JP3784780B2 - 脱臭用触媒およびその製造方法ならびに脱臭装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば生ごみ処理装置の悪臭、ごみ集積室の悪臭、調理場および飲食店、動物室や畜舎などから排出される気体悪臭を限り無く無臭化する脱臭用触媒およびその製造方法ならびに脱臭装置に係り、特に長期間にわたって高い脱臭効果が維持できる脱臭用触媒およびその製造方法ならびに脱臭装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の脱臭方法には、例えば活性炭などの吸着材に臭気ガスを吸着する吸着法、水や酸化剤などを利用して中和または酸化反応をさせて吸着除去する洗浄法、臭気成分を燃焼により熱分解させる燃焼法、臭気成分を常温下で酸化反応させて分解するオゾン法などがある。この中でもオゾン法は、臭気成分の化学的な分解を迅速に行なうという特長を有している。
【0003】
なお、この種の排ガス処理に関しては、例えば下記のような非特許文献1を挙げることができる。
【0004】
【非特許文献1】
「大気圧非平衡プラズマの環境工学への応用 5.環境汚染揮発性有機物質の除去」 プラズマ・核融合学会誌 第74巻第2号 146〜150頁
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の工業用に使用されるオゾン法では、例えば10KV〜50KV程度の交流高電圧(周波数:50Hz〜10KHz)が必要である。悪臭は一般に数種類の物質が混合した気体であり、悪臭源によりその種類や混合割合が異なる。理論的にはオゾンは有機性の悪臭物質を酸化分解するとされているが、実際には悪臭源の種類や混合割合などによって酸化分解し難い場合もある。
【0005】
このように高電圧負荷によるオゾン法は、一般に電源装置が大型化し重量も重くなり、コスト高になること、オゾンだけでは脱臭効果が低く、またその効果に持続性がないことなどの問題点を有している。
【0006】
本発明の目的は、このような従来技術の欠点を解消し、優れた脱臭効果を長期間にわたって維持でき、しかもオゾンの発生が効率的に行なわれ、ラジカルおよび触媒による酸化還元反応に基づいて、効果の高い脱臭用触媒およびその製造方法ならびに脱臭装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の第1の手段は、プラズマ放電下で気体中の臭気成分を分解する脱臭用触媒において、少なくとも酸化ジルコニウム、二酸化マンガン、炭素、酸化カリウム、二酸化ケイ素、炭化ケイ素を含み、その組成割合が、酸化ジルコニウムが10〜34重量%、二酸化マンガンが15〜25重量%、炭素が2〜15重量%、酸化カリウムが10〜15重量%、二酸化ケイ素が10〜40重量%、炭化ケイ素が5〜15重量%であることを特徴とするものである。
【0008】
本発明の第2の手段は、プラズマ放電下で気体中の臭気成分を分解する脱臭用触媒において、少なくとも酸化ジルコニウム、二酸化マンガン、炭素、酸化カリウム、二酸化ケイ素、炭化ケイ素、酸化マグネシウムを含み、その組成割合が、酸化ジルコニウムが10〜34重量%、二酸化マンガンが15〜25重量%、炭素が2〜15重量%、酸化カリウムが10〜15重量%、二酸化ケイ素が10〜27重量%、炭化ケイ素が5〜15重量%、酸化マグネシウムが3〜15重量%であることを特徴とするものである。
【0009】
本発明の第3の手段は、プラズマ放電下で気体中の臭気成分を分解する脱臭用触媒において、少なくとも酸化ジルコニウム、二酸化マンガン、炭素、酸化カリウム、二酸化ケイ素、炭化ケイ素、酸化アルミニウムを含み、その組成割合が、酸化ジルコニウムが10〜34重量%、二酸化マンガンが15〜25重量%、炭素が2〜15重量%、酸化カリウムが10〜15重量%、二酸化ケイ素が10〜27重量%、炭化ケイ素が5〜15重量%、酸化アルミニウムが1〜15重量%であることを特徴とするものである。
【0010】
本発明の第4の手段は、プラズマ放電下で気体中の臭気成分を分解する脱臭用触媒の製造方法において、少なくとも酸化ジルコニウム、二酸化マンガン、炭素、酸化カリウム、二酸化ケイ素、炭化ケイ素を含み、その組成割合が、酸化ジルコニウムが10〜34重量%、二酸化マンガンが15〜25重量%、炭素が2〜15重量%、酸化カリウムが10〜15重量%、二酸化ケイ素が10〜40重量%、炭化ケイ素が5〜15重量%であるように各原材料粉末を配合して混合する工程と、その混合した原材料に水を所定量添加して練成する工程と、その混練物を所定の形状に成形する工程と、得られた成形体を乾燥する工程と、乾燥後に空気を遮断した状態で焼成する工程と、焼成後に冷却して触媒とする工程とを含むことを特徴とするものである。
