(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記工程を含む、流体から均質系および不均質系の不純物を除去するための多孔質媒体の製造方法：
（a）多孔質金属基体の実質的に全部の露出表面上に酸化物層を形成し、
（b）実質的に全部の酸化された多孔質金属基体の上に少なくとも１層のカーボン層を付着させ、
（c）カーボン層の上に前駆体金属種を付着させ、そして
（d）カーボン層を含む多孔質金属基体を加熱して、カーボン層に化学結合した少なくとも部分的に脱酸素化された金属種を含む活性サイトをカーボン層の上に形成する。
【請求項２】
酸化物層の形成を、多孔質金属基体の露出表面を高温で酸化剤と接触させることにより行う、請求の範囲第１項記載の方法。
【請求項３】
酸化剤が酸素からなる、請求の範囲第２項記載の方法。
【請求項４】
酸化物層の形成を約２〜４時間行う、請求の範囲第２項または第３項記載の方法。
【請求項５】
酸化物層を形成する前に多孔質金属基体から自然に存在する酸化物を剥離する工程をさらに含む、請求の範囲第１項〜第４項のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
剥離が、多孔質金属基体の露出表面を還元剤と接触させることを含む、請求の範囲第５項記載の方法。
【請求項７】
多孔質金属基体の露出表面を還元剤と接触させることが、該露出表面を高温で水素と接触させることを含む、請求の範囲第６項記載の方法。
【請求項８】
酸化物層を冷却することをさらに含む、請求の範囲第１項〜第７項のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
酸化された多孔質金属基体への少なくとも１層のカーボン層の付着が、一酸化炭素の不均化反応により炭素を生成させ、該基体を炭素で被覆することを含む、請求の範囲第１項〜第８項のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
少なくとも１層のカーボン層の付着が、酸化物層を一酸化炭素または炭化水素と接触させることを含む、請求の範囲第１項〜第８項のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
カーボン層への前駆体金属種の付着が、前駆体金属種の蒸気を生成させ、この蒸気をカーボン層と接触させることを含む、請求の範囲第１項〜第10項のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
カーボン層への前駆体金属種の付着が、カーボンで被覆された基体を溶媒に溶解した前駆体金属種と接触させることを含む、請求の範囲第１項〜第10項のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
多孔質金属基体がステンレス鋼からなる、請求の範囲第１項〜第12項のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
酸化物層が酸化鉄を含む、請求の範囲第１項〜第13項のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
下記を備える、流体を精製するための反応性媒体：
・多孔質金属基体、
・カーボン層を含む層、
・多孔質金属基体とカーボンを含む層との間に均一に配置された酸化物層、および
・カーボンを含む層に結合された、少なくとも部分的に脱酸素化された金属種を含む活性サイト。
【請求項１６】
酸化物層が、基体の酸化された金属からなる、請求の範囲第15項記載の反応性媒体。
【請求項１７】
酸化物層が酸化鉄を含む、請求の範囲第15項または第16項記載の反応性媒体。
【請求項１８】
多孔質基体の金属が、ニッケル、ハステロイ群の金属、モネル群の金属、およびステンレス鋼よりなる群から選ばれる、請求の範囲第15項〜第17項のいずれかに記載の反応性媒体。
【請求項１９】
金属がステンレス鋼からなる、請求の範囲第17項記載の反応性媒体。
【請求項２０】
金属基体の全表面積に対するカーボンを含む層の全表面積の比率が、約25〜65ｍ2／ｍ2の範囲内である、請求の範囲第15項〜第19項のいずれかに記載の反応性媒体。
【請求項２１】
部分的に脱酸素化された金属種がアルカリ金属、マンガン、マグネシウム、およびそれらの混合物よりなる群から選ばれる、請求の範囲第15項〜第20項のいずれかに記載の反応性媒体。
【請求項２２】
脱酸素化された金属種の少なくとも１つがナトリウムを含む、請求の範囲第21項に記載の反応性媒体。
【請求項２３】
カーボンを含む層の表面積に対するナトリウム金属の比率が約1.2〜1.6mg Na/ｍ2の範囲内である、請求の範囲第22項に記載の反応性媒体。
【発明の詳細な説明】
本発明は流体の濾過および／または精製に関係する装置および方法に関する。より詳しくは、本発明はガスのような流体の濾過および／または精製に使用する多孔質媒体およびアセンブリ、ならびにこの多孔質媒体およびアセンブリの使用および作製方法に関する。
あらゆる分野における現代技術の進歩は、新規な材料の改良と発展、および各種のプロセスを行う場所に存在する反応成分および材料の両方として使用する物質の精製、に大いに依存してきた。多くのこのような物質、典型的には液体およびガス、の精製は、不均質系（微粒子および巨大分子のような）または均質系（溶解した物質のような）のいずれかである不純物の除去を必要としてきた。典型的には、不均質系の異質な不純物は、粒子をある種の有孔もしくは多孔質媒体により物理的に保持する濾過技術および装置により除去される。均質系の同質の不純物の除去には別の方法および精製技術が典型的には選択される。かかり技術の多くは、均質系不純物の化学的変性ならびに／または親和力および吸引力により流体からこの種の材料を除去するものである。
現代技術の多くの分野において、数ｐｐｍ（百万分の１）より多い不純物濃度を許容することができず、半導体デバイスの製造のようなある種の技術分野では、反応成分として使用する物質とプロセスを実施する場所に存在する他の材料の両者における不純物濃度は、数ｐｐｂ（十億分の１）またはそれ以下のレベルでもなお有害となる場合がある。例えば、半導体デバイスの製造に用いるプロセスガスの多くでは、水分、酸素および有機化合物のような不純物は、痕跡量が半導体ウェハーに吸着されただけで、性能の劣化を生じ、製品の歩留り低下や信頼性への悪影響を生ずることがある。
