JP5451019B2 - 排ガスの脱臭処理法 - Google Patents

Description

本発明は排ガスの脱臭処理法に関し、さらに詳しくは揮発性有機化合物を含有する排ガスの脱臭処理法に関する。

塗装、印刷、アルミ鋳造もしくは接着工程は種々の産業において欠かせないものである。たとえば、塗装工程から排気中には、塗料ミスト、有機溶剤等のトルエン、キシレン、イソブタノール等も含有されており、不快な臭気を伴う。この排ガスをそのまま放出すると大気汚染の原因にもなるため、燃焼処理したり、貴金属触媒により酸化処理した後排気することが行なわれている。しかし、直接燃焼処理するためには、多量の燃料を必要とし、さらにＳＯｘ、ＮＯｘ等の有害物質を副生するおそれがあり、また貴金属触媒は、総じて硫黄系化合物に被毒されやすく解決すべき幾つかの課題がある。

そこで、種々の方法が検討され、その一つとして分子間で臭気原因物質を取り込み無臭化する超高分子量ポリマー吸着剤を微細ゲルもしくはゾル（マイクロゲルもしくはミクロゲル、またはマイクロゾルもしくはミクロゾル）として排ガス中に噴霧する方法も利用されているが、その弱点は排ガスとの接触時間を一定時間以上取る必要があり、湿気箱を大きくするかダクト長を長くしなければならない。また、酸化チタン等の光触媒も利用されているが、サブミクロンオーダーの汚れが触媒表面に付着し、使用時間の経過とともに効果がなくなること、さらには付着した汚れを除去することが困難である点に難がある。そして、通常の洗浄・天日乾燥では十分な復帰は望み難く、焼成処理が必要となるため、使用されている担体の種類によっては、その寿命低下の大きな要因となる。

