(57)【要約】【課題】本発明は、被処理ガス中の有機溶剤の沸点が高い場合であっても、有効的に有機溶剤を回収し、もって極めて高いレベルで排出ガス中の有機溶媒濃度を低減することができる有機溶剤回収ガス吸着処理装置を提供することを課題とするものである。【解決手段】ＢＥＴ比表面積１０００〜１８００ｍ２／ｇ、表面酸性基量が０．５ｍｅｑ／ｇ以上、平均細孔直径が１７〜２０Åであって、前駆体がフェノール系繊維からなる繊維状活性炭を用いることを特徴とするガス吸着処理装置。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＢＥＴ比表面積１０００〜１８００ｍ２／ｇ、表面酸性基量が０．５ｍｅｑ／ｇ以上、平均細孔直径が１７〜２０Åであって、前駆体がフェノール系繊維からなる繊維状活性炭を用いることを特徴とするガス吸着処理装置。
【請求項２】
吸着するガスが有機化合物であることを特徴とする請求項１に記載のガス吸着処理装置。
【請求項３】
有機化合物が芳香族炭化水素またはパラフィン系炭化水素である請求項２に記載のガス吸着処理装置。
【請求項４】
有機化合物が炭素数７〜１２であり、沸点が１３０〜２００℃であることを特徴とする請求項２又は３に記載のガス吸着処理装置。
【請求項５】
有機化合物を、吸着と水蒸気による脱着を交互に切り替えて実施し、吸着処理することを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載のガス吸着処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大気への有機溶剤の飛散を最小限として、有機溶剤を最大限に回収することを可能とした有機溶剤回収用ガス吸着処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
有機溶媒を回収・再利用し、かつ有機溶媒が外気放出することを防ぐ処理装置として、従来より、吸着材として活性炭素繊維が充填されている吸着槽が２基以上設けられている他に、各吸着槽に対する有機溶剤が含有した被処理ガスを供給する手段と水蒸気を噴出する脱着手段とを設け、前記吸着槽にて被処理ガスを吸着処理する吸着操作と脱着手段にて脱着を行う脱着操作とを交互に切り替える手段が設けた構成が採用されている。
【０００３】
このような構成は、吸着した有機溶剤を脱着操作で十分に離脱させることにより、吸着操作と脱着操作とを交互に切り替えても、吸着性能の低下がなく長期間の運転において連続的かつ安定的に高除去性能での処理が可能となる。
【０００４】
しかしながら、従来の溶剤回収ガス吸着処理装置では、炭素数７〜１２のような高分子、高沸点の有機溶剤の場合、吸着性能は高いが脱着性能が低く、結果的に脱着不足により残存した有機溶剤によって吸着性能を低下させるため、長期間の運転において連続的かつ安定的に高除去性能の処理は出来なかった。
また、脱着に使用する水蒸気の温度を有機溶剤の沸点以上（２００℃以上）に上昇させ、吸着した有機溶剤の脱着効率を上昇させる方法が取られるが、その場合でも吸着した有機溶剤は１００％脱着は不可能であり、２００℃以上の高温下で脱着操作と吸着操作を切り替えた際には、残存した有機溶剤と繊維状活性炭との反応により繊維状活性炭が発火又は燃焼するおそれがある。
【０００５】
近年、有害大気汚染物質に対する排出濃度規制が強化されてきており、有機溶剤回収ガス吸着処理装置からの排ガス中の有機溶剤濃度をより高いレベルで最小化することが望まれているが、上記構成の溶剤回収ガス吸着処理装置では、有機溶剤の沸点が高い場合はこれらの要請に対応することができなかった。
【０００６】
そこで、被処理有機溶剤の沸点が高い場合は、水蒸気賦活を進めることにより比表面積が大きく細孔容積が大きい（細孔径が大きい）繊維状活性炭を使用することによって、脱着性能を上昇させる方法がとられているが、水蒸気賦活により細孔径を大きくすると、吸着除去性能を維持するために必要なミクロポアが消失し、細孔内での分子拡散による吸着速度が遅くなり、吸着操作による除去性能を低下させるため、十分な性能は得られておらず、いまだ市場の要請に応えうる溶剤回収ガス吸着処理装置は存在しないのが現状である。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−２５５３３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、従来技術の課題を背景になされたもので、被処理ガス中の有機溶剤の沸点が高い場合であっても、有効的に有機溶剤を回収し、もって極めて高いレベルで排出ガス中の有機溶媒濃度を低減することができる有機溶剤回収ガス吸着処理装置を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
