(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｙ型ゼオライトをアルミニウム原子と結びついた水酸基が存在するセラミック繊維によって抄紙された紙によって作られたハニカム体にバインダーによって定着し、四フッ化炭素プラズマガスを作用させハニカム体に定着されたＹ型ゼオライトの少なくとも一部の水酸基がフッ素に置換されたハニカム体を有する有機溶剤蒸気吸着素子。
【請求項２】
複数のハニカム体が積層され、ハニカム体の層毎に水酸基のフッ素への置換率が異なるようにした請求項１記載の有機溶剤蒸気吸着素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はたとえば有機溶剤蒸気その他有機ガスの吸着等に用いられる吸着素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
塗装工場等は多量の有機溶剤を消費しており、有機溶剤の気化した有機溶剤蒸気を大気中に放出すると大気を汚染することがあるため、有機溶剤蒸気を回収除去する必要がある。このため、従来より有機溶剤蒸気を吸着剤に吸着させ回収する手段が用いられて来た。
【０００３】
この有機溶剤蒸気の吸着剤として活性炭や疎水性のゼオライトが用いられて来た。ゼオライトを吸着剤として用いる場合には、親水性のゼオライトを用いて空気中に含まれる有機溶剤蒸気の吸着をさせようとすると、空気中の水分がゼオライトに吸着されてしまい、有機溶剤蒸気の吸着効率が著しく悪くなるため疎水性のゼオライトを使用する必要がある。
【０００４】
ゼオライトは一般的には親水性であり、疎水化する方法としてゼオライトに含まれるアルミナを除去する方法が知られている。また、疎水化したゼオライトを用いて有機溶剤蒸気を吸着し濃縮除去する吸着素子が例えば特許第２６４５２５１号公報に見られるように公知である。
【０００５】
そして有機溶剤蒸気の濃縮除去装置の設計に当たって、設計者は吸着するガスの種類に応じて活性炭や疎水性のゼオライトのいづれを用いるか選択している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
以上のような従来の有機溶剤蒸気の吸着素子に用いられる吸着剤は、上記のように疎水化する必要があり、ゼオライトを吸着剤として用いる場合には、疎水化の方法としてゼオライト中のアルミニウムを除去する方法が一般に行われている。
【０００７】
従来の疎水化されたゼオライトで現在除去する必要のある殆どの有機溶剤の蒸気の吸着除去が可能であるものの、最近の半導体工場のように半導体ウェハーの洗浄に多種の有機溶剤を用いる場合には従来の疎水化されたゼオライトでは疎水性が十分でなく、有機溶剤の蒸気の種類によっては吸着の難しい場合があるという問題がある。
【０００８】
また、メタノールやエタノール等のように極性の強い有機溶剤の蒸気はゼオライトの吸着特性が水蒸気と非常に近いため、水蒸気と混合すると有機溶剤の蒸気の選択的な吸着除去が困難であるという問題点を有していた。
【０００９】
このためにゼオライト等の吸着剤に四フッ化炭素プラズマガスを作用させ、極めて高い疎水性を与える技術が開発された。このようにして得られた吸着剤は吸着性能が極めて高いのではあるが、疎水性が高いために取り扱いが難しいという問題点がある。
【００１０】
つまり、粉末状の吸着剤をハニカム体に定着して吸着素子を製造する場合、吸着剤をシリカゾル等のバインダー中に分散し、その吸着剤の分散されたバインダー中にハニカム体を浸漬し、乾燥させる方法が多く採られていた。
【００１１】
しかし、吸着剤の疎水性が高くなると吸着剤をバインダー中に投入した時に吸着剤がバインダーとなじまず、バインダーの上に浮いてしまい、分散が困難となる。
【００１２】
また吸着剤の疎水性を高めても、ハニカム体を構成するシートの疎水性が低いと吸着素子全体としての疎水性が低くなり、依然として極性の強い有機溶剤の蒸気と水蒸気との選択的な吸着除去が困難であるという問題点を有していた。
【００１３】
本発明は以上の問題点に着目し、より簡単に製造可能で疎水性の高い吸着素子を提供しようとするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前もって吸着剤を定着し四フッ化プラズマガスを作用させたハニカム体によってガス吸着素子を構成するようにした。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は水酸基を有する原料吸着剤をハニカム体に定着し、四フッ化炭素プラズマガスを作用させハニカム体に定着された原料吸着剤の少なくとも一部の水酸基がフッ素に置換されたハニカム体を有するようにしたものであり、原料吸着剤は疎水化される前にハニカム体に定着されるため、製造が容易であり、かつハニカム体全体で疎水化されるため疎水性が高いという作用を有する。
