(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維間空隙率７０〜９５％の繊維ペーパーからなるハニカム構造担体の通気方向前段部に酸化触媒を担持し、該ハニカム構造担体の通気方向後段部に、酸性ガス反応剤及び微粉末状活性炭を担持し、該酸化触媒の担持量が、ケミカルフィルタの単位体積当たり５〜２００ｋｇ／ｍ３であり、該酸性ガス反応剤の担持量が、ケミカルフィルタの単位体積当たり１〜１００ｋｇ／ｍ３であり、該微粉末状活性炭の担持量が、ケミカルフィルタを構成する繊維ペーパーの単位面積当たり５〜１５０ｇ／ｍ２であることを特徴とするケミカルフィルター。
【請求項２】
前記繊維ペーパーが、無機繊維ペーパーであることを特徴とする請求項１記載のケミカルフィルター。
【請求項３】
前記無機繊維ペーパーの平均繊維径が２〜２０μｍであることを特徴とする請求項２記載のケミカルフィルター。
【請求項４】
酸性ガス及び有機溶剤を含む被処理ガスをケミカルフィルタに通気して該酸性ガス及び該有機溶剤を除去する被処理ガス中の酸性ガス及び有機溶剤の除去方法であって、
該ケミカルフィルタが、通気方向前段部に酸化触媒が担持され、通気方向後段部に酸性ガス反応剤及び微粉末状活性炭が担持された２段構造であり、
該酸化触媒で該酸性ガス及び該有機溶剤を酸化させ、酸化された該酸性ガスを該酸性ガス反応剤と反応させ、酸化された該有機溶剤を該微粉末状活性炭に吸着させること
を特徴とする被処理ガス中の酸性ガス及び有機溶剤の除去方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造工場や精密電子製造工場のクリーンルーム内で用いられる、極低濃度の酸性ガスおよび有機溶剤蒸気を除去するケミカルフィルターに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体の製造においては、雰囲気中に有機溶剤蒸気やＳＯX 、ＮＯX 等の酸性ガス等の汚染物質が微量でも含まれていると製品に欠陥を与えることになるため、ケミカルフィルターでこれらの汚染物質を極限まで除去して清浄な空気を得ることが行われている。
【０００３】
ケミカルフィルターで空気中から各種微量成分を除去するには、被処理ガスと活性炭等の微量成分除去用の媒体とを確実に接触させることが重要となるが、従来より用いられているケミカルフィルターは粒状活性炭や酸性ガス中和用の反応剤をフィルターケースに充填したものであるため、充填粒子に対する流体の接触面積が小さく、汚染物質の除去率を高くすることは困難であった。さらに、該充填層タイプのケミカルフィルターは圧力損失が大きいため、空気の輸送の多大な負荷のために装置の大型化が必要であり、また運転のコストが高くなるという欠点があった。
【０００４】
これに対し、例えば特開平８−２６６８６号公報には、無機繊維製紙に微粉末状の活性炭や触媒、あるいはアルカリや金属塩等の反応剤を固定して製造されるハニカム構造体が開示されており、該ハニカム構造体によれば圧力損失を抑制して合理的に気固接触を行うことが可能である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平８−２６６８６号公報記載のハニカム構造体では、非極性物質である有機溶剤蒸気については非極性物質である活性炭に吸着して比較的容易に除去できるものの、酸性ガス等の極性物質については活性炭に吸着され難いため除去率が低かった。このため、ＳＯX 、ＮＯX 等のイオン性汚染物質をについては、別途、例えば特開２０００−２６２８３３号公報に記載の発明のように、接着剤を用いて基材に固定されたイオン交換樹脂により除去する必要があった。すなわち、従来は、１つのケミカルフィルターで有機溶剤蒸気及び酸性ガスを効率よく除去することができず、実際は非極性物質を吸着する有機溶剤蒸気用のケミカルフィルターと、極性物質を吸着する酸性ガス用のケミカルフィルターとが必要であるため、施工性及びコストの面で問題があった。
