(57)【要約】【課題】  プラズマリアクタから放電の結果副生するオゾンと窒素酸化物のうち、オゾンを利用して処理対象物質を相乗的に処理するとともに、オゾンおよび窒素酸化物を大気環境基準値以下まで低減し、かつ、放電生成物を除去する層の厚みを薄くできることのできることを特徴とする放電生成物除去層を備えたプラズマガス処理用カートリッジおよび装置を提供する。【解決手段】  プラズマリアクタの下流に、第１層として、大気圧プラズマの発生に伴って生じる放電生成物であるオゾンと窒素酸化物のうち窒素酸化物は除去可能かつオゾンは通過可能なフィルター、第２層としてオゾン分解触媒、第３層としてオゾンと窒素酸化物をともに除去可能なフィルターとを順に設置することを特徴とする。【選択図】  図１
2006136822.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ発生部に処理対象物質を流通させることで前記処理対象物質を処理するプラズマガス分解装置において、ガスの流れに対してプラズマリアクタの下流に、大気圧プラズマの発生に伴って生じる放電生成物であるオゾンと窒素酸化物のうち窒素酸化物は除去可能かつオゾンは通過可能な第１のフィルター、オゾン分解触媒、オゾンと窒素酸化物をともに除去可能な第２のフィルターをこの順に有することを特徴とするプラズマガス処理用装置。
【請求項２】
前記第１のフィルター、前記オゾン触媒、及び前記第２のフィルターは着脱可能なカートリッジを構成し、前記カートリッジを収容する収容空間を有することを特徴とする請求項１に記載のプラズマガス処理用装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ放電により処理対象物質を分解処理する過程において生じる放電生成物を除去する方法に関するものである。ここで放電生成物とは、処理対象物質を処理するためにプラズマを発生させた結果副生する、オゾンと窒素酸化物のことである。
【背景技術】
【０００２】
近年、揮発性有機化合物などを含有するガスによる大気汚染や人体への影響が注目されている。それら揮発性化合物を含有するガスを処理する技術が数多く提案される中、プラズマ放電、特に非平衡プラズマ放電による揮発性化合物等のガスを処理する技術に注目が集まり、研究が進められ、当該技術に基づいた方法および装置が提案されている。
【０００３】
プラズマ放電を利用して処理対象物質の処理を行う場合、原理的に放電副生成物としてオゾンおよび窒素酸化物が生成することはよく知られている。そのため、系外へ放電生成物を放出しないために、プラズマリアクタの下流側で放電生成物を大気環境基準値以下まで除去する必要がある。
【０００４】
オゾンを除去する代表的な方法としては、活性炭等の吸着材に吸着させて処理する方法と、金属酸化物からなるオゾン分解触媒を利用して分解除去する手法がある。必然的にオゾンを副生するプラズマガス処理用装置においては、オゾン分解触媒によるオゾンの分解が起こることに伴い処理対象物質の分解が起こることから、効果的に処理対象物質を処理可能できるため、オゾン分解触媒を用いる方が有効である。しかし、オゾン分解触媒は窒素酸化物により活性点が被毒され、オゾン分解能が劣化してしまう。
【０００５】
また、オゾンおよび窒素酸化物をすべて吸着処理により除去しようとすると、発生するオゾンの量が大量であるために、短時間で吸着材が吸着飽和に達してしまい、その機能を失う。
【０００６】
これまで、オゾンおよび窒素酸化物の混合物を効率よく除去する方法としては特許文献１に記載されているような、オゾン分解触媒の上流および下流側に窒素酸化物を除去する層を挟み込むという方法や、特許文献２に記載されているような、オゾン分解触媒の上流にＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３比が４００以上の珪素吸着材を設置するという方法があった。
【特許文献１】特開平３−２７７３６７号公報
【特許文献２】特開平９−２９９７４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１に記載される技術では、オゾン分解触媒の前後に設置された窒素酸化物除去層でもオゾンが除去できる構造であるため、上記オゾン分解触媒の上流側の窒素酸化物除去層が速やかに劣化してしまうことと、オゾン分解触媒の上流でオゾンを除去してしまうために、オゾン分解触媒上でのオゾンの分解に伴う処理対象物質の分解を阻害するため、効率的な処理対象物質の処理ができないという欠点がある。特許文献２に記載される技術では、上流側の窒素酸化物除去層の厚みを大きくしなければ、ワンパスでは窒素酸化物を大気環境基準（０．０４−０．０６ｐｐｍ）以下まで低減させることができず、オゾン分解触媒とその上流に窒素酸化物を除去するフィルターを設置するだけの構造では、大気環境基準値程度まで放電生成物を低減することは実質上ほぼ不可能であるという欠点があった。
【０００８】
そこで、本出願に係る発明の目的は上記課題を解決し、プラズマリアクタから放電の結果副生するオゾンと窒素酸化物のうち、オゾンを利用して処理対象物質を相乗的に処理するとともに、オゾンおよび窒素酸化物を大気環境基準値以下まで低減し、かつ、放電生成物を除去する層の厚みを薄くできることのできることを特徴とする放電生成物除去層を備えたプラズマガス処理用カートリッジおよび装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
よって本発明は、プラズマ発生部に処理対象物質を流通させることで前記処理対象物質を分解するプラズマガス処理装置において、ガスの流れに対してプラズマリアクタの下流に、第１層として、大気圧プラズマの発生に伴って生じる放電生成物であるオゾンと窒素酸化物のうち窒素酸化物は除去可能かつオゾンは通過可能なフィルター、第２層としてオゾン分解触媒、第３層としてオゾンと窒素酸化物をともに除去可能なフィルター、を順に設置することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
上記のように構成された本発明のプラズマガス処理用カートリッジおよび装置によれば、プラズマリアクタから放電の結果副生するオゾンと窒素酸化物のうち、オゾンを利用して処理対象物質を相乗的に処理するとともに、オゾンおよび窒素酸化物を大気環境基準値以下まで低減し、かつ、放電生成物を除去する層の厚みを薄くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本実施形態を図面に基づいて説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００１２】
（第１の実施の形態）
本実施の形態に係る、処理対象物質を含有するガスをプラズマリアクタで処理するプラズマガス処理用カートリッジおよび装置は、プラズマリアクタの後段に、ガスの流れに対して上流から、放電生成物のうち、窒素酸化物を除去し、かつ、オゾンは通過することのできる層と、オゾン分解触媒からなる層と、オゾンおよび窒素酸化物を除去することのできる層とを設置したことを特徴とするプラズマ脱臭装置である。
【００１３】
プラズマリアクタの後段に、ガスの流れに対して上流から、放電生成物のうち、窒素酸化物を除去し、かつ、オゾンは通過することのできる層と、オゾン分解触媒からなる層と、オゾンおよび窒素酸化物を除去することのできる層とを設置することにより、プラズマリアクタで生成したオゾンおよび窒素酸化物からなる放電生成物を環境基準値（二酸化窒素：０．０４−０．０６ｐｐｍ、オゾン（光化学オキシダント）：０．０６ｐｐｍ）以下まで除去し、かつ、放電生成物を除去する層の厚みを薄くすることが可能となるとともに、処理対象物質の処理に際し、プラズマリアクタ部による処理と、オゾン分解触媒フィルターにおけるオゾンの分解に伴う処理との相乗効果が得られる。
【００１４】
以下に本実施形態に係る処理対象物質を含有するガスを処理するプラズマ脱臭装置について図を用いて説明する。
【００１５】
図１に、本実施形態に係るプラズマ脱臭装置の断面図を示す。
【００１６】
図１に示す本説明のプラズマ脱臭装置１１において、ガスの流れに対してプラズマリアクタ１２の下流側に、窒素酸化物除去フィルター１３とオゾン分解触媒フィルター１４と、オゾンおよび窒素酸化物除去フィルター１５が前記記載の順に設置されている。
【００１７】
図１に示すプラズマ脱臭装置におけるプラズマ放電に伴う放電生成物の無害化処理は、次のように行われる。処理対象物質を分解除去するためにプラズマリアクタ１２でプラズマ放電を発生させると、処理対象物質が分解されるとともに、オゾンやＮＯ２、ＨＮＯ２、Ｎ２Ｏ５などの窒素酸化物が副生する。副生したオゾンおよび窒素酸化物のうち、５０％以上の窒素酸化物が上記窒素酸化物フィルター１３で吸着除去される一方で、オゾンはまったく除去されない。窒素酸化物除去フィルター１３を通過したガスは、オゾン分解触媒フィルター１４を通過することでオゾンが０．０６ｐｐｍ以下まで分解除去される。オゾン分解触媒１４でオゾンを分解除去する過程にともない、処理対象物質の分解も同時に起こる。オゾン分解触媒フィルター１４を通過したガスは、オゾンおよび窒素酸化物除去フィルター１５を通過することでオゾンは０．０１ｐｐｍ未満に、窒素酸化物のうち、少なくともＮＯ２は０．０４−０．０６ｐｐｍ以下まで低減される。