すなわち、本発明は以下の通りである。
１．ＢＥＴ比表面積１０００〜１８００ｍ２／ｇ、表面酸性基量が０．５ｍｅｑ／ｇ以上、平均細孔直径が１７〜２０Åであって、前駆体がフェノール系繊維からなる繊維状活性炭を用いることを特徴とするガス吸着処理装置。
２．吸着するガスが有機化合物であることを特徴とする上記１に記載のガス吸着処理装置。
３．有機化合物が芳香族炭化水素またはパラフィン系炭化水素である上記２に記載のガス吸着処理装置。
４．有機化合物が炭素数７〜１２であり、沸点が１３０〜２００℃であることを特徴とする上記２又は３に記載のガス吸着処理装置。
５．有機化合物を、吸着と水蒸気による脱着を交互に切り替えて実施し、吸着処理することを特徴とする上記２〜４のいずれかに記載のガス吸着処理装置。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の有機溶剤回収ガス吸着処理装置によれば、前駆体がフェノール系繊維からなる繊維状活性炭を空気の存在下で熱処理（空気酸化処理）することにより、比表面積を増加させずに平均細孔径を大きくすることが可能であり、吸着除去性能に必要なミクロポアを残しつつ脱着性能の上昇に有効なメソポアが発達することにより、高沸点の有機化合物の脱着性が著しく上昇し、吸脱着操作を繰り返しても処理性能の低下がなく、連続的に安定な処理が行える。さらには、有機化合物に応じて空気酸化処理条件を変えることにより細孔径を制御することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を詳細する。
本発明にかかる有機溶剤処理装置は、被処理有機溶剤の沸点が高い場合は、細孔径が小さく吸着性能に優れた前駆体がフェノール系繊維からなる繊維状活性炭を空気の存在下で熱処理することによって、比表面積を増加させずに平均細孔径（細孔容積）を大きくする事が可能であり、吸着除去性能に必要なミクロポアを残し、かつ脱着性能の上昇に有効なメソポアが発達することによって、高沸点の有機溶剤であっても高い吸着性を維持し、脱着性能が著しく上昇させることを本発明者らが見出したことに基づくものである。上記繊維状活性炭を使用することにより、極めて高い溶剤処理性能を確保することが可能となる。
【００１２】
フェノール系の繊維状活性炭はセルロース系、ピッチ系、ＰＡＮ系の繊維状活性炭に比べて細孔径が小さく、空気の存在下で熱処理しても、ミクロポアを残し、且つメソポアを拡大することが可能である。一方、ＰＡＮ系の繊維状活性炭では結晶構造が緻密過ぎて１，０００ｍ２／ｇ以上の高比表面積のものがつくりにくく、ピッチ系の繊維状活性炭は非常に強度が弱く、使用においては十分な補強が必要となる。
【００１３】
以上のような理由から、高沸点の有機化合物吸着処理装置の吸着材料として加工性と実用的強度を併せ持つフェノール系の繊維状活性炭の空気酸化品が好適である。
【００１４】
一般に、繊維状活性炭においては、比表面積が大きくなるにつれて細孔容積（細孔径）も増加し、通常の有機溶剤の吸着に適する１，５００ｍ２／ｇ程度の比表面積での細孔径は１５〜２０Åに大部分の細孔が分布する。また、比表面積を２，０００ｍ２／ｇ程度にまで上げると細孔分布が広がり、２０〜５０Å程度まで非常に広範な分布を示す。
【００１５】
分子量が１００以上の比較的高分子量の有機化合物の吸着には平均細孔径が２０Å以下、脱着には平均細孔径が１７Å以上が好適であり、そのため比表面積は１，０００〜１，８００ｍ２／ｇが望ましい。比表面積が１，０００ｍ２／ｇ未満の場合は、繊維状活性炭の全細孔容積が小さくなり、有機化合物の吸着容量が小さくなる。尚、ここで比表面積とは窒素の吸着等温線から求めたＢＥＴ表面積である。
【００１６】
また、繊維状活性炭の全細孔容積は、０．５〜０．９ｃｃ／ｇが好ましく、より好ましくは０．６〜０．８ｃｃ／ｇである。全細孔容積が０．５ｃｃ／ｇ未満の場合は、有機化合物の吸着容量が少ないために、特に高濃度の場合に繊維状活性炭の使用量が多くなることが予想される。尚、ここで全細孔容積は、窒素吸着法によって求めた値である。
【００１７】