【００１６】
【実施例】
以下本発明のガス吸着素子の実施例について図に沿って詳細に説明する。図１は本発明のガス吸着素子の一例を示す斜視図である。図１において、１はハニカム体でガス吸着素子の素材である。ハニカム体１は、平面シート２と波状シート３とが重ねられ捲かれている。平面シート２および波状シート３は例えばセラミック繊維やガラス繊維によって抄紙された紙等が用いられる。
【００１７】
このようにして作られたハニカム体１を焼成し、抄紙の際に抄き込まれたバインダー等の有機質を除去する。そして例えばシリカとアルミナの比が１０：２のＹ型ゼオライトをシリカゾル中に分散し、その分散液の中にハニカム体を浸漬する。
【００１８】
分散液が十分ハニカム体１に浸透した後、ハニカム体１を分散液から引き上げ、１２０℃の熱風で０．５時間乃至１時間乾燥させ、吸着剤を定着したハニカム体１を得る。
【００１９】
図２は本発明の実施に用いられるプラズマ処理装置の断面図である。図２に於て、４はチャンバーであり、金属等の導電性の材料より構成されるとともに、内部を真空状態にした場合に大気圧に耐える強度に構成されている。また、チャンバー４は接地されている。
【００２０】
チャンバー４の内部で上部に上部電極５が設けられている。そして上部電極５は導電体６によってチャンバー４の上部に支持されている。また、導電体６は絶縁体７によってチャンバー４と絶縁されており、その結果上部電極５はチャンバー４から絶縁された状態で支持されている。
【００２１】
８は上部電極５の下面に四フッ化炭素ガスを供給するパイプで、チャンバー４の上面と上部電極５を貫通している。
【００２２】
９は高周波電源であり、この高周波電源９で発生した高周波電流はマッチングボックス１０を介して導電体６に供給されている。つまり、高周波電源９で発生した高周波電流は上部電極５に供給されている。
【００２３】
１１はヒーターブロックであり、支持手段１２によって上下動可能にチャンバー４の下部に支持されている。またヒーターブロック１１は接地されている。そしてヒーターブロック１１の上にホルダー１３が設けられ、ホルダー１３の上にはさらにステンレス鋼よりなるメッシュ板１４が設けられている。
【００２４】
メッシュ板１４には一様に直径１μｍ程度の小さな孔が形成されており、これによってメッシュ板１４は、その上にハニカム体１を載せることができるとともに、プラズマガスを通過させることができる。また、メッシュ板１４とホルダー１３の間にはギャップ１５が形成されており、このギャップ１５を通してメッシュ板１４を貫通したプラズマガスが排出される。
【００２５】
１６は排気口であり、チャンバー４の側面に設けられるとともに、真空ポンプ１７の吸い込み口と連通し、ここからプラズマガスが排出される。
【００２６】
本発明の実施に使用されるプラズマ処理装置は以上のような構成であり、以下その動作について説明する。
【００２７】
先ず、メッシュ板１４の上にハニカム体１を載せる。続いて真空ポンプ１７を動作させてチャンバー４内を減圧するとともに、ヒーターブロック１１に通電する。するとヒーターブロック１１の発生する熱はホルダー１３を介してハニカム体１に伝わり、ハニカム体１の全体が加熱される。このようにしてハニカム体１が４００℃になるまで加熱し、以降その温度を維持する。
【００２８】
続いて高周波電源９を起動し、上部電極５に１３．５６ＭＨｚの高周波電流を供給する。すると上部電極５とメッシュ板１４との間に交番電界が発生する。この状態で、パイプ８を介して四フッ化炭素を上部電極５の下面に供給する。すると、上部電極５とメッシュ板１４の間で四フッ化炭素ガスがプラズマ状態となる。
【００２９】
このプラズマ状態の四フッ化炭素ガスがハニカム体１に定着されたＹ型ゼオライトに作用し、四フッ化炭素のフッ素原子の一つが外れ、Ｙ型ゼオライト中のアルミニウム原子と結び付いた水酸基の水素原子が三フッ化炭素と置換され珪素原子と結び付いた水素原子がフッ素と置換される。この反応を図３に示す。
【００３０】
これによって判るように、Ｙ型ゼオライトはアルミニウム原子と結び付いた水酸基を有しているため完全に疎水性ではなく多少親水性を呈しているが、この水酸基が三フッ化炭素と置換されるため、強く疎水性を呈するようになる。
【００３１】
