、ＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）２０と濃硫酸溶液３０が接触することで発生するＳＯ２ガスを、気相中でオゾン酸化させてＳＯ３ガスを生成するステップＳ２と、ＳＯ３ガスを濃硫酸溶液３０に接触させるステップＳ３と、を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素繊維強化プラスチックと濃硫酸溶液が接触することで発生するＳＯ２ガスを、気相中でオゾン酸化させてＳＯ３ガスを生成するステップと、
前記ＳＯ３ガスを前記濃硫酸溶液に接触させるステップと、を含む、
ＳＯ２ガスの処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＳＯ２ガスの処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭素繊維を含有するＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastics：炭素繊維強化プラスチック）は、軽量かつ高強度であることから、金属に代わる新しい素材として注目されている。一方、炭素繊維は製造にコストがかかるという側面があり、炭素繊維を安価に製造する方法の開発が求められている。
【０００３】
本発明者らは、廃棄されたＣＦＲＰの樹脂を濃硫酸溶液に溶解させることで、当該ＣＦＲＰに含有された炭素繊維を安価に取り出すことができることを見出した。しかしながら、ＣＦＲＰと濃硫酸溶液とが接触すると、硫酸が分解して、有毒なＳＯ２（二酸化硫黄）ガスが発生してしまうことがわかった。このため、ＣＦＲＰの樹脂を濃硫酸溶液に溶解させて炭素繊維を取り出す際に、ＳＯ２ガスを効率よく処理する必要があった。
【０００４】
特許文献１には、ＳＯ２を含む硫黄酸化物ガス中に過剰量のアンモニアを注入し、当該硫黄酸化物ガスを中和処理させた後、さらに余剰分のアンモニアを炭酸と反応させる方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−２２３７１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の方法では、アルカリ性物質を過剰量必要とし、さらに当該アルカリ性物質を中和させるための装置も必要となるため、ランニングコストが過大にかかるという問題があった。
【０００７】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、炭素繊維強化プラスチックを濃硫酸溶液に投入した際に発生するＳＯ２ガスを安価に処理できる、ＳＯ２ガスの処理方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るＳＯ２ガスの処理方法は、炭素繊維強化プラスチックと濃硫酸溶液が接触することで発生するＳＯ２ガスを、気相中でオゾン酸化させてＳＯ３ガスを生成するステップと、前記ＳＯ３ガスを前記濃硫酸溶液に接触させるステップと、を含むことを特徴としたものである。
【０００９】
本発明に係るＳＯ２ガスの処理方法は、ＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）と濃硫酸溶液とが接触することで発生するＳＯ２ガスを気相中でオゾン酸化させてＳＯ３ガスを生成し、当該ＳＯ３ガスを元の濃硫酸溶液に接触させる。このような方法においては、アルカリ性物質や、当該アルカリ性物質を更に処理するための装置が不要であるため、安価にＳＯ２ガスを処理することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、炭素繊維強化プラスチックを濃硫酸溶液に投入した際に発生するＳＯ２ガスを安価に処理できる、ＳＯ２ガスの処理方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係るＳＯ２ガスの処理方法において用いる処理装置の概略図である。
【図２】本発明に係るＳＯ２ガスの処理方法のフローチャートである。
【図３】ＳＯ２とＯ３が容易に反応し得ることを確認するための実験の構成を示す概略図である。
【図４】ＳＯ２ガスを水に吹き込んだ場合の、ＳＯ２の捕集濃度の時間変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を適用した具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載および図面は、適宜、簡略化されている。
【００１３】
まず、図１を参照して、本実施形態に係るＳＯ２ガスの処理方法において用いる処理装置１の概略について説明する。図１は処理装置１の概略図である。図１に示すように、処理装置１は、溶解槽１１と、反応槽１２と、オゾン発生器１３と、流路１４〜１６と、を備える。
【００１４】