【0011】
本発明の第5の手段は、プラズマ放電下で気体中の臭気成分を分解する脱臭用触媒の製造方法において、少なくとも酸化ジルコニウム、二酸化マンガン、炭素、酸化カリウム、二酸化ケイ素、炭化ケイ素、酸化マグネシウムを含み、その組成割合が、酸化ジルコニウムが10〜34重量%、二酸化マンガンが15〜25重量%、炭素が2〜15重量%、酸化カリウムが10〜15重量%、二酸化ケイ素が10〜27重量%、炭化ケイ素が5〜15重量%、酸化マグネシウムが3〜15重量%であるように各原材料粉末を配合して混合する工程と、その混合した原材料に水を所定量添加して練成する工程と、その混練物を所定の形状に成形する工程と、得られた成形体を乾燥する工程と、乾燥後に空気を遮断した状態で焼成する工程と、焼成後に冷却して触媒とする工程とを含むことを特徴とするものである。
【0012】
本発明の第6の手段は、プラズマ放電下で気体中の臭気成分を分解する脱臭用触媒の製造方法において、少なくとも酸化ジルコニウム、二酸化マンガン、炭素、酸化カリウム、二酸化ケイ素、炭化ケイ素、酸化アルミニウムを含み、その組成割合が、酸化ジルコニウムが10〜34重量%、二酸化マンガンが15〜25重量%、炭素が2〜15重量%、酸化カリウムが10〜15重量%、二酸化ケイ素が10〜27重量%、炭化ケイ素が5〜15重量%、酸化アルミニウムが1〜15重量%であるように各原材料粉末を配合して混合する工程と、その混合した原材料に水を所定量添加して練成する工程と、その混練物を所定の形状に成形する工程と、得られた成形体を乾燥する工程と、乾燥後に空気を遮断した状態で焼成する工程と、焼成後に冷却して触媒とする工程とを含むことを特徴とするものである。
【0013】
本発明の第7の手段は、一対の電極と、その電極の間に設置された脱臭用触媒と、少なくとも一方の電極と脱臭用触媒の間に介在された誘電体と、前記一対の電極間に給電する電源部を備え、プラズマ放電下で気体中の臭気成分を分解する脱臭装置において、前記脱臭用触媒が少なくとも酸化ジルコニウム、二酸化マンガン、炭素、酸化カリウム、二酸化ケイ素、炭化ケイ素を含み、その組成割合が、酸化ジルコニウムが10〜34重量%、二酸化マンガンが15〜25重量%、炭素が2〜15重量%、酸化カリウムが10〜15重量%、二酸化ケイ素が10〜40重量%、炭化ケイ素が5〜15重量%であることを特徴とするものである。
【0014】
本発明の第8の手段は、一対の電極と、その電極の間に設置された脱臭用触媒と、少なくとも一方の電極と脱臭用触媒の間に介在された誘電体と、前記一対の電極間に給電する電源部を備え、プラズマ放電下で気体中の臭気成分を分解する脱臭装置において、前記脱臭用触媒が少なくとも酸化ジルコニウム、二酸化マンガン、炭素、酸化カリウム、二酸化ケイ素、炭化ケイ素、酸化マグネシウムを含み、その組成割合が、酸化ジルコニウムが10〜34重量%、二酸化マンガンが15〜25重量%、炭素が2〜15重量%、酸化カリウムが10〜15重量%、二酸化ケイ素が10〜27重量%、炭化ケイ素が5〜15重量%、酸化マグネシウムが3〜15重量%であることを特徴とするものである。
【0015】
本発明の第9の手段は、一対の電極と、その電極の間に設置された脱臭用触媒と、少なくとも一方の電極と脱臭用触媒の間に介在された誘電体と、前記一対の電極間に給電する電源部を備え、プラズマ放電下で気体中の臭気成分を分解する脱臭装置において、前記脱臭用触媒が少なくとも酸化ジルコニウム、二酸化マンガン、炭素、酸化カリウム、二酸化ケイ素、炭化ケイ素、酸化アルミニウムを含み、その組成割合が、酸化ジルコニウムが10〜34重量%、二酸化マンガンが15〜25重量%、炭素が2〜15重量%、酸化カリウムが10〜15重量%、二酸化ケイ素が10〜27重量%、炭化ケイ素が5〜15重量%、酸化アルミニウムが1〜15重量%であることを特徴とするものである。
【0016】
本発明の第10の手段は、前記第7の手段ないし第9の手段のいずれかにおいて、前記脱臭用触媒に供給する前記気体中の水分を除去するヒータなどの除湿手段が設けられていることを特徴とするものである。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図1は実施形態に係る脱臭装置の概略構成図、図2(a),(b)はその脱臭装置に用いる触媒カートリッジの横断面図と縦断面図である。
