(57)【要約】【課題】  安価かつ簡便に酸ヒュームを含む気体から酸ヒュームを除去するフィルタ装置を提供する。【解決手段】  酸性溶液の加熱処理によって酸性を示す水蒸気である酸ヒュームを発生する酸性溶液処理システム５には、フィルタ装置１が設けられている。フィルタ装置１は、内部で酸性溶液を加熱するドラフトチャンバ６に接続する第１排気管７及び大気に連通する大気口８２を有する第２排気管８に着脱可能に設けられ、内部に酸ヒュームを含む気体が導入される。フィルタ装置１の第１排気管７側に設けられる第１フィルタ１１には、ジャトロファの種子から形成される粒状の活性炭が充填されている。フィルタ装置１の第２排気管８側に設けられる第２フィルタ１２には、粒状のヒドロキシアパタイトが充填されている。これにより、酸ヒュームを含む気体から酸ヒュームを構成する成分を段階的に除去することができる。【選択図】  図１
2015196133.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸ヒュームを含む気体から酸ヒュームを除去するフィルタ装置（１）であって、
内部に酸ヒュームを含む気体を導入する導入口（１０４）、及び、内部の気体を外部に導出する導出口（１０５）を有するフィルタケーシング（１０）と、
前記フィルタケーシング内の前記導入口側に収容され、活性炭（１１２）から形成される第一フィルタ（１１）と、
前記フィルタケーシング内の前記導出口側に収容され、アパタイト（１２２）から形成される第二フィルタ（１２）と、
を備えることを特徴とするフィルタ装置。
【請求項２】
前記活性炭は、ジャトロファの種子から形成されることを特徴とする請求項１に記載のフィルタ装置。
【請求項３】
前記アパタイトは、ヒドロキシアパタイトであることを特徴とする請求項１または２に記載のフィルタ装置。
【請求項４】
酸ヒュームを含む気体が流れる排気管（７、８）に着脱可能であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のフィルタ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸ヒュームを含む気体から酸ヒュームを除去するフィルタ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、酸性溶液を使用する工程において発生する酸性を示す水蒸気である酸ヒュームを気体から除去する酸ヒューム除去装置が知られている。例えば、特許文献１には、金属部材加工工程において当該金属部材を表面処理する酸性溶液から発生する酸ヒュームを洗浄ノズルから噴射される洗浄液に吸収させ除去する酸ヒューム除去装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２３６４５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の酸ヒューム除去装置は、酸ヒュームを含む気体と薬剤を含む洗浄液とを接触させる洗浄部、及び、酸ヒュームを吸収した使用済みの洗浄液を処理する洗浄液処理部を備えるため、体格が大きくなり、また、装置の製造コストが増大する。
【０００５】
本発明の目的は、安価かつ簡便に酸ヒュームを含む気体から酸ヒュームを除去するフィルタ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、酸ヒュームを含む気体から酸ヒュームを回収するフィルタ装置であって、内部に酸ヒュームを含む気体を導入する導入口及び内部の気体を外部に導出する導出口を有するフィルタケーシングと、フィルタケーシング内の導入口側に収容され活性炭から形成される第一フィルタと、フィルタケーシング内の導出口側に収容されアパタイトから形成される第二フィルタと、を備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明のフィルタ装置は、酸ヒュームを含む気体の流れにおいて活性炭から形成される第一フィルタとアパタイトから形成される第二フィルタとが順番に配置されている。