溶解槽１１は、ＣＦＲＰ２０と濃硫酸溶液３０とを接触させてＣＦＲＰ２０の樹脂を溶解させる槽である（図１・左下）。具体的には、例えば溶解槽１１内に満たされた濃硫酸溶液３０内にＣＦＲＰ２０を投入することで、ＣＦＲＰ２０に使用される一般的な樹脂（例えば、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、ナイロン樹脂など）を溶解させる。その後、濃硫酸溶液３０内に残留した炭素繊維を取り出して洗浄することによって、炭素繊維を再生することができる。
【００１５】
ＣＦＲＰ２０と濃硫酸溶液３０とが接触すると、ＣＦＲＰ２０の樹脂に含まれる炭素（Ｃ）と濃硫酸溶液３０（Ｈ２ＳＯ４）とが下式（１）のように反応し、ＳＯ２ガスが発生する。
Ｈ２ＳＯ４＋Ｃ→Ｈ２Ｏ＋ＣＯ＋ＳＯ２      ・・・（１）
発生したＳＯ２ガスは、流路１４を介して反応槽１２に導入される。
【００１６】
オゾン発生器１３は、Ｏ２（酸素）ガスに紫外線を照射したり、Ｏ２ガス中で放電したりすることによって、Ｏ３（オゾン）ガスを生成する装置である。生成されたＯ３ガスは、流路１６を介して反応槽１２に導入される。
【００１７】
反応槽１２は、ＳＯ２ガスとＯ３ガスを気相中で反応させてＳＯ３（三酸化硫黄）ガスを生成する槽である。反応槽１２の内部は、溶解槽１１の内部と流路１４及び流路１５を介して連通しているとともに、オゾン発生器１３から流路１６を介してＯ３ガスを導入できるように形成されている。図１に示すように、反応槽１２には、溶解槽１１から流路１４を介してＳＯ２ガスが導入され、オゾン発生器１３から流路１６を介してＯ３ガスが導入される。このため、ＳＯ２ガスはＯ３ガスによってオゾン酸化され、下式（２）に示すようにＳＯ３ガスが生成される。
ＳＯ２＋Ｏ３→ＳＯ３＋Ｏ２      ・・・（２）
このようにして生成されたＳＯ３ガスは、流路１５を介して、再び溶解槽１１に導入される。
なお、反応槽１２は、流路１４及び流路１６内のガスを吸引する吸気構造や、流路１５内にガスを排出する排気構造を備えていてもよい。
【００１８】
溶解槽１１に導入されたＳＯ３ガスは、溶解槽１１内の濃硫酸溶液３０と接触する。ここで、下式（３）に示すように、ＳＯ３は水と反応して速やかに硫酸へと変化する性質があるため、導入されたＳＯ３ガスは濃硫酸溶液３０内の水と速やかに反応して溶解する。
ＳＯ３＋Ｈ２Ｏ→Ｈ２ＳＯ４      ・・・（３）
以上のように、ＳＯ２ガスを気相中でオゾン酸化させて濃硫酸溶液３０と接触することで、ＳＯ２ガスを安価に処理することができる。
【００１９】
なお、本実施形態に係るＳＯ２ガスの処理方法においては、ＳＯ２とＯ３を気相中で反応させるため、ＳＯ２を効率よく酸化させることができる。すなわち、例えばＯ３を濃硫酸溶液３０内に直接導入すると、濃硫酸溶液３０内に残留するＣＦＲＰ２０とＯ３とが反応してしまい、Ｏ３が過剰に消費されてしまうが、濃硫酸溶液３０から離れた場所でＳＯ２とＯ３を反応させることで、そのような消費を防ぐことができる。したがって、より安価にＳＯ２ガスを処理することができる。
【００２０】
また、本実施形態に係るＳＯ２ガスの処理方法では、濃硫酸溶液３０にＳＯ３ガスを溶解させるため、ＣＦＲＰ２０が溶解した後の廃液は硫酸濃度の高いものとなる。このような硫酸濃度の高い廃液は、蒸留等の処理によって新たな濃硫酸溶液に再生させることが可能である。したがって、本実施形態に係るＳＯ２ガスの処理方法は、廃液を容易に再生可能とする方法であるともいえる。
【００２１】
次に、図２を用いて、本実施形態に係るＳＯ２ガスの処理方法のフローについて説明する。図２は、本実施形態に係るＳＯ２ガスの処理方法のフローチャートである。図２に示すように、本実施形態に係るＳＯ２ガスの処理方法は、ステップＳ１〜Ｓ３を備える。
【００２２】
ステップＳ１においては、ＣＦＲＰ２０と濃硫酸溶液３０が接触することで発生するＳＯ２ガスを収集する。具体的には、溶解槽１１で発生したＳＯ２ガスを反応槽１２に導入する。
なお、反応槽１２が吸気構造を備えている場合は、反応槽１２は本工程で流路１４内のＳＯ２ガスを吸引するようにしてもよい。このような場合、反応槽１２内に当該ＳＯ２ガスを効率よく導入することができる。
【００２３】
ステップＳ２においては、ステップＳ１で収集したＳＯ２ガスとＯ３ガスを気相中で反応させて、ＳＯ３ガスを生成する。具体的には、反応槽１２にＯ３ガスを導入し、ＳＯ２ガスとＯ３ガスを気相中で反応させる。
なお、反応槽１２が吸気構造を備えている場合は、反応槽１２は本工程で流路１６内のＯ３ガスを吸引するようにしてもよい。このような場合、反応槽１２内に当該Ｏ３ガスを効率よく導入することができる。
【００２４】
ステップＳ３においては、ＳＯ３ガスを濃硫酸溶液に接触させる。具体的には、溶解槽１１内にＳＯ３ガスを導入し、溶解槽１１内の濃硫酸溶液３０と接触させる。このとき、ＳＯ３ガスが濃硫酸溶液３０内の水と反応して溶解する。
なお、反応槽１２が排気構造を備えている場合、反応槽１２は本工程で流路１５にＳＯ３ガスを排出するようにしてもよい。このようにして、溶解槽１１内に当該ＳＯ３ガスを効率よく導入することができる。
