(57)【要約】【課題】粒子含有スラリーから粒子を回収する。【解決手段】スラリーは静かに容器１に供給され、容器１からスラリーの一部が排出されることにより容器１内のスラリー量を一定にする。円板状の電極２ａの一部はスラリーに接している。電極２ａはモーター１０によって回転しており、固定されたスクレーパー９が電極面に線接触する。電極面に付着したペースト状の濃縮粒子はスクレーパー９でかき取られ、かき取った後の電極を速やかにクリーンとする。かき取ったペースト状の濃縮粒子は、ワイヤー１２によりかき取られ、容器１外に排出される。ワイヤー１２は、ダイス１３を通過することにより、最終的にかきとったペースト状の濃縮粒子が容器１外に排除され、回収される。【選択図】図９
2011007820.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流、交流あるいはパルス電流での粒子の電気泳動現象でスラリー中の粒子を電極の近傍に濃縮させ、その濃縮された粒子を回収することを特徴とする粒子回収方法。
【請求項２】
前記濃縮された粒子をかき取って粒子を回収することを特徴とする請求項１に記載の粒子回収方法。
【請求項３】
前記電極を運動させ、固定された粒子かき取り手段で粒子をかき取ることを特徴とする請求項２に記載の粒子回収方法。
【請求項４】
前記粒子のゼータ電位を、絶対値が２０ｍＶ以上の正又は負の電位とすることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の粒子回収方法。
【請求項５】
前記粒子の電気泳動による接近と相互作用ポテンシャル（Ｖ）による反発とがバランスした状態にすることによって、前記電極の近傍で前記粒子を濃縮分散状態にすることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の粒子回収方法。
【請求項６】
前記粒子の電気泳動による運動エネルギーをポテンシャル障壁（Ｖmax ）よりも小さくすることによって、前記電極の近傍で前記粒子を濃縮分散状態にすることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の粒子回収方法。
【請求項７】
スラリーが供給される容器と、
この容器中に配置される電極と、
前記電極に電圧を印加して前記スラリー中の粒子に電気泳動現象を誘起させる電圧印加手段と、
前記電気泳動現象により前記電極の近傍に濃縮された粒子を回収する粒子回収手段と、を備えたことを特徴とする粒子回収装置。
【請求項８】
前記粒子回収手段は、前記濃縮された粒子をかき取るかき取り手段を有することを特徴とする請求項７に記載の粒子回収装置。
【請求項９】
前記電極を回転させる駆動手段を有し、
前記かき取り手段は、固定された状態で前記回転する電極から前記粒子のかき取りを行うものであることを特徴とする請求項８に記載の粒子回収装置。
【請求項１０】
前記電極は、断面円形の外周面を有し、
前記駆動手段は、前記電極をその中心軸周りに回転させるものであり、
前記かき取り手段は、前記電極の前記外周面から前記粒子のかき取りを行うものであることを特徴とする請求項９に記載の粒子回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スラリーから粒子を回収する方法、およびスラリーから粒子を回収する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ナノテクノロジーの台頭と共に工業プロセスにおいてもナノ粒子が使われるプロセスが多くなった。例えば電子産業や半導体技術で欠かすことの出ないＣＭＰ（ケミカルメカニカルポリッシング）で用いられるスラリー、配線用金属ペースト、各種顔料系インキなどがある。これらは世界に先駆けた我が国固有の技術が多く世界の産業発展を支えていると言っても過言ではない。これらの成功はナノ粒子の分散技術に裏付けされたものである。【０００３】