アルミニウム原子と結び付いた水酸基の水素原子が三フッ化炭素と置換する過程をさらに詳細に説明する。原料ゼオライトが加熱され４００℃になるまで熱せられるとゼオライトのアルミニウム原子と結び付いた水素及び水酸基が外れる。この状態でかつ圧力３５Ｐａのもとでプラズマ状態の四フッ化炭素ガスを３０分間作用させると、四フッ化炭素ガスのフッ素が１つ外れ３フッ化炭素及びフッ素となって、それぞれアルミニウム原子および珪素原子と結び付く。
【００３２】
以上Ｙ型ゼオライトのアルミニウム原子と結び付いた水酸基が三フッ化炭素と置換されることについて説明したが、ハニカム体１を構成するセラミック紙のセラミック繊維にもアルミニウム原子と結び付いた水酸基が存在し、これも同様に三フッ化炭素と置換され疎水化される。
【００３３】
このようにして、吸着剤の定着されたハニカム体１はプラズマ改質処理によって疎水化され、極性の強い有機溶剤の蒸気であっても水蒸気に対して優先的に吸着可能になる。
【００３４】
また本発明の実施例２としてハニカム体１を複数積層して吸着素子を構成することができ、以下その説明を行う。先ず、複数のハニカム体１を準備し、それぞれ高周波電源９の出力を異ならせて上記と同様のハニカム体１のプラズマ改質処理を行う。
【００３５】
すると改質の度合いの互いに異なった複数のハニカム体を得ることができる。つまり、複数のハニカム体は互いに疎水性の度合いが異なった状態となる。この互いに疎水性の度合いが異なった３個のハニカム体１７，１８，１９を積み重ね図４に示す吸着素子を得る。
【００３６】
そして３個のハニカム体１７，１８，１９の疎水度は端から順に疎水度低、中、高となるようにするとともに、水蒸気を多く含む有機ガスを吸着させる場合に疎水度の低いハニカム体１７の方から被吸着ガスを流すようにする。
【００３７】
すると先ず疎水度の低いハニカム体１７に多くの水蒸気と少しの有機ガスが吸着され、次に疎水度中程度のハニカム体１８に少しの水蒸気と有機ガスが吸着される。このため、疎水度の高いハニカム体１９には殆ど水蒸気が取り除かれた状態で有機ガスが入る。
【００３８】
このため、疎水度の高いハニカム体１９は有機ガスの吸着に際して水蒸気が邪魔をせず、吸着率が高くなる。
【００３９】
以上の実施例では３個のハニカム体を重ねる例を示したが、３個に限らず適宜数を調整することができる。つまり前もって疎水度の異なる特定の厚さのハニカム体を多数準備しておき、目的の吸着量に合わせてハニカム体の積層数を例えば４個から１０個と調整することができる。
【００４０】
こうすることによって、特定のものを多量に生産することができ量産効果を発揮することができる。
【００４１】
【発明の効果】
本発明のガス吸着素子は上記の如く構成したので、吸着剤を疎水化する前にハニカム体に定着することができ、容易に生産をすることができる。
【００４２】
また、吸着剤をハニカム体に定着した状態でプラズマ処理を行い、吸着剤とともにハニカム体も疎水化することができるため、全体として疎水性の高いガス吸着素子を得ることができるものである。
【００４３】
さらに本発明のガス吸着素子は複数のハニカム体を積層しているため、前もって疎水度の異なる特定の厚さのハニカム体を多数準備しておけば、必要に応じて積層数を調整し所望の厚みの吸着素子を得ることができる。従って、特定の厚さのハニカム体を多数生産することによって、種々の吸着特性を有する種々の厚さのガス吸着素子を作ることができ、量産効果を発揮することができる。
【００４４】
また本発明のガス吸着素子は互いに疎水性度合いの異なったハニカム体を積層した構成を有するため、水蒸気を多く含む有機ガスの吸着も効果的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のガス吸着素子の実施例１を示す斜視図である。
【図２】本発明に用いられるプラズマ処理装置の一例を示す断面図である。
【図３】本発明のガス吸着素子の製造過程に於ける化学変化を示す図である。
【図４】本発明のガス吸着素子の実施例２を示す斜視図である。
【符号の説明】
１  ハニカム体
２  平面シート
３  波状シート
４  チャンバー
５  上部電極
６  導電体
７  絶縁体
８  パイプ
９  高周波電源
１０  マッチングボックス
１１  ヒーターブロック
１２  支持手段
１３  ホルダー
１４  メッシュ板
１５  ギャップ
１６  排気口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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