【００２５】
ここで、図３及び図４を用いて、ＳＯ２ガスとＯ３ガスの反応の容易性について説明する。図３は、ＳＯ２とＯ３が容易に反応し得ることを確認するための実験の構成を示す概略図である。当該実験では、図３に示すように、ＳＯ２ボンベ１００からＳＯ２ガスを、オゾン発生器２００からＯ３ガスを、それぞれビーカーの水３００内に吹き込み、ＳＯ２ガスが水３００内に回収されるか否かを調べた。
なお、この実験において、ＳＯ２の濃度は９９．９％、流量は０．２〜０．６Ｌ／ｍｉｎの範囲とし、Ｏ３の濃度は４４ｇ／ｍ３、流量は０．０６Ｌ／ｍｉｎとした。オゾン発生器２００には、関西オートメ社のＡＵＤ−０５ＡＰを用いた。
【００２６】
図４は、ＳＯ２ガスを水に吹き込んだ場合の、ＳＯ２の捕集濃度の時間変化を示すグラフである。図４の縦軸は水中のＳＯ２の捕集濃度（ｇ／Ｌ）、横軸はＳＯ２ガスの吹込み時間（ｈ）を表している。図４において、三角印（△）は、ＳＯ２ガスとＯ３ガスの両方を吹き込み続けた場合の溶解度の時間変化、丸印（○）は、ＳＯ２ガスのみを吹き込み続けた場合の溶解度の時間変化を表している。なお、図４の横軸は、水中にＳＯ２ガスを吹き込んでからＳＯ２の濃度が飽和に達した時点を基準としている。
【００２７】
図４に示すように、ＳＯ２ガスとＯ３ガスの両方を吹き込んだ場合（△）は、ＳＯ２の吹き込み時間に比例して、ＳＯ２の捕集濃度が高くなることがわかった。これは、ＳＯ２ガスがオゾン酸化されたことでＳＯ３に変化し、当該ＳＯ３が速やかに水に溶解したからであると考えられる。
【００２８】
一方、Ｏ３ガスを吹き込まなかった場合（○）は、吹き込み時間を長くしても、ＳＯ２の捕集濃度は変わらなかった。これは、ＳＯ２ガスがオゾン酸化されないため、飽和濃度以上に水に溶け込むことができなかったからであると考えられる。
これらの実験結果から、ＳＯ２とＯ３は容易に反応し得ることが分かった。また、ＳＯ２ガスをオゾン酸化することで、実際にＳＯ２の捕集濃度を高めることができると確かめられた。
【００２９】
以上で説明したように、本発明に係るＳＯ２ガスの処理方法では、ＣＦＲＰを濃硫酸溶液に投入した際に発生するＳＯ２ガスを安価に処理することができる。
なお、本発明は上記の実施形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【００３０】
例えば、上記の実施形態では、処理装置１が反応槽１２、流路１４、及び流路１５を有する構成について説明したが、処理装置１は必ずしも反応槽１２、流路１４、及び流路１５を有していなくてもよい。
この場合、処理装置１は、溶解槽１１、オゾン発生器１３、及び流路１６を有し、流路１６と、溶解槽１１の上部の空間、すなわち濃硫酸溶液３０よりも上部の空間とが連通しするように構成することができる。このような装置構成であっても、ＳＯ２ガスとＯ３ガスとを気相中で反応させ、さらにＳＯ３ガスを濃硫酸溶液３０に接触させることができる。したがって、ＣＦＲＰを濃硫酸溶液に投入した際に発生するＳＯ２ガスを安価に処理できる。
【００３１】
また、上記の実施形態において、反応槽１２内に、ＳＯ２ガスとＯ３ガスとの反応を促進する触媒を設けていてもよい。この場合、ＳＯ２とＯ３との反応がより速やかに進行するため、さらに効率よくＳＯ２をオゾン酸化させることができる。
また、反応槽１２内に、ＣＯガスとＯ３ガスとの反応を促進する触媒を設けていてもよい。この場合、ＣＦＲＰの溶解に伴って発生した有害なＣＯガスもＯ３と反応し、無毒なＣＯ２ガスを生成することができる。したがって、有毒な排ガスを有効に処理することができる。
【００３２】
また、上記の実施形態において、特に溶解槽１１、反応槽１２、及び流路１４〜１６の内壁は、ＳＯ２及びＳＯ３に対して耐食性の高い材質で形成されていることが好ましい。例えば、これらは鉄鋼やプラスチックで形成されているか、不動態の酸化皮膜に覆われていることが好ましい。上記の材質で形成することで、溶解槽１１、反応槽１２、及び流路１４〜１６の耐食性を向上することができる。
【００３３】
以上で説明した複数の構成例は、適宜組み合わせて実施されることもできる。これら複数の構成は、互いに異なる新規な特徴を有している。したがって、これら複数の構成は、互いに異なる目的又は課題を解決することに寄与し、互いに異なる効果を奏することに寄与する。
【符号の説明】
【００３４】
１      処理装置
１１    溶解槽
１２    反応槽
１３    オゾン発生器
１４〜１６  流路
３０    濃硫酸溶液
１００  ＳＯ２ボンベ
２００  オゾン発生器
３００  水
【図１】
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【図２】
2020111694.tif 000004
【図３】
2020111694.tif 000005
【図４】
2020111694.tif 000006