(57)【要約】【課題】  比較的安定した分解効果を有し、ＮＯｘなどの酸性系ガス、ホウ素、シリカ、ゲルマニウム、ポリ塩化ビフェニル（ＰＣＢ）といった気体分子や半金属元素を分解する万能的な分解装置としての実用性を確保した分解材を提供し、またこのような分解材を備えた処理システムを提供する。【解決手段】分解材は、カーボンナノチューブとハイドロキシアパタイトとの化学結合体を主剤とする粉体を加圧焼成してなる。あるいは、顔料を含んで所定の成形形状に成形された成形基材の表面に所定範囲の層厚さで定着形成した焼結層と、から構成される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カーボンナノチューブとハイドロキシアパタイトとの化学結合体を主剤とする粉体を加圧焼成してなる分解材。
【請求項２】
所定の成形形状に成形された成形基材と、
成形基材の表面に所定範囲の層厚さで定着形成した焼結層と、から構成される分解材であって、
前記焼結層は、カーボンナノチューブとハイドロキシアパタイトとのイオン結合体を主剤とする粉体を集成焼結してなり、
前記成形基材、焼結層のうち少なくともいずれかは、表面が着色されてなることを特徴とする分解材。
【請求項３】
前記成形基材は、球塊状、柱状または筒状に圧縮成形されるとともに成形された表層部が前記焼結層と異なる色に着色された加圧集成材からなり、
前記焼結層は、成形基材の外表面、外周側面または筒内表面に沿って、焼成によって定着成型された前記イオン結合体粉末の集積材からなり、
焼結層はイオン結合体の分解反応によって減容することで、成形基材の前記着色された表層部が分解材外部に表出する請求項２記載の分解材。
【請求項４】
前記イオン結合体は、カーボンナノチューブ粉末ＣＮＴとハイドロキシアパタイト結晶粉末ＨＡＰとを、それぞれＣＮＴ（５５〜６５）：ＨＡＰ（４５〜３５）重量％比で混合し、６００℃以下の環境下で加圧焼成して得られたものである請求項１、２又は３のいずれか記載の分解材。
【請求項５】
前記カーボンナノチューブは、多層カーボンナノチューブＭＷＮＴからなる請求項１ないし４記載の分解材。
【請求項６】
有毒ガス又は廃液中の難燃性物質を処理する処理システムであって、廃液を所定速度で流通させるポンプ、流通管からなる流通機構と、
前記流通機構の流通管の上流側または下流側に連通された貯留槽と、
前記流通機構の流通管途中または貯留槽内の少なくともいずれかに介設され、内部に請求項１ないし５のいずれか記載の分解材を充填させた処理機と、から構成される廃液の酸化処理システムであって、
前記処理機は、内部に請求項１ないし５のいずれか記載の分解材を充填させ、処理液を通過させるフィルタと、フィルタの周囲を導電性ケースで囲うとともにフィルタ内に磁場を発生させる磁場発生器と、を備え、
流通機構のポンプによって廃液を所定範囲の一定速度で流通させると共に、分解材を充填させたフィルタ内に磁場を発生させることで、磁場中の分解材の各イオン結合体を廃液中の難燃性元素と酸化分解反応させる処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＮＯｘなどの酸性系ガス、ホウ素、シリカ、ゲルマニウム、ヒ素、フッ素、塩素、臭素の分解、ないしハロゲンおよび半金属元素の分解を行う分解材、および、この分解材を備えた処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、水施設で使用する殺菌装置に関し、入水口２と、出水口３と、入水口２と出水口３とに連通するフィルタ収容部（殺菌室）４と、このフィルタ収容部４内に収容されるセラミックフィルタ５と、フィルタ収容部４の外部に設けられる磁化発生器６とを備えたものが開示される（特許文献１参照）。セラミックフィルタの骨格基体は、上記素材の粒子（数ミクロン〜数百ミクロン）を焼結させたもので、粒子と粒子間に多数個の穴が形成されたもの、とされる。またセラミックフィルタの骨格基体としては、他に従来より知られている炭化珪素質のセラミックフェルトに電気伝導性を持たせたものも使用可能である、とされる。
【０００３】