かかる技術分野では、プロセスガスから均質系の不純物を除去するため、不純物の物理吸着および化学吸着または固体物質上に吸着されうる他の形態への不純物の変換を含む各種の工業的な精製方法および精製剤が採用されている。これらの精製技術の大部分は、粒子または発泡材料の充填床を用いる。かかる材料の例としては、各種の樹脂（例、ナノケム<Nanochem>RT樹脂）および各種の合金（例、Zr−Ｖ−Fe合金）が挙げられる。この方法による精製では、これらの充填床にガス流を通すと、不純物が充填床の収着材料と反応する。このような精製材料は、ｐｐｍレベルで不純物を除去することができるが、ｐｐｂレベルで存在する反応性ガスのような痕跡量の均質系の不純物を効果的には濾過分離しないことが多い。また、このような充填床は、不純物分子と充填床材料の樹脂または合金との接触が充填床で効率的には行えなくなるために不純物濃度の突然のサージング（変動）が起こると、効果を失う傾向がある。その上、かかる材料自体が、充填床材料の粒子の機械的動揺や磨砕が原因で不均質系の不純物を発生する傾向があるため、使用寿命は限られてくる。さらに、これらの材料は普通は再利用ができず、再生できないことも多い。
微粒子材料の除去に対しては、各種の多孔質セラミックスが用いられてきた。例えば、Dahlquistらの英国特許第2,021,355号では、水性媒質から不均質系の不純物を分離するために多孔質膜を用いる。この多孔質膜は、貫通路を有する外層の支持マトリックスと、この貫通路を被覆し、外層支持体の上に付着させた内層とから構成される。支持マトリックスとしては、ポリマー、金属またはセラミックスが使用される。内層は、水酸化アルミニウム、部分水和酸化アルミニウム、二酸化ケイ素または二酸化ジルコニウムの粒子からなるマトリックスである。仏国特許第2,251,351号には、微孔質セラミック支持体を、Al、Si、Mg、Ti、Cr、Ni、ZrまたはFeの酸化物で電気泳動により被覆したものを含む微孔質セラミックフィルターが記載されている。Estesらの米国特許第3,288,615号には、全体に鉱物種（例、アルミン酸塩および酸化物）が分布し、フレーム構造を充填している１種もしくは２種以上のテクトケイ酸塩からなるフレーム構造を含むセラミックフィルター体が記載されている。
上記およびその他の濾過および精製材料を用いた操作におけるガス流からの不純物除去の成功の程度はさまざまであるが、始動期間中はシステムへの汚染物質の導入が起こる可能性がかなり高い。これは、濾過または精製装置をプロセス流中で使用するために配置する場合には特にあてはまる。例えば、ガスプロセス流中で使用されている従来のフィルター装置の断面を示す図１を参照すると、フィルターは内部をガス流が流れるハウジングの内部に収容されている。より具体的には、フィルター装置１は、流体精製フィルター３（しばしば反応性ガスフィルター）をハウジング５の内部に配置したものからなる。ハウジング５は、その両端に流体コネクタとして形成されている流体入口７および流体出口９を備えている。かかる配置では、全部のガスが出口９に到達する前に流体精製フィルター３を通過する必要がある。使用前は、典型的には金属材料から形成された栓（キャップ）が入口および出口のコネクタ７および９に嵌めてあり、チリやその他の微粒子汚染物質、および場合によっては流体、がハウジング内に入り込まないようになっている。使用直前にキャップを取り外し、ハウジングをシステム内に挿入することができるようにする。しかし、図１に示した種類の構造を持つ装置は、多くの汚染源からの汚染物質がシステムに導入される可能性がある。
１つの汚染源は、ハウジング５内のフィルター３と入口７の間の上流側にもともと存在していたか、或いはフィルター装置をプロセス流内に設置する際に入口７を通ってハウジングの上流部分に流入してくる、空気もしくは他の流体に由来する。多くの場合、空気、空気の成分、または空気中の不純物はプロセス流にとって有害であり、反応性ガスフィルターで、プロセス流に悪影響を及ぼす可能性がある空気中に存在する望ましくない成分もしくは不純物を除去することができる。この装置をプロセス流中に設置し、プロセス流からハウジングを通る流れが流れ始めれば、プロセス流がフィルター３を通過していくので、ハウジング内に最初から存在していたか、または入口からハウジング内に流入してきた空気は、プロセス流にそれ以上の不純物をさらに導入することはない。しかし、フィルター３の不純物除去能力（キャパシティー）は限られているので、装置に入り込む空気、汚染物質等の量はなるべく少ないことが望ましい。装置を設置する際に入口７からプロセス流に入り込む空気の量を少なくするには、ポペット弁のような弁（バルブ）を入口７の内部に配置し、ハウジングの出口にキャップをしたまま、プロセス流に使用するガスでハウジングを加圧すればよい。しかし、かかる手段は場合によっては有効で、フィルター装置をフラッシュするため、装置のキャップを外した後に直ちに装置を使用することが可能となるものの、別の場合にはプロセス流中に第二の汚染源を導入する可能性もある。即ち、フィルター装置の加圧時の位置および気象条件ならびにフィルター装置の使用時の位置および気圧によっては、キャップを出口から外してフィルターのハウジングを流体の流れの中に接続した途端、フィルター３と出口９との間のフィルターのハウジングの下流側のガスが大気中の空気またはハウジング内の流れの付近に存在する他の流体で置換されてしまうことがある。フィルター装置を使用に供する時に不活性ガスまたはプロセス流に使用するガスで装置をフラッシュすることができる場合もあるが、これは１または２以上の追加の工程を必要とする。
現在の技術では、フィルター装置または濾過／精製アセンブリを使用に供するため配置する時にアセンブリの周囲環境から導入される汚染源に加えて、ハウジングの入口および特に出口の付近に位置する大気汚染の拡散によっても汚染物質が導入されうる。かかる汚染物質の濃度は非常に小さいかもしれないが、特定の用途においては、痕跡量のかかる汚染物質ですら、関係する方法および製品に有害となる場合がある。
本発明は、従来の装置および方法に付随する１または２以上の問題点を克服する装置および方法に向けられている。
本発明の１側面によれば、反応性濾過／精製アセンブリは、流体入口と流体出口とを有するハウジング；このハウジング内の流体入口と流体出口との間に、これらの入口と出口との間にできた流体流路を横断して配置された反応性フィルター媒体；ならびに流体入口と流体出口の少なくとも一方に配置された、流体の流れを通過させることができる少なくとも１つのバリアー部材を備えている。
本発明の別の側面によれば、反応性濾過／精製アセンブリは、流体入口と流体出口とを有するハウジング；このハウジング内の流体入口と流体出口との間に、これらの入口と出口との間にできた流体流路を横断して配置された流体透過性フィルター媒体；ならびに流体入口と流体出口の少なくとも一方に配置された、流体透過性の反応性媒体を含んでいる少なくとも１つのバリアー部材を備えている。
本発明の別の側面によれば、アセンブリは、流体入口と流体出口とを有するハウジング；このハウジング内の流体入口と流体出口との間に、これらの入口と出口との間にできた流体流路を横断して配置された流体透過性媒体；ならびにそれぞれ流体入口および流体出口と共働的に配置された、流体の流れを通過させることができる第１および第２のバリアー部材を備えている。