一方でこれら高分散性のナノ粒子を含む廃液処理についてはエネルギー的に非効率かつ環境負荷の高いプロセスとなり問題視されている。例えば、ＣＭＰスラリーや製造工程ででてくるナノ粒子を含む廃液は分散性がよく、通常のスラリーのように化学的な操作で液体と沈降分離することは困難である。現状は化学的な操作で沈降できる成分を取り除いた後、加熱による蒸発乾固がなされており、工業的な廃液プロセスとしては成り立たない。この場合スラリーの粒子濃度は低く、投入エネルギーのほとんどが溶媒の蒸発で消費されてしまっている。【０００４】
上記の様な問題を解決する手段として、これまで（１）超遠心法によるナノ粒子の分離操作（非特許文献１）、（２）粒子を連続的に濃縮・分離するための流路構造および方法（特許文献１）、（３）ナノ粒子含有水溶液の濃縮乃至ナノ粒子回収方法（特許文献２）のような技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２１４６５号公報
【特許文献２】特開２００４−１８１３１２号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】青木  裕、粉体工学会誌45(5)：325-334
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
非特許文献１の方法は、回分式での操作が主であり、連続化が難しいことから工業的プロセスとして確立するには、時間、効率、処理量、コストの観点から、対象物が高価な粒子の分離に限り有効となる。【０００８】
特許文献１で示される方法は、連続的に微粒子を回収する先行技術である。ポリマー微粒子、ナノ粒子、金属微粒子、セラミクス微粒子、細胞、オルガネラ、微生物などのような粒子を分離または濃縮する際、所定の方向に延長される流路Ａと、流路Ａの途中において一つまたは複数の分岐点を有し、前記分岐点においてそれぞれ、長さ、幅、深さ、径などのスケールのうちいずれか一つ以上が適当に調節された分岐流路を一つまたは複数有する流路構造を用いる方法であり、前記分岐流路の一端から粒子を含む流体を連続的に導入した際、前記分岐点において、前記流路Ａの下流への流量と前記分岐流路への流量の比を前記流路Ａと分岐流路のスケールによって調節することで、ある一定サイズ以上の大きさを持つ粒子は、前記分岐点において前記分岐流路へ導入されないようにする連続粒子濃縮・分離のための流路構造を利用することで、粒子をその大きさによって迅速かつ大量に分離または濃縮する方法である。本先行技術の場合、粒子が凝集することなく溝に到達させねばならない。また、ナノ粒子含有したスラリー、とりわけ分離される溝で粒子濃度が上昇したスラリーの粘度は高くなり、分離には相当の圧力が必要である。実質上は本研究で対象とするようなナノ粒子やその濃縮での実施はかなり困難を極めることが容易に想像できる。【０００９】
特許文献２では、エネルギー効率、ナノ粒子の安定性の点で改善されたナノ粒子含有水溶液の濃縮乃至ナノ粒子回収方法が示されている。これは、水に実質的に溶解せず、水をＡ％以上溶解し、水より比重が小さく、かつ水をＡ％含有する蒸発促進液をナノ粒子含有水溶液の表面上層に存在させ、前記水を含有する蒸発促進液と平衡を維持する蒸気中の水の組成Ｂ％がＢ％＞Ａ％であり前記平衡にある液の組成より大きい水を含む蒸気−液蒸留曲線を経て、定組成で蒸留される沸点Ｂ．Ｐが１００℃＞Ｂ．Ｐの最低沸点共沸混合物を形成する蒸発促進液、例えば、炭素数３〜９のパラフィン系炭化水素、ベンゼンおよびベンゼンの水素をメチル基置換した芳香族炭化水素、炭素数６のアセテート化合物、炭素数６のエーテル化合物、フルフラール、アセタールからなる群から選択されるものの存在下で前記ナノ粒子含有水溶液の濃縮乃至ナノ粒子回収方法を提案している。