また、活性炭素繊維を空気の存在下で熱処理することによって、活性炭表面の表面酸化化合物（カルボキシル基、水酸基等）が一般の活性炭と比較して著しく増加する。この表面酸性基は化学吸着性があり、活性炭の表面に有機溶剤を吸着することで、脱着操作によって容易に脱離することが可能である。また、表面酸性基量の測定は容易に実施することができるため、空気の存在下での熱処理によって変化する比表面積や細孔径の値の指標とすることが可能である。
【実施例】
【００１８】
吸着破過テストに用いた繊維状活性炭エレメントは、フェノール系繊維を原料とした繊維状活性炭で、空気中で熱処理することによって比表面積、平均細孔径を変えた素材［Ａ］［Ｂ］と空気中で熱処理していないフェノール系繊維を原料とした繊維状活性炭［Ｃ］と石油ピッチを原料とした繊維状活性炭［Ｄ］の４種類である。各素材の特性を表１にまとめて示す。また、各特性は以下の方法によって測定した。
【００１９】
【表１】
2008100186.tif 000002
【００２０】
（ＢＥＴ比表面積）
繊維状活性炭素材約０．１ｇ採取し、１２０℃で１２時間真空乾燥後秤量した。上記サンプルの液体窒素の沸点（−１９５．８℃）における窒素ガスの吸着量を相対圧が０．０〜０．２の範囲で徐々に高めながら数点測定した。結果をＢＥＴプロットし、重量当たりの比表面積を求めた。
【００２１】
（全細孔容積）
相対圧０．９５での窒素の吸着量から計算で求めた容積。
【００２２】
（表面酸性基量）
繊維状活性炭素材約０．３ｇを純水にて洗浄し、熱風乾燥に続き１２時間の真空乾燥を施した後、秤量を行った。上記サンプルを、２５０ｍｌの１／１０規定ＮａＯＨ標準溶液に浸漬した状態で、２５℃で１０時間振とうした。上記溶液をガラスろ過器でろ過した後、ろ液２５ｍｌを正確に分取し、これを１／１０規定ＨＣｌ標準溶液にて滴定した。指示薬は、フェノールナフタレインを使用した。同様の操作を繊維状活性炭素材を入れない状態で行い、これを空試験の滴定量とした。活性炭素材重量当たりの表面全酸性基量は、数式１により求めた。
【００２３】
【数１】
2008100186.tif 000003
【００２４】
ここでＤは空試験の滴定量から繊維状活性炭素材を入れた時の滴定量を差し引いた値［ｍｌ］である。ｆは１／１０規定のＨＣｌ標準溶液のファクターである。Ｗは活性炭素材の重量［ｇ］である。
【００２５】
（平均細孔径）
平均細孔径＝全細孔容積×４／比表面積×１００００
【００２６】
破過時間測定は、繊維状活性炭を約３ｋｇ巻きつけたエレメントを装着した吸着槽を２槽併設した吸着装置に、所定の濃度、湿度、風量、温度のキシレン、デカンの各ガスを流し、一定時間吸着し、吸着終了時に前記エレメントに水蒸気を噴出させて脱着するサイクルを繰り返し行った。条件と結果を表２に示す。
【００２７】
【表２】
2008100186.tif 000004
【００２８】
表２から、フェノール系の繊維状活性炭において、キシレン、デカンの破過時間は、平均細孔径が大きく（比表面積一定であれば細孔容積が大きくなる）、表面酸性基が多い（比表面積一定であれば細孔容積が大きくなる）程長くなっている。
【００２９】
この理由は、キシレンおよびデカンは構造的に分子サイズが比較的大きいために、細孔径が小さいと細孔内での分子の拡散エネルギーが吸着エネルギーより小さくなり、結果的に脱着量が少なくなるためと考えられる。
また、表面酸性基が少ないと脱着性に有利な活性炭表面付近での化学吸着が行われないため、吸着及び脱着量が少なくなっているものと考えられる。
【００３０】
また、ピッチ系の素材［Ｄ］の破過時間は、比表面積、平均細孔径が同等以上であってもフェノール系の素材に比べて、キシレンおよびデカン破過時間が短くなっている。
【００３１】
これは、細孔径が大きすぎると、細孔内での分子の拡散による吸着が遅くなり、結果的に吸着量が少なくなるためと考えられる。
【００３２】
これらのことから、フェノール系の繊維状活性炭を空気により酸化することで比表面積を増加させずに細孔径を大きくすることにより、高分子量有機化合物の吸脱着に適している実施例の素材は、キシレンやデカン等の高分子量、高沸点化合物を効果的に吸着除去できることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
以上説明したように、本発明の繊維状活性炭を使用した有機溶剤ガス吸着処理装置は、キシレン、デカンのような活性炭に対する脱着性の低い、高分子量、高沸点化合物の吸着処理に対して効果を発揮することができる。従って、装置がコンパクトで、しかも低コストにでき、化学工場、医薬工場などの工業プロセスから排出される高分子量、高沸点化合物の排出濃度を低減でき、環境浄化、リサイクルに貢献するものである。