(57)【要約】【課題】  効率的に排気中のスチレンやトルエン、キシレン（ＳＴＸ）を捕集して排気中から除去するＳＴＸ捕集方法及びＳＴＸ捕集装置を提供する。【解決手段】ＳＴＸを含むガス中の当該成分を易付着性物質に変換処理し、前記易付着性物質をフィルターにより接触捕集するＳＴＸ捕集方法、及び、ＳＴＸを含むガスに非平衡プラズマを照射する放電電極を有する放電部、放電部に前記ガスを導入するガス導入部、非平衡プラズマを照射されたガスにオゾンを接触させて当該成分を易付着性物質に変換するオゾン処理部、オゾン処理部においてオゾン処理されたガスをフィルターに接触させて易付着性物質をフィルターで捕集する捕集部、および捕集部で易付着性物質が捕集除去されたガスを系外に導出するガス導出部を有することを特徴とするＳＴＸ捕集装置。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スチレン、トルエン、キシレンからなる群のうち１種以上を含むガス中の当該成分を易付着性物質に変換処理し、前記易付着性物質をフィルターにより接触捕集することを特徴とするスチレン、トルエン、キシレンからなる群のうち１種以上の捕集方法。
【請求項２】
前記易付着性物質への変換処理が非平衡プラズマ処理による活性化をともなうものであることを特徴とする請求項１記載のスチレン、トルエン、キシレンからなる群のうち１種以上の捕集方法。
【請求項３】
前記易付着性物質への変換処理がオゾンとスチレン、トルエン、キシレンからなる群のうち１種以上との反応による処理であることを特徴とする請求項１記載のスチレン、トルエン、キシレンからなる群のうち１種以上の捕集方法。
【請求項４】
スチレン、トルエン、キシレンからなる群のうち１種以上を含むガスに非平衡プラズマを照射する放電電極を有する放電部、放電部に前記ガスを導入するガス導入部、非平衡プラズマを照射されたガスにオゾンを接触させて当該成分を易付着性物質に変換するオゾン処理部、オゾン処理部においてオゾン処理されたガスをフィルターに接触させて易付着性物質をフィルターで捕集する捕集部、および捕集部で易付着性物質が捕集除去されたガスを系外に導出するガス導出部を有することを特徴とするスチレン、トルエン、キシレンからなる群のうち１種以上の捕集装置。
【請求項５】
スチレン、トルエン、キシレンからなる群のうち１種以上を含むガスに非平衡プラズマを照射すると共にオゾンを発生させる放電電極を有し、非平衡プラズマを照射されたガスにオゾンを接触させて当該成分を易付着性物質に変換するオゾン処理部、オゾン処理部に前記ガスを導入するガス導入部、オゾン処理部においてオゾン処理されたガスをフィルターに接触させて易付着性物質をフィルターで捕集する捕集部、および捕集部で易付着性物質が捕集除去されたガスを系外に導出するガス導出部を有することを特徴とするスチレン、トルエン、キシレンからなる群のうち１種以上の捕集装置。
【請求項６】
捕集部と導出部の間にオゾン分解触媒を備えたことを特徴とする請求項４又は５記載のスチレン、トルエン、キシレンからなる群のうち１種以上の捕集装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、塗装工程、ＦＲＰ製造工程などから排出されるスチレンモノマー、トルエン、キシレンからなる群のうち１種以上（以下、ＳＴＸという。）の捕集方法及び捕集装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
塗装工程、ＦＲＰ製造工程からは塗料やＦＲＰ用モノマーとして用いられるスチレンモノマーが発生することがある。すなわち、吹き付け塗装などで、スチレンモノマーを含む塗料がミストとして飛散したり、スチレンモノマーが揮発したり、型に未硬化樹脂含浸強化繊維を吹き付けるときなどに、同様にスチレンモノマーが揮発する場合がある。
又、塗装工程、印刷工程、ＦＲＰ製造工程からはトルエンやキシレンなどの溶剤が揮発することがある。