本先行技術の場合、水をＡ％以上溶解し、水より比重が小さく、かつ水をＡ％含有する蒸発促進液が必要あること、つまり、例えば、炭素数３〜９のパラフィン系炭化水素、ベンゼンおよびベンゼンの水素をメチル基置換した芳香族炭化水素、炭素数６のアセテート化合物、炭素数６のエーテル化合物、フルフラール、アセタールからなる群でしか利用ができない。したがって、応用できる系が限定される。また、ＣＭＰスラリーなど大量の排水を処理する場合には、上記蒸発促進液も大量に必要となる。大気中に蒸発する、排水に有機物が混入するなど環境負荷が大きくかかるとともに、防爆設備等が必須であるなどコスト、安全面での潜在的な問題を抱えている。【００１０】
上記の従来法では、粒子、特に高分散性粒子の回収は、工業的な観点から連続処理が難しい、装置的に難しい、別途分離困難な廃棄物が生成するなど技術的、環境的、経済性等の観点からの問題が残り、抜本的な解決には至っていないという問題があった。【００１１】
本発明は上記点に鑑みて、粒子含有スラリーから粒子を回収することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、直流、交流あるいはパルス電流での粒子の電気泳動現象でスラリー中の粒子を電極の近傍に濃縮させ、その濃縮された粒子を回収することを特徴とする。これにより、粒子含有スラリーから粒子を回収することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態における粒子回収装置の構成を示す図である。
【図２】図１に示す装置のより具体的な構成を示す図である。
【図３】図２に示す装置における電極への付着量を示す図である。
【図４】（ａ）は容器内における粒子の状態を模式的に示す図であり、（ｂ）は（ａ）の拡大図であり、（ｃ）は相互作用ポテンシャルを示すグラフである。
【図５】濃縮前のスラリー粘性と濃縮されたペースト状のスラリー粘性とを示すグラフである。
【図６】第１実施形態の実施例１〜５を示す図表である。
【図７】本発明の第２実施形態における粒子回収装置の構成を示す図である。
【図８】図７に示す装置における電極への付着量を示す図である。
【図９】本発明の第３実施形態における粒子回収装置の構成を示す図である。
【図１０】本発明の第３実施形態における粒子回収装置の他の構成を示す図である。
【図１１】本発明の第３実施形態における粒子回収装置の他の構成を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を具体化した実施形態について図面を参照しつつ説明する。【００１５】
（第１実施形態）
この第１実施形態では、図１に示すように、容器１と、一対の電極（＋極と−極）２ａ、２ｂと、電圧を印加する装置３とからなる装置を用い、電極近傍に粒子を濃縮させて粒子を回収する。【００１６】
具体的には、図２に示すように、容器１と、一対の電極（＋極と−極）２ａ、２ｂと、電圧を印加する装置３と、電極を固定するクランプ４と、導電性の棒または板５とからなる装置を用いた。電圧を印加する装置３は、バッテリー、定電圧電源装置など電圧を印加できるものであればよい。クランプ４は、電極２ａ、２ｂに接続された導電性の棒や板状のものを固定するための装置である。少なくとも片方の電極には、短絡を起こさないための絶縁処理が施されていればよい。【００１７】