これにより、酸ヒュームを構成する水蒸気を活性炭によって選択的に吸着した後、気体中の残留成分となっている酸性成分をアパタイトによって吸収する。本発明のフィルタ装置は、固体である活性炭及びアパタイト、並びに、活性炭及びアパタイトを収容するフィルタケーシングによってのみ酸ヒュームを除去できるため、従来の湿式による酸ヒューム除去装置が備える洗浄液の処理部が不要であり、湿式の酸ヒューム除去装置に比べ簡単に設置することができる。したがって、本発明のフィルタ装置は、安価かつ簡便に酸ヒュームを含む気体から酸ヒュームを除去することができる。
【０００８】
また、本発明のフィルタ装置では、活性炭としてジャトロファの種子から形成された活性炭を用いる。ジャトロファの種子から形成された活性炭は、水蒸気を比較的大量に吸着する特性を有している。これにより、本発明のフィルタ装置は、酸ヒュームを構成する水蒸気を気体中から効率的に除去することができる。
【０００９】
また、本発明のフィルタ装置では、アパタイトしてヒドロキシアパタイトを用いる。ヒドロキシアパタイトは、塩素イオンやフッ素イオンなどの酸性イオンと置換可能な水酸基を有している。これにより、本発明のフィルタ装置は、酸ヒュームに含まれる酸性成分を気体中から効率的に除去することができる。
【００１０】
また、本発明のフィルタ装置は、二つの固体からなるフィルタから形成されているため体格が比較的小さい。これにより、酸ヒュームの発生状況に応じて酸ヒュームを含む気体が流れる排気管に着脱可能に設けることができる。したがって、本発明のフィルタ装置は、洗浄部や洗浄液処理部を備える湿式の酸ヒューム除去装置に比べより簡便に酸ヒュームを除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態によるフィルタ装置を用いる酸性溶液処理システムの概略図、及び、フィルタ装置の断面図である。
【図２】本発明の一実施形態によるフィルタ装置の第一フィルタの斜視図、及び、フィルタに充填される活性炭とアパタイトの写真である。
【図３】本発明の一実施形態によるフィルタ装置における酸ヒュームの除去特性を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
【００１３】
（一実施形態）
本発明の一実施形態によるフィルタ装置を用いる酸性溶液処理システムの概略図を図１（ａ）に示す。酸性溶液処理システム５は、例えば、貴金属塩の製造やガラス器具の洗浄などに使用された王水を処理するシステムである。酸性溶液処理システム５は、ドラフトチャンバ６、第一排気管７、フィルタ装置１、及び、第二排気管８などから構成されている。第一排気管７及び第二排気管８は、特許請求の範囲に記載の「排気管」に相当する。
ドラフトチャンバ６では、王水の希釈による酸化特性の低下を防止するため、使用済みの王水を加熱濃縮する酸性溶液加熱工程が行われる。このとき、ドラフトチャンバ６では、酸性を示す水蒸気、すなわち、酸ヒュームが発生する。なお、図１に示す実線矢印Ｆは、ドラフトチャンバ６から排出される気体の流れを示す
【００１４】
第一排気管７は、一方の端部がドラフトチャンバ６と接続している。第一排気管７の他方の端部は、フィルタ装置１と接続している。第一排気管７は、ドラフトチャンバ６の内部と連通する第一排気通路７１を有している。第一排気管７は、ドラフトチャンバ６の内部で発生する気体をドラフトチャンバ６の外部に導出する。
【００１５】
第二排気管８は、一方の端部がフィルタ装置１と接続している。第二排気管８の他方の端部は、大気に連通する大気口８２を形成する。第二排気管８は、フィルタ装置１の内部と大気口８２とを連通する第二排気通路８１を有している。第二排気管８は、フィルタ装置１の内部の気体を大気に導出する。
【００１６】
フィルタ装置１は、第一排気管７の他方の端部及び第二排気管８の一方の端部に着脱可能に設けられる。フィルタ装置１は、図１（ｂ）に示すように、フィルタケーシング１０、第一フィルタ１１、第二フィルタ１２などから構成されている。
【００１７】