【0018】
図1に示すように例えばステンレス鋼などの金属製のハウジング1に、未処理の臭気ガス22を導入する導入口2と、浄化した無臭ガス23を排出する排出口3が設けられている。ハウジング1の内側空間部4に、触媒カートリッジ5が図に示すように設置されている。
【0019】
触媒カートリッジ5は図2(a),(b)に示すように、カートリッジケース6と、外側放電電極7と、誘電体8と、内側放電電極9と、上流側支持体10と、下流側支持体11と、脱臭用触媒12とから構成されている。
【0020】
前記カートリッジケース6、例えばセラミックなどの断熱性と電気絶縁性を有する材料で円筒状に形成され、ハウジング1の内面に接するように配置される。前記外側放電電極7は、例えばステンレス鋼などの金網、金属平板、多孔金属平板、エキスパンデットメタルなどからなり、カートリッジケース6の内面の全周に沿って設置され、その端部がハウジング1に接続されている。
【0021】
前記誘電体8は、例えば耐熱性ガラスやセラミックなどからなり円筒状に形成され、外側放電電極7の内面に沿って設置されている。前記内側放電電極9は、例えばステンレス鋼などの金網、多孔金属平板、エキスパンデットメタルなどからなり通気性を有し、誘電体8の内側に所定の間隔をおいて配置され、それの両端部が外側に折り曲げられて誘電体8に内接するように加工されている。
【0022】
前記外側放電電極7と内側放電電極9によって形成される円筒状の空間内に、ランダムな状態あるいは整列した状態で触媒12が充填される。触媒12としては、直径が約8〜12mmの粒状触媒、一辺が約8〜15mmの三角形あるいは四角形または直径が約8〜15mmの円形の断面を有する長さが約25〜50mmの棒状触媒が用いられる。棒状触媒は若干捩じれた棒状のものでも構わない。また、板状触媒、湾曲などにより変形した板状触媒、短管状触媒など他の形状の触媒でも構わない。
【0023】
なお、触媒の直径あるいは辺長は必ずしも前記の長さに制限されるものではなく、約8mm以下のものを使用することも可能である。また棒状触媒も必ずしも前記の長さに制限されるものではない。
【0024】
前記上流側支持体10と下流側支持体11は例えばセラミックで構成され、断面形状がL字形で、全体的に円筒状に成形されて、誘電体8の内面に配置され、上流側支持体10と下流側支持体11で内側放電電極9の両端部と触媒12層を挟持した状態になっている。
【0025】
図1に示すようにハウジング1の一方の端面に電極棒挿入孔13が設けられ、チタン合金またはステンレス鋼からなる電極棒14が挿入され、電極棒14を碍子15で固定している。電極棒14の先端部は内側放電電極9に接続され、外側放電電極7はハウジング1に取り付けられた端子18に接続され、電極棒8と端子18の間に電源部16が接続されている。
【0026】
電源部16は図示していないが、高周波インバータを内蔵し、定電流放電制御手段と電流切替え手段を内蔵している。この電源部16の接続により、内側放電電極9はプラス側の放電電極、外側放電電極7がマイナス側の放電電極となり、両電極7,9間に誘電体8を介して触媒12が設置された構造になっている。
【0027】
17は導入口2と対向するように設けられた傘状の拡散板で、矢印で示すようにガスを触媒12側に案内する機能を有している。なお拡散板17は平板状あるいは円筒状であったり、内側放電電極9と一体型にすることも可能である。
【0028】
触媒12層の内側を中空状にすることにより、背圧が高くなるのを抑制している。19は触媒12と排出口3の間に形成された滞留部で、脱臭反応の促進のために設けられている。
【0029】
前記触媒12として、次の3種類の組成のものが用いられる。
【0030】
(第1の組成)
酸化ジルコニウム 10〜34重量%
二酸化マンガン 15〜25重量%
炭素 2〜15重量%
酸化カリウム 10〜15重量%
二酸化ケイ素 10〜40重量%
炭化ケイ素 5〜15重量%
この組成の中で、特に酸化ジルコニウムを15〜20重量%、炭素を2〜5重量%含有したものが好ましい。
【0031】
(第2の組成)
酸化ジルコニウム 10〜34重量%
二酸化マンガン 15〜25重量%
炭素 2〜15重量%
酸化カリウム 10〜15重量%
二酸化ケイ素 10〜27重量%
炭化ケイ素 5〜15重量%
酸化マグネシウム 3〜15重量%
この組成の中で、特に酸化ジルコニウムを15〜20重量%、炭素を2〜5重量%含有したものが好ましい。
【0032】
(第3の組成)
酸化ジルコニウム 10〜34重量%
二酸化マンガン 15〜25重量%