本発明の別の側面によると、流体から痕跡量の均質系および不均質系の汚染物質を除去する方法は、汚染された流体の流れの少なくとも一部を、前述したアセンブリのいずれかの流体入口を通過させることからなる。
少なくとも１つの態様において、前記アセンブリは流体入口と流体出口とを備えたハウジングを持っている。ハウジング内の流体入口と流体出口との間に、これらの間にできた流体流路を横断するような向きで配置されているのが、流体透過性のフィルター媒体、好ましくは流体透過性の反応性媒体である。流体入口と流体出口の両方に、バリアー部材が配置されている。本発明に関する定義では、「バリアー部材」とは、流体がバリアー部材を通過することが可能で、微粒子および流体汚染物質が入口および出口、従ってハウジングに流入することを妨げる部材である。場合によっては、この部材は、制御された条件下を除いて、全流体のハウジングへの流入を阻止するために使用してもよい。バリアー部材は、媒体もしくは膜でも、またはバルブのような部品でもよい。流体出口では、バリアー部材は媒体、好ましくはハウジングに流入する汚染物質の大部分を除去する主要手段として使用される流体入口と流体出口との中間に配置された流体透過性の反応性フィルター媒体に似た、ある種の反応性媒体、の形態をとることが好ましい。入口では、バリアー部材は、ポペット弁のようなバルブか、またはやはりハウジングの内部に使用する流体透過性の反応性フィルター媒体に似た反応性媒体のような媒体のいずれかであることが好ましい。
反応性媒体は、多孔質無機または有機基体、好ましくは金属基体と、この基体上の少なくとも１層のカーボン層とを備えたものが好ましい。カーボン層は、この層に化学結合された少なくとも部分的または実質的に脱酸素化された金属種を含んでいる活性サイトを付与するように変性される。ここで用いた「少なくとも部分的に脱酸素化された金属種」および「実質的に脱酸素化された金属種」なる用語は、化学結合している酸素の量が化学量論量より少なくなるように還元されている金属を意味する。
本発明を具体化した濾過／精製アセンブリの多くは、流体、特にガスから、均質系および不均質系の両方の多様な汚染物質を除去するのに非常に有効である。さらに、本発明を具体化したアセンブリは、このアセンブリの包装、保管、輸送、または使用のための据え付け時に、アセンブリおよび流体の流れへの汚染物質の導入を避けるのに非常に有効である。その結果、アセンブリの処理能力が増大し、使用寿命が長くなる。
従って、この濾過／精製アセンブリは、多様なプロセスに有用である。例えば、このアセンブリは、例えばエレクトロニクス製造においてガスまたは液体供給流中のガス状または微粒子状の汚染物質の除去に使用することができる。反応性媒体の一部を構成する部分的に脱酸素化した金属種の選択に応じて、酸素、水、一酸化炭素、二酸化炭素、メタンおよび他の炭化水素といった痕跡量の不純物を、ガス流（例、窒素またはアルゴン等の不活性または希ガスの流れ）から除去することができる。不活性ガス流の他に、酸素、シラン類、塩化水素および臭化水素といった反応性ガス流からの水分の除去にも本発明を採用することができる。
本発明を具体化した濾過／精製アセンブリの多くは、均質系および不均質系の汚染物質の一方または両方の濃度を、ｐｐｂないしｐｐｔ（一兆分の１）の範囲の濃度に低減させることができる。例えば、均質系および不均質系の両方の不純物の合計濃度を、約10ppb以下、好ましくは約1ppb以下、より好ましくは数百ppt以下、場合によっては10ppt以下に低減させることができる。例えば、この濾過／精製アセンブリは、不活性ガス流中の水分、酸素、もしくは一酸化炭素の濃度を約10ppt以下に、メタンおよび他の炭化水素の濃度を約10ppt以下、好ましくは約2ppt以下に、一酸化炭素濃度を約12ppt以下に、低減させることが可能である。
上述したように、ガスの精製に加えて、本発明を具体化した濾過／精製アセンブリは、流体の流れの中に配置すれば、この装置を使用に供した時点で、周囲の流体、特に空気のような周囲のガスからも不純物を除去することができるようになる。これは、製造時または使用前の装置の加圧の有無、装置の製造場所、または装置の製造時または使用時の周囲の条件といった要因に関係なくあてはまる。例えば、アセンブリの入口に配置したバリアー部材により、ハウジングへの汚染物質の流入が低減するか、または実質的に皆無となる。たいていの場合、「上流捕捉容積(upstream capture volume)」と呼ばれるハウジングの入口または上流側のバリアー部材と反応性フィルター媒体との間のハウジング部分のガス容積には汚染物質が存在するチャンスはほとんど或いは全くない。但し、この部分に痕跡量の汚染物質が万一存在していても、アセンブリをハウジングに設けた入口および出口の両方で流体の流れにインライン(in line)に接続すれば、流体の流入の開始により上流捕捉容積内の流体は反応性媒体を通過するように流れるので、上流捕捉容積内の均質系および不均質系の汚染物質はすべて流体から除去される。同様に、特にハウジングの出口側の端部に設けたバリアー部材が反応性フィルター媒体と同じまたは類似の材料から形成されている場合には、「下流捕捉容積」（ハウジングの壁面と反応性媒体とハウジングの出口端部もしくは出口に配置されたバリアー部材とで規定されるハウジング部分のガス容積）に存在する汚染物質も、濾過／精製アセンブリを流体の流れに置いた時点で出口に設けた反応性フィルター媒体により実質的に捕捉されよう。その結果、本発明で使用したバリアー部材により、濾過／精製アセンブリの処理能力が増大し、その使用寿命が延長される。
再使用および長い使用寿命が可能となることに加えて、本発明の濾過／精製アセンブリに用いる反応性フィルター媒体は、再生も可能である。
本発明の別の側面によれば、流体から均質系および不均質系の不純物を除去するための多孔質媒体の製造方法は、多孔質金属基体の実質的に全部の露出表面上に酸化物層を形成し；実質的に全部の酸化された多孔質金属基体の上に少なくとも１層のカーボン層を付着させ；カーボン層の上に前駆体金属種を付着させ；カーボン層を含む多孔質金属基体を加熱して、カーボン層に化学結合した少なくとも部分的に脱酸素化された金属種を含む活性サイトをカーボン層の上に形成することからなる。
本発明の別の側面によれば、流体から均質系および不均質系の不純物を除去するための濾過／精製アセンブリの製造方法は、少なくとも１つのハウジング部分の内部に、このハウジング部分の流体流路を横断して少なくとも１つの多孔質金属基体を配置し；このハウジング部分の内部で多孔質金属基体の実質的に全部の露出表面上に酸化物層を形成し；実質的に全部の酸化された多孔質金属基体の上に少なくとも１層のカーボン層を付着させ；カーボン層の上に前駆体金属種を付着させ；カーボン層を含む多孔質金属基体を加熱して、カーボン層に化学結合した少なくとも部分的に脱酸素化された金属種を含む活性サイトをカーボン層の上に形成することからなる。