本発明は、上記の難点を克服し、特に塗装、印刷、アルミ鋳造もしくは接着工程等からの揮発性有機化合物を含有する排ガスを効率的に脱臭処理しうる方法を提供する。

本発明は、上記の課題を解決するために以下の発明を提供する。
（１）超高分子化合物の水溶液もしくは水分散体を、粒径が１０〜５００ｎｍの微細ゲルもしくはゾルとして、除湿機の超親水性機能を付与された冷却コイルフィン上に噴霧して、除湿機を通過する排ガス中の臭気成分を除去すること、超高分子化合物はポリアクリルアミド系、ポリアクリル酸系もしくはポリメタクリル酸系化合物であり、かつその質量平均分子量が５００万〜５０００万であること、ならびに超親水性機能がチタニア光触媒コーティングにより付与されることを特徴とする排ガスの脱臭処理法；
（２）除湿機を通過した排ガスを、さらに脱臭フィルター層を通過させることを特徴とする上記（１）に記載の排ガスの脱臭処理法；
（３）排ガスが揮発性有機化合物を含有する上記（１）または（２）に記載の排ガスの脱臭処理法；
（４）排ガスが塗装、印刷、アルミ鋳造もしくは接着工程からの排ガスである上記（１）〜（３）のいずれかに記載の排ガスの脱臭処理法；
（５）脱臭フィルター層が光触媒層、活性炭層および/または無機繊維層である上記（２）〜（４）のいずれかに記載の排ガスの脱臭処理法；
（６）光触媒層がチタニアである上記（５）に記載の排ガスの脱臭処理法；
（７）光触媒層がセラミックフォームに担持されている上記（５）もしくは（６）に記載の排ガスの脱臭処理法；
（８）セラミックフォームがアルミナ、コーディエライト、シリカ・アルミナ、ジルコニアもしくは炭化ケイ素から選ばれる上記（７）に記載の排ガスの脱臭処理法；
（９）光触媒層が紫外線照射される上記（５）〜（８）のいずれかに記載の排ガスの脱臭処理法；
（１０）スクラバーにより水洗浄した排ガスを除湿機に導入する上記（１）〜（９）のいずれか記載の排ガスの脱臭処理法；
（１１）除湿機を通過した排ガスをさらに除塵する上記（１０）記載の排ガスの脱臭処理法；
（１２）スクラバーにより、超高分子化合物を微細ゲルもしくはゾルとして排ガスに噴霧し、ついで排ガスを除湿機に導入する上記（１）〜（１１）のいずれか記載の排ガスの脱臭処理法；
（１３）脱臭処理前および脱臭処理後の排ガスの臭気濃度がそれぞれ１０,０００以上および５００以下である上記（１）〜（１２）のいずれかに記載の排ガスの脱臭処理法；
（１４）脱臭処理後の排ガスの臭気濃度が３００以下である上記（１３）に記載の排ガスの脱臭処理法；
（１５）排ガスを除湿するための除湿機、ならびにポリアクリルアミド系、ポリアクリル酸系もしくはポリメタクリル酸系化合物であり、かつその質量平均分子量が５００万〜５０００万である超高分子化合物の水溶液もしくは水分散体を、径が１０〜５００ｎｍの微細ゲルもしくはゾルとして噴霧するための微細ゲルもしくはゾル噴霧部を備えた排ガスの脱臭処理装置において、除湿機はチタニアにより超親水性機能を付与された冷却コイルフィンを有する排ガスの脱臭処理装置；
（１６）さらに微細ゲルもしくはゾルを噴霧された排ガスを導入するための脱臭フィルター層を備えた上記（１５）に記載の排ガスの脱臭処理装置；
（１７）脱臭フィルター層は光触媒層がセラミックフォームに担持されてなる上記（１６）に記載の排ガスの脱臭処理装置；
（１８）排ガスを洗浄するためのスクラバー部をさらに備えた上記（１５）〜（１７）のいずれかに記載の排ガスの脱臭処理装置；
（１９）除湿機と脱臭フィルター層の間に除塵部をさらに備えた上記（１５）〜（１８）のいずれかに記載の排ガスの脱臭処理装置、
である。

本発明によれば、特に塗装、印刷、アルミ鋳造もしくは接着工程等からの揮発性有機化合物を含有する排ガスを効率的に脱臭処理しうる方法を提供し得る。

本発明の排ガスの脱臭処理法においては、炭素原子に酸性基、中性基および塩基性基が結合してなる超高分子化合物の水溶液もしくは水分散体を、微細ゲルもしくはゾルとして、除湿機の超親水性機能を付与された冷却コイルフィン上に噴霧して、除湿機を通過する排ガス中の臭気成分を除去する。

排ガスは特に制限されないが、たとえば塗装、印刷、アルミ鋳造もしくは接着工程からの排ガス等の揮発性有機化合物を含有する排ガス、が好適に脱臭処理されうる。

本発明において使用される超高分子化合物は、含まれる炭素原子が酸性基、中性基および塩基性基とに結合してなり、その炭素原子は直鎖性の配列構造を有する。これらの酸性基としては、カルボキシル基、スルホン酸基、リン酸基等、中性基としてはメチル基、エチル等、そして塩基性基としては、−ＮＨ−基、−ＮＲ_３ ^＋Ｘ⁻等が一般的であるが、これらに制限されず、これらは通常ランダムに配列されている。このような超高分子化合物の質量平均分子量は５００万〜５０００万、好ましくは１０００万〜３０００万である。超高分子化合物は水溶性もしくは水不溶性のいずれであってもよいが、操作性等の点から水溶性のものが好適である。水溶性である場合には、水中ではゾル状であるが、噴霧により気中ではゾルのままであるか、もしくはゲルを形成する。本発明の超高分子化合物としては、たとえばポリアクリルアミド系、ポリアクリル酸系もしくはポリメタクリル酸系化合物が挙げられるが、アクリルアミド/アクリル酸アンモニウム系コポリマー、アクリルアミド/ジメチルアミノエチルメタクリレート系コポリマー等のアクリルアミド/(メタ)アクリル酸コポリマーが、達成しうる効果の点から好適である。

