(57)【要約】【課題】ガス中に含まれる微粒子を効率よく分離回収すると共に、回収した後の微粒子の有効利用を容易にすることが可能な微粒子分離方法及び微粒子分離装置を提供する。【解決手段】微粒子含有ガスを気泡状化した液体中に吹き込むガス吹き込み工程と、該ガス吹き込み工程において前記液体の気泡表面に捕捉された微粒子を該気泡と共に回収する気泡回収工程と、該気泡回収工程において回収された気泡の消泡を行う消泡工程とを有する。【選択図】            図１
2004290761.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微粒子を含有するガスから微粒子を分離する方法であって、
微粒子含有ガスを気泡状化した液体中に吹き込むガス吹き込み工程と、
該ガス吹き込み工程において前記液体の気泡表面に捕捉された微粒子を該気泡と共に回収する気泡回収工程と、
該気泡回収工程において回収された気泡の消泡を行う消泡工程とを有することを特徴とする微粒子分離方法。
【請求項２】
消泡工程後の微粒子含有液体に、電場、磁場、温度場、遠心力、重力、超音波、液体の流動の内の１つ以上を付加することにより、前記微粒子含有液体中の微粒子を凝集させる凝集工程と、
該凝集させた微粒子を液体中から分離回収する微粒子回収工程とを有することを特徴とする請求項１に記載の微粒子分離方法。
【請求項３】
微粒子を含有するガスから微粒子を分離する装置であって、
装置内に気泡を発生させる気泡発生手段と、
該気泡発生手段により発生させた気泡中に微粒子含有ガスを吹き込むガス吹き込み手段と、
気泡表面に捕捉された微粒子を該気泡と共に回収する気泡回収手段と、
該気泡回収手段により回収された気泡の消泡を行う消泡手段とを有することを特徴とする微粒子分離装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、気泡状化した液体中に微粒子を含有するガスを吹き込むことにより、微粒子含有ガス中から微粒子を分離する方法及び微粒子分離装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
微粒子を含有するガスから微粒子を分離回収する方法としては、バグフィルターを用いた方法が一般的な粒子状物質の回収方法である。
【０００３】
しかし、バグフィルターの目の大きさは１μｍ前後であり、ダスト類のセルフコーティングにより若干フィルターの目より小さい粒子を捕捉できるが、その目のサイズと比べてナノスケールの粒子は、その大きさが１／１０〜１／１０００のサイズであるため、十分収率良く回収することは困難である。
【０００４】
ナノスケールの微粒子の回収方法として、スクラバーのように水等の液体で微粒子を捕捉して回収する方法もあるが、水等の液体が大量に必要であり経済的に大きな負担となり、また、捕捉できた微粒子を大量の水等の液体中から抽出・濃縮することは大変困難なことであるため、現実的ではなかった。
【０００５】
このような問題に対して、特開平９−５７０４０号公報（特許文献１）には、空間に浮遊する粉塵、ミストを濃縮・除去する脱塵方法において、粉塵、ミストを含むガス流れ系に気泡を供給し、気泡界面に粉塵、ミストを付着させ、その後流のガス流れ系にスプレ液滴を供給し、続いて液滴と気泡を捕集する脱塵方法が記載されている。
【０００６】
また、特開２００２−２０１９２９号公報（特許文献２）には、
粒子状物質を含む排ガスを小さな気泡にして浄化液中に放出させるように構成した排ガス浄化装置が記載されている。
【０００７】
また、特開２００２−５８９４７号公報（特許文献３）には、
サイクロン型遠心力分離装置を用い、廃ガス気流に発泡性溶液を噴霧し気体成分の融合，中和，脱臭，分離捕集を行う集塵装置が記載されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平９−５７０４０号公報
【０００９】
【特許文献２】
特開２００２−２０１９２９号公報
【００１０】
【特許文献３】
特開２００２−５８９４７号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記特許文献１に記載の発明においては、粉塵、ミストを含むガス流れ系に気泡をノズルから供給する構成であるため、気泡をすり抜ける含塵ガスがどうしても存在し、気泡と含塵ガスとの接触を十分におこなうことが困難となり、効率よく除塵することができない。
【００１２】
また、前記特許文献２に記載の排ガス浄化装置は、
含塵ガスを浄化液中に気泡として放出し、塵埃を浄化液中に捕集させる構成であるので、浄化液の量が相当量必要であること、含塵ガス吹込みノズルは細くすればするほど捕集効率を上げることができるが塵埃の付着等によるノズル閉塞の懸念の高くなること、等の問題があった。
