(57)【要約】【課題】金属酸化物、金属水酸化物、金属塩またはこれらの混合物を用いてケミカルフィルター用吸着剤を製造することにより、金属化合物と有害ガスの強い化学結合力によって吸着されたガスの抜けなしに有害ガスの除去効率及びケミカルフィルターの寿命を増加させる、金属化合物を用いたケミカルフィルター及びその製造方法を提供する。【解決手段】金属酸化物、金属水酸化物、金属塩またはこれらの混合物を含む金属化合物１０〜９９重量％、及び有機結合剤、無機結合剤またはこれらの混合物１〜９０重量％を含むことを特徴とする、ケミカルフィルター用吸着剤を提供する。【選択図】図１
2006271966.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属酸化物、金属水酸化物、金属塩またはこれらの混合物を含む金属化合物１０〜９９重量％、及び有機結合剤、無機結合剤またはこれらの混合物１〜９０重量％を含むことを特徴とする、ケミカルフィルター用吸着剤。
【請求項２】
前記ケミカルフィルター用吸着剤は、ボール状、ペレット状またはタブレット状であることを特徴とする、請求項１に記載のケミカルフィルター用吸着剤。
【請求項３】
前記金属化合物は、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４、ＣｕＯ、ＭｎＯ２、ＳｒＯ、ＳｒＯ２、ＣａＯ、ゼオライトなどの金属酸化物、ＦｅＯ（ＯＨ）、Ｓｒ（ＯＨ）２、Ｃａ（ＯＨ）２などの金属水酸化物、及びＦｅＳＯ４、ＣｕＳＯ４、ＳｒＣＯ３、ＣａＣＯ３などの金属塩よりなる群から選択される少なくとも１種の物質であることを特徴とする、請求項１または２に記載のケミカルフィルター用吸着剤。
【請求項４】
前記金属化合物は、全体金属化合物の重量に対し１０〜９０重量％の活性炭をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のケミカルフィルター用吸着剤。
【請求項５】
前記金属化合物は、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４、ＣｕＯ、ＭｎＯ２、ＳｒＯ、ＳｒＯ２、ＣａＯ、ゼオライトなどの金属酸化物、ＦｅＯ（ＯＨ）、Ｓｒ（ＯＨ）２、Ｃａ（ＯＨ）２などの金属水酸化物、及びＦｅＳＯ４、ＣｕＳＯ４、ＳｒＣＯ３、ＣａＣＯ３などの金属塩よりなる群から選択された少なくとも２種の混合物、重量比５０：５０の鉄化合物及びストロンチウム化合物の混合物、重量比８０：２０の銅化合物及び鉄化合物の混合物、または重量比６０：４０のゼオライト及びマンガン酸化物の混合物であることを特徴とする、請求項１または２に記載のケミカルフィルター用吸着剤。
【請求項６】
前記有機結合剤は、メチルセルロロース、デキストリン、ポリビニルアルコール、黒鉛またはこれらの混合物であることを特徴とする、請求項１または２に記載のケミカルフィルター用吸着剤。
【請求項７】
前記無機結合剤は、アルミナゾル、コロイダルシリカ、エアロゾル、ベントナイトまたはこれらの混合物であることを特徴とする、請求項１または２に記載のケミカルフィルター用吸着剤。
【請求項８】
前記ケミカルフィルター用吸着剤は、半導体、精密電子部品、医薬品及び食品製造などの製造工程内に流入する気相の有害ガス、及び建築物、一般産業分野の空調器または室内空気清浄のための空気清浄機等に流入する気相の有害ガスを除去するために使用されることを特徴とする、請求項１または２に記載のケミカルフィルター用吸着剤。
【請求項９】
請求項１または２によるケミカルフィルター用吸着剤が含まれたケミカルフィルター。
【請求項１０】
前記ケミカルフィルターは、梯形ジグザグ状の構造を有し、その内部にケミカルフィルター用吸着剤が充填されている吸着層支持体と、前記吸着層支持体の上端と下端に締結され、前記吸着層支持体が梯形ジグザグ状の構造を持つようにする２つを１対とするガイドプレートと、前記ガイドプレートが一対ずつそれぞれ挿入されて定着される上部フレーム及び下部フレームと、前記上部フレーム及び前記下部フレームに連設される２つ以上の側面フレームとを含むことを特徴とする、請求項９に記載のケミカルフィルター。
【請求項１１】
前記吸着層支持体は、ケミカルフィルター用吸着剤が充填される場所を提供するように２つを１対とする第１メッシュ網と、前記それぞれの第１メッシュ網の外部に設けられ、ケミカルフィルター用吸着剤粉末が外部に離脱することを防止するための不織布と、前記不織布の外部に設けられ、不織布を支持する第２メッシュ網とからなることを特徴とする、請求項１０に記載のケミカルフィルター。
【請求項１２】
前記ケミカルフィルターの上部フレーム及び下部フレームと側面フレームとがＺ曲げによって締結されて仕上げられたことを特徴とする、請求項１０に記載のケミカルフィルター。
【請求項１３】
前記フレーム、前記第１メッシュ網、第２メッシュ網及びガイドプレートが非鉄金属からなることを特徴とする、請求項１０〜１２のいずれか１項に記載のケミカルフィルター。
【請求項１４】
吸着剤の全体重量に対し１０〜９９重量％の金属酸化物、金属水酸化物、金属塩またはこれらの混合物を含む金属化合物と、１〜９０重量％の有機結合剤、無機結合剤またはこれらの混合物を、吸着剤の全体重量に対し１〜２０重量％の超純水蒸留水に混合する混合段階と、
その後、前記混合物を約１００℃の温度に維持される乾燥炉によって１〜２時間乾燥させた後、常温で約４時間熟成させる熟成段階とを含むことを特徴とする、ケミカルフィルター用吸着剤の製造方法。
【請求項１５】