炭素 2〜15重量%
酸化カリウム 10〜15重量%
二酸化ケイ素 10〜27重量%
炭化ケイ素 5〜15重量%
酸化アルミニウム 1〜15重量%
この組成の中で、特に酸化ジルコニウムを15〜20重量%、炭素を2〜5重量%含有したものが好ましい。
【0033】
これらの触媒はセラミック触媒で、炭素などを包摂した構造体を成している。前記組成の触媒で炭化ケイ素の含有率が10重量%以下の場合、炭素の含有率を22〜27重量%にするのが好ましい。またこれらの触媒中に酸化ニッケルを適量添加することもできる。
【0034】
酸化ジルコニウムの含有率が10重量%以上になると臭気成分の酸化分解率が急激に高くなり、一方、含有率が34重量%を超えると特性が低下すると共に、含有量が多くなるほどコスト高になる傾向にある。従って酸化ジルコニウムの含有率は10〜34重量%、好ましくは15〜20重量%の範囲に規制する必要がある。
【0035】
二酸化マンガンの含有率が15重量%以上になると臭気成分の酸化分解率が高くなり、一方、25重量%を超えると特性がほぼ一定となり、添加効果がそれ以上得られない。従って二酸化マンガンの含有率は15〜25重量%の範囲に規制する必要がある。
【0036】
炭素の含有率が2重量%以上になると臭気成分の酸化分解率が高くなり、一方、15重量%を超えると特性が低下する傾向にある。従って炭素の含有率は2〜15重量%、好ましくは2〜5重量%の範囲に規制する必要がある。なお、炭素は、後述の電子なだれ現象を起き易くする機能を有している。
【0037】
酸化カリウムの含有率が10重量%以上になると臭気成分の酸化分解率が高くなり、一方、15重量%を超えると特性が低下する傾向にある。従って酸化カリウムの含有率は10〜15重量%の範囲に規制する必要がある。
【0038】
二酸化ケイ素の含有率が10重量%以上になると臭気成分の酸化分解率が高くなり、一方、40重量%を超えると特性が低下する傾向にある。従って二酸化ケイ素の含有率は10〜40重量%の範囲に規制する必要がある。
【0039】
また触媒成分の組み合わせによっては、二酸化ケイ素の含有率は10〜27重量%の範囲に規制する必要がある。
【0040】
炭化ケイ素の含有率が5重量%以上になると臭気成分の酸化分解率が高くなり、一方、15重量%を超えると特性が低下する傾向にある。従って炭化ケイ素の含有率は5〜15重量%の範囲に規制する必要がある。
【0041】
酸化マグネシウムの含有率が3重量%以上になると臭気成分の酸化分解率が高くなり、一方、15重量%を超えると特性が低下する傾向にある。従って酸化マグネシウムの含有率は3〜15重量%の範囲に規制する必要がある。
【0042】
酸化アルミニウムの含有率が1重量%以上になると臭気成分の酸化分解率が高くなり、一方、15重量%を超えると特性が低下する傾向にある。従って酸化アルミニウムの含有率は1〜15重量%の範囲に規制する必要がある。
【0043】
本発明の触媒表面は定常状態では絶縁体であり、各原子間では電子の移動は行なわれないが、外部から電界を与えて一定の電荷が蓄積されると、各原子間で電子が移動し始め、次第に多量の電子移動が行なわれるようになり、電子なだれ現象を生じる。このとき触媒表面から電子が急激に奪われるため、触媒表面近傍の空間に存在する電子をも巻き込んで、電子なだれ現象を助長する。
【0044】
触媒は電極としても機能し、隣接する触媒ペレット間の放電電極となる。また、触媒内の誘電体であるケイ酸塩や固定誘電体に接する炭素は、バリア放電電極としても機能し、その結果としてオゾンが効率的に発生する。さらに触媒内における炭素の濃度差部分では、キャパシター電極として機能し、その結果として局部的充電が起こり、消費電力の削減が図れる。
【0045】
このように本発明に係る触媒は、電子供与体(酸化剤)と電子受容体(還元剤)の両方(しかも両極端)の機能を果たし、発生する強度の活性酸素により、例えばアンモニア類などの難分解の臭気成分をも比較的簡単に分解して無臭化することができる。本発明に係る触媒の酸化作用と還元作用の機能比率の調整は、例えば電界の強さ(電圧)や原材料の配合比率を変えることにより容易に可能である。
【0046】
図3は、このような原理を説明するための図である。電源の直流成分は、放電電極7がマイナス、放電電極9がプラスになるように重畳され、臭気ガスの微粒子を帯電させ、触媒12に吸着し易いように機能する。一方、電源の交流成分は、誘電体8を挟んだ触媒12の表面でプラズマ放電20を発生させる。なお、コロナ放電が成長して火花放電やアーク放電を起こすことがあるから、これを防止するために放電電極7と触媒12層の間に誘電体8(バリア)を介在しており、いわゆるバリア放電が起こっており、このバリアのためにプラズマ放電20は非平衡プラズマとなっている。