【００１３】
また、前記特許文献３に記載の発明は、
前記特許文献１に記載される気泡吹き込みと遠心分離装置とを組み合わせたものであるが、前記特許文献１同様に気泡をすり抜ける含塵ガスがどうしても存在し、気泡と含塵ガスとの接触を十分におこなうことが困難となろ。そのため、最終的に水幕で粉塵等の微粒子を捕集することとなるため、水幕で回収された微粒子の活用は大変困難であった。
【００１４】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、ガス中に含まれる微粒子を効率よく分離回収すると共に、回収した後の微粒子の有効利用を容易にすることが可能な微粒子分離方法及び微粒子分離装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題は次の発明により解決される。
［１］微粒子を含有するガスから微粒子を分離する方法であって、微粒子含有ガスを気泡状化した液体中に吹き込むガス吹き込み工程と、該ガス吹き込み工程において前記液体の気泡表面に捕捉された微粒子を該気泡と共に回収する気泡回収工程と、該気泡回収工程において回収された気泡の消泡を行う消泡工程とを有することを特徴とする微粒子分離方法。
［２］上記［１］において、消泡工程後の微粒子含有液体に、電場、磁場、温度場、遠心力、重力、超音波、液体の流動の内の１つ以上を付加することにより、前記微粒子含有液体中の微粒子を凝集させる凝集工程と、該凝集させた微粒子を液体中から分離回収する微粒子回収工程とを有することを特徴とする微粒子分離方法。
［３］微粒子を含有するガスから微粒子を分離する装置であって、装置内に気泡を発生させる気泡発生手段と、該気泡発生手段により発生させた気泡中に微粒子含有ガスを吹き込むガス吹き込み手段と、気泡表面に捕捉された微粒子を該気泡と共に回収する気泡回収手段と、該気泡回収手段により回収された気泡の消泡を行う消泡手段とを有することを特徴とする微粒子分離装置。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る微粒子分離装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【００１７】
図１に示す微粒子分離装置１は、装置内に気泡を発生させる気泡発生手段２と、該気泡発生手段２により発生させた気泡中に微粒子含有ガスを吹き込むガス吹き込み手段３と、気泡表面に捕捉された微粒子を該気泡と共に回収する気泡回収手段４と、該気泡回収手段により回収された気泡の消泡を行う消泡手段５とを有するものである。
【００１８】
気泡発生手段２により微粒子分離装置１内に生成させた気泡状化した液体中に、ガス吹き込み手段３により微粒子含有ガスを吹き込み、前記液体の気泡表面にガス中の微粒子を捕捉させる。その表面に微粒子を捕捉させた気泡は、気泡回収手段４により回収され、消泡手段５に送られる。消泡手段５では回収された気泡の消泡を行い、微粒子含有液体を生成させる。なお、微粒子を分離除去されたガスは、気泡生成用のガスと共に排気口６から装置外に排出される。
【００１９】
このように、気泡状化した液体中に微粒子含有ガスを吹き込むことにより、ガスと気泡状化した液体とを確実に接触させることができる。これにより、気泡表面での微粒子の捕捉効率が向上すると共に、使用する液体の量を著しく減少させることができる。そのため、消泡後は、微粒子を高濃度に含んだ液体の状態で微粒子を回収することができる。
【００２０】
前記気泡状化させる液体としては、水等の溶媒を用いることができるが、水等の溶媒に界面活性剤を添加することが好ましい。界面活性剤を添加することにより、気泡の寿命を延長することができ、安定した気泡状化した液体により形成される層（以下、「気泡層」という。）を得ることができるからである。
【００２１】
また、水以外の溶媒としては、揮発性が高く、表面張力の低い溶媒を用いることが好ましい。このような溶媒は、気泡の寿命が長く、安定した気泡層を形成すると共に、回収した微粒子と溶媒との分離も揮発性が高いので容易となるからである。
【００２２】
気泡発生手段２としては、例えば、気泡生成用のガスを微粒子分離装置１内に吹き込むための１以上のノズルにより構成することができる。この場合、ガス吹込みノズルの先端径を小さくしてガスを吹き込むことにより、生成させる気泡のサイズを小さくすることができる。生成させる気泡サイズを小さくすることにより、気泡の寿命を長くすることができるので、安定した気泡層を得ることができる。
【００２３】