この改善された多孔質媒体または濾過／精製アセンブリの製造方法の１態様は、多孔質金属基体の全露出表面上に実質的に均一な酸化物層を形成することを含む。この金属基体の均一な酸化物層の形成は、最初に金属基体の全露出金属表面を還元剤と接触させることにより行うことが好ましい。その後、処理した金属表面を高温で酸化剤と接触させると、均一な酸化物層が生成する。金属基体の露出金属表面に形成した均一な酸化物層は、カーボンの堆積を開始させ、基体へのカーボンの改善された固定もしくは結合を達成する作用を果たす。これは最終的により多くの活性サイトを媒体上に生ずることになる。
本発明の別の側面によれば、本発明は前述した方法により製造された多孔質媒体または濾過／精製アセンブリも包含する。
上述した本発明の製造方法に従って製造された媒体および濾過／精製アセンブリは、公知のシステムに比べて、より高純度の流体流れを生じ、増大した不純物除去能力を示す。
図１は従来のガス濾過装置の断面図である。
図２は本発明の１態様を示す断面図である。
図３は本発明の別の態様を示す断面図である。
本発明の１態様を図２に断面で示す。この態様は濾過／精製アセンブリ11を包含し、このアセンブリ11は、濾過媒体13、好ましくは反応性フィルター媒体を備えており、この媒体は図２に矢印で示す流体の流れ方向に対して横断方向にハウジング15の内部に収容されている。反応性フィルター媒体13は、ハウジングに流入する全流体がこの反応性フィルター媒体を必ず通過するようにハウジング15の内部に配置および固定されている。ハウジング15の一端には流体入口17が設けられ、ハウジングの他端には流体出口19が設けられている。ハウジングは、反応性フィルター媒体が流体入口17と出口19との間でハウジング内の流体流路を完全に横断するように位置している限り、任意の形状をとりうるが、好ましい形状は、図２に示すように円筒形ハウジング15である。この場合、円形の反応性フィルター媒体13がハウジング内で中心または同心に配置される。入口17の内部でハウジング内部、特にその上流捕捉容積25と流体連通状態にあるのは、第１のバリアー部材21である。出口19の内部、好ましくは流出流がアセンブリから出る出口の開口位置またはその付近に、ハウジング、特に下流捕捉容積27と流体連通状態に配置されているのは、第２のバリアー部材23である。図示の好適態様は、流体入口17に付随する第１のバリアー部材21と、流体出口19に付随する第２のバリアー部材23とを備えている。或いは、濾過／精製アセンブリは入口または出口のいずれかに付随する１個のバリアー部材だけを備えていてもよい。
第１のバリアー部材21と第２のバリアー部材23の両者の機能は、使用に供するためにアセンブリを流体流れの中に配置する前に均質系または不均質系の汚染物質がフィルターハウジング15に流入するのを低減または実質的に解消し、それによってアセンブリの処理能力および使用寿命を増大させ、流体流れの純度を向上させることである。普通には、かかるバリアー部材は、バルブか、またはハウジング内を通過する流体流れから汚染物質の大部分を除去するのに用いる媒体（即ち、反応性フィルター媒体13）に似た反応性フィルター媒体のようなある種の流体透過性フィルター媒体、のいずれかの形態をとる。図２に示した態様は、入口のバリアー部材21として、バルブ、図示例ではポペット弁のような１方向（逆止）バルブを備えている。ある種の反応性フィルター媒体は、出口のバリアー部材23として利用されている。図３に示した態様は、濾過／精製アセンブリ装置の入口と出口の両方のバリアー部材として、ある種の反応性フィルター媒体を備えている。
出口19の下流開口部に配置したバリアー部材23（および23'）として好ましいのは、第１の、即ち、主反応性フィルター媒体13にある点では似ている（後述するように）別の、即ち、第２の反応性フィルター媒体である。
入口17に設けたバリアー部材21（または21'）は、図２に示す態様ではポペット弁（図３に示す態様では反応性フィルター媒体）である。即ち、図３に示す態様では、バリアー部材21'および23'は同種のもの、即ち、ハウジングの内部に配置した流体透過性の反応性フィルター媒体13に似た反応性フィルター媒体である。
図３に示す態様では、バリアー部材21'および23'を作製する材料も同種のものであることが好ましい。具体的な用途に応じて、バリアー部材21'と23'は、互いに同一または異なる流体流れ特性を有することができる。
流体出口19内のバリアー部材23（または23'）は、出口の先端とバリアー部材23（または23'）との間の容積を減少または実質的にゼロにして、アセンブリをライン内に挿入する間に周囲のガスがハウジング15および流体流れに流入するのを防止するため、下流側の開口部の近くに配置することが好ましい。上流側のバリアー部材21（または21'）も入口17付近に配置することが、ハウジング内に流入するすべての流体が、流体流れの他の部分に達する前に主反応性フィルター媒体13により濾過および精製されるようになることから好ましい。
バリアー部材として使用する反応性フィルター媒体以外に、濾過／精製アセンブリ11は、入口17と出口19との間のハウジング内に固定して設けた反応性フィルター媒体13を単一の（１枚の）層またはシートで好ましくは有していると上に説明し、図２および３にもそのように示した。この態様は大部分の用途に適しており、また製造の容易さや他の理由から好ましいが、反応性フィルター媒体の複数のシートを互いに間隔をあけて配置したものを、１枚のシートからなる反応性フィルター媒体の代わりに用いることも可能である。即ち、場合によっては、流体流れ特性または化学組成が同一または異なる２枚以上の反応性媒体のシートを、ハウジング本体の内部に並列に配置することもできる。その場合、並列に配置シートの前後での全圧力低下が、このアセンブリを使用する用途における要件を満たしていなければならない。
同様に、図２または３に示した種類の態様では、バリアー部材21',23,23'として用いた反応性媒体についても、単一の層またはシートではなく、複数、好ましくは２枚の反応性媒体のシートを、図示の１枚のシートの代わりに使用してもよい。
また、入口に用いたバリアー部材、典型的には反応性フィルター媒体21'の上流に、より大きな粒子状材料を捕捉するための別のフィルター要素（図示せず）を設けてもよい。かかるフィルター要素は、被覆、精製および濾過条件下で不活性で揮発性物質を含有または発生しない材料から形成したものでよい。この材料は、装置に用いるどの反応性フィルター媒体で保持される粒子よりもやや大きい粒子状材料を捕捉するのに適した多孔性を持つものとすべきである。普通には、この上流フィルターには有機ポリマーおよび金属材料を使用しうる。このフィルター要素は、情況に応じて、面(surface)フィルターまたは深さ(depth)フィルターでよい。このような態様は電子産業、特に半導体産業では広い用途があるとは予想されない。この種の産業に用いる流体は若干の粒子状材料を含むことがあるが、その割合は比較的低く、また非常に微細な粒子であるからである。
