(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力を変化させることのできる電源によって電極間に電圧を印加し、これによってプラズマ状態になった四フッ化炭素のガスを水酸基を有する原料吸着剤に作用させることによって、原料吸着剤の有する水酸基をフッ素を含有する基と置換させた吸着剤をシート材に添着させた吸着シートの製造方法。
【請求項２】
出力を変化させることのできる電源によって電極間に電圧を印加し、これによってプラズマ状態になった四フッ化炭素のガスを水酸基を有する原料吸着剤に作用させることによって原料吸着剤の水酸基をフッ素を含有する基と置換させた吸着剤を、シート材に添着させた吸着シートの波状体と平状体とが重ね巻されてハニカム体を構成した吸着素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば有機溶剤蒸気その他有機ガスの吸着等に用いられる吸着剤及びその製造方法、その吸着剤を用いた吸着シート、吸着素子及び有機ガス処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
塗装工場等は多量の有機溶剤を消費しており、有機溶剤の気化した有機溶剤蒸気を大気中に放出すると大気を汚染することがあるため、有機溶剤蒸気を回収除去する必要がある。このため、従来より有機溶剤蒸気を吸着材に吸着させ回収する手段が用いられて来た。
【０００３】
この有機溶剤蒸気の吸着材として活性炭や疎水性のゼオライトが用いられて来た。ゼオライトを吸着剤として用いる場合には、親水性のゼオライトを用いて空気中に含まれる有機溶剤蒸気の吸着をさせようとすると、空気中の水分がゼオライトに吸着されてしまい、有機溶剤蒸気の吸着効率が著しく悪くなるため疎水性のゼオライトを使用する必要がある。
【０００４】
ゼオライトは一般的には親水性であり、疎水化する方法としてゼオライトに含まれるアルミナを除去する方法が知られている。また、疎水化したゼオライトを用いて有機溶剤蒸気を濃縮除去する素子が例えば特許第２６４５２５１号公報に見られるように公知である。
【０００５】
そして有機溶剤蒸気の濃縮除去装置の設計に当たって、設計者は吸着するガスの種類に応じて活性炭や疎水性のゼオライトのいづれを用いるか選択している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
以上のような従来の有機溶剤蒸気の濃縮除去素子に用いられる吸着剤は、上記のように疎水化する必要があり、ゼオライトを吸着剤として用いる場合には、疎水化の方法としてゼオライト中のアルミニウムを除去する方法が一般に行われている。
【０００７】
従来の疎水化されたゼオライトで現在除去する必要のある殆どの有機溶剤の蒸気の吸着除去が可能であるものの、最近の半導体工場のように半導体ウェハーの洗浄に多種の有機溶剤を用いる場合には従来の疎水化されたゼオライトでは疎水化が十分でなく、有機溶剤の蒸気の種類によっては吸着の難しい場合があるという問題がある。
【０００８】
また、メタノールやエタノール等のように極性の強い有機溶剤の蒸気はゼオライトの吸着特性が水蒸気と非常に近いため、水蒸気と混合すると有機溶剤の蒸気の選択的な吸着除去が困難であるという問題点を有していた。
【０００９】
本発明は以上の問題点に着目し、より疎水性の高い吸着剤、そのような吸着剤を得る方法、そのような吸着剤を用いた吸着シート、そのような吸着シートを用いた吸着素子及びそのような吸着素子を用いた有機溶剤蒸気その他の有機ガスの処理装置を提供しようとするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