このＳＴＸは独特の悪臭を発して作業環境を劣悪にするばかりでなく、発ガン性やエストロゲン作用を有するなど人体に悪影響を与える可能性を有している。このため、作業環境改善のためにこれを排気する必要があるが、これをそのまま外気に放出すると環境汚染につながるため、ＳＴＸを捕集して外気にそのまま放出しないようにする必要がある。
【０００３】
ＳＴＸはいずれも非極性であり、ガス中に微量存在するＳＴＸは比較的除去困難である。
このような、塗装工程やＦＲＰ製造工程から発生する排気中のＳＴＸの捕集・除去には活性炭が用いられてきた。
活性炭は広く使われており、スチレンモノマーの除去率も高いが、スチレンモノマーは一旦活性炭に吸着されると、そのまま固形化しやすく、スチレンモノマーが固形化すると、活性炭の吸着能力が低下し、かつ、スチレンモノマーが吸着した活性炭は再生が困難となり、使い捨てとならざるを得ず、コスト的に非常に高いものとなる。
【０００４】
溶剤やモノマーなど種々の揮発物が発生するとともに、オゾンが発生している環境もある。活性炭は溶媒蒸気などの有害な有機物質の吸着に有効であると共に、オゾンを分解することも知られている。しかしオゾンと上記の有機物質が共に活性炭に吸着すると吸着された有機物質がオゾンにより酸化される場合がある。有機物質がオゾン酸化されると、生じた分解産物が活性炭の吸着作用を損なうと共に、分解産物が脱着することも多い。分解産物は、ホルムアルデヒドなどのように吸着された有機物質よりも有害な場合がある。
そこで、気体から有機物質とオゾンを除去することも行われている。すなわち、有機物質とオゾンとを含有する気体をオゾン結合性ポリマーに接触させてオゾンを結合除去した後に、活性炭で有機物質を吸着除去する提案がある（例えば、特許文献１参照。）。
また、内部に強誘電体を配した高シリカゼオライトなどの多孔質吸着剤を用い、吸着体の細孔内部に有害物質を吸着させ、その状態でプラズマ処理を行って吸着物質を分解無害化する提案もある（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特表平１０−５０３１２１号公報
【特許文献２】特開２０００−３２５７３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１記載の提案では、有害な有機物質をそのままの状態で活性炭に吸着しているため、吸着効率の高いものではない。しかも比較的高価な活性炭を必要とし、これを吸着後に再生しようとしてもコスト高となり、効果的とはいえないものである。
【０００６】
特許文献２記載の提案は多孔質吸着体の内部に強誘電体を配設しており、このような多孔質吸着体の製造には多大な手間とコストを必要とし、高価なものとなる。また、揮発性有機化合物を高エネルギー原子でエーテル結合やベンゼン環を破壊し、さらにプラズマ放電で排ガス中の水分や窒素を分解してラジカルを発生させてこれらのラジカルで無害化するまで分解しているので、非常にエネルギーを必要とするという問題がある。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、効率的に排気中のスチレンモノマーやトルエン、キシレンを捕集して排気中から除去するＳＴＸ捕集方法およびＳＴＸ捕集装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のＳＴＸ捕集方法は、スチレン、トルエン、キシレンからなる群のうち１種以上（ＳＴＸ）を含むガス中の当該成分を易付着性物質に変換処理し、前記易付着性物質をフィルターにより接触捕集することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明のＳＴＸ捕集装置は、ＳＴＸを含むガスに非平衡プラズマを照射する放電電極を有する放電部、放電部に前記ガスを導入するガス導入部、非平衡プラズマを照射されたガスにオゾンを接触させて当該成分を易付着性物質に変換するオゾン処理部、オゾン処理部においてオゾン処理されたガスをフィルターに接触させて易付着性物質をフィルターで捕集する捕集部、および捕集部で易付着性物質が捕集除去されたガスを系外に導出するガス導出部を有することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明のＳＴＸ捕集装置は、スチレン、トルエン、キシレンからなる群のうち１種以上を含むガスに非平衡プラズマを照射すると共にオゾンを発生させる放電電極を有し、非平衡プラズマを照射されたガスにオゾンを接触させて当該成分を易付着性物質に変換するオゾン処理部、オゾン処理部に前記ガスを導入する導入部、オゾン処理部においてオゾン処理されたガスをフィルターに接触させて易付着性物質をフィルターで捕集する捕集部、および捕集部で易付着性物質が捕集除去されたガスを系外に導出するガス導出部を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、効率的に排気中のスチレンモノマーやトルエン、キシレンを捕集して排気中から除去することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
まず、本発明のＳＴＸ捕集方法につき説明する。
トルエン、キシレン、スチレンはいずれも非極性であり、本発明においては、ガス中のＳＴＸを易付着性物質に変換した後、フィルターで捕集する。
この易付着性物質は原料であるＳＴＸよりも付着しやすい物質であることを意味し、スチレンの重合体や、トルエン、キシレンの誘導体の酸、アルデヒド等の極性物質を挙げることができる。もちろんスチレンも分解してアルデヒドや酸を形成しうるものであり、これらのアルデヒド、酸も易付着性物質である。
即ち、トルエン由来の易付着性物質としては、ベンズアルデヒド、安息香酸等を挙げることができ、キシレンの場合はフタルアルデヒド、フタル酸を挙げることができ、スチレンの場合はその酸化物や重合体を挙げることができる。
【００１２】
ＳＴＸの易付着性物質への変換は、スチレン、トルエン、キシレンからなる群のうち１種以上を含むガスに非平衡プラズマを照射してＳＴＸを活性化する方法であってもよく、オゾン酸化であってもよいが、非平衡プラズマでＳＴＸを活性化した後、オゾンで処理するのが好ましい。
【００１３】
本発明においてプラズマが用いられる場合は非平衡プラズマが用いられる。
プラズマ炉などで用いられる高温熱プラズマでは、イオンや分子の温度と自由電子の温度がほぼ平衡状態にあるが、本発明において用いられる非平衡プラズマは、ガス分子の温度が上記熱プラズマよりはるかに低いものである。
この非平衡プラズマは、例えば高電圧下でグロー放電により発生させるいわゆる低温プラズマである。この電圧はパルス電圧でも交流電圧でも直流電圧でもよい。交流の場合は、５０Ｈｚ〜１００ｋＨｚ程度の周波数の交流が好ましく用いられる。
電圧はそれがパルスか交流か直流かにより異なるが、例えば５〜２０ｋＶ程度の電圧を印加して非平衡プラズマを発生させ、これをスチレン、トルエン、キシレンからなる群のうち１種以上を含むガスに照射する。非平衡プラズマの照射時間（放電部での滞留時間）は１秒〜１分程度とすることが好ましい。
【００１４】
本発明においては、スチレン、トルエン、キシレンからなる群のうち１種以上を含むガスあるいは非平衡プラズマにより活性化された上記ガスにオゾンを接触させる。
この処理により、スチレン、トルエン、キシレンは上述の易付着性物質に変換される。
このオゾンは酸素を含む気体に紫外線照射やコロナ放電等により発生させることができる。又、前述の非平衡プラズマでオゾンを発生させてもよい。このオゾンは、スチレン、トルエン、キシレンからなる群のうち１種以上を含むガスの存在下で発生させてもよく、他の場所で発生させたオゾンをスチレン、トルエン、キシレンからなる群のうち１種以上を含むガスに接触させてもよい。（また、非平衡プラズマでスチレン、トルエン、キシレンを活性化させると共に、その非平衡プラズマでオゾンも発生させてオゾン処理をしてもよい。）
オゾン処理により、例えばトルエン、キシレンを酸化する場合、アルデヒドまで酸化してもよく、安息香酸、フタル酸などの酸まで酸化してもよいが、酸まで酸化した方が後の取扱いが容易になる。このオゾン処理では、さらに低分子のカルボン酸や炭酸ガス等にまで分解する必要はない。このオゾン酸化の程度は、オゾン酸化時の温度、オゾン量、接触時間等で制御することができる。オゾン酸化処理時間（オゾン処理部での滞留時間）は１ 〜１０分程度とすることが好ましい。