前記熟成段階の後工程として、熟成した混合物を成形する成形段階をさらに含むことを特徴とする、請求項１４に記載のケミカルフィルター用吸着剤の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気中の化学物質を濾過除去するためのケミカルフィルターに係り、より詳しくは、半導体、精密電子部品、医薬品および食品製造工場のクリーンルーム内に流入する気相物質、一般産業分野の空調器及び室内空気浄化器に流入する空気中の有害ガスを濾過除去するための金属化合物を含む吸着剤、これを用いたケミカルフィルター及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造工程や精密製品または電子製品製造工程などは、一般に、汚染物質が排除されたクリーンルーム内で行われるので、このようなクリーンルームの汚染度合いは、製造される製品の生産収率に直結される重要な要素として作用している。
【０００３】
しかも、最近の半導体装置は高集積化されており、このような半導体装置を製造するためのウェーハの口径も増加しているので、前記ウェーハの不良を防止しかつ生産収率を高めるためには、不良品原因物質、例えばＣｌ２、ＨＣｌ、ＮＯｘ、ＳＯｘ、Ｈ２Ｓなどの酸性ガス、気相で存在するＮＨ３、ＮＭＰ、トリメチルアミンなどの塩基性ガス及び揮発性有機金属化合物（ＶＯＣｓ）が微粒子状態で空気中に存在してクリーンルーム内に流入することを遮断しなければならない。
【０００４】
そこで、前述した問題点を克服するために、前記酸性ガス、塩基性ガス及び揮発性有機金属化合物などの汚染物質を除去するための様々な方法が用いられているが、代表的な方法として、汚染物質の濃度がｐｐｂまでの低濃度の場合、クリーンルーム内に設置されたケミカルフィルターを用いて汚染物質を除去する方法がある。
【０００５】
一方、有害ガスに含まれている酸性ガス及び塩基性ガスなどの汚染物質を除去するために主に使用している活性炭及び添着活性炭の場合、衝撃及び磨耗による粉塵が発生する２次汚染の問題があり、活性炭と対象ガスの化学的結合よりは物理的結合を主として吸着反応するところ、前記活性炭とガスとの結合力が弱いという欠点により、高濃度のガスが活性炭充填のケミカルフィルター内に流入すると、流入ガスと活性炭気孔内の濃度差により活性炭気孔内にガスが吸着されるが、低濃度または一般空気が流入すると、活性炭気孔内のガス濃度が流入空気のガス濃度より高くなるので、活性炭気孔内に吸着されたガスが抜け、却ってケミカルフィルターを通過した空気内に汚染物の濃度が増加するという問題点がある。
【０００６】
ここで、前記添着活性炭は、活性炭にＫＯＨ、ＫＭｎＯ４、Ｈ３ＰＯ４などの酸性及びアルカリ性化学物質を添着したもの、またはＦｅ（ＮＯ３）２、Ｃｕ（ＮＯ３）２、Ｍｎ（ＮＯ３）などの金属塩を添着した後、３００℃以上の温度で焼成して活性炭気孔内にＦｅ２Ｏ３、ＣｕＯ、ＭｎＯ２などの金属化合物が添着されるようにしたものを意味する。例えばＫＯＨ１０ｇを蒸留水に溶解させた後、この溶液を活性炭と接触させて活性炭気孔内に前記溶液を吸収させ、溶液が吸収された前記活性炭を乾燥させて蒸留水を蒸発させることにより、活性炭気孔内にＫＯＨのみが残るようにして添着活性炭を製造する。このように製造された添着活性炭を具体的にＫＯＨ１０％添着活性炭という。
【０００７】
このような添着活性炭は、酸・アルカリ物質または金属塩を活性炭に添着して有害ガスを物理・化学的結合によって除去するものであって、添着物質の量が一定の水準を超過すると、活性炭の比表面積減少により吸着性能が共に減少して、前記活性炭に添着することが可能な汚染物質の量に限界があり、添着物質が有害ガスの化学的結合を誘導するが、活性炭自体の物理的結合が化学的結合より優れるので、高濃度の有害ガス除去には効果を示すけれども、有害ガス濃度が低濃度の場合には十分な性能を発揮することができないという問題点がある。
【０００８】
特に、酸・アルカリを添着した添着活性炭の場合、酸−塩基中和反応によって有害ガスを除去するが、前記酸−塩基中和反応によってＨ＋及びＯＨ−のイオンが活性を持つために一定量の水分を含有していなければならない。ところが、乾燥した空気が添着活性炭に持続的に供給されると、前記活性炭内の水分が蒸発して添着活性炭の活性が急速に減少するという問題点があるうえ、添着された活性成分と汚染物質間の酸・アルカリ中和反応によって活性炭の気孔及び表面に塩が生成されるため、反応時間が増加するほどフィルターの性能が減少し圧力損失が増加するという問題点などがある。
【０００９】
このような添着活性炭によって発生する吸着性能の低下、磨耗による粉塵発生及び圧力損失などの問題点を克服するために、最近は小さい粒子状のイオン交換樹脂及び活性炭素繊維などを用いた新規のケミカルフィルターが提示されている。
【００１０】
このような一例として、特許文献１には、イオン交換樹脂を用いて屈曲型ケミカル構造で製作されたケミカルフィルターが開示されているが、前記イオン交換樹脂を用いたケミカルフィルターは、極性ガスとイオン交換することができるように化学処理した陽イオン交換樹脂または陰イオン交換樹脂を金属製網体に付着させて連続気孔によって十分なガス流れを確保することにより、圧力損失減少及び除去効率上昇の効果を期待することができる。
【００１１】
ところが、イオン交換樹脂を用いたケミカルフィルターは、優れた有害ガス除去効率を持つために、イオン交換樹脂自体の吸着性能が向上し且つイオン交換樹脂が金属製網体に均一に分布されなければならないが、前記イオン交換樹脂を充填する支持体の厚さが数ミリメートル（ｍｍ）以上に非常に薄いため、イオン交換樹脂を用いたケミカルフィルターを製造することが困難であるという問題点がある。
【００１２】