【0047】
このプラズマ放電20は、触媒11を活性化させて臭気物質の分解を促進させる。また触媒12のもつ電子親和作用により、触媒表面に蓄積した電子は一定の量に達すると隣合った触媒12に放電するが、このとき周囲の電子をも巻き込んで電子なだれ現象を引起し、一時的に多量の電流を放電する。この結果臭気ガス中の多原子、分子が電子の衝突により解離して短寿命の遊離原子が酸化還元を行ない、酸素、二酸化炭素、水、窒素などの無臭化された安定分子に変化する。
【0048】
また臭気ガス中の酸素化合物に含まれている酸素を用いて活性酸素を発生し、有機性臭気の成分粒子を酸化燃焼させる。本発明の触媒は、このような一連の酸化・還元反応を連続的にかつ安定に行なうことができる。
【0049】
臭気ガス中に混在する塵埃などが触媒層中に付着し、炭化が促進された場合には、放電電流が大きくなり、ある値を超えると電源回路が低電圧に切り替わり、瞬時にアーク放電が始まる。即ち、触媒の導電性が高くなり、大電流が流れて前記炭化物質(煤)などを完全燃焼させるから、触媒層が炭化物質(煤)などで目詰りを生じることはない。放電電流が減ると電源回路が高電圧に切り替り、前述のプラズマ放電が再開される。
【0050】
図4は、本発明の触媒の製造方法を説明するためのフローチャートである。各工程での内容の概略は次の通りである。
【0051】
S1:原材料である酸化ジルコニウム、二酸化マンガン、二酸化ケイ素、炭素、炭化ケイ素をそれぞれ300〜400メッシュに粉砕して、ケイ酸カリウム溶液と共に所定の割合で混合する。
【0052】
S2:原材料に水を所定量混合して、混練する。
【0053】
S3:粒状触媒の場合には、造粒機を使用して直径が8〜12mmの粒状に造粒成形する。
【0054】
:棒状触媒の場合には、成形機を使用して直径が8〜15mmの円形、あるいは一辺が8〜15mmの三角形あるいは四角形の断面を有する長さが25〜50mmの棒状に成形する。
【0055】
S4:得られた触媒を常温下で24時間以上自然乾燥させるか、または温風と熱風で強制乾燥する。
【0056】
S5:電気炉で空気を遮断して350℃で30分間加熱後、900℃で1時間焼成する。
【0057】
S6:室温まで自然冷却した後、電気炉より取り出して粒状触媒または棒状触媒
とする。
【0058】
次に触媒の製造方法の実施例を説明する。
【0059】
(S1:原材料の調整工程)
▲1▼.酸化ジルコニウム粉末 20kg
▲2▼.二酸化マンガン粉末 18kg
▲3▼.二酸化ケイ素粉末 28kg
▲4▼.炭素粉末 15kg
▲5▼.炭化ケイ素 6kg
▲6▼.ケイ酸カリウム溶液 60kg
▲7▼.直径2mmのアルミナ小球 10kg
▲1▼〜▲7▼の合計重量は157kgとなる。▲1▼〜▲5▼は325〜350メッシュの微粉末である。▲7▼は造粒用の中心核として使用する。
【0060】
(S2:原材料の混練工程)
前記原材料を混練装置に投入し、水30〜40リッタを注入して、混練装置の攪拌回数を毎分10〜15回に設定し、40〜50分間混練する。
【0061】
(S3−1:粒状触媒の造粒成形工程)
粒状触媒の造粒成形工程は、造粒装置にアルミナ小球を1kg投入し、毎分10〜15回の割合で回転駆動し、前記S2の混練が終了した原材料を毎分500gの割合でその造粒装置に流し込む。アルミナ小球に原材料が付着して球径が徐々に大きくなり、外径が10mmに達したら造粒装置より取り出す。
【0062】
(S3−2:棒状触媒の成形工程)
棒状触媒の成形工程は、前記S1でアルミナ小球を含まない混練が終了した原材料を所定の形状を有する金属または硬質樹脂からなる型枠内に充填して型締めし、3〜4時間後に型枠より取り外す。型枠は、個々の棒状触媒を同時に多数成形することができ、硬化乾燥した触媒が容易に取り外せる2枚合わせ型を使用する。
【0063】
(S4:乾燥工程)
造粒済みまたは成形済みの原材料を常温下で24時間以上自然乾燥させるか、または電気炉内において40℃の温風で30分間乾燥させ、次に90℃の熱風で1時間強制乾燥させる。
【0064】
(S5:焼成工程)
乾燥させた造粒済みまたは成形済み原料を電気炉(真空炉または無酸化炉)に入れ、350℃に昇温して30分間維持し、その後900℃まで昇温して1時間焼成する。
【0065】
(S6:取出工程)