０．３ＬのＣＭＰスラリー中に、２枚の白金製電極（４．８ｍｍ×３０ｍｍ）を電極間隔２０ｍｍで平行に設置し、電位差２０Ｖを与えた。ＣＭＰスラリーのゼータ電位は、ｐＨ６．５３において−３０ｍＶであった。所定の時間を経過した後、電極をゆっくりと引き上げ、電極面を乾燥させた。付着した粒子の重量を測定したところ、図３の○印に示すように、ペースト状に濃縮された粒子が電極に付着した。通電開始後数分間は付着速度が大きいものの、通電開始後１０分を超えると付着速度は徐々に減少し、１時間後には付着量が０．７５ｍｇ／ｍｍ2 でほとんど変化しなくなった。このことは、ＣＭＰスラリーに含まれた微粒子が完全に回収されたことを示唆している。【００１８】
ペースト状に濃縮された粒子は高い粘性があり、長時間経過すると電極よりその一部が流下した。電極引き上げ速度を２割増加させると、電極近傍に濃縮したペースト状の粒子はより多く回収され、回収粒子量が約１．２倍に増加した。【００１９】
実効電圧が２０Ｖの交流で通電した場合、２枚の電極にそれぞれペースト状に濃縮された粒子が付着した。付着した粒子の乾燥重量は、直流で電圧を印加した場合とほぼ同じであった。また、実効電圧が２０Ｖのパルス電流を用いた場合、２枚の電極にそれぞれペースト状に濃縮された粒子が付着した。付着した粒子の乾燥重量は、直流で電圧を印加した場合とほぼ同じであった。このような交流あるいはパルス電流を用いた粒子の付着は、後述する第２、第３実施形態の場合も同様に適用することができる。【００２０】
ここで、粒子回収方法における好ましい態様の一つにおいては、スラリー中で粒子あるいは粒子表面が電位を持つこと、ゼータ電位計で測定したゼータ電位が絶対値２０ｍＶ以上、具体的には−２００〜−２０ｍＶあるいは２０〜２００ｍＶであること。ここで示した値は分散剤等の吸着によって達成された値で良い。粒子としては無機酸化物、ポリマー、金属等上記ゼータ電位の要件を満たしていれば良い。【００２１】
このことについて詳細に説明する。図４（ａ）は、容器１内における粒子の状態を模式的に示す図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）の粒子の拡大図である。【００２２】
図４（ｃ）に示すように、相互作用ポテンシャル（全相互作用）Ｖは、Van del Waals相互作用ＶV と電気二重層相互作用ＶE との和（Ｖ＝ＶE ＋ＶV ）になり、ある粒子間距離ｈ１で極大値Ｖmax となり、それ以上粒子が接近するとVan del Waals相互作用ＶV が優勢となる。【００２３】
電気二重層相互作用ＶE は粒子のゼータ電位と相関関係があり、粒子のゼータ電位が大きいほど電気二重層相互作用ＶE も大きくなる。【００２４】
図４（ａ）に示す電極２ａ、２ｂ間に電位差を与えると粒子が電極側へ電気泳動する。これにより、電極の近傍では図４（ｂ）に示す粒子間の距離ｈが小さくなる。このとき、粒子がポテンシャル障壁Ｖmax を超えて接近することができないと、粒子が凝集せず電極の近傍で滞留する。この状態は、電気泳動による接近と相互作用ポテンシャルＶによる反発とがバランスした状態と表現することもできる。このように電極の近傍で粒子が滞留することで、粒子が濃縮分散状態（ペースト状）になる。【００２５】
すなわち、相互作用ポテンシャルＶのポテンシャル障壁Ｖmax が、電気泳動する粒子の運動エネルギーよりも大きいと、粒子がポテンシャル障壁Ｖmax を超えて接近することができず凝集しないので、粒子が濃縮分散状態（ペースト状）になる。【００２６】
電気泳動する粒子の運動エネルギーは、粒子のゼータ電位、電極間の電位差、電極間隔およびスラリーの粘度と相関関係がある。Helmholtz-Smoluchowskiの電気泳動基礎式から明らかなように、電気泳動による粒子移動速度は、ゼータ電位および電位差に比例し、電極間の距離に反比例するからである。また、スラリーの粘度が高いほど粒子の運動に対する抵抗が大きくなるからである。【００２７】