【０００６】
従って、本発明の目的は、有機溶剤蒸気と酸性ガスとを１つのケミカルフィルターで除去できるケミカルフィルターを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
かかる実情において、本発明者は鋭意検討を行った結果、酸性ガスを酸化しうる酸化力の強い酸化触媒を担持させると共に酸性ガスを中和しうる無機塩基等の反応剤と活性炭とを担持させると、酸化触媒で酸化されて得られる窒素酸化物の酸性が強くなって無機塩基等の反応剤と反応し易くなると共に、アルデヒド類など活性炭に吸着し難い有機溶媒も酸化することで活性炭に吸着し易くなり除去率の向上を図ることが可能になることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、本発明は、繊維間空隙率７０〜９５％の繊維ペーパーからなるハニカム構造担体の通気方向前段部に酸化触媒を担持し、該ハニカム構造担体の通気方向後段部に、酸性ガス反応剤及び微粉末状活性炭を担持し、該酸化触媒の担持量が、ケミカルフィルタの単位体積当たり５〜２００ｋｇ／ｍ３であり、該酸性ガス反応剤の担持量が、ケミカルフィルタの単位体積当たり１〜１００ｋｇ／ｍ３であり、該微粉末状活性炭の担持量が、ケミカルフィルタを構成する繊維ペーパーの単位面積当たり５〜１５０ｇ／ｍ２であることを特徴とするケミカルフィルターを提供するものである。また、本発明は、酸性ガス及び有機溶剤を含む被処理ガスをケミカルフィルタに通気して該酸性ガス及び該有機溶剤を除去する被処理ガス中の酸性ガス及び有機溶剤の除去方法であって、該ケミカルフィルタが、通気方向前段部に酸化触媒が担持され、通気方向後段部に酸性ガス反応剤及び微粉末状活性炭が担持された２段構造であり、該酸化触媒で該酸性ガス及び該有機溶剤を酸化させ、酸化された該酸性ガスを該酸性ガス反応剤と反応させ、酸化された該有機溶剤を該微粉末状活性炭に吸着させることを特徴とする被処理ガス中の酸性ガス及び有機溶剤の除去方法を提供するものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明に係るケミカルフィルターは、繊維ペーパーからなるハニカム構造担体に、酸化触媒、酸性ガス反応剤及び微粉末状活性炭を担持したものである。ハニカム構造担体を構成する繊維ペーパーは不織布であり、繊維の材質としては、セラミック繊維、アルミナ繊維、シリカアルミナ繊維、ロックウール及びホウ素化合物を含まないガラス繊維等の無機繊維が挙げられる。このうち、セラミック繊維はコルゲート加工性が良好であるため好ましい。ここでセラミック繊維とは、一般的に、シリカ４０〜６０重量％、アルミナ４０〜６０重量％のシリカアルミナ繊維をいう。なお、ガラス繊維は、通常用いられるホウ素化合物を含むものは、半導体の製造工程において発生するフッ酸と反応し、ホウ素化合物を生成してクリーンルーム内を汚染して好ましくないため、本発明ではホウ素化合物を含まないものが用いられる。
【００１０】
繊維ペーパーは、繊維の平均繊維径が、通常２〜２０μm 、好ましくは３〜１６μm 、さらに好ましくは３〜９μm である。平均繊維径が該範囲内にあると、細かい空隙に酸化触媒、酸性ガス反応剤及び微粉末状活性炭等を多く担持し易いため好ましい。
【００１１】
繊維ペーパーは、空隙率が７０〜９５％、好ましくは８０〜９０％である。空隙率が該範囲内にあると、空隙に酸化触媒、酸性ガス反応剤及び微粉末状活性炭等を多く担持し易いため好ましい。なお、空隙率が９５％を越えると、強度が不足するため好ましくない。
【００１２】
また、繊維ペーパーは、厚みが、通常０．１〜０．６mm、好ましくは０．２〜０．３mmである。厚みが該範囲内にあると、強度、接触効率及び圧力損失をバランスよく両立できるため好ましい。なお、厚みが０．１mm未満であると強度が小さくなるため、また０．６mmを越えるとハニカム担体の単位体積当たりの接触面積が小さくなるため好ましくない。