また、前述したイオン交換樹脂を用いたケミカルフィルターの別の問題点としては、イオン交換樹脂を支持体に付着させるために、ポリビニルアセテート（ＰＶＡ）、エチルビニルアセテート（ＥＶＡ）、ウレタン、ポリプロピレン、ポリエチレンなどの接着剤を使用するところ、前記接着剤がイオン交換樹脂にコートされることによりイオン交換樹脂と有害ガスとの接触を遮断し、前記イオン交換樹脂を支持体に接着させあるいはイオン交換樹脂の接着されたメッシュ網をフィルターケースに固定させるために使用する接着剤が有機金属化合物からなっているので、前記接着剤の使用に応じて接着剤から揮発性ガス成分が排出されるという問題点などがある。
【００１３】
また、前記イオン交換樹脂を用いたケミカルフィルターは、ボール(ball)状のイオン交換樹脂が金属製網体に均一に分布しなければ、イオン交換樹脂が相対的に少なく充填された側に流入空気が流れてイオン交換樹脂の吸着性能が急激に減少するという問題点が発生するおそれがあり、前記イオン交換樹脂を用いたフィルターの運搬及び設置の際に振動または物理的衝撃によって支持体から吸着剤が脱離して、有害ガスを吸着することが可能な吸着剤の量が減少し、これにより吸着剤脱離部分に流入ガスの流れが片寄ることになり、イオン交換樹脂を用いたケミカルフィルターの有害ガス除去効率が減少するという問題点などがある。
【００１４】
イオン交換樹脂の他に、有害ガス除去活性を持つ金属酸化物粉末を金属またはセラミック支持体に付着させて製造されたフィルター、一例として、特許文献２には金属酸化物を用いた階層化フィルターが開示されている。前記金属酸化物を用いたフィルターは、金属酸化物含有の懸濁液を支持体に湿式粉末噴射して懸濁液を付着させた後、溶剤を気化させ、後続の焼結工程によって金属酸化物を支持体に付着させたものであって、有害ガス除去活性に優れた金属酸化物を用いるので、除去効率の上昇を期待することができる。
【００１５】
しかしながら、前記金属酸化物を湿式粉末噴射方式で支持体に付着させて製造したフィルターは、比較的風量が少なく、フィルターに加えられる物理的な衝撃が小さい条件では効果的であるが、半導体及び精密電子の製造のためのクリーンルームに導入される大容量の風量、振動及び物理的衝撃がある条件では、時間経過に伴って金属酸化物粉末の脱離が発生するという問題点がある。また、支持体への付着の際、金属化合物の量が一定量を超過すると、金属酸化物の脱離が激しくなり、圧力損失が急激に増加するので、支持体に付着させることが可能な金属酸化物の量が極めて制限的であるから、金属酸化物粉末を直接成形する方式と比較すると、金属酸化物を支持体に付着させる方式は、有害ガスを吸着することが可能な金属酸化物の量が少ないためフィルターの寿命が短いという欠点がある。
【特許文献１】韓国特許出願第２００２−００７２６６６号明細書
【特許文献２】韓国特許出願第２００４−００７４４０号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
そこで、本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、金属化合物の金属成分と有害ガスとの化学結合力により、低濃度でも優れた有害ガス除去効率を示し、有害ガスの抜け問題を解決することができるように金属化合物、金属水酸化物、金属塩またはこれらの混合物、及び有機結合剤、無機結合剤またはこれらの混合物を含むケミカルフィルター用吸着剤を提供することにある。
【００１７】
また、本発明の他の目的は、前記ケミカルフィルター用吸着剤を添着し又は支持体に塗布する方式の他に、ボール、ペレット、タブレットなどの形状に成形してケミカルフィルターに充填することにより、有害ガス除去能力のある活性成分の量を極大化して除去効率及びフィルター寿命を向上させ、吸着剤を様々なサイズと形状に成形して圧力損失を減らすと同時に、物理的衝撃による吸着剤の磨耗及び粉塵発生問題を解決し、２次汚染のおそれのある接着剤を使用する代わりに吸着剤をフィルターの内部に充填することを含むケミカルフィルターを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、金属酸化物、金属水酸化物、金属塩またはこれらの混合物を含む金属化合物１０〜９９重量％、及び有機結合剤、無機結合剤またはこれらの混合物１〜９０重量％を含むことを特徴とする、ケミカルフィルター用吸着剤が提供される。
【００１９】
また、本発明の他の観点によれば、梯形ジグザグ状の構造を有し、その内部にケミカルフィルター用吸着剤が充填されている吸着層支持体と、前記吸着層支持体の上端と下端に締結され、前記吸着層支持体が梯形ジグザグ状の構造を持つようにする２つを１対とするガイドプレートと、前記ガイドプレートが一対ずつそれぞれ挿入されて定着される上部フレーム及び下部フレームと、前記上部フレームと前記下部フレームに連設される２つ以上の側面フレームとを含むケミカルフィルターを提供する。
【００２０】
本発明に係るケミカルフィルター用吸着剤は、半導体、精密電子部品、医薬品及び食品製造などの製造工程中に発生する気相の有害ガス、石油化学、製鉄、製鋼、発電所などの一般産業用工場などから発生する気相の有害ガス、及び各種建築物または産業分野の空調システム及び空気清浄機などに流入する気相の有害ガスを除去するために使用されるケミカルフィルターに適用されるためのものであって、このような目的を達成することが可能な吸着剤であればいずれでもよい。
【００２１】
一方、本発明に係るケミカルフィルター用吸着剤を構成する金属化合物は、金属酸化物、金属水酸化物、金属塩などを単独でまたは混合して構成することができるが、特定的に前記金属酸化物、金属水酸化物、金属塩を構成する物質を少なくとも２種以上混合してなる金属化合物を「複合金属化合物」と称する。この際、前記複合金属化合物は、金属化合物に含まれる。
【００２２】