また従来、カーボンナノチューブナノホーン結合体の製造方法および用途として、カーボンナノチューブと、カーボンナノホーンとを含み、前記カーボンナノチューブは、チューブ状のグラファイト層から形成され、前記カーボンナノホーンは、少なくとも一方の端が閉じたチューブ状のグラファイト層から形成されたカーボンナノチューブナノホーン結合体が開示される（特許文献２参照）。このカーボンナノチューブナノホーン結合体は、カーボンナノホーンにおける前記傷の部分の炭素原子が、カーボンナノチューブの炭素原子と化学的に結合されているものとされ、導電性ペーストや導電性粒子として使用可能である、とされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２９０７５９号公報
【特許文献２】特開２０１２−２１４３４２公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の殺菌装置は、一般的に精密ろ過に使用されるアルミナ、コージライト、ムライト、シリカ等で形成したセラミックフィルタを使用するものとされており、これら材質からなるセラミックフィルタは、電気伝導性を有するものの分解効果自体が不安定であり、ＮＯｘなどの酸性系ガス、ホウ素、シリカ、ゲルマニウム、ポリ塩化ビフェニル（ＰＣＢ）といった気体分子や半金属元素を分解する万能的な分解装置としての実用性を有するものではなかった。
【０００６】
また上記カーボンナノチューブナノホーン結合体は、特定のカーボンナノチューブナノホーン結合体を導電性ペースト、キャパシタ、電池としての使用例が開示されるものの、気体分子や半金属元素の分解材として必要な構成を開示するものではなかった。
【０００７】
そこで本発明は、比較的安定した分解効果を有し、ＮＯｘなどの酸性系ガス、ホウ素、シリカ、ゲルマニウム、ポリ塩化ビフェニル（ＰＣＢ）といった気体分子や半金属元素を分解する万能的な分解装置としての実用性を確保した分解材を提供し、またこのような分解材を備えた処理システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明は以下（１）〜（６）の構成を採用している。
（１）本発明の分解材は、
カーボンナノチューブとハイドロキシアパタイトとの化学結合体を主剤とする粉体を加圧焼成してなることを特徴とする。
（２）あるいは、本発明の分解材は、
顔料を含んで所定の成形形状に成形された成形基材と、
成形基材の表面に所定範囲の層厚さで定着形成した焼結層と、から構成される分解材であって、
前記焼結層は、カーボンナノチューブとハイドロキシアパタイトとのイオン結合体を主剤とする粉体を、加圧焼成してなることを特徴とする。
【０００９】
（３）前記（２）の分解材において、
前記成形基材は、球塊状、柱状または筒状に圧縮成形されるとともに成形された表層部が前記焼結層と異なる色に着色された加圧集成材からなり、
前記焼結層は、成形基材の外表面、外周側面または筒内表面に沿って、焼成によって定着成型された前記イオン結合体粉末の集積材からなり、
焼結層はイオン結合体の分解反応によって減容することで、成形基材の前記着色された表層部が分解材外部に表出することが好ましい。
成形基材の表層部を顔料で着色し、またその上に定着させる焼結層の厚さをコントロールすることで、焼結層が分解反応によって減容した時に、焼結層と成形基材との境界線を目視で容易に識別できるものとなる。
【００１０】
（４）前記いずれかの分解材において、
前記イオン結合体は、カーボンナノチューブ粉末ＣＮＴとハイドロキシアパタイト結晶粉末ＨＡＰとを、それぞれＣＮＴ（５５〜６５）：ＨＡＰ（４５〜３５）重量％比で混合し、６００℃以下（好ましくは５００℃±５０℃程度）の環境下で加圧焼成して得られたものであることが好ましい。
（５）前記いずれかの分解材において、
前記カーボンナノチューブは、多層カーボンナノチューブＭＷＮＴからなることが好ましい。
（６）また、本発明の処理システムは、
有毒ガス又は廃液中の難燃性物質を処理する処理システムであって、廃液を所定速度で流通させるポンプ、流通管からなる流通機構と、
前記流通機構の流通管の上流側または下流側に連通された貯留槽と、
前記流通機構の流通管途中または貯留槽内の少なくともいずれかに介設され、内部に請求項１ないし５のいずれか記載の分解材を充填させた処理機と、から構成される廃液の酸化処理システムであって、