水酸基を有する吸着剤の水酸基がフッ素を含有する基と置換された分子を有するようにした。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は水酸基を有する吸着剤の水酸基がフッ素を含有する基と置換された分子を有するようにしたものであり、水酸基がフッ素を含有する基と置換されているために、疎水性を呈するという作用を有する。
【００１２】
【実施例】
図１は本発明の実施に用いられるプラズマ処理装置の断面図である。図１に於て、１はチャンバーであり、金属等の導電性の材料より構成されるとともに、内部を真空状態にした場合に大気圧に耐える強度に構成されている。また、チャンバー１は接地されている。
【００１３】
チャンバー１の内部で上部に上部電極２が設けられている。そして上部電極２は導電体３によってチャンバー１の上部に支持されている。また、導電体３は絶縁体４によってチャンバー１と絶縁されており、その結果上部電極２はチャンバー１から絶縁された状態で支持されている。
【００１４】
５は上部電極２の下面に四フッ化炭素ガスを供給するパイプで、チャンバー１の上面と上部電極２を貫通している。
【００１５】
６は高周波電源であり、この高周波電源６で発生した高周波電流はマッチングボックス７を介して導電体３に供給されている。つまり、高周波電源６で発生した高周波電流は上部電極２に供給されている。
【００１６】
８はヒーターブロックであり、支持手段９によって上下動可能にチャンバー１の下部に支持されている。またヒーターブロック８は接地されている。そしてヒーターブロック８の上にホルダー１０が設けられ、ホルダー１０の上にはさらにステンレス鋼よりなるメッシュ板１１が設けられている。
【００１７】
メッシュ板１１には一様に直径１μｍ程度の小さな穴が形成されており、これによってメッシュ板１１は、その上にゼオライト１２を載せることができるとともに、プラズマガスを通過させることができる。また、メッシュ板１１とホルダー１０の間にはギャップ１３が形成されており、このギャップを通してメッシュ板１１を貫通したプラズマガスが排出される。
【００１８】
１４は排気口であり、チャンバー１の側面に設けられるとともに、真空ポンプ１５の吸い込み口と連通し、ここからプラズマガスが排出される。
【００１９】
本発明の実施に使用されるプラズマ処理装置は以上のような構成であり、以下その動作について説明する。
【００２０】
先ず、メッシュ板１１の上にゼオライト１２を載せる。出願人の実験ではＹ型ゼオライト（Ｓｉ／Ａｌ＝１０．２）を用いた。続いて真空ポンプ１５を動作させてチャンバー１内を減圧するとともに、ヒーターブロック８に通電する。するとヒーターブロック８の発生する熱はホルダー１０を介してゼオライト１２に伝わり、ゼオライト１２が加熱される。このようにしてゼオライト１２が４００℃になるまで加熱し、以降その温度を維持する。
【００２１】
続いて高周波電源６を起動し、上部電極２に１３．５６ＭＨｚの高周波電流を供給する。すると上部電極２とメッシュ板１１との間に交番電界が発生する。この状態で、パイプ５を介して四フッ化炭素を上部電極２の下面に供給する。すると、上部電極２とメッシュ板１１の間で四フッ化炭素ガスがプラズマ状態となる。
【００２２】
このプラズマ状態の四フッ化炭素ガスを原料ゼオライトであるＹ型ゼオライト１２に作用させると、四フッ化炭素のフッ素の一つが外れ、ゼオライト１２中のアルミニウム原子と結び付いた水酸基の水素原子が三フッ化炭素と置換され珪素原子と結び付いた水素原子がフッ素と置換される。この反応を図２に示す。
【００２３】
これによって判るように、原料ゼオライトはアルミニウム原子と結び付いた水酸基を有しているため親水性を呈しているが、この水酸基が三フッ化炭素と置換されるため、疎水性を呈するようになる。
【００２４】