室温まで自然冷却した後、電気炉より取り出して粒状または棒状触媒とする。図5は、本発明に係る脱臭装置を生ごみ処理システムに適用する場合を示す概略構成図である。同図に示すように本発明に係る脱臭装置21の上流側に、臭気ガスの発生源である生ごみ処理装置24と、臭気ガスの湿度を下げるための簡易ヒータからなる除湿乾燥機25が設置されている。臭気ガス中に含まれている水分は、脱臭装置21内においてオゾンの生成を妨げる傾向にあるため、脱臭装置21に供給する前に臭気ガス中の水分を前記除湿乾燥機25で除去している。
【0066】
脱臭装置21の下流側に、生ごみ処理装置24の容量規模に対応して、脱臭装置21の内部における臭気成分の酸化還元反応を十分に促進することができる風量および風速になるように、無臭ガス23を吸引排出するブロワー27が設置されている。
【0067】
ブロワー27は、生ごみ処理装置24の内部で行なわれる生ごみ処理反応速度に影響がなく、また、脱臭装置21の内部を通過する臭気ガスの分解反応が十分可能な風量および風速を保つように調整されており、脱臭装置21内の臭気ガスの風速は0.3m/秒以下であることが望ましい。
【0068】
脱臭装置21の放電電極7,9間には電源部16が接続されている。図6は電源回路図である。図中のQはブロッキング発振用のトランジスタで、R1とC1による積分回路によりベース電流が供給される。トランジスタQが導通すると発振トランスPTの1次側巻線Pにコレクタ電流が流れ、発振トランスPTの2次側巻線Sに高圧の出力電流が発生する。このとき帰還巻線FにトランジスタQを逆バイアスする方向に制動電流が流れ、トランジスタQは導通が遮断される。
【0069】
以下、導通と遮断が繰り返され、発振トランスPTの2次側巻線Sに高電圧のパルス電流が発生する。図中のC4は出力のグランドを交流的に接地するコンデンサで、R2は帯電防止用の抵抗器、Dは発振トランスPTの電磁誘導作用を効果的にするための制動ダイオードである。
【0070】
図7ないし図9は、触媒カートリッジ5の変形例を示す縦断面図である。なおこれらの図において内側放電電極9の形状を明確に表すため、触媒12の一部を省略している。
【0071】
図7に示す第1の変形例に係る触媒カートリッジ5の場合、縦断面形状が星形の内側放電電極9を使用し、各外側角部が誘電体8に内接しており、星形の内側放電電極9と誘電体8の間に触媒12が充填されている。
【0072】
図8に示す第2の変形例に係る触媒カートリッジ5の場合、縦断面形状が円形で数カ所誘電体8側に延びた延設部28が設けられた内側放電電極9を使用し、各延設部28が誘電体8に内接しており、円形の内側放電電極9と誘電体8の間に触媒12が充填されている。
【0073】
図9に示す第3の変形例に係る触媒カートリッジ5の場合、縦断面形状が三角形以上の多角形で数カ所誘電体8側に延びた金属平板からなる延設部28が設けられた内側放電電極9を使用し、各延設部28が誘電体8に内接しており、多角形の内側放電電極9と誘電体8の間に触媒12が充填されている。
【0074】
実施形態では脱臭触媒について説明したが、例えばディーゼル発電機の排気ガス、ボイラや焼却炉などの燃焼装置の燃焼ガス、工場や研究所などから排出されるガスの浄化,脱臭、あるいは微生物取扱施設でのバイオハザード防止、脱臭殺菌、難分解物質の無害化及び医療用装置など他の分野にも使用可能である。
【0075】
【発明の効果】
図10は、前記実施例ならびに各比較例における原料の配合、各原料を用いて製造した電極の成分組成ならびに各電極の放電状態の良否を示した図である。この図から明らかなように、本発明で規定している各成分の範囲より外れた成分組成を有する比較例1〜4の電極では放電状態が不良であるが、本発明の実施例に係る電極の放電状態は良好である。
【0076】
図5に示すように生ごみ処理装置24に脱臭装置21を接続して脱臭官能試験を実施した。生ごみ処理装置24は、アキツ精機株式会社製 MY−150型(商品名マイソイラー150型)を使用した。脱臭触媒は前記実施例で説明した棒状触媒1.0Kgを内蔵、触媒カートリッジは直径90mm、触媒層厚30mm、長さ100mm、導入口と排出口径30mm、電源部は電磁機械工業株式会社製 製品名「G96型」高周波インバーター内蔵のものを使用した。出力電圧20KV、周波数16KHz、出力60W、電圧電源AC100Vである。
【0077】
この脱臭装置を連続運転させた際のオゾンの発生状態を図11に示す。この図から明らかなように、本発明に係る脱臭装置の運転中におけるオゾンの発生状態が極めて安定して、ほぼ一定のオゾン濃度を維持している。
【0078】