フィルタケーシング１０は、略筒状に形成されている樹脂部材である。フィルタケーシング１０は、導入口形成部１０１、フィルタ部１０２、導出口形成部１０３から形成される。導入口形成部１０１、フィルタ部１０２、及び、導出口形成部１０３は、一体に形成される。
【００１８】
導入口形成部１０１は、第一排気管７と接続する。導入口形成部１０１は、第一排気通路７１と連通する導入口１０４を有する。導入口１０４は、第一排気通路７１を流れる気体をフィルタケーシング１０の内部に導入する。
【００１９】
フィルタ部１０２は、一方の端部が導入口形成部１０１と接続している。フィルタ部１０２の他方の端部は、導出口形成部１０３と接続している。フィルタ部１０２は、内部に第一フィルタ１１及び第二フィルタ１２を収容する。
【００２０】
第一フィルタ１１は、フィルタ部１０２内の導入口形成部１０１側に収容されている。第一フィルタ１１は、図２（ａ）に示すように、柱状に形成される。第一フィルタ１１では、第一フィルタ１１の外形を形成するメッシュ１１１の内部に粒状の活性炭１１２を収容する。
【００２１】
ここで、活性炭１１２の製造方法及び特性について説明する。図２（ｂ）に第一フィルタ１１の内部に充填される活性炭１１２の写真を示す。
一実施形態によるフィルタ装置１に用いられる活性炭１１２は、ジャトロファの種子から形成されている。活性炭１１２は、ジャトロファの種子を炭化させる炭化工程と、炭化工程の後にジャトロファの種子の炭化物を水蒸気によって賦活する賦活工程と、を経て形成される。
炭化工程では、ジャトロファの種子を無酸素環境において所定の炭化温度で乾留する。炭化工程における炭化温度は、特に限定されない。２００℃以上４００℃未満の温度で行うこともできるが、４００から１０００℃の間の温度で行うことが望ましい。特に、７５０から９００℃の間の温度で行うことが酸ヒュームの除去にとって効果的である。
賦活工程では、炭化工程によって得られたジャトロファの種子の炭化物を水蒸気存在下で熱処理する。具体的には、炉内を窒素等の不活性ガスによって不活性雰囲気とし、所定の賦活温度で発生した飽和水蒸気圧を導入する。賦活温度は、炭化温度と同等以上とすればよい。具体的には、７５０〜９００℃程度で賦活することが望ましい。飽和水蒸気圧は、６０℃以上の温度における飽和水蒸気圧とすることが望ましい。なお、賦活工程は、複数回に分けて３０分以上行う方が酸ヒュームの除去にとって効果的である。
これらの工程によって形成された活性炭１１２は、細孔直径が０．５〜１．０ｎｍの範囲内に分布し、微分細孔径分布において０．７ｎｍにピークを有する。一実施形態によるフィルタ装置１には、直径が０．５ｍｍの大きさの活性炭１１２がメッシュ１１１の内部に充填されているが、活性炭１１２の粒径はこれに限定されない。
【００２２】
第二フィルタ１２は、第一フィルタ１１の下流側であってフィルタ部１０２内の導出口形成部１０３側に収容されている。第二フィルタ１２は、第一フィルタ１１と同じように柱状に形成される。第二フィルタ１２は、第二フィルタ１２の外形を形成するメッシュの内部に粒状のアパタイト１２２を収容する。
【００２３】
ここで、アパタイト１２２の製造方法及び特性について説明する。図２（ｃ）に第二フィルタ１２の内部に充填されるアパタイト１２２の写真を示す。
一実施形態によるフィルタ装置１に用いられるアパタイト１２２は、ヒドロキシアパタイトであって、水酸基を有する。アパタイト１２２は、公知の方法によって形成され、例えば、室温において中性若しくはアルカリ性の水溶液中においてカルシウムイオンとリン酸イオンとを反応させることによって形成される。
一実施形態によるフィルタ装置１では、直径が２．５ｍｍのアパタイト１２２の粒状物が第二フィルタ１２のメッシュの内部に充填されているが、アパタイト１２２の粒径はこれに限定されない。
【００２４】
導出口形成部１０３は、第二排気管８と接続する。導出口形成部１０３は、第二排気通路８１と連通する導出口１０５を有する。導出口１０５は、フィルタ部１０２の内部の気体を第二排気通路８１に導出する。
【００２５】