アルミニウム原子と結び付いた水酸基の水素原子が三フッ化炭素と置換する過程をさらに詳細に説明する。原料ゼオライトが加熱され４００℃になるまで熱せられるとアルミニウム原子と結び付いた水素及び水酸基が外れる。この状態でかつ圧力３５Ｐａのもとでプラズマ状態の四フッ化炭素ガスを３０分間作用させると、四フッ化炭素ガスのフッ素が１つ外れ３フッ化炭素及びフッ素となって、それぞれアルミニウム原子および珪素原子と結び付く。
【００２５】
高周波電源６の出力を種々変化させ、出力０から出力７５Ｗまでの各出力を作用させて改質した７つのサンプルを作成し、水とエタノールの混合溶液の吸着特性を測定した。つまり、改質前のゼオライトから高周波電源６の出力を７５Ｗにして改質したゼオライトまでを用意し、一定の混合比率で一定量の水とエタノールの混合溶液中に、一定量の各々のゼオライトを投入し、ゼオライトに十分に水とエタノールを吸着させた後に混合溶液中のエタノールの濃度を測定した。この結果を図３に示す。
【００２６】
図３に示すように、改質前のゼオライトを投入した後の水エタノールの混合溶液のエタノールの濃度は高く、ゼオライトにはエタノールより水が多く吸着されたことが判る。また、高周波電源６の出力を次第に強くするに従って改質したゼオライトを投入した後の水エタノールの混合溶液のエタノールの濃度は次第に低くなる。そして高周波電源６の出力を７５Ｗにして改質したゼオライトを投入した後の水エタノールの混合溶液のエタノールの濃度はさらに低くなり、ゼオライトにはエタノールがより多く吸着されたことが判る。
【００２７】
この測定結果より、四フッ化炭素のプラズマガスによって改質されたゼオライトは疎水性が高くなり、水分より有機溶剤をより多く吸着する特性を有することが判る。また、ゼオライトの吸着性は損なわれておらず、ゼオライトのマイクロポアが破壊されていないことも判る。
【００２８】
以上の説明の通りに作られたゼオライトとバインダーを混練してスラリー状にし、このスラリー状のゼオライトの混合物をセラミック繊維やガラス繊維を抄き込んだ紙に塗布し、乾燥させて吸着シートを得る。
【００２９】
このようにして得られた吸着シートを１２０℃で１時間乾燥し、デシケータに入れてデシケータ内部を真空にして吸着されているガスを脱気した後、重量を測定し、次に乾燥させたエタノールの蒸気中に３時間放置し、その後の重量を測定した。その結果、エタノールの蒸気中に放置する前と後でシートの重量は４．８％増大した。これにより、このシートはエタノールの蒸気の吸着能力が十分あることがわかる。
【００３０】
以上の説明の吸着シートを成形ギヤを通すことによって波状に加工し、平状のシートに接着する。接着されたシートを巻回してロータ１６を得る。
【００３１】
この連続溶剤回収用のロータ１６は図４に示すごとくケーシング１７に駆動回転可能に保持されている。またセパレータ１８により処理ゾーン１９と再生ゾーン２０とに分離し、ギヤドモータ２１、駆動ベルト２２によりロータ１６を矢印の方向に回転させ、有機溶剤（以下ＶＯＣと書く）蒸気例えばエタノールを含む処理空気２３を処理ゾーン１９に送入し、再生空気２４を再生用ヒータ２５により加熱した後再生ゾーン２０に送入し、処理空気２３に含まれるＶＯＣ蒸気を連続的に吸着除去して清浄空気２６を得る。
【００３２】
ＶＯＣ蒸気を吸着したロータ１６の部分は再生ゾーン２０において高温の再生空気２４を通し連続的にＶＯＣ蒸気を脱着し、再生用ヒータ２５により加熱された再生空気でロータ１６を再生する。尚図中２７はプーリー、２８，２９は処理空気および再生空気を送入するためのファンである。
【００３３】
ギヤドモータ２１に通電し、ギヤドモータ２１、駆動ベルト２２によりロータ１６を矢印の方向に回転させる。またファン２８，２９に通電し、ＶＯＣ蒸気を含む処理空気２３を処理ゾーン１９に送入するとともに、再生空気２４を再生ゾーン２０に送入する。そして再生用ヒータ２５に通電し、再生空気２４を再生用ヒータ２５により加熱する。
【００３４】