【００１３】
ハニカム構造担体は上記繊維ペーパーからなるものであり、繊維ペーパーからなるハニカム構造体であれば構造は特に限定されないが、例えば、平板状の繊維ペーパーと波形状の繊維ペーパーとを交互に積層し、波形状の繊維ペーパーの山部で接着剤で接着したものが挙げられる。このようなハニカム構造担体は、例えば、コルゲーターで平板状の繊維ペーパーをコルゲート加工して波形状にしたものを用意し、該波形状の繊維ペーパーと平板状の繊維ペーパーとを交互に接着して得られる。
【００１４】
ハニカム構造担体における波形状の繊維ペーパーのピッチ、すなわち波の間隔（波長）は、通常２．０〜５．０mm、好ましくは２．５〜３．５mmである。また、ハニカム構造担体における波形状の繊維ペーパーの山高、すなわち波の幅は、通常１．０〜７．０mm、好ましくは１．０〜３．０mmである。ピッチ及び山高が上記範囲内にあると、除去性能と開口率とのバランスを保てるため好ましい。
【００１５】
ハニカム構造担体に担持される酸化触媒としては、被処理ガス中のＮＯx 、ＳＯx及びアルデヒド類等を酸化しうるものが用いられ、具体的には、二酸化マンガン、五酸化バナジウム、酸化銅、酸化ニッケル等が挙げられる。このうち、二酸化マンガンは、酸化力が大きく、取り扱いが容易で、且つ常温での酸化能力が優れており、ハニカム構造担体に担持した後に焼成等を行って酸化させる必要がないため好ましい。酸化触媒の担持量は、ケミカルフィルターの単位体積当たり、通常５〜２００[kg/m3] 、好ましくは１５〜１５０[kg/m3] である。酸化触媒の担持量が該範囲内にあると除去性能が向上するため好ましい。本発明では、被処理ガスは、まず、酸化触媒と接触して酸化されるため、被処理ガス中のＮＯx 、ＳＯx 及びアルデヒド類の酸化数が増加する。ＮＯx 、ＳＯx は酸化数の増加すると、これらと水等とが接触することにより生成する酸は、亜硝酸より硝酸を、亜硫酸より硫酸をそれぞれ生成し、酸の強度が増加するため、酸性ガス反応剤と接触した場合に反応し易くなる。また、アルデヒド類は酸化されるとカルボン酸になるため、極性が大きくなり、活性炭に吸着され易くなる。
【００１６】
ハニカム構造担体に担持される酸性ガス反応剤としては、被処理ガス中の酸性ガス等との中和反応等が行われるような反応性が高いものが用いられ、具体的には、水酸化カルシウム、炭酸カルシウム、水酸化カリウム、炭酸カリウム、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム等が挙げられる。このうち、水酸化カルシウム及び炭酸塩は、安価で取扱が容易であるため好ましい。酸性ガス反応剤の担持量は、ケミカルフィルターの単位体積当たり、通常１〜１００[kg/m3] 、好ましくは５〜６０[kg/m3] である。酸性ガス反応剤の担持量が該範囲内にあると除去性能が良好であるため好ましい。
【００１７】
ハニカム構造担体に担持される微粉末状活性炭としては、平均粒子径が通常３〜４０μm 、好ましくは５〜２０μm のものが用いられる。微粉末状活性炭の平均粒子径が該範囲内にあると、繊維ペーパーの繊維間に活性炭を塗工し易いため、繊維ペーパーの取り扱いが容易になり好ましい。また、微粉末状活性炭は、ＢＥＴ比表面積が通常１００〜１０００[m2/g]、好ましくは２００〜５００[m2/g]のものが用いられる。ＢＥＴ比表面積が該範囲内にあると、ハニカム構造担体を構成する前の繊維ペーパーの状態で繊維間に活性炭を塗工することができるため、繊維ペーパーの取り扱いが容易になり好ましい。微粉末状活性炭の担持量は、ケミカルフィルターを構成する繊維ペーパーの単位面積当たり、通常５０〜１５０[g/m2]、好ましくは８０〜１００[g/m2]である。微粉末状活性炭の担持量が該範囲内にあると除去性能が良好であり、加工性にも優れるため好ましい。