【００１５】
スチレン、トルエン、キシレンが上述の易付着性物質に変換されたガスは次いでフィルターに接触させて易付着性物質を分離捕集する。
ここで用いるフィルターとしては、セラミックフィルター、金属フィルター、有機物フィルター等を例示できる。セラミックフィルターとしてはセラミック焼結体等を挙げることができ、金属フィルターとしては金属焼結体、金属繊維フェルト等を挙げることができる。有機物フィルターとしては、ハロゲンや窒素などを含有しない高分子からなるフィルターが好ましく、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、綿、レーヨン等の繊維からなる編織物フィルター、不織布フィルター、ポリエチレン。ポリプロピレン等のポリオレフィンの多孔質体を好ましい有機物フィルターとして挙げることができる。
【００１６】
このスチレン、トルエン、キシレンが上述の易付着性物質に変換されたガスのフィルターへの接触時間は０．１〜５秒、が好ましく、０．５〜２秒がより好ましい。
易付着性物質が接触捕集されたフィルターは、フィルターが金属あるいはセラミックからなる場合は捕集した易付着性物質を加熱分解除去することにより再使用することができる。
フィルターが有機物質からなる場合は、易付着性物質をフィルターと共に焼却処理をすればよい。
【００１７】
フィルターに接触して易付着性物質が接触捕集により除去されたガスは、オゾン分解触媒に接触させて、ガス中に残存するオゾンを分解した後、ガス導出部から外部へ排出するのが好ましい。
オゾン分解触媒としては、鉄化合物、マンガン化合物、ニッケル化合物あるいは更に白金などの貴金属が担持された担持触媒を例示できる。触媒を担持する基体としては活性炭や多孔質セラミックなどを例示できる。
【００１８】
次に、図面を用いて、本発明のＳＴＸ捕集装置につき説明する。
図１は本発明のＳＴＸ捕集装置の１実施態様を示す図であり、スチレン、トルエン、キシレンからなる群のうち１種以上を含むガスに非平衡プラズマを照射する放電電極１を有する放電部２と、中にオゾン発生装置８が設けられたオゾン処理部３と、オゾン処理部３で処理されたガスをフィルター５に接触させる捕集部４とがそれぞれ別のリザーバー内に設けられ、これらが配管で接続され、直列に配置された図である。放電部２側にガス導入部６が設けられ、ガスの導出部７は捕集部４の後段に設けられている。
ガス導入部から導入されたスチレン、トルエン、キシレンからなる群のうち１種以上を含むガスは放電部２で非平衡プラズマを照射されて活性化される。非平衡プラズマを照射されたガスはオゾン処理部３において、オゾンに接触してスチレン、トルエン、キシレンからなる群のうち１種以上が易付着性物質に変換される。生成した易付着性物質を含有するガスは捕集部４においてフィルター７に接触して易付着性物質が捕集される。易付着性物質が捕集除去されたガス導出部７は捕集部４のフィルター７の上部に設けられている。図１においては、フィルター５とガス導出部７の間にオゾン分解触媒９を設けられており、ガスはここで残留オゾンが分解された後、低ＳＴＸ濃度、かつオゾンのないガスとして外部に導出される。
フィルターは所定量処理後に再生処理するか、あるいは易付着性物質と共に焼却して新たなフィルターを設置すればよい。
【００１９】
図２は、非平衡プラズマでオゾンも発生させて、オゾン処理部の機能を放電部に持たせた放電・オゾン処理部１０を用いた例であり、放電・オゾン処理部１０と捕集部４とオゾン分解触媒９とが同一のリザーバー内に設けられている。ガス導入部５の放電部内部側の開口が上方に向けて開口しており、その近傍に放電電極１が上方に向かうガスに向けてプラズマを放電するように設けられている。
図２の例では、ガス導入部から導入されたスチレン、トルエン、キシレンからなる群のうち１種以上を含むガスは放電・オゾン処理部９において非平衡プラズマにより活性化されると共に、非平衡プラズマにより生成したオゾンでオゾン処理される。オゾン処理により、スチレン、トルエン、キシレンからなる群のうち１種以上は易付着性物質に変換される。易付着性物質を含むガスは上昇して捕集部４でフィルター７に接触して易付着性物質が捕集・除去される。フィルター７を通過したガスはさらに上昇してオゾン分解触媒９に接触し、残存するオゾンは分解されて低ＳＴＸ濃度、かつオゾンのないガスとして外部に導出される。