ここで、ガス吹き込みノズルからのガス吹き込み速度としては、高速にすればするほど微細気泡が生成されるので、高速で吹き込むことが望ましい。吹き込み速度としては、望ましくは３０ｍ／ｓｅｃ以上、より望ましくは１００ｍ／ｓｅｃ以上、さらに望ましくは音速近傍或いはそれ以上とする。このようなガスの吹き込みにより、気液界面が乱されるので、ガス吹込みノズルの先端径が大きくても微細気泡を生成でき、安定した気泡層を得ることができる。ここで、気泡層内におけるガスの滞留時間が微粒子の捕捉効率に影響する。そのため、気泡層の厚さは、微粒子含有ガスの気泡層内での滞留時間が、少なくとも０．１秒以上、望ましくは１秒以上、さらに望ましくは２秒以上とすることが捕捉効率向上に望ましい。
【００２４】
なお、気泡生成用のガスとしては空気や窒素等のガスを用いることもできるが、微粒子を分離除去する微粒子含有ガスを用いることもできる。
【００２５】
また、ガス吹き込み手段３は、微粒子分離装置１内に形成された気泡状の液体に微粒子含有ガスを吹き込むための管等により構成される。ここで、前記微粒子含有ガスを吹き込むための管等の先端部は気泡層内となるように構成することが好ましい。
【００２６】
また、前記気泡回収手段４としては、微粒子分離装置１側壁部の気泡層上面近傍に設けた気泡排出口等により構成することができる。気泡表面に微粒子を捕捉した気泡（以下、「微粒子含有気泡」という。）は、気泡生成用ガスの気泡層内での上昇流により気泡層表面に浮上する。気泡層の表面に浮上した微粒子含有気泡は前記微粒子分離装置１側壁部に設けられた気泡排出口から排出され、消泡手段５に送られる。
【００２７】
前記消泡手段５としては、微粒子含有気泡を収納するための収納容器等により構成することができる。気泡は、泡寿命経過後は消泡するので、前記収納容器としては、開口部の大きな容器等が好ましい。また、容器内の微粒子含有気泡に温度変化を与えて表面張力を変化させたり、機械的に泡を破壊すること等により消泡時間を短縮することができる。消泡後は、ガス中から分離回収した微粒子が高濃度に濃縮された液体を得ることができる。
【００２８】
ガス中から分離回収した微粒子が高濃度に濃縮された液体中には、微粒子が懸濁状態で存在する。この液体に対し、電場、磁場、温度場、遠心力、重力、超音波、液体の流動の内の１つ以上を付加することにより、微粒子同士を積層状その他の概ね規則的な形態に凝集（配列）させることができる。この微粒子を凝集（配列）させた状態で液体状の凝縮成分を蒸発させて除去したり、或いは、凝集物固定化用の樹脂、低融点物質、接着剤、及び、結合剤等を用いて微粒子を固定化し分離することにより、その分離回収された微粒子はそのまま機能材料用素材として使用することが可能となる。
【００２９】
ここで、前記微粒子が導電性の高い物質の場合には電場を、磁気的性質を有する場合には磁場を与えることにより、溶媒となっている液体との分離が容易になるばかりでなく、電場または磁場の印加方向により、凝集させる微粒子を一定の規則的配列ないし積層状にして回収することが可能となる。
【００３０】
また、一般に、溶媒となっている液体と回収される微粒子には比重に差があるので、温度場、遠心力、重力等の慣性力を付加することにより、沈降ないし浮上分離をより促進することが可能となる。
【００３１】
また、超音波をキャビテーションが生成しない条件で印加することにより、微粒子同士が凝集するので、比重差による分離を促進することができる。一方、微粒子を均一に積層或いは配列させる場合には、溶媒中に微粒子が均一に分散している必要があるので、キャビテーションが起きる条件で超音波を印加しつつ、溶媒を蒸発させることにより、均一な微粒子分散状態で回収することができる。
【００３２】
また、液体の流動を制御する手段のひとつとして温度場を用いることによる微粒子の泳動促進を活用することもできる。
【００３３】
このように、回収された液体状の凝縮物に、電場、磁場、温度場、遠心力、重力、超音波、液体の流動を単独または組み合わせて与えることにより、回収する微粒子を積層状、その他の概ね規則的な形態に凝集（配列）させることができる。
【００３４】
上述した実施形態によりナノマテリアルである微粒子を安価で効率的に回収できるので、電子デバイス用機器、塗料、医療用、その他の機能材料として回収した微粒子を用いることができ、その経済的効果は大きい。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、ガス中に含まれる微粒子を効率よく分離回収すると共に、回収した後の微粒子の有効利用を容易にすることが可能な微粒子分離方法及び微粒子分離装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る微粒子分離装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１  微粒子分離装置
２  気泡発生手段
３  ガス吹き込み手段
４  気泡回収手段
５  消泡手段
６  排気口
【図１】
2004290761.tif 000003