また、この脱臭装置に導入する前の未処理の排出ガスならびに脱臭装置で処理した後の処理ガスの臭気強度を6段階表示で図12に示す。この図から明らかなように、生ごみ処理装置から発生する排出ガスは日によって臭気強度がまちまちであるが、この排出ガスを本発明に係る脱臭装置で処理することにより臭気強度を零にすることができ優れた脱臭効果を有している。
【0079】
また本発明に係る脱臭装置を90日間連続運転した際の性能の劣化状態を観察したところ、触媒性能の劣化はほとんどなく、優れた脱臭効果を維持しており、さらに触媒の減容および減量もなく耐用寿命に優れていることが確認できた。
【0080】
前述のような組成を有する脱臭触媒ならびにそれを備えた脱臭装置は、優れた脱臭効果を長期間にわたって維持でき、しかも単位重量当たりの反応促進効果が高く、触媒毒がないためあらゆる気体脱臭に使用できる。また脱臭触媒の製造方法においては、触媒の製造が簡単であるなどの特長を有している。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係る脱臭装置の概略構成図である。
【図2】(a),(b)はその脱臭装置に用いられる触媒カートリッジの横断面図ならびに縦断面図である。
【図3】プラズマ放電下での触媒の原理を説明するための図である。
【図4】本発明の実施形態に係る触媒の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図5】本発明の実施形態に係る脱臭装置を生ごみ処理システムに適用した場合を示す概略構成図である。
【図6】本発明の実施形態の脱臭装置に用いる電源部の回路図である。
【図7】触媒カートリッジの第1の変形例を示す縦断面図である。
【図8】触媒カートリッジの第2の変形例を示す縦断面図である。
【図9】触媒カートリッジの第3の変形例を示す縦断面図である。
【図10】本発明の実施例ならびに各比較例における原料の配合、各原料を用いて製造した電極の成分組成ならびに各電極の放電状態の良否を示した図である。
【図11】本発明の実施例に係る脱臭装置を連続運転させた際のオゾンの発生状態を示す図である。
【図12】本発明の実施例に係る脱臭装置に導入する前の未処理の排出ガスならびに脱臭装置で処理した後の処理ガスの臭気強度を示す特性図である。
【符号の説明】
1:ハウジング、2:導入口、3:排出口、4:内側空間部、5:触媒カートリッジ、6:カートリッジケース、7:外側放電電極、8:誘電体、9:内側放電電極、10:上流側支持体、11:下流側支持体、12:触媒、13:電極棒挿入孔、14:電極棒、15:碍子、16:電源部、17:拡散板、18:端子、19:滞留部、20:プラズマ放電、21:脱臭装置、22:臭気ガス、23:無臭ガス、24:生ごみ処理装置、25:除湿乾燥機、27:ブロワー、28:延設部
Claims (10)
- プラズマ放電下で気体中の臭気成分を分解する脱臭用触媒において、
少なくとも酸化ジルコニウム、二酸化マンガン、炭素、酸化カリウム、二酸化ケイ素、炭化ケイ素を含み、その組成割合が、酸化ジルコニウムが10〜34重量%、二酸化マンガンが15〜25重量%、炭素が2〜15重量%、酸化カリウムが10〜15重量%、二酸化ケイ素が10〜40重量%、炭化ケイ素が5〜15重量%であることを特徴とする脱臭用触媒。 - プラズマ放電下で気体中の臭気成分を分解する脱臭用触媒において、
少なくとも酸化ジルコニウム、二酸化マンガン、炭素、酸化カリウム、二酸化ケイ素、炭化ケイ素、酸化マグネシウムを含み、その組成割合が、酸化ジルコニウムが10〜34重量%、二酸化マンガンが15〜25重量%、炭素が2〜15重量%、酸化カリウムが10〜15重量%、二酸化ケイ素が10〜27重量%、炭化ケイ素が5〜15重量%、酸化マグネシウムが3〜15重量%であることを特徴とする脱臭用触媒。 - プラズマ放電下で気体中の臭気成分を分解する脱臭用触媒において、
少なくとも酸化ジルコニウム、二酸化マンガン、炭素、酸化カリウム、二酸化ケイ素、炭化ケイ素、酸化アルミニウムを含み、その組成割合が、酸化ジルコニウムが10〜34重量%、二酸化マンガンが15〜25重量%、炭素が2〜15重量%、酸化カリウムが10〜15重量%、二酸化ケイ素が10〜27重量%、炭化ケイ素が5〜15重量%、酸化アルミニウムが1〜15重量%であることを特徴とする脱臭用触媒。 - プラズマ放電下で気体中の臭気成分を分解する脱臭用触媒の製造方法において、