図５に示すように、回転粘度計による粘度測定の結果によると、電場の印可により濃縮されたペースト状のスラリー粘性は、濃縮前のスラリー粘性と比較して１０万倍に増加した。【００２８】
図６は本実施形態の実施例１〜５を示す。実施例１では、粒子が酸化アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）で、粒子のゼータ電位が＋２５ｍＶ、平均粒子径Ｄ50が５００ｎｍ、粒子濃度が５ｗｔ％のスラリーを用意した。この実施例１によると粒子回収率が９９％に達した。【００２９】
実施例２では、実施例１に対して、粒子のゼータ電位を−３５ｍＶに変更した。この実施例２も粒子回収率が９９％に達した。【００３０】
実施例３では、実施例１に対して、粒子のゼータ電位を−２０ｍＶに変更した。この実施例３も粒子回収率が９９％に達した。【００３１】
実施例４では、粒子が酸化アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）で、粒子のゼータ電位が＋１０ｍＶ、平均粒子径Ｄ50が１００ｎｍ、粒子濃度が１ｗｔ％のスラリーを用意した。実施例４では粒子回収率が５５％であった。【００３２】
実施例５では、粒子がシリカ（ＳｉＯ2 ）で、粒子のゼータ電位が−３０ｍＶ、平均粒子径Ｄ50が３０ｎｍ、粒子濃度が１ｗｔ％のスラリーを用意した。この実施例５によると粒子回収率が９９％に達した。【００３３】
（第２実施形態）
この第２実施形態では、図７に示すように、容器１と、一対の電極（＋極と−極）２ａ、２ｂと、電圧を印加する装置３と、スラリー供給部６と、スラリー排出部７と、電極に接続された導電性の棒あるいは板を固定するための支持板８と、粒子をかき取るためのかき取り手段をなすスクレーパー９とからなる装置を用い、電極近傍への粒子の濃縮と、電極表面から濃縮された粒子をかきとる。【００３４】
０．３ＬのＣＭＰスラリー中に、２枚の白金製電極（４．８ｍｍ×３０ｍｍ）を電極間隔２０ｍｍで平行に設置し、電位差２０Ｖを与えた。ＣＭＰスラリーのゼータ電位は、ｐＨ６．５３において−３０ｍＶであった。スラリーは静かに容器に供給され、容器からスラリーの一部が排出され、容器内のスラリー量を一定にする。１０分ごとに電極を引き上げ、電極面に付着したペースト状の濃縮粒子をスクレーパー９で速やかにかきとった。かきとった後の電極を速やかにスラリーに浸漬させた。かきとったペースト状の濃縮粒子の乾燥重量を測定することにより、単位時間当たりの付着量が求められる。電極に付着した粒子の重量を測定したところ、図８に示すように、第１実施形態における初期付着量とほぼ同じ速度でペースト状の濃縮粒子が電極に付着した。【００３５】
この第２実施形態では、電極上に粒子が濃縮した濃縮部あるいは粒子が堆積した堆積部を排除することにより濃縮および回収効率を上げるものである。粒子濃縮あるいは堆積する電極部は最低一個存在する必要がある。粒子濃縮および堆積により回収量は電極面積に比例するため、大面積の方が有利である。これを達成するためには電極を複数設置する、表面凹凸により電極表面積を向上させる、またはこれに類する電極面積増加の方法が有効である。この場合、電極の材質には依存しない。電極上の濃縮部あるいは堆積部を排除する方法としては、ポリウレタン等の高分子をスクレーパーとしてかき取る方法以外に、布、紙、綿、スポンジ等で拭いとる方法などがある。また、その形状は板状、刃状、円筒状等が想定されるが、排除さえできればよく、形状を限定するものではない。【００３６】
（第３実施形態）