すると、処理空気２３に含まれるＶＯＣ蒸気は処理ゾーン１９を通過する間にロータ１６に吸着され、清浄空気２６となって処理ゾーン１９より出る。ロータ１６はギヤドモータ２１、駆動ベルト２２によって回転駆動されているため、ＶＯＣ蒸気を吸着したロータ１６の部分は再生ゾーン２０に到達する。ＶＯＣ蒸気を吸着したロータ１６の部分は再生ゾーン２０において高温の再生空気２４によって脱着され、高濃度のＶＯＣ蒸気が再生ゾーン２０より出る。
【００３５】
このようにして処理空気２３に含まれるＶＯＣ蒸気は、濃縮され再生ゾーン２０より排出される。再生ゾーン２０より排出された高濃度のＶＯＣ蒸気は、例えば燃焼装置へ送られ、二酸化炭素と水蒸気即ち無害なガスとなって大気へ放出される。
【００３６】
以上の実施例では吸着剤として無機系の合成ゼオライトであるＹ型ゼオライトを用いたが、天然ゼオライトであっても水酸基を有しており、その水酸基をフッ素を含有する基と置換させることによって疎水化することができ、以上の実施例と同様の効果を発揮することができる。
【００３７】
また、シリカゲル系吸着剤やシリカ−アルミナゲル系吸着剤は多くのシラノール基を有し、そこに水酸基を有している。その水酸基をフッ素を含有する基と置換させることによって疎水化することができ、これも以上の実施例と同様の効果を発揮することができる。
【００３８】
さらに無機系の吸着剤に限らず有機系の吸着剤で水酸基を有するものは、その水酸基をフッ素を含有する基と置換させることによって疎水化することができる。有機系の吸着剤として例えば、イオン交換樹脂等の高分子系の吸着剤を用いることができる。イオン交換樹脂の例として、スチレンとジビニルベンゼンとが三次元的に重合した強酸性陽イオン交換樹脂がある。
【００３９】
【発明の効果】
本発明の吸着剤は上記の如く水酸基を有する吸着剤の水酸基をフッ素を含有する基と置換させているため、水酸基を有する分子の持つ親水性がなくなるとともに、フッ素及び３フッ化炭素による疎水性によって強い疎水性を呈することになる。
【００４０】
また、プラズマ処理を行う際の高周波電流のエネルギーによって疎水性の度合を調整することができ、吸着すべき対象のガスの種類に適した吸着剤を得ることができるものである。
【００４１】
このため、本発明の吸着剤を用いた吸着シート、吸着素子、有機ガス処理装置は、例えばエタノールやメタノール、クロロホルム等の極性の強い有機溶剤蒸気その他ホルムアルデヒド、メチルアミン等極性の強い有機ガスと水蒸気との混合ガスのように従来のゼオライトや活性炭では効果的に吸着できなかったガスも吸着処理を行うことができる。
【００４２】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の吸着剤の製造方法に用いる製造装置の実施例を示す断面図である。
【図２】本発明の吸着剤の製造過程に於ける化学変化を示す化学式である。
【図３】本発明の吸着剤の吸着特性を示すグラフである。
【図４】本発明の吸着剤を添着したシートを用いた有機ガス処理装置の実施例を示す説明図である。
【符号の説明】
１    チャンバー
２    上部電極
３    導電体
４    絶縁体
５    パイプ
６    高周波電源
７    マッチングボックス
８    ヒーターブロック
９    支持手段
１１  メッシュ板
１２  ゼオライト
１３  ギャップ
１４  排気口
１５  真空ポンプ
１６  ロータ
１７  ケーシング
１８  セパレータ
１９  処理ゾーン
２０  再生ゾーン
２１  ギヤドモータ
２２  駆動ベルト
２３  処理空気
２４  再生空気
２５  再生用ヒータ
２６  清浄空気
２７  プーリー
２８，２９  ファン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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