このような超高分子化合物は、たとえば特許第２７７５１６２号公報記載の方法により製造され得る。

本発明方法においては、上記のような超高分子化合物が水溶性の場合には水溶液を、そして水不溶性の場合には水分散体を、微細ゲルもしくはゾル吸着剤として噴霧する。水溶液の場合には、噴霧によりゲル化し微細ゲルを形成することが多い。噴霧された微細ゲルもしくはゾルの粒径は好適には１０〜５００ｎｍである。

本発明においては、微細ゲルもしくはゾルを、除湿機の超親水性機能を付与された冷却コイルフィン上に噴霧して、除湿機を通過する排ガス中の臭気成分を除去する。この際に、紫外線照射は特に行なう必要はない。

超親水性機能は、水との接触角が１０゜以下、好ましくは５゜以下、特に好ましくは約０゜になるように、アルミニウム、ステンレス等で作製された冷却コイルフィンのプレート表面にチタニア等をコーティングすることにより付与され得る。このコーティング自体は、後述する光触媒層と同様に常法によることができる。

排ガスはスクラバーにより水洗浄し、ついで除湿する際に、除湿機の超親水性機能を付与された冷却コイルフィン上に超高分子化合物を微細ゲルもしくはゾルとして噴霧される。噴霧は、微細ゲルもしくはゾルが超親水性機能を付与された冷却コイルフィンに接触すればよく、冷却コイルフィンの上流であれば制限されない。たとえば、噴霧自体はフィン近傍であっても、除湿機へのダクト内であってもよい。

本発明において、除湿機の超親水性機能を付与された冷却コイルフィン上に超高分子化合物が水溶液または水分散体として噴霧されると、形成される微細ゲルもしくはゾルが集合して、超親水性の作用により冷却コイルフィンのプレート全面に薄膜が形成される。

一方、除湿機に導入された排ガスは種々の方向に拡散しながら、上記プレートに衝突する。衝突した排ガス中の臭気成分は、気液接触率が高いために、プレート全面に形成される薄膜に含まれる超高分子化合物に確実に捕捉され得る。ここでは、気流方向に垂直に膜を形成させないので、従来のフィルター方式のスクラバーに比較して抵抗が大きくない。したがって、若干の抵抗の上昇を伴なうが、プレートを気流方向に長くすることにより、さらに脱臭効率を高めることもできる。

噴霧された水溶液または水分散体は、重力により自然落下してプレート下部よりドレンとして回収される。水溶液または水分散体は常時噴霧で薄膜として補充されているため、プレート表面は常に更新されることになり、脱臭効果も継続する。さらに、薄膜が形成されるため、液材の使用量を低減し得、また冷却コイルフィンのプレートは、チタニア等のコーティングおよび水の薄膜により保護され得る。

本発明で用いられる微細ゲルもしくはゾルは、糸まり状に絡まり合い、超微細孔を無数に形成しており、排ガス中の悪臭分子をカチオンとアニオンの両極性間から生じる分子間引力等により瞬時に絡め取ることができる。ついで、絡め取られた悪臭分子はその種類により、超高分子化合物中の酸性基、中性基および塩基性基のいずれかと化学的に結合しうるので、多種類の悪臭分子を含有する排ガスに対しても安定して脱臭効果を得ることができる。

微細ゲルもしくはゾル吸着剤と接触した排ガスは、通常１秒以上、好ましくは２秒以上、さらに好ましくは３〜５秒程度の接触時間を保持しうる空間を移動後、脱臭フィルター層に導入される。この脱臭フィルター層は本発明における微細ゲルもしくはゾルによる脱臭効果をさらに高める機能を有し、好適には光触媒層、活性炭層および/または無機繊維層が用いられる。