前記処理機は、内部に請求項１ないし５のいずれか記載の分解材を充填させ、処理液を通過させるフィルタと、フィルタの周囲を導電性ケースで囲うとともにフィルタ内に磁場を発生させる磁場発生器と、を備え、
流通機構のポンプによって廃液を所定範囲の一定速度で流通させると共に、分解材を充填させたフィルタ内に磁場を発生させることで、磁場中の分解材の各イオン結合体を廃液中の難燃性元素と酸化分解反応させることを特徴とする。
【００１１】
上記構成によれば、無毒化が困難とされるＰＣＢ油やダイオキシン等の有毒物質に対し、本分解材のカーボンナノチューブの（Ｃ＝Ｏ）官能基が（Ｃ−ＯＨ）＝Ｏ又はＣＨ−Ｏへの抗酸化反応を起こして反応し、同時にアパタイトが触媒として分解反応すると共にイオン交換反応を起こすことで、活性酸素の発生を抑えつつ、有毒物質元素のベンゼン環を破壊して別物質に変えることができる。
【００１２】
これにより、ＮＯｘなどの酸性系ガス、ホウ素、シリカ、ゲルマニウム、ポリ塩化ビフェニル（ＰＣＢ）といった気体分子や半金属元素を反応させ、安定的に無毒化することができる。ひいては、例えばＰＣＢ油の抽出段階からの分解や、抽出油の完全無毒化処理が可能となり、また、処理後の無毒化油を防虫剤やリサイクル燃料の元液として使用することが可能となる。
またＣＮＴ自体は２００℃で燃焼し、７００℃で蒸発するため、分解材自体の処理も容易である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は上記手段を講じており、比較的安定した分解効果を有し、ＮＯｘなどの酸性系ガス、ホウ素、シリカ、ゲルマニウム、ポリ塩化ビフェニル（ＰＣＢ）といった気体分子や半金属元素を分解する万能的な分解装置としての実用性を確保した分解材を提供し、またこのような分解材を備えた処理システムを提供することとなった。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施例１の分解材の部分破断図。
【図２】本発明の実施例２の分解材の斜視図。
【図３】本発明の実施例３の処理システムにおける処理機の部分破断図。
【図４】本発明の実施例４の処理システムの断面構造図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明を実施するための最良の形態として、実施例１（図１）、実施例２（図２）、実施例３（図３）、実施例４（図４）として示す各図と共に説明する。いずれの実施例でも本発明の分解材は、カーボンナノチューブとハイドロキシアパタイトとの化学結合体を主剤とする粉体を加圧焼成してなる。またこの化学結合体は、カーボンナノチューブ粉末ＣＮＴとハイドロキシアパタイト結晶粉末ＨＡＰとを、それぞれＣＮＴ（５５〜６５）：ＨＡＰ（４５〜３５）重量％比で混合し、加圧焼成して得られたイオン結合体である。
【００１６】
（イオン結合体）
具体的には、本発明のイオン結合体は、単層カーボンナノチューブ（ＳＷＮＴ），多層カーボンナノチューブ（ＭＷＮＴ） の少なくともいずれかからなるカーボンナノチューブと、塩基性リン酸カルシウムであるハイドロキシアパタイト：Ｃａ１０（Ｐｏ４）６（ＯＨ）２とがイオン結合した粉体である。
【００１７】
これは、ＣＮＴ（カーボンナノチューブ）のナノチューブ末端やサイドウォール欠陥部のカルボキシル基に、ＨＡＰ（ハイドロキシアパタイト）の塩基がイオン化結合したものであり、セラミックス成型されたハイドロキシアパタイトのいくつかの多孔部が、カーボンナノチューブによる抗酸化機能を維持しながら吸着・分解機能を果たすという特徴を有する。イオン結合体の粉末結晶は最大径１０〜１００μｍであり、目視にて灰色のモノクロ色系粉末を呈している。
【００１８】
（ＰＣＢ油の二段階方式の分解）
本イオン結合体の分解材を使用して、例えばＰＣＢ油を二段階方式で分解することができる。
１段階処理:：ポンプによって強制循環する循環流管内に、分解材を集積してなるフィルタを介設した処理循環装置を構成し、この処理循環装置によって、コンデンサー等から抽出された一次抽出段階のＰＣＢ油を、１時間〜数時間程度、常温流動循環させることで処理分解する。