【００１８】
本発明に係るケミカルフィルターにおける、酸化触媒、酸性ガス反応剤及び微粉末状活性炭の担持の態様としては、ハニカム構造担体の通気方向全体に酸化触媒、反応剤及び微粉末状活性炭を均一に担持するような１段構造のものとしてもよいし、ハニカム構造担体の通気方向前段部に酸化触媒を担持し、ハニカム構造担体の通気方向後段部に酸性ガス反応剤及び微粉末状活性炭を担持するような２段構造のものとしてもよい。前者のような１段構造のものとすると製造が容易であるため好ましく、後者のような２段構造のものとすると酸性ガスの酸化数を増加させてから酸性ガス反応剤や微粉末活性炭で吸着するため、酸性ガス及び有機溶剤蒸気の除去効率が高いため好ましい。なお、ケミカルフィルターが２段構造のものである場合、その形態は、前段部と後段部とが接着されて完全に一体化したものであってもよいが、被処理ガスの通気方向に対して前段部次いで後段部の順に配置されたものとなっている限り前段部と後段部との組み合わせにより実質的に一体化したものとみなせるようなものであってもよい。実質的に一体化したものの具体的な形態としては、例えば、前段部と後段部とを密着させて配置したものや、前段部と後段部とを離間して配置したものが挙げられる。
【００１９】
ハニカム構造担体に、酸化触媒、酸性ガス反応剤及び微粉末状活性炭を担持させる方法としては、例えば、これらとバインダーとを含むスラリーを作製し、該スラリーにハニカム構造担体を浸漬後、乾燥させる方法が挙げられる。バインダーとしては、例えば、シリカゾル、アルミナゾル等が挙げられる。なお、微粉末状活性炭は、微粉ゆえにスラリーに分散するのに時間がかかり易いため、繊維ペーパーに予め織り込んでおくことが好ましい。また、例えば、酸性ガス反応剤のうちの水酸化ナトリウムのように水溶性の物質を単独で担持する場合には、バインダー等を用いることなく水溶液にハニカム構造担体を浸漬して乾燥するだけで担持することもできる。
【００２０】
本発明に係るケミカルフィルターは、半導体製造工場や精密電子製造工場のクリーンルーム内で用いられる、極低濃度の酸性ガスおよび有機溶剤蒸気を除去するケミカルフィルター等として使用できる。
【００２１】
【実施例】
次に、実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００２２】
実施例１
空隙率８５％のシリカアルミナ繊維からなる平板状基材ペーパー１と、これをコルゲート加工して断面正弦波状に成形した波形状基材ペーパー２とを交互に積層して接着し図１に示すようなハニカム構造体３を得た。気体と触媒の接触効率と圧力損失のバランスをとる上で、平板状及び波形状の基材ペーパーの厚みは共に０．２[mm]、ピッチは３．３[mm]、山高は１．９[mm]とした。得られたハニカム構造体を二酸化マンガンとシリカゾルを含むスラリーに浸漬し、乾燥させ、二酸化マンガン担持量が７０[kg/m3] 、残存空隙率が７０％のハニカム構造体を得た。該ハニカム構造体を通気方向に厚さ２０[mm]となるように切削し、これを前段部フィルターとした。
次に、前段部フィルターのハニカム構造体の平板状及び波形状の基材ペーパーに代えて、前段部フィルターで用いたものと同様の基材ペーパーに平均粒子径５μm 、ＢＥＴ比表面積５００[m2/g]の微粉末状活性炭を６０[g/m2]塗工した平板状基材ペーパー及びこれをコルゲート加工して断面正弦波状に成形した波形状基材ペーパーを用いた以外は、前段部フィルターのハニカム構造体と同様のハニカム構造体を得た。得られたハニカム構造体を水酸化カルシウム水溶液に浸漬し、乾燥させ、水酸化カルシウム担持量が４０[kg/m3] のハニカム構造体を得た。該ハニカム構造体を通気方向に厚さ４０[mm]となるように切削し、これを後段部フィルターとした。
上記前段部フィルターを前段部に、上記後段部フィルターを後段部として密着させ、前段部及び後段部からなる１つのケミカルフィルターを得た。