第３実施形態では、図９に示すように、容器１と、回転電極（＋極と−極で、＋極は円板式回転電極）２ａ、２ｂと、電圧を印加する装置３と、スラリー供給部６と、スラリー排出部７と、スクレーパー９と、回転電極を回転させるための駆動装置（例えばモーター）１０と、回転電極へ電圧を供給するための接点１１と、スクレーパーでかき取られた濃縮されたペースト状の粒子を容器外に排出するためのワイヤー（またはそれに類するひもまたはベルト）１２と、ワイヤーを駆動させるためのモーター付きプーリー１３と、容器外に粒子を排出するためのワイヤーに付着した粒子を除去するためのダイス（またはベルト）１４からなる。【００３７】
スラリーは静かに容器１に供給され、容器１からスラリーの一部が排出されることにより容器１内のスラリー量を一定にする。円板状の電極２ａの一部はスラリーに接しており、浸漬時間は平均で１０分である。電極２ａはモーター１０によって回転しており、固定されたスクレーパー９が電極面に線接触する。電極面に付着したペースト状の濃縮粒子はスクレーパー９でかき取られ、かき取った後の電極を速やかにクリーンとする。かき取ったペースト状の濃縮粒子は、ワイヤー１２によりかき取られ、容器１外に排出される。ワイヤー１２は、ダイスなどその断面形状よりわずかに大きな断面形状を有する部品１３を通過することにより、最終的にかきとったペースト状の濃縮粒子が容器１外に排除され、回収される。排除された粒子の重量は、第２実施形態に示す単位体積当たりの付着量とほぼ同じ速度であった。【００３８】
図１０は、図９に示す回転電極２ａの代わりにドラム型の回転電極２ａを用いて構成したものである。このドラム型の回転電極２ａは、支持棒１４で支持されモーター１４で回転駆動される。【００３９】
ドラム型の回転電極２ａは円筒形状を有しており、内側円筒面が電極面になっている。モーター１０は、回転電極２ａをその中心軸周りに回転させる。スクレーパー９は、ドラム型の回転電極２ａの内側円筒面に線接触する。したがって、ドラム型の回転電極２ａの内側円筒面にペースト状の濃縮粒子が付着し、ドラム型の回転電極２ａの内側円筒面に付着したペースト状の濃縮粒子はスクレーパー９でかき取られる。【００４０】
図１１は、ドラム型の回転電極２ａの外周面を電極面にしたものである。回転電極２ａはその中心軸周りに回転する。スクレーパー９は、ドラム型の回転電極２ａの外周面に線接触する。したがって、ドラム型の回転電極２ａの外周面にペースト状の濃縮粒子が付着し、ドラム型の回転電極２ａの外周面に付着したペースト状の濃縮粒子はスクレーパー９でかき取られる。【００４１】
図９〜図１１に示すように、円板状の回転電極板やドラム型の回転電極を用いれば、溶液中に浸漬した電極板で電気泳動による粒子が電極板に付着し、後段のスクレーパーで付着微粒子をかきとりながら除去することとスクレーパーから濃縮した粒子を回収することが可能であり、連続的な回収装置が構築できる。なお、溶液中の粒子濃度は、電極への付着により徐々に減少するため、常に溶液層にＣＭＰスラリー廃液を静かに供給し、清浄になった液を静かに排出する。【００４２】
スクレーパーを通過後の電極板表面は、粒子付着はなく、バッチ試験で得られた初期状態と同じことが考えられるため、付着速度が速い。電極板が溶液層に浸漬する平均時間を１０分間とした。初期状態における回収速度は、良好な比例関係が得られており、２〜６分の初期付着速度（０．０３７８ｍｇ／（ｍｍ2 ・ｍｉｎ））をほぼ再現し、１時間当たりの付着速度、０．０３７８ｍｇ／（ｍｍ2 ・ｍｉｎ）×（４．８ｍｍ×３０ｍｍ）×２×（６０ｍｉｎ／１ｈ）＝６５３ｍｇ／ｈの理論値とほぼ同じ結果が得られた（図８太実線）。ちなみに、従来のバッチ式によると、粒子付着量は、１時間当たり０．７５ｍｇ／（ｍｍ2 ・ｈ）×（４．８ｍｍ×３０ｍｍ）×２＝２１６ｍｇ／ｈである。したがって、連続式処理法は、バッチ式による処理法に比べ、３倍の速度で処理できる。【００４３】