次に、一実施形態によるフィルタ装置１の作用について説明する。
ドラフトチャンバ６において、王水を加熱濃縮すると、塩素イオンを含む水蒸気である酸ヒュームが発生する。酸ヒュームを含む気体は、第一排気通路７１を通ってフィルタ装置１の内部に導入される。フィルタ装置１の内部では、第一フィルタ１１に充填されている活性炭１１２によって酸ヒュームを構成する水蒸気及び水分が吸着される。活性炭１１２を通過した気体には、塩素を含む酸性ガスが酸ヒュームの残留成分として含まれている。当該酸性ガスは、第二フィルタ１２に充填されているアパタイト１２２の水酸基と置換反応する。これにより、フィルタ装置１に導入された気体に含まれる酸ヒュームは、第一フィルタ１１及び第二フィルタ１２によって除去され、酸ヒュームが除去された気体は大気口８２から外部に排出される。
【００２６】
本願発明者らは、本願発明のフィルタ装置における酸ヒュームの除去特性に関する実験を行った。
実験では、ドラフトチャンバの内部において、過塩素酸を溶解した酸性溶液を７０℃程度まで加熱する。本願発明のフィルタ装置をドラフトチャンバの排気通路に設け、当該加熱された酸性溶液から発生する気体をフィルタ装置に通す。フィルタ装置の下流側の出口から排出される気体の塩化水素濃度を検知管により一定時間毎に検出する。一実施形態によるフィルタ装置には、ドラフトチャンバ側にジャトロファの種子から形成された活性炭を１．３ｋｇ充填したフィルタが設けられ、大気口側にヒドロキシアパタイトを３．０ｋｇ充填したフィルタが設けられている。なお、当該加熱された酸性溶液から発生する気体には、窒素、酸素の他に過塩素酸を含む酸ヒューム及び塩化水素ガスが含まれる。当該加熱された酸性溶液から発生する気体に含まれる過塩素酸を含む酸ヒュームは、白煙として視認することも可能である。なお、本願発明のフィルタ装置を用いない場合、ドラフトチャンバの排気管から排出される塩化水素の濃度は、検知管による検出によって１０００ｐｐｍ以上であることを確認している。
【００２７】
実験結果を図３に示す。図３には、酸性溶液から白煙が発生し始めたときから経過した各時間において検出された塩化水素濃度を示す。
図３より、白煙が発生し始めてから１５０分後まで排出される塩化水素の濃度は、検出限界以下であった。その後、白煙が発生してから２４０分後までに排出される塩化水素の濃度は２０ｐｐｍ程度であり、フィルタ装置の下流側の出口から排出される気体には白煙は確認されなかった。
また、本願発明者らは、ドラフトチャンバ側にヒドロキシアパタイトを充填したフィルタが設けられ、大気口側にジャトロファの種子から形成された活性炭を充填したフィルタが設けられたフィルタ装置について、同様の実験を行った。本実験においては、フィルタ装置の下流側の出口から白煙が排出されることが確認されている。
【００２８】
一実施形態によるフィルタ装置１では、一段目のフィルタとしてのジャトロファの種子から形成される活性炭によって酸ヒュームを構成する水蒸気を除去し、二段目のフィルタとしてのヒドロキシアパタイトによって酸ヒュームの残留成分である酸性ガスを除去する。このように、一実施形態によるフィルタ装置１は、段階的に酸ヒュームを構成する成分を除去可能な固体のフィルタから構成されており、従来の酸ヒュームを含む気体と洗浄液との接触によって酸ヒュームを除去する湿式による酸ヒューム除去装置に比べ、簡便に酸ヒュームを気体中から除去することができる。
【００２９】
また、従来の酸ヒューム除去装置では、酸ヒュームを含む気体と洗浄液とを接触させるための洗浄空間を形成する洗浄部、及び、使用済みの洗浄液を処理する洗浄液処理部を備えるため、装置の体格が大きくなり、また、装置の製造コストが高くなる。特に、酸ヒュームは、粒子径が０．０５〜０．５μｍの範囲に分布しているため、洗浄空間に散布された洗浄液の粒子と酸ヒュームとが接触しにくく比較的大きな洗浄空間が必要となる。