得られたケミカルフィルターについて、二酸化窒素除去率及びフタル酸ジ-n- ブチル（以下、「ＤＢＰ」ともいう）除去率の経時変化、並びに通過風速毎の圧力損失を測定した。結果を表１及び図２〜図４に示す。なお、表１には、ＮＯ2 除去率及びＤＢＰ除去率については、除去率が９５％まで低下するのに要する通気時間のみ記載した。
・二酸化窒素除去率の測定方法：
通過前の気体の二酸化窒素濃度  ：２００[ppb]
通過風速                      ：０．５[m/s]
の条件で、気体を連続的にケミカルフィルターに通過させ、ケミカルフィルター通過後の気体中の二酸化窒素含有量の経時変化を測定した。
・ＤＢＰ除去率の測定方法：
通過前の気体のＤＢＰ濃度      ：  ３０[ppb]
通過風速                      ：０．５[m/s]
の条件で、気体を連続的にケミカルフィルターに通過させ、ケミカルフィルター通過後の気体中のＤＢＰ含有量の経時変化を測定した。
【００２３】
【表１】
0004315410.tif 000002
【００２４】
実施例２
まず、実施例１の後段部フィルターのハニカム構造体と同様のハニカム構造体を得た。次に、該ハニカム構造体を二酸化マンガン、水酸化カルシウム及びシリカゾルを含むスラリーに浸漬し、乾燥させ、微粉末状活性炭担持量が６０[g/m2]、二酸化マンガン担持量が６０[kg/m3] 、水酸化カルシウム担持量が４０[kg/m3] のハニカム構造体を得た。該ハニカム構造体を通気方向に厚さ４０[mm]となるように切削し、これをケミカルフィルターとした。
得られたケミカルフィルターについて、実施例１と同様に二酸化窒素除去率及びＤＢＰ除去率の経時変化、並びに通過風速毎の圧力損失を測定した。結果を表１及び図２〜図４に示す。
【００２５】
比較例１
まず、実施例１の後段部フィルターのハニカム構造体と同様のハニカム構造体を得た。次に、該ハニカム構造体を水酸化カルシウム水溶液に浸漬し、乾燥させ、微粉末状活性炭担持量が６０[g/m2]、水酸化カルシウム担持量が３５[kg/m3] のハニカム構造体を得た。該ハニカム構造体を通気方向に厚さ４０[mm]となるように切削し、これをケミカルフィルターとした。
得られたケミカルフィルターについて、実施例１と同様に二酸化窒素除去率の経時変化を測定した。結果を表１及び図２に示す。
【００２６】
比較例２
実施例１の後段部フィルターのハニカム構造体と同様のハニカム構造体を通気方向に厚さ４０[mm]となるように切削し、これをケミカルフィルターとした。なお、このケミカルフィルターは実施例１の後段部フィルターと同様のハニカム構造体を用いるが、水酸化カルシウムを担持していない点で実施例１の後段部フィルターとは異なる。
得られたケミカルフィルターについて、実施例１と同様にＤＢＰ除去率の経時変化を測定した。結果を表１及び図３に示す。
【００２７】
実施例３
まず、平板状及び波形状の繊維ペーパーとして、平均繊維径９μm 、空隙率８５％、厚み０．２[mm]のシリカアルミナ繊維からなる平板状基材ペーパー及びこれをコルゲート加工して厚み０．２[mm]、ピッチ３．３[mm]且つ山高１．９[mm]の断面正弦波状に成形した波形状基材ペーパーを用いた以外は、実施例１の前段部フィルターと同様にしてハニカム構造体を得た。得られたハニカム構造体を、実施例１の前段部フィルターと同様に、二酸化マンガンとシリカゾルを含むスラリーに浸漬し、乾燥させ、二酸化マンガン担持量が９０[kg/m3] のハニカム構造体を得た。該ハニカム構造体を通気方向に厚さ２０[mm]となるように切削し、これを前段部フィルターとした。