本発明に係る金属化合物を構成する物質は、当業界で通常使用する金属化合物であればいずれでも構わないが、好ましくはＦｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４、ＣｕＯ、ＭｎＯ２、ＳｒＯ、ＳｒＯ２、ＣａＯ、ゼオライトなどの金属酸化物、ＦｅＯ（ＯＨ）、Ｓｒ（ＯＨ）２、Ｃａ（ＯＨ）２などの金属水酸化物、ＦｅＳＯ４、ＣｕＳＯ４、ＳｒＣＯ３、ＣａＣＯ３などの金属塩よりなる群から選択された物質を使用することがよく、その使用量はケミカルフィルター用吸着剤の全体重量当たり１０〜９９重量％であることが良い。
【００２３】
また、本発明に係る金属化合物は、必要に応じて活性炭を混合して使用することができる。このような場合、金属化合物及び有・無機結合剤と活性炭の混合比は、金属化合物及び有・無機結合剤と活性炭の混合物の全体重量当たり金属化合物及び有・無機結合剤１０〜９０重量％、活性炭１０〜９０重量％であることがよい。
【００２４】
特定の様態として、本発明に係る金属化合物は、前述したＦｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４、ＣｕＯ、ＭｎＯ２、ＳｒＯ、ＳｒＯ２、ＣａＯ、ゼオライトなどの金属酸化物、ＦｅＯ（ＯＨ）、Ｓｒ（ＯＨ）２、Ｃａ（ＯＨ）２などの金属水酸化物、ＦｅＳＯ４、ＣｕＳＯ４、ＳｒＣＯ３、ＣａＣＯ３などの金属塩といった金属化合物を少なくとも２種以上混合した混合物から構成されたものであって、特定的に５０：５０の重量比を持つ鉄化合物及びストロンチウムの混合物、８０：２０の重量比を持つ銅化合物及び鉄化合物の混合物、または６０：４０の重量比を持つゼオライト及びマンガン酸化物の混合物を使用することがよく、その使用量は、ケミカルフィルター用吸着剤の全体重量当たり１０〜９９重量％であることが良い。
【００２５】
この際、前記鉄化合物及びストロンチウムの混合物は、特定的に有害ガスに含まれているＣｌ２、ＨＣｌ、ＮＯｘ、ＳＯｘ、ＨＦ、Ｈ２Ｏなどの酸性ガスの除去に優れた効果を示し、銅化合物及び鉄化合物の混合物は、有害ガスに含まれているＮＨ３、ＮＭＰ、トリメチルアミンなどの塩基性ガスの除去にさらに優れた効果を示し、前記ゼオライト、好ましくは細孔サイズ１．３ｍｍの１３Ｘ型ゼオライト及びマンガン酸化物の混合物は、有害ガスに含まれているホルムアルデヒド、ベンゼン、キシレン、トルエン、酢酸、クロロホルム、Ｏ３ガスなどの揮発性有機化合物の除去にさらに優れた効果を示す。ところが、前記複合金属化合物の混合比は、処理しようとする対象ガスに対して活性を持つ金属化合物を混合したものであって、前述した混合比は、当業者が許容することが可能な範囲内で変更可能である。
【００２６】
本発明に係る結合剤は、金属化合物と混合されて金属化合物間の結合力を増加させるためのものであって、当業界で通常使用することが可能な結合剤であればいずれでも構わないが、好ましくはメチルセルロース(methyl cellulose)、デキストリン(dextrin)、ポリビニルアルコール(poly vinyl alcohol)、黒鉛(graphite)などの有機結合剤、及び／またはアルミナゾル(alumina sol)、コロイダルシリカ(colloidal silica)、エアロゾル(aerosol)、ベントナイト(bentonite)などの無機結合剤を使用することがよく、その使用量は、吸着剤の全体重量に対し１〜９０重量％とすることがよい。
【００２７】
次に、前述した構成を持つ本発明に係るケミカルフィルター用吸着剤の製造方法を説明する。
【００２８】
まず、吸着剤の全体重量に対しＦｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４、ＣｕＯ、ＭｎＯ２、ＳｒＯ、ＳｒＯ２、ＣａＯ、ゼオライトなどの金属酸化物、ＦｅＯ（ＯＨ）、Ｓｒ（ＯＨ）２、Ｃａ（ＯＨ）２などの金属水酸化物、ＦｅＳＯ４、ＣｕＳＯ４、ＳｒＣＯ３、ＣａＣＯ３などの金属塩よりなる群から選択された金属化合物単独または少なくとも２種の金属化合物１０〜９９重量％と、有機結合剤及び／または無機結合剤１〜９０重量％を吸着剤の全体重量に対し１〜２０重量％の超純水蒸留水を常温で混合した後、攪拌して混合物を製造する。
【００２９】
その後、前記混合物を約１００℃の温度に維持される乾燥炉で１〜２時間、好ましくは１時間３０分間乾燥させた後、常温で約４時間熟成させる。
【００３０】
その次、前記乾燥した混合物を使用用途及び方法に応じて所望の形状、例えば顆粒状(granular)、ボール(ball)状、ペレット(pellet)状またはタブレット(tablet)状などに成形して吸着剤を製造する。
【００３１】
ここで、製造されるケミカルフィルター用吸着剤は、顆粒状、ボール状、ペレット状またはタブレット状のいずれの形状であっても良いが、吸着剤表面の磨耗がなく、有害ガスとの有効接触面積を増加させて吸着性能を向上させることが可能なタブレット状であることが良く、好ましくは粒径３〜８ｍｍのタブレット状が良い。
【００３２】
また、前記乾燥した混合物の成形方法は、当業界で通常使用する成形方法であればいずれでもよいが、好ましくは押出成形することがよく、さらに好ましくは打錠機を用いて混合物を打錠することが良い。
【００３３】
一方、前述した過程によって製造される吸着剤は、吸着剤を支持体に塗布するために、２次汚染発生のおそれのある接着剤を使用せず、別途のケースに充填してケミカルフィルターを製造する。前記ケミカルフィルターは、巨視的な観点からケミカルフィルターの外観を構成するフレームと、前記フレームの内部に備えられ、吸着剤が充填される吸着層支持体、前記吸着層支持体の形状を決定するガイドプレートとから構成される。
【発明の効果】
【００３４】