たとえば、光触媒層としてはチタニアが好適であり、ハニカム状、織布状、板状、円筒状あるいは粒状等の任意の形態を採用しうるが、好ましくは、光触媒層はセラミックフォームに担持される。担持方法は常法によることができ、セラミックフォーム表面に光触媒層をたとえば５００〜１０００ｎｍ程度の厚さにコーティングするのが通常である。セラミックフォームとしては特に制限されないが、通常アルミナ、コーディエライト、シリカ・アルミナ、ジルコニアもしくは炭化ケイ素等から選ばれる。セラミックフォームは微細な三次元網目構造を有し、気泡を発生させ多孔構造を形成するための常法により製造され得る。

光触媒層には常法により紫外線照射して脱臭効果を得るのが好適である。

活性炭層としては、ヤシガラ炭、石炭系、骨炭等のいずれであってもよいが、通常ヤシガラ炭が用いられる。

無機繊維層としてはシリカ繊維、アルミナ繊維、アルミノシリケート繊維、ジルコニア繊維などの無機質繊維のシート状集合体で構成されるものが好適に使用される。

本発明方法によれば、特に光触媒層をセラミックフォームに担持する場合、光触媒脱臭により付着するヤニ状汚れが、微細ゲルの衝突によりセルフクリーニングされ、除去されるため光触媒脱臭効果が低下しないという意外な効果を奏し得る。微細ゲルの微細孔はチタニア等の光触媒の微細孔よりも小さいので接触する面積が光触媒側より大きくなり、ヤニ状汚れは微細ゲル側に移動し、微細ゲルはセラミックフォームに留まることなく下流側に流れることになる。このようにして光触媒脱臭により付着するヤニ状汚れはセルフクリーニングされると考えられる。

また、微細ゲルもしくはゾル側からみると、空間移動中の引力による吸着に加えて衝突時にも吸着することになり、セラミックフォーム、活性炭層、もしくは無機繊維層中を通過する間の無数の衝突で吸着剤の持つ微細孔の使用率が著しく向上していると考えられる。すなわち、衝突・反動の滞留時間が発生するために接触時間が長くなり、微細孔の使用率が相乗的に向上していると考えられる。

本発明においては、冷却コイルフィン上への超高分子化合物の噴霧と併せて、さらにスクラバーにより、超高分子化合物を微細ゲルもしくはゾルとして排ガスに噴霧することもできる。噴霧はスクラバー部の水洗浄用スプレーによることができ、水洗浄と微細ゲルもしくはゾルの噴霧とを併せて行なうことができる。

本発明方法においては、必要に応じて上記除湿後に排ガスをバグフィルター、電気集塵機等で除塵処理することができる。

以上のように、本発明方法によればセルフクリーニング効果による光触媒の脱臭効果の持続・延長（寿命延長）、そしてそれによるメンテナンス回数・コストの低減；ならびに脱臭フィルターにおける微細ゲルの接触時間延長による脱臭効果向上、湿気箱・ミキシングダクトの縮小、高効率化に伴う装置全体の縮小化（イニシャルおよびランニングコストの削減）、等を奏し得る。

以下、図１により本発明の脱臭処理法の一実施態様について説明する。図１は本発明の一実施態様を示す概略図であり、脱臭処理される排ガスはスクラバー部（１）に導入されて水洗浄され、ついでフィルター層を通過した後、除湿機（２）で除湿される。除湿機（２）の冷却コイルプレートフィンには、水との接触角が約０゜になるように、アルミニウム製冷却コイルプレートフィンのプレート表面にチタニアがコーティングされている。排ガスを除湿機（２）に導入する際に、冷却コイルプレートフィン近傍に設けられた噴霧部（図示せず）から、炭素原子に酸性基、中性基および塩基性基が結合してなる超高分子化合物の水溶液を、微細ゲルもしくはゾル吸着剤として噴霧する。ついで除湿機（２）を通過した排ガスはバグフィルターで形成される除塵部（３）を通過した後、脱臭フィルター層（４）に導入される。脱臭フィルター層はアルミナフォーム表面にチタニア光触媒が８００ｎｍ程度コーティングされて構成されている。