２段階処理：磁力板及び電磁発生器を炉内に形成した電気炉内に、分解材を集積してなるフィルタを重ねて敷き詰めた処理電気炉を構成し、一段階処理を経たＰＣＢ油を、電界を形成した前記処理電気炉内で加熱電磁処理する。
３段階処理：磁力板及び電磁発生器を筒内に形成した筒状のケーシング内に、分解材を集積してなるフィルタを充填したガスフィルタを構成し、このガスフィルタを加熱炉の煙道内に介設して、二段階処理を経たＰＣＢ油の処理ガスを、このガスフィルタ内にワンパスで通すことで処理する・。
【００１９】
（カーボンナノチューブＣＮＴ）
カーボンナノチューブは、炭素原子の六員環を基本骨格とするグラファイト層（グラフェンシートなどと呼ばれる）から形成されたチューブ形状の物質である。カーボンナノチューブは、例えば、一つの円筒状シートからなる単層カーボンナノチューブ、二層の円筒状シートが入れ子になった二層カーボンナノチューブ、三層以上の円筒状シートが入れ子になった多層カーボンナノチューブ等に分類される。カーボンナノチューブの分子の長さは、例えば数μｍ程度である。分子の直径は、単層カーボンナノチューブにおいては、例えば０．４〜２ｎｍ程度であり、多層カーボンナノチューブにおいては、例えば数十ｎｍ程度である。
【００２０】
ＣＮＴは例えば、基板（シリコンや石英）上に鉄を含んだ触媒を塗布ないしはフォトリソグラフィー法でパターニングして炉中で焼成し、９００度の焼成温度にて炭素源となるアルコールを流すことで作製される。以下、各実施例の構成につき説明する。
【実施例１】
【００２１】
図１に示す本発明の実施例１の分解材１は、
所定径の球型の成形形状に成形された成形基材１１と、
成形基材１１の表面に所定範囲の層厚さｔで定着形成した焼結層１２と、から構成される中実の球型分解材である。
【００２２】
（成形基材１１）
実施例１の成形基材１１は、分解材１の形状保持及び焼結層の定着保持の役割を果たす。主剤としては、アルミナ
（Ａｌ２Ｏ３）、ジルコニア等の酸化物系材、ダイヤモンド、フェライト等の元素系材、ハイドロキシアパタイト等の水酸化物系材、炭化ケイ素
（ＳｉＣ）等の炭化物系材、窒化ケイ素等の窒化物系材、蛍石等のハロゲン化物系材や、炭酸塩系材が用いられる。このうち例えば、リン酸塩系チタン酸バリウム、フェライト、窒化ホウ素、ＢＩ２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ１０（高温超伝導セラミックス）のいずれか１種以上を主材とするものが好ましい。この中でも特に、チタン酸バリウムやフェライトは誘電性を持ち、かつ粒界でＰＴＣ効果を持つため、チタン製バリウムを主剤をする成型基材１１を有する分解材は、後述の実施例３や実施例４の電磁誘導フィルタと共に使用するのが好ましい。
【００２３】
（焼結層１２）
実施例１の焼結層１２は、カーボンナノチューブとハイドロキシアパタイトとのイオン結合体を主剤とし、これに二酸化チタンを混合し、さらに、解膠剤（分散剤）、バインダー、滑剤を混成した粉体を乾式金型成型してなる。このうち二酸化チタンは白色の無機顔料であって、ＮＯｘガスに曝露したときに分解・酸化機能を発揮する。
【実施例２】
【００２４】
図２に示す本発明の実施例２の分解材１は、
所定厚さｔ０の筒型の成形形状に成形された成形基材１１と、
成形基材１１の筒内側面に所定範囲の層厚さｔ１で定着形成した焼結層１２１と、
成形基材１１の筒外側面に所定範囲の層厚さｔ２で定着形成した焼結層１２２と、から構成される筒型分解材である。
【００２５】
成形基材１１は筒孔を有しており、この筒孔内を被分解ガスが通ることで、筒外側面に接触する焼結層１２１が被分解ガスを分解処理する。
実施例２の筒外側面の焼結層１２２は円形の凸湾曲表面を有しており、この表面に被分解ガスが接触することで分解処理される。例えば後述の実施例３のような充填構造を取る場合は、実施例２の分解材１の筒孔の開口を同方向に並べて面内にハニカム状に敷き詰めてなる。
焼結層１２の内層厚さｔ１及び外層厚さｔ２は、いずれも成形基材１１の筒厚さｔ０の１／４〜１／３程度であり、さらに焼結層１２の内層厚さｔ１は外層厚さｔ２よりも１割〜２割小さい。
【００２６】
（焼結層１２）
実施例１の焼結層１２は、カーボンナノチューブとハイドロキシアパタイトとのイオン結合体を主剤とし、さらに二酸化チタンと鉛丹を混合した原料粉体を集成し、加圧焼結してなる。
二酸化チタンは白色の無機顔料であって、ＳＯｘ（硫黄酸化物）、ＮＯｘ（窒素酸化物）、ＣＨ３ＣＨＯ（アセトアルデヒド）、 ＮＨ３（アンモニア）、H２Ｓ（硫化水素）ガスに曝露したときにこれらを分解することで、触媒作用を発揮する。
鉛丹は四酸化三鉛 （Ｐｂ３Ｏ４） を主成分とする赤色の無機顔料であり、焼結層１２の原料紛体への混合によって着色剤としての機能を有すると共に、所定割合の混合によって原料粉体の触媒反応速度をコントロールすることができる。
【実施例３】
【００２７】
（本発明の一次処理システム）
本発明の一次処理システムは、
有毒ガス又は廃液中の難燃性物質を処理する処理システムであって、廃液を所定速度で流通させるポンプ、流通管からなる流通機構と、
前記流通機構の流通管の上流側または下流側に連通された貯留槽と、
前記流通機構の流通管途中または貯留槽内の少なくともいずれかに介設され、内部に多数の粒状又は筒状の分解材を充填させた処理機と、から構成される廃液の酸化処理システムであって、
前記処理機は、内部に前記いずれか記載の分解材を充填させ、処理液を通過させるフィルタ材と、フィルタの周囲を導電性ケースで囲うとともにフィルタ内に磁場を発生させる磁場発生器と、を備える。
【００２８】
（処理装置）
処理装置の構成例のうちのガスフィルタを図３に示す。フランジ２１Ｆを両端に有した処理管２１の内部に、実施例２の筒型の分解材１を、各筒口が管方向を向くようにハニカム配置で敷き詰めた管フィルタを構成している。また、この管フィルタの周囲左右から、電磁発生器２２Ｍを複数個備え、型側面に凹部を形成した２分割のケーシングそれぞれを当接させ、導電性材２２Ｃで左右の２分割ケーシング同士を連結することで、ケーシングの凹部から管フィルタ内に電磁処理を施すものである。
【００２９】
（低速流通処理の場合）
流通機構のポンプによって廃液を所定範囲の一定速度で流通させると共に、分解材を充填させたフィルタ内に磁場を発生させることで、磁場中の分解材の各イオン結合体を廃液中の難燃性元素と酸化分解反応させる。
【００３０】
本実施例の流通管は、流出口と流入口とを備えた１の貯留槽にループ連結される１本の循環式管による繰り返し処理構造となっているが、他に、管途中で複数本に分岐した並行循環式管による繰り返し処理構造としてもよい。
【００３１】
（滞留処理の場合）
本実施例の貯留槽では対流処理を行っていないが、他に滞留処理を行う場合には、貯留槽または貯留槽の付属部として滞留槽を介設してこの滞留槽でも分解処理を行う。
【実施例４】
【００３２】
図４の実施例４の処理装置は、炭化炉による二次処理と煙道部での三次処理とを行う。
この処理装置は、有毒ガス又は廃液中の難燃性物質を処理する処理システムであって、対象物を滞留させるとともに加熱処理する炉室と、炉室から連通されたガスフィルタ付きの煙道とから構成される。
炉室底には電気発熱器３Ｈが埋め込まれ、この上に対象物が貯留される。また炉室下部の側壁及び背壁には、永久磁石からなる磁性版３Ｍが炉内に露出する形で埋め込まれる。さらにこの磁性板３Ｍの下半部までを埋めるように、前記実施例１の粒状の処理材１が多層、ランダムに敷き詰められる。尚、炉室前部の上下部分にはそれぞれ、開閉可能扉からなる下部の取り出し口３１Ｄ、開閉可能扉からなる上部の取り出し口３２Ｄが形成される。
炉室内の上部側面にはブリーズ板からなる電磁発生板３Ｅが形成される。電磁発生板３Ｅは炉外の電磁発生器に接続されており、炉内両側部から電磁波を発生する。
炉の上部には煙道管４１が連通形成されており、この煙道管４１に箱筒型のフィルタケース４２が介設される。フィルタケース内には実施例２の処理材２が充填され、充填部分の四方側周囲に磁性板４Ｍが埋め込まれる。また充填部分よりも上部のフィルタケース内側面には、荷電によって電磁波を発生する第二電磁板４Ｅが埋め込まれる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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