本発明は、金属酸化物、金属水酸化物、金属塩またはこれらの混合物を用いてケミカルフィルター用吸着剤を製造することにより、金属化合物と有害ガスの強い化学結合力によって吸着されたガスの抜けなしに有害ガスの除去効率及びケミカルフィルターの寿命を増加させるという効果がある。
【００３５】
また、本発明に係るケミカルフィルター用吸着剤をボール状、ペレット状またはタブレット状に製造することにより、ケミカルフィルターに充填される有害ガス除去活性成分の量を極大化して除去効率を向上させ、線速度変化による圧力損失を減少させることができるうえ、従来の吸着剤磨耗により発生する粒子状物質を減少させることができるという効果がある。
【００３６】
また、本発明に係るケミカルフィルター用吸着剤を用いてケミカルフィルターを製造する場合、別途に接着剤を使用しないので、前記接着剤により発生する揮発性ガスによる２次汚染物質の発生を防止することができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下に添付図面を参照しながら、本発明のケミカルフィルターについて詳細に説明する。ところが、下記の説明は、本発明を具体的に説明するためのもので、本発明の範囲を限定するものではない。
【００３８】
図３は本発明に係るケミカルフィルターを示す斜視図、図４は本発明に係るケミカルフィルターを示す構成図、図５は本発明に係るケミカルフィルターの吸着層支持体を示す構成図、図６は本発明に係るケミカルフィルターを示す断面図、図７は本発明に係るケミカルフィルターのガイドプレートを示す斜視図である。
【００３９】
図３〜図７に示すように、本発明に係るケミカルフィルターは、巨視的な観点から四角形を有するケミカルフィルターの外観を構成するフレーム２と、前記フレーム２の内部に備えられ、吸着剤が充填される吸着層支持体６と、前記吸着層支持体６を梯形ジグザグ状に維持させるガイドプレート８とから構成されている。
【００４０】
ここで、前記ケミカルフィルターを構成するフレーム２、メッシュ網１２、１６及びガイドプレート８などの材質は、処理しようとする対象ガス中に含まれた酸性ガスなどに対する腐食防止のために非鉄金属製を使用することが良い。
【００４１】
一方、本発明に係るフレーム２は、ケミカルフィルターの外観を構成するものであって、ケミカルフィルターが四角形を持つように構成され、前記ケミカルフィルターの分解、組み立てが容易であるよう上・下部フレーム２’と側面フレーム２”から構成される。
【００４２】
この際、前記上・下部フレーム２’は、その内部にガイドプレート８が挿入されて定着できる空間が備えられている。
【００４３】
本発明に係る吸着層支持体６は、処理しようとする対象ガスが通過し、処理対象物質が吸着除去されるようにするものであって、前記吸着層支持体６の内部に、ケミカルフィルター用吸着剤が充填できる場所を提供するために、前記吸着剤より小さい直径を持つ第１メッシュ網１２を一定の間隔で離れるように一対設置して空間を確保し、確保された前記空間にケミカルフィルター用吸着剤を充填して吸着層４を形成させ、前記吸着剤が充填された吸着層４から発生する吸着剤粉末及び粉塵が外部に排出されないように前記一対の第１メッシュ網１２の外部表面にそれぞれ不織布１４を設置し、前記不織布１４が設置された外部表面に第２メッシュ網１６を連設して前記不織布１４を支持するように構成する。
【００４４】
ここで、前記第２メッシュ網１６のメッシュ直径は、第１メッシュ網１２のメッシュ直径より大きい方がよい。
【００４５】
一方、前述した構成を持つ吸着層支持体６は、前記吸着剤が充填された吸着層４を基準として両面に順次形成された第１メッシュ網１２、不織布１４及び第２メッシュ網１６が梯形ジグザグ状に形成されている。前記梯形ジグザグ状は、第１メッシュ網１２、不織布１４及び第２メッシュ網１６の上部及び下部に締結される梯形ジグザグ状のガイドライン１０を持つガイドプレート８によって形成される。
【００４６】
前記ガイドプレート８は、前述したように、吸着層支持体６の形態を形成及び維持するためのものであって、２つのガイドプレート８を一対として吸着層支持体６の上部及び下部の両面に設置される。前記吸着層支持体６と接触する一側は梯形ジグザグ状のガイドライン１０が備えられている。前記２つを一対とするガイドプレート８に形成されたそれぞれのガイドライン１０は、梯形の形状が互いに対応するように形成される。
【００４７】
ここで、前記ガイドライン１０を持つガイドプレート８は、フレーム２を構成する上部フレーム２’及び下部フレーム２’の内側に定着されて固定されるようにすることにより、前記吸着層支持体６がフレーム２に締結されて固定されるようにする。
【００４８】
一方、本発明に係るケミカルフィルターは、前記吸着層支持体６及びガイドプレート８を上部及び下部フレーム２’に連設した後、最終的に側面フレーム２”を上部及び下部フレーム２’にＺ曲げ(Z bending)形状の鉄板で連設して締結する。前記Ｚ曲げ形状は、フィルターフレームの物理的強度及び安定性を高めるためのもので、「Ｚ」状に屈曲された鉄板を意味する。
【００４９】
このように、本発明に係るＺ曲げによってフレーム２を固定させることは、平らな鉄板または「Ｌ」字状に屈曲された形で仕上げられたフレームより物理的衝撃に対する強度及び安定性に優れるため、前記ケミカルフィルターに流入する強いガス流れでもケミカルフィルターの骨格をそのまま維持することができるという利点がある。従来から使用されてきた接着剤、例えばウレタン、エポキシ化学薬品などの使用なしにフレーム２を固定することにより、接着剤によって発生する揮発性ガスなどの２次汚染源の生成を抑制することができるようにする。
【００５０】