【００２０】
非平衡プラズマを照射する放電電極としては、非平衡プラズマ放電に用いられる電極であればどのようなものも用いることができるが、ガスへのプラズマ照射という観点からは、沿面放電電極、無声放電電極などを用いることができ、この電極にパルス、交流または直流の電圧を印加して非平衡プラズマを発生させる。
【００２１】
オゾン処理部におけるオゾン濃度は処理対象となる排気中のＳＴＸ濃度に応じて適宜設定すればよく、処理時間もガス流速で調整することができる。
【００２２】
本発明の方法によれば、ＳＴＸを易付着性物質に変換してからこの易付着性物質をフィルターにより捕集するので排気中のＳＴＸを効果的に除去することができる。
【実施例】
【００２３】
（実施例１）
図１に示す放電部とオゾン処理部、捕集部が別の容器に収納されたＳＴＸ捕集装置を用いた。
放電部で用いた放電電極はプラズマ発光面積１１ｃｍ２の沿面放電電極を用い、これに１０ｋＶ、１２．５ｋＨｚ（交流）の電圧を印加してプラズマを発生させた。
オゾン処理部では、５Ｗの紫外線ランプを照射してオゾンを発生させた。
捕集部にはポリプロピレン不織布からなるフィルターを用いた。
このスチレンモノマー捕集装置にスチレンモノマーを約４００ｐｐｍ含むガスを２ｌ／ｍｉｎの流速で導入してスチレンモノマーの捕集を行った。
捕集装置のガス導入部とガス導出部のスチレンモノマー濃度の濃度変化を検知管により経時的に測定した。その結果、捕集開始から１０時間まではガス導出部においてはスチレンモノマーが検出されず、本発明の捕集装置で完全にスチレンモノマーが捕集されていることがわかった。
易付着性物質を捕集したフィルターを焼却したが、有害なガス成分は発生しなかった。
【００２４】
（実施例２）
スチレンモノマーを約４００ｐｐｍ含むガスの代わりに、スチレンモノマーを約２００ｐｐｍ、トルエンを約１００ｐｐｍ、キシレンを約１００ｐｐｍ含むガスを用いた以外は実施例１と同様にした。
捕集装置のガス導入部とガス導出部のスチレンモノマー濃度の濃度変化を検知管により経時的に測定した。その結果、捕集開始から８時間まではガス導出部においてはＳＴＸのいずれもが検出されず、本発明の捕集装置で完全にＳＴＸが捕集されていることがわかった。
易付着性物質を捕集したフィルターを焼却したが、有害なガス成分は発生しなかった。
【００２５】
（比較例１）
実施例１で用いたと同様の装置を用い、放電電極に電圧を印加せず、オゾン処理部では紫外線ランプを照射しなかった以外は実施例１と同様にした。同様に捕集装置のガス導入部とガス導出部の濃度変化を測定した。スチレンモノマーの吸収はほとんど見られなかった。
【００２６】
（比較例２）
実施例１で用いたと同様の装置を用い、放電電極に電圧を印加せず、オゾン処理部では紫外線ランプを照射せず、捕集部において、ポリプロピレン不織布の代わりに質量比でフィルターの１０倍量の活性炭を用いた以外は同様にした。捕集開始当初はガス導出部にはスチレン臭はなかったが、１０時間を過ぎるとガス導出部におけるスチレンモノマーの濃度が急速に上昇した
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明のＳＴＸ捕集装置の一実施態様を示す図である。
【図２】本発明のＳＴＸ捕集装置の他の実施態様を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１：放電電極、２：放電部、３：オゾン処理部、４：捕集部、５：フィルター、６：ガス導入部、７：ガス導出部、８：オゾン発生装置、９：オゾン分解触媒、１０：放電・オゾン処理部
【図１】
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【図２】
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