この第３実施形態では、電極を運動（上記のような回転運動、あるいはそれ以外の直線運動、揺動運動等の運動）させることにより固定スクレーパーで電極をクリーンとし回収効率をあげる。電極の形状は円形、円筒形とし、電極上の濃縮部あるいは堆積部を上述したスクレーパー等で排除することで連続的に電極表面上の粒子を排除し、効率よく電極上の濃縮部あるいは堆積部を排除することができる。【００４４】
以上第１〜第３実施形態で述べたように、本粒子回収方法は、直流、交流あるいはパルス電流での電場により粒子の電気泳動現象を誘起し、すなわち、液中で帯電している粒子をその反対電位の電極まで泳動させ、この現象により電極面あるいは電極上堆積粒子近傍へ付着させたあるいは電極表面近傍で濃縮した高粒子濃度の溶液を回収するものである。なお、その回収としては、上記した電極を引き上げての回収、スクレーパ等の粒子かき取り手段による回収の他、電極表面に高速流を生じさせて電極表面近傍の濃縮した粒子を流して回収するものであってもよい。これらのうち粒子を回収する構成を備えたものが粒子回収手段に相当する。【００４５】
また、電気泳動法を用いた本粒子回収方法にあっては、電位を印加した電極上で電気泳動現象で粒子が濃縮あるいは付着するため、めっきとは異なり通電しない。したがって、エネルギー消費は理論上ゼロである。従って、従来の加熱乾固あるいはその他の分離・濃縮方法に比較して環境低負荷で粒子回収が可能となる。工業プロセスの規模に対応して大型化した場合でもエネルギー消費量は大きくない特徴もある。【００４６】
次に、地球温暖化に与える影響を評価するため、ＣＯ2 排出量を試算する。ＣＭＰスラリーを年間１０００ｔ処理する場合を考える。初めに、常圧下における加熱処理を行う場合、１ｋｇの水溶液を２０℃から完全に蒸発させるまで２５９２ｋＪ必要である。この値は理論値であるため、装置の熱損失が５％あると仮定すると、実際には１ｋｇ当り２７２２ｋＪが必要である。したがって、エネルギー消費量ならびにＣＯ2 排出量は、それぞれ、
（蒸発ケース）
エネルギー：２７２２ｋＪ／ｋｇ×１０００ｔ／Ｙ×１０００ｋｇ／ｔ＝２．７２×１０９ｋＪ／Ｙ、
ＣＯ2 発生量：０．０００５５５ｔ−ＣＯ2 ／ｋＷｈ×２．７２×１０９ｋＪ／Ｙ÷３６００ｓ／ｈ＝４１９ｔ−ＣＯ2 ／Ｙである。【００４７】
ここに、ＣＯ2 換算係数には環境省ホームページに掲載されている電力用換算係数を使用した。【００４８】
一方、電気泳動ケースでは、アメリカ鉱山局のSpokane研究所で実施された「Ultra Fine Coal Wasteからの石炭微粒子の回収実験でのデータ」（Slurry flow technology, Encyclopedia of fluid mechanics, Vol.5, pp.1171-1190, edited by N.P. Cheremisinoff, Gulf, Houston, 1986）を参考に評価する。【００４９】
原理的に電気泳動は電気的なロスを生じないが、過電圧の供給による電気分解やジュール熱の発生が存在する。パイロットプラントでの運転実績によると、最終製品１ｋｇあたり０．０４１ｋＷｈが消費されたことが報告されている。【００５０】
第１実施形態の図３の実験結果より、溶液重量（０．３ｋｇ）と電極板に付着した粒子重量より、ＣＭＰスラリーの粒子濃度が７．２×１０−４  ｋｇ−ｐｒｏｄｕｃｔ／ｋｇ−ｆｅｅｄと評価できる。また、図９，１０，１１の装置には、回転電極の駆動用モーターが新たに設置される。この出力がＣＭＰスラリー１ｋｇあたり６Ｗであると仮定すると、年間エネルギー消費量とＣＯ2 排出量が求められる。
（電気泳動ケース）
エネルギー消費量：（０．０４１＋０．００６）ｋＷｈ／ｋｇ−ｐｒｏｄｕｃｔ×１０００ｔ−ｆｅｅｄ／Ｙ×１０００ｋｇ／ｔ×７．２×１０−４ｋｇ−ｐｒｏｄｕｃｔ／ｋｇ−ｆｅｅｄ＝３３．８ｋＷｈ／Ｙ、
ＣＯ2 排出量：３３．８ｋＷｈ／Ｙ×０．０００５５５ｔ−ＣＯ2 ／ｋＷｈ＝１．８８×１０−２ｔ−ＣＯ2 ／Ｙである。【００５１】