一方、本発明に係るケミカルフィルターは、処理しようとする対象ガスの移動経路に単独で設置されて使用できるが、必要に応じて複数個をトレイ状に設置して使用することもできる。
【００５１】
以下、実施例によって本発明を具体的に説明する。ところが、下記の実施例は本発明を具体的に説明するためのものに過ぎず、これらの実施例によって本発明の範囲を限定するものではない。
【００５２】
<実施例１>
吸着剤の製造
鉄化合物（ＦｅＯ（ＯＨ）、Ｆｅ２Ｏ３）［ＫＯＣＡＴ製、韓国］１８０ｇ、ストロンチウム化合物（Ｓｒ（ＯＨ）２）［内外商事製、韓国］１００ｇ、カルシウム化合物（Ｃａ（ＯＨ）２）８０ｇ、銅化合物（ＣｕＳＯ４）［常緑化学製、韓国］１８０ｇ、マンガン酸化物（ＭｎＯ２）［内外商事製、韓国］１８０ｇ及びゼオライト［内外商事製、韓国］１８０ｇを含む有害ガス活性物質と、メチルセルロース［三星精密化学製、韓国］４０ｇ、アルミナゾル［内外商事製、韓国］５０ｇ及び黒鉛［内外商事製、韓国］１０ｇを含む有・無機結合剤を常温で攪拌器によって超純水蒸留水４０ｇと混合した。
【００５３】
その後、前記混合物を乾燥炉(Drying Oven)［大洲科学製、韓国］によって約１００℃の温度で約１時間３０分間乾燥させた後、約４時間自然熟成させた。
【００５４】
次いで、前記自然熟成が終了した後、タブレット状の吸着剤の成形性を向上させるために、初期粒子サイズより一層大きい１６〜２０メッシュの粒子状に顆粒化作業を行った。
【００５５】
その後、前記顆粒化した吸着剤を３５〜４６ｐｉｎ構造の打錠機［世宗ファマテック製、韓国］を用いて粒径３〜８ｍｍのタブレット状の吸着剤に成形した後、乾燥炉によって１２０の温度条件で約３時間程度乾燥させて最終的なケミカルフィルター用吸着剤を製造した。
【００５６】
図２には製造されたケミカルフィルター用吸着剤を示した。
【００５７】
<実施例２>
有害ガス活性物質及び有・無機結合剤の代わりに鉄化合物（ＦｅＯ（ＯＨ）、Ｆｅ２Ｏ３）［ＫＯＣＡＴ製、韓国］、ストロンチウム化合物（Ｓｒ（ＯＨ）２）［内外商事製、韓国］、メチルセルロース［三星精密化学製、韓国］を重量比４５：４５：１０の割合で混合した混合物を使用した以外は、実施例１と同様にして行う。
【００５８】
<実施例３>
有害ガス活性物質及び有・無機結合剤の代わりに銅化合物（ＣｕＳＯ４）［常緑化学製、韓国］、鉄化合物（ＦｅＯ（ＯＨ）、ＦｅＳＯ４）［ＫＯＣＡＴ製、韓国］、メチルセルロース［三星精密化学製、韓国］を重量比７０：２０：１０の割合で混合した混合物を使用した以外は、実施例１と同様にして行う。
【００５９】
<実施例４>
有害ガス活性物質及び有・無機結合剤の代わりにゼオライト［内外商事製、韓国］、マンガン酸化物［内外商事製、韓国］、エアロゾル［内外商事製、韓国］、黒鉛［内外商事製、韓国］を重量比６０：３０：８：２の割合で混合した混合物を使用した以外は、実施例１と同様にして行う。
【００６０】
<実施例５>
ケミカルフィルターの製造
０．８５ｍｍ（２０メッシュ）の直径を有する３６４０×５６０×０．２ｍｍサイズのメッシュ網［デボ製、韓国］１対と、メッシュ網と同サイズの不織布［デボ製、韓国］とをメッシュ網の両面に連設した後、これを梯形ジグザグ状の１対のガイドプレートの間に連設した。
【００６１】
その後、前記０．８５ｍｍ（２０メッシュ）の直径を有する３６４０×５６０×０．２ｍｍサイズのメッシュ網［デボ製、韓国］の内部に、実施例１によって製造されたケミカルフィルター用吸着剤を３．２Ｌ充填させ、吸着層支持体を構成した。
その次、前記吸着層支持体の上部と下部に備えられたガイドプレートをそれぞれ１１６４×１８ｍｍサイズの上部及び下部フレーム［ウギョン産業製、韓国］の内部に定着させて固定させた。
【００６２】
次いで、前記上部フレームと下部フレームをそれぞれ左フレームと右フレームにＺ曲げして固定させ、１２００×６００×８０ｍｍサイズのケミカルフィルターを製造した。
【００６３】
ここで、前記ケミカルフィルターを構成するフレーム、メッシュ網、ガイドプレートの材質は非鉄金属製のアルミニウムを使用した。
【００６４】
<比較実施例１>
造粒活性炭に化学物質を添着した添着活性炭の製造
まず、直径４ｍｍ、長さ１〜２ｍｍ、ペレット状の造粒活性炭［三千里活性炭製、韓国］１ｋｇの５ｗｔ％に相当する５０ｇの水酸化カルシウム（ＫＯＨ）［ＤＵＫＳＡＮ薬品製、内外商事製］を蒸留水５００ｍＬに溶解させて添着溶液を製造した。
【００６５】
その後、製造された前記添着溶液５００ｍＬをビュレットを用いて造粒活性炭１ｋｇに滴下し、沈澱溶液が活性炭の内部に吸収されるようにした。この際、前記沈澱溶液の滴下の際、添着溶液が活性炭内に均一に吸収されるように活性炭を攪拌した。
その次、添着溶液を吸収した活性炭に存在する添着溶液が活性炭の表面及び活性炭の気孔内部に均一に吸収されるように、約３時間程度放置した後、約１５０℃の温度で乾燥させて活性炭内の水分を除去した。
【００６６】
<比較実施例２>
比較実施例１の水酸化カルシウム（ＫＯＨ）５０ｇの代わりにリン酸（Ｈ３ＰＯ４）［ＤＵＫＳＡＮ薬品、韓国］５０ｇを使用した以外は、比較実施例１と同様にして行った。
【００６７】
<比較実施例３>
比較実施例１の水酸化カルシウム（ＫＯＨ）５０ｇの代わりに過マンガン酸カリウム（ＫＭｎＯ４）［ＤＵＫＳＡＮ薬品、韓国］５０ｇを使用した以外は、比較実施例１と同様にして行った。
【００６８】
実験
吸着剤の圧縮強度
本発明に係る実施例１及び比較実施例１によって製造した吸着剤の強度を測定するために、圧縮強度測定器［Ｍｏｄeｌ １３０８、ＡＩＫＯＨ製、日本］を用いて圧縮強度を測定した。
【００６９】
その結果を表１に示した。
【００７０】
【表１】
2006271966.tif 000003