【００１８】
図１に示す窒素酸化物除去フィルター１３としては、オゾンと窒素酸化物のうち、窒素酸化物のみを吸着除去できる、例えば疎水性ゼオライトのような材料が用いられる。オゾン分解触媒フィルター１４には、例えばＡｇ、Ｍｎ、Ｎｉなどの金属酸化物を主成分とするオゾン分解触媒が用いられる。オゾンおよび窒素酸化物除去フィルター１５には、活性炭やアルカリを添着した活性炭等、オゾンおよび窒素酸化物を除去可能なものであれば何を用いてもかまわないが、特に、オゾンと窒素酸化物を選択的に除去できるアルカリを添着した活性炭を用いるのが好ましい。
【００１９】
本発明の効果を以下に示す実施例により具体的に説明するが、本発明は該実施例により限定されるものではない。
【００２０】
（実施例１：プラズマリアクタの後段に放電生成物のうち窒素酸化物のみを除去可能なフィルター、オゾン分解触媒、オゾンおよび窒素酸化物を除去可能なフィルターを設置）
図１に示すプラズマガス処理装置を用い、プラズマ放電に伴い副生するオゾンおよび窒素酸化物の除去効果を求めた。プラズマリアクタ１２には、図２に示す構造のプラズマリアクタを用いた。すなわち、高電圧印加電極２１、接地電極２２はφ１ｍｍの金属ロッド棒で、高電圧印加電極には内径１ｍｍ、外径３ｍｍの筒状アルミナからなるバリヤ材を使用した。１対の電極間に設置した誘電体物質は、図３に示す３次元網目構造を有するセラミック２３を用いた。上記３次元網目構造を有するセラミックの母材３１は１２１ｃｍ３、厚さ１０ｍｍのアルミナであり、表面に強誘電体物質３２としてチタン酸バリウム１２．１ｇをセラミック全面に被覆し、さらに強誘電体物質の表面に吸着材３３として疎水性ゼオライトを２４．２ｇ被覆した。
【００２１】
上記プラズマリアクタの下流に、３２０ｃｍ３、厚さ５０ｍｍでセル数が２００ｃｅｌｌｓ／ｉｎｃｈ２の、疎水性ゼオライトを原料とするハニカム、３８４ｃｍ３、厚さ６０ｍｍでセル数が８４０ｃｅｌｌｓ／ｉｎｃｈ２の、酸化マンガンを主成分とするオゾン分解触媒、１９２ｃｍ３、厚さ３０ｍｍでセル数が３００ｃｅｌｌｓ／ｉｎｃｈ２の、アルカリを添着した活性炭をこの順に設置した。
【００２２】
上記構成からなるプラズマガス処理装置に、０．５９ｍ３／ｍｉｎで大気を流通した。次いで高電圧印加電極２１と接地電極２２との間に電源２４より電圧を印加してプラズマ放電を生起させた。このときの電力は５８Ｗとした。プラズマリアクタの下流にオゾンや窒素酸化物を処理する層を何も設置しない場合、オゾンの生成量は１２−１４ｐｐｍ、ＮＯ２の生成量は１．１−１．３ｐｐｍであった。ＮＯの生成は０．０１ｐｐｍ以下であった。
【００２３】
次に、プラズマリアクタの下流に前記放電生成物除去フィルター層を設置し、プラズマガス処理用装置から排出されたガスをオゾン測定器（１ｐｐｍ以上の測定には荏原実業  ＭＯＤＥＬ６２０、１ｐｐｍ未満の測定には荏原実業  ＡＥＴ−０３０Ｐを使用）および窒素酸化物測定器（ＥＣＯ  ＰＨＹＳＩＣＳ  ＣＬＤ７００ＡＬ）１６で測定した結果を図４に示す。３００ｍｉｎ経過後のオゾン濃度は０．０１ｐｐｍ以下、ＮＯ２濃度は０．０６ｐｐｍ以下であった。
【００２４】
（実施例２：実施例１と同じ構成のもので、それぞれの厚さを変化させたもの）
プラズマリアクタの下流に、５１２ｃｍ３、厚さ８０ｍｍでセル数が２００ｃｅｌｌｓ／ｉｎｃｈ２の、疎水性ゼオライトを原料とするハニカム、３２０ｃｍ３、厚さ５０ｍｍでセル数が８４０ｃｅｌｌｓ／ｉｎｃｈ２の、酸化マンガンを主成分とするオゾン分解触媒、６４０ｃｍ３、厚さ１００ｍｍでセル数が３００ｃｅｌｌｓ／ｉｎｃｈ２の、アルカリを添着した活性炭をこの順に設置した。それ以外は実施例１と同じである。プラズマガス処理装置から排出されたガスをオゾン測定器および窒素酸化物測定器で測定した結果を図４に示す。１８０ｍｉｎ経過後のオゾン濃度は検出下限値以下、ＮＯ２濃度は０．０１５ｐｐｍ以下であった。
【００２５】
（比較例１：プラズマリアクタの後段に放電生成物のうち窒素酸化物のみを除去可能なフィルター、オゾン分解触媒を設置）
プラズマリアクタの下流に、５１２ｃｍ３、厚さが８０ｍｍでセル数が２００ｃｅｌｌｓ／ｉｎｃｈ２の、疎水性ゼオライトを原料とするハニカム、３８４ｃｍ３、厚さ６０ｍｍでセル数が８４０ｃｅｌｌｓ／ｉｎｃｈ２の、酸化マンガンを主成分とするオゾン分解触媒を設置した。それ以外は実施例１と同じである。プラズマガス処理装置から排出されたガスをオゾン測定器および窒素酸化物測定器で測定した結果を図５に示す。３００ｍｉｎ経過後のオゾン濃度は０．００４ｐｐｍ以下、ＮＯ２濃度は０．４５ｐｐｍ程度であった。