本発明の好ましい反応性フィルター媒体は、国際公開第WO95/03885号または係属中の1995年１月19日出願の米国特許出願第08/375,257号（これらを参考文献としてここに援用する）に記載の種類のものに類似していてもよい。このような反応性フィルター媒体は、内部に多数の細孔を有する少なくとも１層の基体層（好ましくは無機基体層）と、各基体層の上に堆積し、その細孔を被覆している少なくとも１層のカーボン層と、カーボン層に化学結合し、ガス中の不純物と反応することができる還元形態の金属（即ち、部分的または実質的に脱酸素化された金属種）を含む活性サイトとを備えている。上述したように、反応性フィルター媒体は、不均質系の異質な不純物を除去することができるだけでなく、痕跡量の不純物と相互作用して除去することにより均質系の同質の不純物も著しく低減させることができる点で、既存の大部分の種類のフィルターとは異なるものである。
ハウジングの入口と出口との間で流体透過性の主反応性フィルター媒体13として使用する場合、この反応性媒体は、普通には複数の被覆された基体層が互いに接触している複合媒体を構成している。主反応性フィルター媒体13に用いる基体層の枚数は、この反応性フィルター媒体または２以上の媒体のマトリックスの前後での圧力低下、粒子除去効率、および全汚染物質除去能力といった要因に依存する。通常は、この枚数は、１つの十分な分離層を確保するのに必要な表面積および流体フラックス（束）に依存する。バリアー部材21',23または23'として使用する場合には、層の枚数は、主反応性フィルター媒体13に使用する場合の枚数より一般に少なくなり、通常は１層〜数層である。
反応性フィルター媒体またはバリアー部材、特に後者の厚みが薄い場合、媒体の自立性（自己支持性）が比較的なくなる傾向がある時には、バリアー部材またはフィルター媒体の内部または周囲に有孔金属支持体を設けることが望ましいこともある。典型的には、これは金属メッシュ、特にステンレス鋼メッシュのような非常に目の開いた(open pore)材料である。各種形態のオープンポア繊維質および粉末材料またはメッシュのどれも適当であろう。好ましいのは、細線のステンレス鋼メッシュであるＫメッシュ材料である。特に好ましいのは、細いステンレス鋼メッシュスクリーンからなる支持封体の中に細いステンレス鋼繊維を含んでいる、ポール・コーポレーションより"ULTRAMET-L"なる商品名で市販されているような基体である。
無機基体は好ましくは多孔質金属基体である。基体として用いる金属の中では、ステンレス鋼のような高合金または耐食性金属および合金が好ましい。適当な金属の例は、ニッケル、ハステロイ群の金属、モネル群の金属、316Lステンレス鋼、および他の類似の合金である。金属基体は金属粉末、金属繊維およびこれらの混合物といった粒子状の金属から形成される。好ましいのは金属繊維から形成された基体である。本発明での使用に適しているのは、径が約0.1μｍ以下から約12μｍまで、好ましくは約0.1〜約４μｍの金属繊維である。
被覆の前で、本発明の金属基体の細孔等級(pore rating)は約0.5〜10μｍ、好ましくは約２〜６μｍである。この未被覆の金属基体のボイド分率(void fraction)は、約50〜95％ボイド、好ましくは約60〜80％ボイドの範囲内である。
この多孔質基体上に付着させるカーボン層の厚みは、好ましくは約50〜1000Åの範囲内である。カーボンによる基体の被覆は細孔等級を低下させると同時に、媒体の前後でのΔＰを増大させることがあるが、ΔＰがアセンブリの使用に悪影響を及ぼすか否かは、このアセンブリの具体的用途により決まることである。
カーボン層は、この層に化学結合した少なくとも１種の還元形態の金属種を含む活性サイトを生ずるように変性する。この金属種は、その還元形態において、ガス流中の不純物と反応ないし他の相互作用を行うことができる。「還元形態」とは、金属と化学的に化合している酸素が、その金属酸化物に普通に存在する化学量論量より少ない（即ち、その金属種が部分的または実質的に脱酸素化されている）という金属の酸化状態に関係する用語である。この還元形態の金属は、カーボン上に化学吸着された金属または金属低次酸化物（亜酸化物）ならびに金属−炭素インターカレート（挿入）化合物からなるものでよい。換言すると、カーボン層は、カーボン層に化学結合した部分的または実質的に脱酸素化された金属種を含む活性サイトを与えるように変性される。好ましくは、活性サイトは、ガス流中の痕跡量の不純物と反応することができる実質的に脱酸素化された金属種を含む。使用可能な金属またはそれらの低次酸化物の例としては、マンガン、マグネシウム、ならびにリチウム、ナトリウムおよびカリウムのようなアルカリ金属が挙げられる。
基体上にカーボン層を形成する方法の例は、一酸化炭素（ＣＯ）の不均化反応または各種炭化水素のような他の炭素源の解離を利用した化学蒸着（ＣＶＤ）法である。このカーボン層の形成は、反応時間、温度およびガス組成の多様な条件下で行うことができ、その条件制御は当業者であれば可能である。例えば、ＣＯを炭素源として使用する場合、不均化反応は、ほぼＣＯが５〜15vol％、水素が１〜５vol％、残部が窒素のような比較的不活性のガスからなる混合ガスを用いて約250℃以上の温度で行うことができる。好ましくは、この不均化反応は、水素を約６〜14vol％含有するＣＯと水素との混合ガスを用いて、約350〜450℃の温度で行う。カーボンの堆積厚みおよび量は、反応時間、温度、ガス組成およびガス流量を調整することにより制御することができる。例えば、焼結ステンレス鋼繊維から形成された直径1.1インチ（28mm）のフィルターディスク上に、ＣＯと水素の約88/12(vol/vol)混合ガスを用いて、フィルターディスクを通る全ガス流量を約500cc/minにして、約435℃の温度で良好なカーボンの堆積を得ることができる。
活性サイトの形成は、まずカーボン層上に前駆体の金属種を付着させることにより行うことができる。形成剤は、酸化形態の金属および／または脱酸素化形態の金属を含んだものでよい。この前駆体金属種の付着は、ＣＶＤのような化学蒸着法を用いて、例えば、付着させる前駆体金属種の蒸気を形成した後、多孔質基体層上に形成したカーボン層をこの前駆体金属種の蒸気と接触させることにより行うことができる。この蒸気は、例えば、金属それ自体から、または金属の水酸化物または酸化物から発生させたものでよい。付着の温度は、使用した多孔質基体および前駆体金属種の種類により異なるが、典型的には約300℃より高温である。
別の方法として、前駆体の金属種の付着は、溶媒または液体媒体と前駆体金属種とを含む混合物、例えば、溶媒または液体媒体中の前駆体金属種の溶液またはスラリー、から行うこともできる。金属水酸化物またはシュウ酸塩といった金属含有化合物の溶液を用いてカーボンで被覆した基体に前駆体金属種を含浸させてもよい。例えば、マンガンを使用する場合、シュウ酸マンガンの水溶液がこの目的に適している。