表１に示すように、比較実施例１の押出成形によるペレット状の吸着剤より実施例１の打錠によるタブレット状の吸着剤の強度が優れるので、振動及び物理的衝撃による吸着剤の磨耗及び粉塵発生の問題を解決することができた。
【００７１】
酸性ガスの吸着性能
実施例２によって製造された吸着剤、及び比較実施例１によって製造された吸着剤を１０〜１４メッシュのサイズに破砕し、互いに対向する他側に流入口と流出口を有する直径３６ｍｍ、高さ２００ｍｍのガラス反応器内に１００ｃｍ３程度それぞれ充填した。
【００７２】
その後、流入ガスとして濃度１ｖｏｌ％の塩素（Ｃｌ２）、塩化水素（ＨＣｌ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）、硫酸化物（ＳＯｘ）、硫化水素（Ｈ２Ｓ）及び０．０１ｖｏｌ％（１００ｐｐｍ）のフッ化水素（ＨＦ）を前記それぞれの吸着反応器内に流入させた。
【００７３】
ここで、流入ガスの温度は２０〜２５℃、線速度は９８ｃｍ／ｍｉｎ、空間速度は６００ｈｒ−１であった。
【００７４】
次いで、吸着反応器の流出口から流出する酸性ガスの濃度を検知管［Ｇａｓｔｅｃｈ製、日本］で測定した。この際、漏れる酸性ガスの濃度が１０ｐｐｍの時点を破過時点にした。
【００７５】
その結果を表２に示した。
【００７６】
【表２】
2006271966.tif 000004
表２に示すように、比較実施例２の塩基性物質を添着した活性炭より実施例２の金属化合物を組成として有する吸着剤の酸性ガス吸着容量が優れるので、金属酸化物で製造した吸着剤を充填したケミカルフィルターの寿命がさらに長いことが分かる。
【００７７】
塩基性ガス吸着性能
実施例３によって製造された吸着剤および比較実施例２によって製造された吸着剤を１０〜１４メッシュのサイズに破砕して吸着反応器に１００ｃｍ３程度それぞれ充填した。
【００７８】
その後、０．３〜１．２ｍｍのボール状の−ＳＯ３−(sulfonate)を交換基とする強酸性陽イオン交換樹脂［三養社製、韓国]を別の吸着反応器に１００ｃｍ３程度充填した。
【００７９】
次いで、流入ガスとして濃度０．５ｖｏｌ％のアンモニア（ＮＨ３）、ＮＭＰ(N-methyl-2-pyrolidone)、トリメチルアミン（ＴＭＡ）を前記それぞれの吸着反応器内に流入させた。ここで、流入ガスの温度は２０〜２５℃、線速度は９８ｃｍ／ｍｉｎ、空間速度は６００ｈｒ−１であった。
【００８０】
その次、吸着反応器の流出口から流出する塩基性ガスの濃度を検知管［Ｇａｓｔｅｃｈ製、日本］で測定した。この際、漏れる塩基性ガスの濃度が２０ｐｐｍの時点を破過時点にした。
【００８１】
その結果を表３に示した。
【００８２】
【表３】
2006271966.tif 000005
表３に示すように、強酸性イオン交換樹脂及び酸性物質を添着した活性炭（比較実施例３及びイオン交換樹脂）より実施例３の金属化合物を組成として有する吸着剤の塩基性ガス吸着容量が優れるので、金属酸化物で製造した吸着剤を充填したケミカルフィルターの寿命がさらに長いことが分かる。
【００８３】
揮発性有機金属化合物及びオゾンの吸着性能
実施例４によって製造された吸着剤及び比較実施例３によって製造された吸着剤を１０〜１４メッシュのサイズに破砕し、吸着反応器に１００ｃｍ３程度それぞれ充填した。
【００８４】
その後、流入ガスとして濃度０．１ｖｏｌ％のホルムアルデヒド（ＨＣＨＯ）、アセトアルデヒド（ＣＨ３ＣＨＯ）、ベンゼン(benzene)、トルエン(toluene)、キシレン(xylene)、酢酸（ＣＨ３ＣＯＯＨ）、クロロホルム（ＣＨ３Ｃｌ）などの揮発性有機金属化合物（ＶＯＣ）と０．０４ｖｏｌ％（４００ｐｐｍ）のオゾン（Ｏ３）を前記それぞれの吸着反応器内に流入させた。
【００８５】
ここで、流入ガスの温度は２０〜２５℃、線速度は９８ｃｍ／ｍｉｎ、空間速度は６００ｈｒ−１であった。
【００８６】
その後、吸着反応器の流出口から流出する揮発性有機金属化合物及びオゾンガスの濃度を検知管［Ｇａｓｔｅｃｈ製、日本］で測定した。この際、漏れる揮発性有機金属化合物の濃度が５０ｐｐｍでありオゾンガスの濃度が３ｐｐｍである時点を、破過時点にした。
【００８７】
その結果を表４に示した。
【００８８】
【表４】
2006271966.tif 000006
表４に示すように、酸化力の強いＫＭｎＯ４を添着した活性炭と金属化合物を組成として有する吸着剤のＶＯＣｓおよびオゾン吸着容量は、次の通りである。ベンゼン、トルエン、キシレンなどの粒径の大きい分子は、比較実施例３による活性炭の吸着性能が優れるが、アルデヒド、酢酸及びオゾンなどの場合は、実施例４による金属化合物の吸着性能が優れる。特に、ＶＯＣｓ及びオゾンの場合、酸性、塩基性ガスとは異なり、添着活性炭の吸着性能は無添着活性炭（化学物質を添着させていない一般活性炭）の吸着性能より減少するので、金属化合物が添着活性炭よりＶＯＣｓ及びオゾンの除去においてはさらに効果的であることが分かる。
【００８９】
しかも、前記ベンゼン、トルエン、キシレンなどの一部の揮発性有機金属化合物に対し、比較実施例３が実施例４の性能より良いことが分かるが、前記実施例４の金属化合物の吸着性能が比較実施例３の活性炭と比較して大幅低いのではないため、前述した特定の揮発性有機金属化合物を処理するには、本願発明に係るケミカル用吸着剤に活性炭を混合することを考慮することができる。
【００９０】
ケミカルフィルターの硫黄酸化物除去効率
実施例５によって製造されたケミカルフィルターに、実施例２及び比較実施例１によって製造された吸着剤をそれぞれ設置した後、前記それぞれのケミカルフィルターに硫黄酸化物を流入させてケミカルフィルターの硫黄酸化物（ＳＯ２）除去効率を確認した。
【００９１】