少なくとも酸化ジルコニウム、二酸化マンガン、炭素、酸化カリウム、二酸化ケイ素、炭化ケイ素を含み、その組成割合が、酸化ジルコニウムが10〜34重量%、二酸化マンガンが15〜25重量%、炭素が2〜15重量%、酸化カリウムが10〜15重量%、二酸化ケイ素が10〜40重量%、炭化ケイ素が5〜15重量%であるように各原材料粉末を配合して混合する工程と、
その混合した原材料に水を所定量添加して練成する工程と、
その混練物を所定の形状に成形する工程と、
得られた成形体を乾燥する工程と、
乾燥後に空気を遮断した状態で焼成する工程と、
焼成後に冷却して触媒とする工程とを含むことを特徴とする脱臭用触媒の製造方法。 - プラズマ放電下で気体中の臭気成分を分解する脱臭用触媒の製造方法において、
少なくとも酸化ジルコニウム、二酸化マンガン、炭素、酸化カリウム、二酸化ケイ素、炭化ケイ素、酸化マグネシウムを含み、その組成割合が、少なくとも酸化ジルコニウムが10〜34重量%、二酸化マンガンが15〜25重量%、炭素が2〜15重量%、酸化カリウムが10〜15重量%、二酸化ケイ素が10〜27重量%、炭化ケイ素が5〜15重量%、酸化マグネシウムが3〜15重量%であるように各原材料粉末を配合して混合する工程と、
その混合した原材料に水を所定量添加して練成する工程と、
その混練物を所定の形状に成形する工程と、
得られた成形体を乾燥する工程と、
乾燥後に空気を遮断した状態で焼成する工程と、
焼成後に冷却して触媒とする工程とを含むことを特徴とする脱臭用触媒の製造方法。 - プラズマ放電下で気体中の臭気成分を分解する脱臭用触媒の製造方法において、
少なくとも酸化ジルコニウム、二酸化マンガン、炭素、酸化カリウム、二酸化ケイ素、炭化ケイ素、酸化アルミニウムを含み、その組成割合が、酸化ジルコニウムが10〜34重量%、二酸化マンガンが15〜25重量%、炭素が2〜15重量%、酸化カリウムが10〜15重量%、二酸化ケイ素が10〜27重量%、炭化ケイ素が5〜15重量%、酸化アルミニウムが1〜15重量%であるように各原材料粉末を配合して混合する工程と、
その混合した原材料に水を所定量添加して練成する工程と、
その混練物を所定の形状に成形する工程と、
得られた成形体を乾燥する工程と、
乾燥後に空気を遮断した状態で焼成する工程と、
焼成後に冷却して触媒とする工程とを含むことを特徴とする脱臭用触媒の製造方法。 - 一対の電極と、その電極の間に設置された脱臭用触媒と、少なくとも一方の電極と脱臭用触媒の間に介在された誘電体と、前記一対の電極間に給電する電源部を備え、プラズマ放電下で気体中の臭気成分を分解する脱臭装置において、
前記脱臭用触媒が少なくとも酸化ジルコニウム、二酸化マンガン、炭素、酸化カリウム、二酸化ケイ素、炭化ケイ素を含み、その組成割合が、酸化ジルコニウムが10〜34重量%、二酸化マンガンが15〜25重量%、炭素が2〜15重量%、酸化カリウムが10〜15重量%、二酸化ケイ素が10〜40重量%、炭化ケイ素が5〜15重量%であることを特徴とする脱臭装置。 - 一対の電極と、その電極の間に設置された脱臭用触媒と、少なくとも一方の電極と脱臭用触媒の間に介在された誘電体と、前記一対の電極間に給電する電源部を備え、プラズマ放電下で気体中の臭気成分を分解する脱臭装置において、
前記脱臭用触媒が少なくとも酸化ジルコニウム、二酸化マンガン、炭素、酸化カリウム、二酸化ケイ素、炭化ケイ素、酸化マグネシウムを含み、その組成割合が、酸化ジルコニウムが10〜34重量%、二酸化マンガンが15〜25重量%、炭素が2〜15重量%、酸化カリウムが10〜15重量%、二酸化ケイ素が10〜27重量%、炭化ケイ素が5〜15重量%、酸化マグネシウムが3〜15重量%であることを特徴とする脱臭装置。 - 一対の電極と、その電極の間に設置された脱臭用触媒と、少なくとも一方の電極と脱臭用触媒の間に介在された誘電体と、前記一対の電極間
に給電する電源部を備え、プラズマ放電下で気体中の臭気成分を分解する脱臭装置において、
前記脱臭用触媒が少なくとも酸化ジルコニウム、二酸化マンガン、炭素、酸化カリウム、二酸化ケイ素、炭化ケイ素、酸化アルミニウムを含み、その組成割合が、酸化ジルコニウムが10〜34重量%、二酸化マンガンが15〜25重量%、炭素が2〜15重量%、酸化カリウムが10〜15重量%、二酸化ケイ素が10〜27重量%、炭化ケイ素が5〜15重量%、酸化アルミニウムが1〜15重量%であることを特徴とする脱臭装置。 - 請求項7ないし請求項9のいずれか1項記載の脱臭装置において、
前記脱臭用触媒に供給する前記気体中の水分を除去する除湿手段が設けられていることを特徴とする脱臭装置。
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