したがって、蒸発処理法と比較して、本粒子回収方法を用いる場合、ＣＯ2 排出量の削減率は、１−（１．８８×１０−２ｔ−ＣＯ2 ／Ｙ）／（４１９ｔ−ＣＯ2 ／Ｙ）＝９９．９９％であり、温暖化ガスの排出量を著しく削減できる。【００５２】
また、本粒子回収方法は連続処理が可能となる為、工業プロセスに組み込むことが容易になる。【００５３】
また、本粒子回収方法は、水系溶媒、非水系溶媒（例えばエタノール、アセチル−エタノール混合系）に関わらずスラリー中粒子の濃縮および回収を簡便且つ短時間ですることが可能であり、スラリー特にナノ粒子を含んだスラリーを用いる様々な産業分野での利用可能性が高い。【００５４】
上記第１〜第３実施形態に記載の粒子回収方法は、請求項１に記載のごとく、直流、交流あるいはパルス電流での粒子の電気泳動現象でスラリー中の粒子を電極の近傍に濃縮させ、その濃縮された粒子を回収することを特徴とする。これにより、粒子含有スラリーから粒子を回収することができる。【００５５】
上記第２、第３実施形態に記載の粒子回収方法は、請求項２に記載のごとく、濃縮された粒子をかき取って粒子を回収することを特徴とする。これにより、濃縮された粒子を良好に回収することができる。【００５６】
上記第３実施形態に記載の粒子回収方法は、請求項３に記載のごとく、電極を運動させ、固定された粒子かき取り手段で粒子をかき取ることを特徴とする。これにより、粒子の回収効率を高めることができる。【００５７】
上記第１〜第３実施形態に記載の粒子回収方法は、請求項４に記載のごとく、粒子のゼータ電位を、絶対値が２０ｍＶ以上の正又は負の電位とすることを特徴とする。これにより、粒子を良好に濃縮することができる。【００５８】
上記第１〜第３実施形態に記載の粒子回収方法は、請求項５に記載のごとく、粒子の電気泳動による接近と相互作用ポテンシャル（Ｖ）による反発とがバランスした状態にすることにより、電極の近傍で粒子を濃縮分散状態にすることを特徴とする。【００５９】
上記第１〜第３実施形態に記載の粒子回収方法は、請求項６に記載のごとく、粒子の電気泳動による運動エネルギーをポテンシャル障壁（Ｖmax ）よりも小さくすることによって、電極の近傍で粒子を濃縮分散状態にすることを特徴とする。【００６０】
上記第１〜第３実施形態に記載の粒子回収装置は、請求項７に記載のごとく、スラリーが供給される容器と、
この容器中に配置される電極と、
電極に電圧を印加してスラリー中の粒子に電気泳動現象を誘起させる電圧印加手段と、
電気泳動現象により電極の近傍に濃縮された粒子を回収する粒子回収手段と、を備えたことを特徴とする。これにより、粒子含有スラリーから粒子を回収することができる。【００６１】
上記第２、第３実施形態に記載の粒子回収方法は、請求項８に記載のごとく、粒子回収手段は、濃縮された粒子をかき取るかき取り手段を有することを特徴とする。これにより、濃縮された粒子を良好に回収することができる。【００６２】
上記第３実施形態に記載の粒子回収方法は、請求項９に記載のごとく、電極を回転させる駆動手段を有し、
かき取り手段は、固定された状態で回転する電極から粒子のかき取りを行うものであることを特徴とする。これにより、粒子の回収効率を高めることができる。【００６３】
上記第３実施形態に記載の粒子回収方法は、請求項１０に記載のごとく、電極は、断面円形の外周面を有し、
駆動手段は、電極をその中心軸周りに回転させるものであり、
かき取り手段は、電極の外周面から粒子のかき取りを行うものであることを特徴とする。これにより、粒子の回収効率をより高めることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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