ここで、ケミカルフィルターの厚さは４０ｍｍとし、硫黄酸化物（ＳＯ２）［ソンカン特殊ガス製、韓国］の濃度は２０ｐｐｍであり、硫黄酸化物を含んだ流入ガスの温度は２０〜２５℃、相対湿度は４０〜５０％、線速度は０．２ｍ／ｓであった。
【００９２】
一方、ケミカルフィルターを通過したガスの濃度はＦＴ−ＩＲ［ＭＩＤＡＣ製、イタリア］を用いて測定した。
【００９３】
その結果を図８に示した。
【００９４】
ケミカルフィルターのアンモニア除去効率
前記ケミカルフィルターの硫黄酸化物除去効率実験と同様の方法で行うが、実施例２及び比較実施例１の吸着剤の代わりに実施例３及び比較実施例２の吸着剤を使用し、硫黄酸化物を含んだ流入ガスの代わりにアンモニア［ソンカン特殊ガス製、韓国］を流入させてケミカルフィルターのアンモニア（ＮＨ３）除去効率を測定した。ここで、アンモニアの濃度は２０ｐｐｍとした。
【００９５】
その結果を図９に示した。
【００９６】
ケミカルフィルターのホルムアルデヒド除去効率
前記ケミカルフィルターの硫黄酸化物除去効率実験と同様の方法で行うが、実施例２及び比較実施例１の吸着剤の代わりに実施例４及び比較実施例３の吸着剤を使用し、硫黄酸化物を含んだ流入ガスの代わりにアンモニア［ＤＵＫＳＡＮ薬品製、韓国］を流入させてケミカルフィルターのホルムアルデヒド除去効率を測定した。ここで、ホルムアルデヒドの濃度は２０ｐｐｍとした。
【００９７】
その結果を図１０に示した。
【００９８】
ケミカルフィルターのオゾン除去効率
前記ケミカルフィルターの硫黄酸化物除去効率実験と同様の方法で行うが、実施例２及び比較実施例１の吸着剤の代わりに実施例４及び比較実施例３の吸着剤を使用し、硫黄酸化物を含んだ流入ガスの代わりにオゾン［ソンカン特殊ガス製、韓国］を流入させてケミカルフィルターのオゾン除去効率を測定した。ここで、オゾンの濃度は２０ｐｐｍとした。
【００９９】
その結果を図１１に示した。
【０１００】
ケミカルフィルターの圧力損失の測定
実施例５と同様の方法で製造するが、圧力損失実験装置に装着することができるよう、６００×４４０×４０ｍｍのサイズに製造されたケミカルフィルターに、実施例１及び比較実施例１によって製造された吸着剤をそれぞれ設置した後、前記ケミカルフィルターに空気を流入させて流入空気の線速度変化によるケミカルフィルターの圧力損失（差圧）を確認した。吸着剤を設置したケミカルフィルターを横６１０ｍｍ、縦４５０ｍｍ、長さ１０００ｍｍのアクリル四角柱状に製造した圧力損失実験装置に取り付けた後、実験装置の流入口に空気を注入してケミカルフィルター前後端の差圧を測定した。流入空気の線速度は０．２〜１．０ｍ／ｓとし、圧力損失測定は差圧変換器［Differential pressure transmitter、ウルパ技術製、韓国］を用いた。
【０１０１】
その結果を図１２に示した。
【０１０２】
以上説明したように、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者であれば、本発明がその技術的思想または必須的特徴を変更することなく、様々な具体的な形態で実施できることを理解することができるであろう。したがって、以上述べた実施例は、全ての面で例示的なもので、限定するためのものではないことを理解すべきである。本発明の範囲は、詳細な説明よりは特許請求の範囲の意味、範囲及びその等価概念から導出される各種の変更例または変形例が本発明の範囲に含まれるものと解釈されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】本発明に係るケミカルフィルター用吸着剤の製造方法を示す図である。
【図２】本発明に係る実施例１によって製造されたタブレット状のケミカルフィルター用吸着剤を示す図である。
【図３】本発明に係るケミカルフィルターを示す斜視図である。
【図４】本発明に係るケミカルフィルターを示す構成図である。
【図５】本発明に係るケミカルフィルターの吸着層支持体を示す構成図である。
【図６】本発明に係るケミカルフィルターを示す断面図である。
【図７】本発明に係るケミカルフィルターのガイドプレートを示す斜視図である。
【図８】本発明に係るケミカルフィルターを用いた硫酸化物の除去効率を示す図である。
【図９】本発明に係るケミカルフィルターを用いたアンモニア除去効率を示す図である。
【図１０】本発明に係るケミカルフィルターを用いたホルムアルデヒド除去効率を示す図である。
【図１１】本発明に係るケミカルフィルターを用いたオゾン除去効率を示す図である。
【図１２】本発明に係るタブレット状の吸着剤が充填された二重型梯形ケミカルフィルターの差圧実験結果を示す図である。
【符号の説明】
【０１０４】
２    フレーム
２’  上部フレーム、下部フレーム
２”  側面フレーム
４    吸着層
６    吸着層支持体
８    ガイドプレート
１０  ガイドライン
１２  第１メッシュ網
１４  不織布
１６  第２メッシュ網
【図１】
2006271966.tif 000007
【図２】
2006271966.tif 000008
【図３】
2006271966.tif 000009
【図４】
2006271966.tif 000010
【図５】
2006271966.tif 000011
【図６】
2006271966.tif 000012
【図７】
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【図８】
2006271966.tif 000014
【図９】
2006271966.tif 000015
【図１０】
2006271966.tif 000016
【図１１】
2006271966.tif 000017
【図１２】
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