前駆体金属種の好ましい付着方法は、前駆体金属種を非水液体媒質中に溶解または分散させた溶液またはスラリーを形成することである。好ましくは、非水溶媒は、残渣を残さずに容易に蒸発させることができるもの、例えば、無水液体アンモニアといった溶媒である。前駆体金属種を非水溶媒に溶解させた溶液の例としては、ナトリウムのようなアルカリ金属の無水液体アンモニア溶液が挙げられる。無水液体アンモニアといった非水溶媒に不溶性かまたは難溶性の金属を前駆体金属種として使用することになる場合には、その金属の非常に微細な粉末のスラリーもカーボン層上への金属の付着に好適に使用しうる場合がある。カーボンで被覆した多孔質基体に前駆体金属種の溶液またはスラリーを通すと、カーボン層上に前駆体金属種が付着する。窒素または他の不活性ガスを使用して多孔質基体を通る溶液またはスラリーを押し込んでもよく、逆に吸引を利用して多孔質基体を通る溶液またはスラリーを引き込んでもよい。
多孔質基体に溶液またはスラリーを浸透させてカーボン層上に前駆体金属種を付着させた後、窒素ガスのような不活性ガスでパージして非水溶媒を追い出してもよい。約110℃以上、好ましくは200℃以上に徐々に加熱してパージ操作を促進することもできる。
前駆体金属種を付着させたカーボン被覆基体を、次いで加熱して、カーボン層に化学結合した金属種、即ち、カーボン層上の活性サイト、を形成する。「化学結合した」とは、イオン結合と共有結合、ならびにファンデアワールス力による結合を含む意味である。換言すると、「化学結合した」とは、カーボン上の収着された金属および金属低次酸化物、ならびに各種の金属−炭素基および挿入化合物を包含する。一般には、化学結合は、基体を約300℃以上、好ましくは約380〜400℃以上、特に好ましくは約500℃以上の温度に加熱して、カーボン層上に活性サイトを形成することにより達成される。活性サイトの形成は、炭素で被覆した基体を、窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスもしくは希ガスといった不活性雰囲気中で加熱することにより実施しうる。活性サイトがリチウム、カリウムまたはマグネシウムを含んでいる場合には、アルゴンまたはヘリウムを用いて不活性雰囲気を供給することが好ましい。不活性雰囲気の存在により、大気中の不純物、特に酸化性不純物が活性化中の媒体と接触する機会が著しく少なくなる。活性化処理中の媒体と接触するガス中に不純物が存在していると、この不純物が活性サイトと相互作用して該サイトを消耗させることがある。活性サイトの損失は、その反応性媒体の不純物除去能力に悪影響を及ぼすことがある。好ましくは、この活性化方法は、ガス中の痕跡量の不純物による活性サイトの不活性化を避けるために、超高純度の不活性または希ガスの雰囲気中で行う。この不活性ガスは、活性サイト形成を促進させるため、還元性ガス（例、水素）を含有していてもよい。好ましくは、活性化処理中に使用する不活性ガスは、少なくとも約１％、より好ましくは約２〜35％、特に好ましくは約４〜10％の濃度で水素を含有する。別の態様では、活性化処理は、基体を真空下で約300℃以上に加熱することにより行うこともできる。
典型的な活性化処理では、好ましくは不活性ガスに少なくとも約４％の水素を含有させた混合ガスでパージを行いながら、基体を約500℃以上の温度に加熱し、活性サイトを形成するのに適した時間（例、約１時間）その温度に保持する。これにより、前駆体金属種が炭素と反応して基体上に活性サイトを形成する、即ち、カーボン層に化学結合した金属種を形成することにより、カーボン層の活性サイトが活性化される。この金属活性化サイトは、還元形態（Ｃ−Ｍ）で吸着された金属として、金属低次酸化物として、または好ましい高度に反応性の還元形態とするのに必要な酸素が除去された酸化形態（ＣＯ2Ｍ）として、存在しうる。換言すると、還元形態の金属は、酸素を全く持たないか、化学量論量より少ない量でしか持たない。即ち、この金属種は部分的または実質的に脱酸素化されている。好ましくは、この金属種は実質的に脱酸素化されたものである。好ましくは、化学結合により反応性金属種が炭素に固定され、炭素は多孔質基体に固定される。こうして金属種と炭素が固定されると、濾過／精製アセンブリ内でのガス流の汚染が避けられる。
別の態様において、数種の異なる金属を順にまたは混合物としてカーボン層上に付着させることにより、ガスがフィルター媒体の各層を通過する際の選択的な不純物除去を可能することができる。さらに別の態様において、反応性媒体は基体の露出表面に付着させた２層以上のカーボン層を備えていてもよい。各カーボン層は、別々に活性サイトを付与するように変性してもよい。かかる媒体を製造するには、順にまず１つのカーボン層を付着させ、このカーボン層の上に前駆体金属種を付着させ、次いで媒体を加熱してカーボン層の上に活性サイトを形成すればよい。この工程順を所望の数の活性化されたカーボン／金属層が形成されるまで反復することができる。各層が活性サイトを付与する少なくとも２層のカーボン層を備えた反応性媒体には多くの利点がある。かかる多カーボン層媒体は、非常に高い不純物除去能力を有する。複数の炭素層上の活性サイトが２種以上の金属種を含有していてもよい。例えば、多孔質無機基体の露出表面の実質的に全面に第１および第２の２層のカーボン層を形成した反応性媒体とすることができる。第１のカーボン層を、このカーボン層に化学結合した少なくとも部分的に脱酸素化された第１の金属種を含む活性サイトを与えるように変性し、第２のカーボン層を、このカーボン層に化学結合した少なくとも部分的に脱酸素化された第２の金属種を含む活性サイトを与えるように変性することができる。それにより、異なる付着方法（例、一方はＣＶＤ法、他方は溶液付着法）を必要とする２種類の金属の使用が可能となる。
本発明の反応性媒体は、ガスから多様な不純物を除去するのに非常に有効である。例えば、本発明を具体化した反応性媒体は、ガス流（例、窒素またはアルゴンのような不活性または希ガスの流れ）から、酸素、水、一酸化炭素、二酸化炭素またはメタンといった不純物を除去するのに使用することができる。
本発明の反応性媒体はまた、酸素、シラン類、塩化水素および臭化水素といった反応性ガスの流れから水分を除去するのに使用することもできる。典型的には、この目的にはカーボン層に化学結合したナトリウムまたはマグネシウム種を含む活性サイトを有する反応性媒体が使用できる。反応性ガスが活性サイトと反応することがあっても、反応性媒体に水分がさらに化学吸着される（即ち、水が活性サイトと相互作用して反応性ガスから水分が実質的に除去される）ことになる。例えば、HClやHBrは活性サイト（例、マグネシウム種を含む活性サイト）と反応して金属ハロゲン化物を形成することがあるが、水分は反応で生成した金属ハロゲン化物にも化学吸着され、水和物を形成しうる。同様に、酸素も活性サイトの金属種と反応して酸化されたサイトを形成することができる。酸化されたサイトも水分と相互作用することができるので、本発明の反応性媒体は酸素のような反応性ガスから痕跡量の水分を除去するのにも使用することができる。本発明を具体化した反応性媒体は、シラン類から酸素を除去するのにも使用できる。