次に、前段部フィルターのハニカム構造体の平板状及び波形状の基材ペーパーに代えて、前段部フィルターで用いたものと同様の基材ペーパーに平均粒子径５μm 、ＢＥＴ比表面積５００[m2/g]の微粉末状活性炭を８０[g/m2]塗工した平板状基材ペーパー及びこれをコルゲート加工して断面正弦波状に成形した波形状基材ペーパーを用いた以外は、前段部フィルターのハニカム構造体と同様のハニカム構造体を得た。得られたハニカム構造体を水酸化カルシウム水溶液に浸漬し、乾燥させ、水酸化カルシウム担持量が６０[kg/m3] のハニカム構造体を得た。該ハニカム構造体を通気方向に厚さ４０[mm]となるように切削し、これを後段部フィルターとした。
上記前段部フィルターを前段部に、上記後段部フィルターを後段部として密着させ、前段部及び後段部からなる１つのケミカルフィルターを得た。
得られたケミカルフィルターについて、実施例１と同様に二酸化窒素除去率の経時変化及び通過風速毎の圧力損失を測定した。結果を表１、図２及び図４に示す。
【００２８】
実施例４
まず、実施例３の後段部フィルターのハニカム構造体と同様のハニカム構造体を得た。次に、該ハニカム構造体を二酸化マンガン、水酸化カルシウム及びシリカゾルを含むスラリーに浸漬し、乾燥させ、微粉末状活性炭担持量が８０[g/m2]、二酸化マンガン担持量が７０[kg/m3] 、水酸化カルシウム担持量が６０[kg/m3] のハニカム構造体を得た。該ハニカム構造体を通気方向に厚さ４０[mm]となるように切削し、これをケミカルフィルターとした。
得られたケミカルフィルターについて、実施例１と同様に二酸化窒素除去率の経時変化及び通過風速毎の圧力損失を測定した。結果を表１、図２及び図４に示す。
【００２９】
上記結果より、実施例１及び実施例２は、比較例１よりも、ＮＯ2 除去率が９５％まで低下するのに要する通気時間が格段に長いことが分かる。なお、実施例１の通気時間が実施例２よりも長い理由は、実施例１ではフィルターを２段式にしたために二酸化マンガンの担持量が実施例２よりも大きいことから、二酸化マンガンと二酸化窒素との接触効率が向上して二酸化窒素がよりアルカリとの反応性に富む三酸化窒素に酸化され、三酸化窒素が空気中の水を媒体として水酸化カルシウムと効率よく中和反応を起こしたためであると推測される。また、実施例３及び実施例４は、実施例１及び実施例２に比べて圧力損失が若干増大するが、ＮＯ2 除去率はより向上していることが分かる。また、実施例３の通気時間が実施例４よりも長い理由は、実施例１及び実施例２の場合と同様と考えられる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明に係るケミカルフィルターによれば、被処理ガスを、微粉末状活性炭及び酸性ガス反応剤と接触させる前又は接触と同時に二酸化マンガンと接触させるから、酸性ガス反応剤との反応の前に二酸化マンガンにより酸性ガス等の酸化数が増加して反応性に富む状態となるため、被処理ガス中の酸性ガスが酸性ガス反応剤に吸着され易く酸性ガスの除去率が高いと共に、微粉末状活性炭により被処理ガス中の有機溶剤蒸気の除去率も高い。また、本発明に係るケミカルフィルターは、ハニカム構造を有するため圧力損失も低く、装置の小型化および低エネルギー化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１で作製したハニカム構造体を模式的に示す斜視図である。
【図２】通気時間と二酸化窒素除去率との関係を示すグラフである。
【図３】通気時間とＤＢＰ除去率との関係を示すグラフである。
【図４】通過風速と圧力損失との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１    平板状基材ペーパー（平板状繊維ペーパー）
２    波形状基材ペーパー（波形状繊維ペーパー）
３    ハニカム構造体
【図１】
0004315410.tif 000003
【図２】
0004315410.tif 000004
【図３】
0004315410.tif 000005
【図４】
0004315410.tif 000006