【００２６】
（比較例２：プラズマリアクタの後段に、放電生成物のうちオゾンおよび窒素酸化物ともに除去可能なフィルターを設置）
プラズマリアクタの下流に、１９２ｃｍ３、厚さ３０ｍｍでセル数が３００ｃｅｌｌｓ／ｉｎｃｈ２の、アルカリを添着した活性炭を設置した。それ以外は実施例１と同じである。プラズマガス処理装置から排出されたガスをオゾン測定器および窒素酸化物測定器で測定した結果を図６に示す。６０ｍｉｎ経過後のオゾン濃度は２ｐｐｍ、ＮＯ２濃度は０．４ｐｐｍ程度であった。
【００２７】
（比較例３：プラズマリアクタの後段に放電生成物のうち窒素酸化物のみを除去可能なフィルターを設置）
プラズマリアクタの下流に、３２０ｃｍ３、厚さ５０ｍｍでセル数が２００ｃｅｌｌｓ／ｉｎｃｈ２の、疎水性ゼオライトを原料とするハニカムを設置した。それ以外は実施例１と同じである。プラズマガス処理装置から排出されたガスをオゾン測定器および窒素酸化物測定器で測定した結果を図７に示す。６０ｍｉｎ経過後のオゾン濃度は１３ｐｐｍ、ＮＯ２濃度は０．４５ｐｐｍ程度であった。
【００２８】
このように実施例１の場合、プラズマ放電の結果副生する、オゾンや窒素酸化物という放電生成物を環境基準値以下まで低減可能であるだけでなく、オゾン分解触媒フィルターにおいてオゾンが分解されることにともなう処理対象物質の分解も阻害されない。実施例２の場合においてもオゾンおよび窒素酸化物を大気環境基準値以下まで低減することができた。
【００２９】
比較例１の場合、全体として実施例１と同じ体積分を使用しているにもかかわらずＮＯ２を大気環境基準値以下まで低減することができていない。比較例２の場合、オゾンおよび窒素酸化物をともに除去可能であるためにオゾン分解触媒フィルター１４の前に設置することはできないばかりか、大気環境基準値以下までオゾンおよび窒素酸化物を除去することができない。比較例３の場合、オゾンの除去が全くできないほか、ＮＯ２を大気環境基準値以下まで低減することができない。また、比較例３の結果より、疎水性ゼオライトは放電生成物のうち窒素酸化物は除去可能であり、かつ、オゾンは通過するという性質を持っているため、オゾン分解触媒フィルターの前部に設置して窒素酸化物のみを除去するフィルター１３として適当であることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施の形態に係るプラズマガス処理装置の模式的に示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るプラズマガス処理装置におけるプラズマリアクタの模式的に示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るプラズマ脱臭処理装置のプラズマリアクタにおける３次元網目状誘電体物質の模式的に示す断面図である。
【図４】実施例１および実施例２に係る窒素酸化物（ａ）およびオゾン（ｂ）のプラズマガス処理装置からの排出量の経時変化を示したグラフである。
【図５】比較例１に係る窒素酸化物（ａ）およびオゾン（ｂ）のプラズマガス処理装置からの排出量の経時変化を示したグラフである。
【図６】比較例２に係る窒素酸化物（ａ）およびオゾン（ｂ）のプラズマガス処理装置からの排出量の経時変化を示したグラフである。
【図７】比較例３に係る窒素酸化物（ａ）およびオゾン（ｂ）のプラズマガス処理装置からの排出量の経時変化を示したグラフである。
【符号の説明】
【００３１】
１１  プラズマガス分解装置
１２  プラズマリアクタ
１３  放電生成物のうち、窒素酸化物を除去し、オゾンは通過するフィルター
１４  オゾン分解触媒
１５  放電生成物のうち、窒素酸化物およびオゾンを除去可能なフィルター
１６  窒素酸化物測定器又はオゾン測定器
２１  接地電極
２２  高電圧印加電極
２３  ３次元網目構造誘電体物質
２４  電源
３１  三次元網目構造誘電体物質
３２  強誘電体物質
３３  吸着材
ａ  被処理ガス
ｂ  処理ガス
【図１】
2006136822.tif 000003
【図２】
2006136822.tif 000004
【図３】
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【図４】
2006136822.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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