フィルター媒体を備えた濾過／精製アセンブリの使用時には、このアセンブリに不純物を含むガス流を通過させる。フィルター媒体は、多様な公知の形態のいずれでもよいが、好ましくは本発明に従って作製された反応性のフィルター媒体である。この媒体を当業者に公知の手法で改変することにより液体流の濾過／精製にも使用できることは認められよう。ガス流から不均質系の粒子は周知のフィルター機構により除去される。反応性媒体の活性サイトがガス流中に存在する痕跡量の均質系不純物（例、酸素、二酸化炭素、一酸化炭素、水、有機化合物等）と相互作用ないし好ましくは反応することにより、この均質系不純物がガス流から除去される。特定の理論に拘束されることを望むわけではないが、実質的に全部の不純物分子が反応性層の金属分子と接触して相互作用し、濾過および精製されるガスから媒体により除去されるものと考えられる。換言すると、均質系の不純物はカーボン層の活性サイトに結合した金属種と相互作用することにより、気相から不純物が掃去および除去される。
精製が完了し、還元された金属が全部酸化ないし汚染物質で不活性化された場合には、基体を不活性雰囲気（例、窒素またはアルゴン）中で約300℃以上の温度に加熱して、酸化された金属を還元（即ち、活性サイトを再生）することにより、媒体を再生することができる。別の方法として、不活性化した反応性媒体を水素含有雰囲気下で約300℃以上の温度に加熱することにより再生を実施してもよい。数回の反復が可能なプロセスとして反応性媒体の再生が可能であることは、通常は１回だけしか使用できず、既知の再生手段が明らかに全くない公知の濾過／精製アセンブリ材料に比べて顕著な利点となる。再生は、媒体のカーボン被覆への接近を可能にし、かつバルブ型のバリアー部材が高温に露出されたり、炭素または炭素形成材料と接触しないように取り外すため、必要に応じて反応性の濾過／精製アセンブリを解体することができる本発明の態様について可能なオプションとなる。
濾過／精製アセンブリ内の媒体の使用後の再生は、普通には媒体を含むハウジング部分を不活性または希ガス雰囲気（例、窒素、アルゴン、ヘリウム等）中で、少なくとも約300℃、好ましくは約450℃以上、特に好ましくは約450〜550℃の温度に加熱することにより実施される。カーボン層は、不活性雰囲気中での加熱時に炭素が還元剤として機能しうるという点で、活性サイトの再生に関与しうる。この再生法は通常は約24〜28時間にわたって行うが、例えば約48時間といったより長い時間を採用することもできる。
別の方法として、濾過／精製アセンブリ内の媒体の使用後の再生は、水素含有雰囲気のような還元性雰囲気の存在下に媒体を約300℃以上、好ましくは約450〜550℃の温度に加熱することにより行うこともできる。例えば、媒体の再生は、水素と不活性ガスとの混合ガスでパージしながら、媒体を約500℃以上の温度に加熱し、その温度に約１時間保持することにより行うことができる。好ましくは、この再生法は約２〜100％(vol:vol)の水素、より好ましくは約10〜40％の水素を含有する不活性ガス雰囲気を用いて行う。普通には、反応性媒体の再生はこのような条件下で約８〜28時間にわたって実施する。最初に活性サイトを形成するのに用いた活性化処理と同様に、この再生処理もずっと少ない量の水素を含有する不活性ガス中で実施してもよい。水素濃度が低くなるほど、一般により長時間および／またはより高温を再生処理に使用することになる。例えば、ステンレス鋼製の反応性媒体の再生は、水素と窒素の35：65(vol:vol)混合ガスでパージしながら、この媒体を約500℃に12〜24時間熱することにより実施することができる。
濾過／精製アセンブリの組立ては、各種の方法で行うことができる。このアセンブリを組立てる方法は、使用したバリアー部材の種類やハウジングの形状にも部分的には依存する。両方のバリアー部材が多孔質媒体からなる態様では、個々の部品、即ち、フィルター媒体、バリアー部材等をハウジングの所定のハウジング部分に配置し、必要であれば、その後でその上に活性なカーボンおよび金属被覆を形成するように処理することが好ましい。フィルター媒体およびバリアー部材の処理後または処理前に、所定の２以上のハウジング部分を連結してアセンブリを形成する。バルブといった別の種類のバリアー部材を使用する態様では、フィルター媒体と多孔質媒体からなるバリアー部材とを第１のハウジング部分に配置し、バルブ型のバリアー部材を第２のハウジング部分に配置すればよい。その後、第１のハウジング部分内の媒体を処理し、２つのハウジング部分を好ましくはその後で連結する。バリアー部材や反応性フィルター媒体をハウジング部分に、またはその内部に取付ける正確な順序は、製造および組立て設備にも部分的には依存する。普通には、小さい反応性型フィルター等の下流側のバリアー部材は、使用時にハウジングから流出する全流体、またはこのフィルター・ユニットを使用に供する直前にハウジングの下流側に流入する全流体が、この反応性型フィルターを必ず通過するように、ハウジングと連通している出口の内部に、出口の下流側開口部を横断するような向きで固定配置する。
出口に反応性型フィルターを永久配置する方法は、バリアー部材を所定位置にスエージ加工、ステーキング(staking)、ろう付け、焼結、またはプレス嵌めすることにより行うことができる。
例えば、１例として、図２および３に示した態様では、反応性フィルター媒体への前駆体となる多孔質基体のような金属フィルター媒体を（即ち、カーボン被覆および金属種の結合の前に）、下流側の出口19の末端に、固定して、または着脱自在に、配置することができる。出口は下流側ハウジング部分15aまたは15a'の一部として形成してもよく、或いはこのハウジング部分15aまたは15a'に、下流側バリアー部材を出口に固定配置する前か後に、溶接のような方法により取り付けてもよい。その後、流体透過性の反応性フィルター媒体13（図２および３）を形成するために被覆を行う前の前駆体または基体である多孔質媒体、例えば、多孔質金属媒体のハウジング内への配置は、出口19を連結したか、連結していないハウジング部分15b（または15b'）および15a（または15a'）の一方またはそれぞれに、金属フィルター基体を着脱自在または固定して装着することにより行えばよい。普通には、ハウジング要素15b（または15b'）、反応性フィルター媒体13、およびハウジング部材15a（または15a'）を溶接、ロウ付け等の方法により連結する。図３に示した態様では、最終的には下流側のバリアー部材23または23'と同一または実質的に類似したバリアー部材21'になる金属フィルター基体を、入口17'内に固定または着脱自在に配置する。これは、好ましくは出口19で行うのと同様の方法で、入口17'の開口部、即ち上流端部において行う。ハウジング部分15aの出口19と同様に、入口17'とハウジング部分15b'も、反応性フィルター媒体21'を形成する金属フィルター基体を入口17'に固定配置する前か後のいずれかに、互いに連結してもよい。