一方、一実施形態によるフィルタ装置１では、固体のフィルタを用いて酸ヒュームを除去するため、フィルタ装置１を小型にすることができ、装置の製造コストを低減することができる。具体的には、本願の発明者らによる実験結果より、従来の酸ヒュームを含む気体と洗浄液との接触によって酸ヒュームを除去する湿式による酸ヒューム除去装置に比べ、装置の体積を５分の１から１０分の１程度まで小さくすることができる。したがって、フィルタ装置１では、装置の体格を小さくし安価に酸ヒュームを除去することができる。
【００３０】
一実施形態によるフィルタ装置１では、第一フィルタ１１にジャトロファの種子から形成された活性炭１１２が充填されている。ジャトロファの種子から形成された活性炭１１２は、上述したような細孔直径分布及び微分細孔径分布を有しているため、相対水蒸気圧０．０５における水蒸気吸着量と相対水蒸気圧０．４５における水蒸気吸着量との差が１１０ｍｇ以上と比較的大きく、多くの水蒸気を吸着することができる。これにより、第一フィルタ１１において酸ヒュームを構成する水蒸気を効率的に除去し、アパタイト１２２が置換反応しやすい酸性成分のみを気体中に残す。したがって、フィルタ装置１では、効率的に酸ヒュームを除去することができる。
【００３１】
また、一実施形態によるフィルタ装置１では、第二フィルタ１２にヒドロキシアパタイトが充填されている。ヒドロキシアパタイトは、塩素イオンやフッ素イオンなどと置換されやすい水酸基を有している。これにより、第一フィルタ１１において水蒸気が除去された気体に含まれる酸性成分を効率的に除去することができる。
【００３２】
また、一実施形態によるフィルタ装置１は、必要に応じて酸ヒュームが排出される排気管に取り付けることができる。これにより、酸ヒュームの発生する頻度が比較的低い工程において、必要に応じてフィルタ装置１を排気管に取り付け、酸ヒュームを除去することができる。また、フィルタ装置１の使用によって酸ヒュームの除去特性が低下した場合、容易に交換することができる。
【００３３】
また、一実施形態のように王水を加熱濃縮すると、塩素イオンを含む水蒸気の他に複数種の窒素酸化物が発生する。一実施形態によるフィルタ装置１では、複数種の窒素酸化物が内部に導入されると、第一フィルタ１１において一酸化窒素が吸着処理され、第二フィルタ１２において一酸化窒素を除く他の窒素酸化物が除去される。これにより、一実施形態によるフィルタ装置１は、酸性溶液を利用する工程において排出される酸性ガスを含む複数の酸性成分を除去することができる。
【００３４】
（その他の実施形態）
（ア）上述の実施形態では、活性炭はジャトロファの種子から形成されるとした。しかしながら、活性炭の原料は、これに限定されない。オリーブの種子、籾殻やミツマタなどから形成されてもよい。
【００３５】
（イ）上述の実施形態では、アパタイトは、室温において中性若しくはアルカリ性の水溶液のカルシウムイオンとリン酸イオンとを反応させることによって形成されるヒドロキシアパタイトであるとした。しかしながら、アパタイトの種類はこれに限定されない。鉱石として産出されるアパタイトであってもよい。
【００３６】
（ウ）上述の実施形態では、第一フィルタ及び第二フィルタの形状は、柱状であるとした。しかしながら、第一フィルタ及び第二フィルタの形状はこれに限定されない。直方体形状であってもよい。
【００３７】
（エ）上述の実施形態では、活性炭及びアパタイトは、外形をメッシュに形成される内部に充填されるとした。しかしながら、第一フィルタ及び第二フィルタの構成はこれに限定されない。
【００３８】
以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。
【符号の説明】
【００３９】
１            ・・・フィルタ装置、
１０          ・・・フィルタケーシング、
１０４        ・・・導入口、
１０５        ・・・導出口、
１１          ・・・第一フィルタ、
１１２        ・・・活性炭、
１２          ・・・第二フィルタ、
１２２        ・・・アパタイト。
【図１】
2015196133.tif 000003
【図３】
2015196133.tif 000004
【図２】
2015196133.tif 000005