図３に示す種類の態様では、場合によっては、上流側のハウジング部分、入口およびフィルター部材は、下流側のハウジング部分、出口およびフィルター部材と類似または同一の形態であってもよい。アセンブリの上流側の部分と下流側の部分を同一にすると製造コストを節約することができる。
アセンブリの指定部分の内部に配置された金属フィルター基体は、これを被覆等の処理工程の前に所定のハウジング部分内に配置し、その後で別個のハウジング部分を連結して組立てると、カーボン被覆や金属種による活性化といった処理をより効率的に行うことができる。例えば、図２に示す態様では、反応性フィルター媒体13を形成する金属フィルター基体を含んでいるハウジング部分15aおよび15bと出口19は、ポペット弁21を含んでいる入口17と上流側ハウジング部分15cに連結する前に、別に組立てておいて、活性金属種に結合したカーボン被覆を形成するように処理する。上流側のハウジング部分15cは、ハウジング部分15bに溶接等により連結する。図３の態様に同様の手法を採用してもよい。
金属媒体のカーボン被覆と金属種による活性化を利用した反応性フィルター媒体および反応性フィルター型のバリアー部材の形成は、上記および国際公開第WO95/03885号または係属中の米国特許出願第08/375,257号に記載のようにして実施することができる。或いは、次に述べる修正法も採用できる。多孔質の金属媒体基体、多孔質の金属媒体基体を含んでいるハウジング部分、または多孔質の金属媒体基体を含んでいる濾過／精製アセンブリを、まず還元剤による処理に付す。例えば、金属媒体基体を含んでいる濾過／精製アセンブリを、アルゴン、ヘリウムおよび場合により窒素といった不活性ガスまたは希ガスの供給源、ならびに水素、一酸化炭素、および酸素の各供給源とも流体連通しているマニホルドに接続すればよい。まず、アセンブリから空気および大気中の不純物をパージするために、アルゴンのような不活性ガスを、普通には室温またはそれよりやや高温で、約0.7〜1.2cc/min-mm2の流量でハウジングに供給する。その後、ステンレス鋼の表面に普通に存在する鉄やクロムの酸化物といった、金属表面に自然に存在する混合金属酸化物の表面を剥離させて、還元された金属表面を形成するため、アルゴン流を止め、システムを約0.8〜1.5cc/min-mm2の流量の精製水素でパージする。このパージは、室温で約10〜20分間、またはシステムからアルゴンが水素により完全に追い出されるまで続ける。その後、温度を約２〜８℃／minの速度で約400〜450℃に高める。水素ガス流を流し続けながら多孔質金属媒体基体をこの温度範囲内に約３時間保持して、均一に還元された、または元素状の金属表面を形成する。その後、100％アルゴンのような不活性または希ガスを、濾過／精製アセンブリに約2.2〜2.6cc/min-mm2の流量で流す。アルゴン流をアセンブリに流し続けながら、温度を約300〜350℃に低下させる。
その後、制御された酸化工程を行って、ステンレス鋼のような金属を使用した場合には主に酸化鉄からなる比較的厚く均一な酸化物を金属の表面に形成する。この均一な酸化鉄層は、均一な一酸化炭素の解離および基体表面での元素状炭素の付着を促進する触媒として作用する。これはまた、反応性フィルター要素のカーボン層上の活性金属サイトの数を増大させる効果もある。酸素のアセンブリへの導入は、酸素を約35〜45％、好ましくは約40％含有する酸素／アルゴン混合ガスを約2.2〜2.6cc/min-mm2の流量で供給することにより行う。この酸素／アルゴン混合ガスの流れは、約300〜350℃の範囲内の温度で約２〜４時間、好ましくは約2.5時間続ける。その後、反応性フィルター要素を加熱している加熱炉を停止し、カーボン被覆をその後すぐに始めない場合には、均一に酸化された基体が室温またはその付近に冷却されるまで、100％アルゴンを約2.2〜2.6cc/min-mm2の流量でアセンブリに流す。その後、上述したように、酸化された金属フィルター基体をカーボンで被覆し、活性金属種を上述したように蒸着法または溶媒−金属法によりカーボンに導入する。
まず還元してから金属フィルター基体または要素に均一な酸化表面を形成すると、金属フィルター基体の全表面積に対するカーボン被覆の全表面積の比率が、この酸化予備処理のない場合の2.3〜3.6m2/m2に比べて、約25〜65m2/m2と大きくなる。これはまた、カーボン被覆の表面積に対するナトリウム金属被覆（被覆をナトリウム金属種で活性化した場合）の割合として、約1.2〜1.6mg Na/m2カーボンの値を与える。得られた酸素容量は、酸化予備処理のない場合の約４〜６倍も多くなる。
実施例
金属基体が均一な酸化物被覆を有するように、カーボン被覆とカーボン上の活性サイトへの金属種の結合を行う前に、ハウジングまたは金属フィルター基体を含むハウジング部分を予備酸化処理して準備する方法の例を次のようにして実施する。流体流路を横断するように所定位置に溶接された金属フィルター基体を備えたハウジング部分をマニホルドに取付け、このマニホルドは数種の異なる高純度ガスの供給源に接続した。このハウジング部分を加熱炉内に支持し、まず室温で500cc/minの流量の精製アルゴンにより約10分間パージして大気中の汚染物質を除去した。その後、このハウジング部分へのアルゴンの送給を停止し、ハウジング部分をやはり室温で600cc/minの流量の精製水素により約10〜20分間パージした。金属基体を含むハウジング部分の温度を２℃/minの速度で425℃に徐々に上昇させた。水素を600cc/minの流量で流しながら、ハウジング部分を425℃に３時間保持した。その後、水素流を停止し、純アルゴンを1500cc/minの流量でハウジング部分に流した。同じ流量でアルゴンをハウジング部分に流しながら、このハウジング部分の温度を305℃に降下させた。その後、アルゴンに酸素を混ぜて、酸素40％、アルゴン60％の混合ガスを約1500cc/minの流量でハウジング部分に流した。これを、305℃の温度で2.5時間続けた。その後、加熱炉を停止し、100％アルゴンをハウジング部分に1500cc/minの流量で流した。カーボンの付着と堆積させたカーボン付着物上でのサイトの活性化を上に説明したようにして行った。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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