本発明に係る排ガスの脱臭処理装置は、排ガスを除湿するための除湿機ならびに炭素原子に酸性基、中性基および塩基性基が結合してなる超高分子化合物の水溶液もしくは水分散体を、微細ゲルもしくはゾルとして噴霧するための微細ゲルもしくはゾル噴霧部を備えた排ガスの脱臭処理装置において、除湿機は超親水性機能を付与された冷却コイルフィンを有する。さらに本発明に係る排ガスの脱臭処理装置は、微細ゲルもしくはゾルを噴霧された排ガスを導入するための脱臭フィルター層を備え得る。

上記の微細ゲルもしくはゾルは、上述のように、好適には炭素原子に酸性基、中性基および塩基性基が結合してなる超高分子化合物の水溶液もしくは水分散体の噴霧により得られる。微細ゲルもしくはゾル噴霧部は通常の形式のスプレーを有するものであれば特に制限されない。また、光触媒層がセラミックフォームに担持された脱臭フィルター層も通常上記のとおりの構成としうる。スクラバー部、除湿機および除塵部の態様も、噴霧・洗浄、除湿および除塵の機能を有する限り特に制限されず、公知の型式を採用しうる。

本発明に係る排ガスの脱臭処理装置は、超親水性機能を付与された冷却コイルフィンのプレート近傍に噴霧部を設ける低コストの構造を採ることにより高性能の脱臭効果を奏し得る。

本発明の排ガスの脱臭処理法もしくは脱臭処理装置によれば、効率的に脱臭処理前に臭気濃度１０,０００以上の排ガスを処理後の臭気濃度を５００以下、好ましく３００以下、さらに好ましくは１００以下とすることができる。

以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。
実施例１
図１に示す、スクラバー部（１）、チタニアコーティングにより超親水性機能を付与された冷却コイルプレートフィンのプレート近傍に噴霧部を設けた除湿機（２）、除塵部（３）ならびにアルミナフォーム表面にチタニア光触媒が８００ｎｍ程度コーティングされている脱臭フィルター層（４）を有する脱臭処理装置を用いて、超高分子化合物として「マイクロゲルS-AL200」（カルモア社製）を用いて、連続してアルミニウム鋳造工場排ガス（排ガス流量３７５ｍ^３/分）の脱臭処理を行なった。

臭気濃度１３０００の排ガスは、本発明の脱臭処理により脱臭フィルター層（４）の出口では臭気濃度１００以下となった。

本発明によれば、特に塗装、印刷、アルミ鋳造もしくは接着工程等からの揮発性有機化合物を含有する排ガスを効率的に脱臭処理しうる方法を提供し得る。

本発明の一実施態様を示す概略図。

符号の説明

１ スクラバー部
２ 除湿機
３ 除塵部
４ 脱臭フィルター層

Claims (19)

1. 超高分子化合物の水溶液もしくは水分散体を、粒径が１０〜５００ｎｍの微細ゲルもしくはゾルとして、除湿機の超親水性機能を付与された冷却コイルフィン上に噴霧して、除湿機を通過する排ガス中の臭気成分を除去すること、超高分子化合物はポリアクリルアミド系、ポリアクリル酸系もしくはポリメタクリル酸系化合物であり、かつその質量平均分子量が５００万〜５０００万であること、ならびに超親水性機能がチタニア光触媒コーティングにより付与されることを特徴とする排ガスの脱臭処理法。
2. 除湿機を通過した排ガスを、さらに脱臭フィルター層を通過させることを特徴とする請求項１に記載の排ガスの脱臭処理法。
3. 排ガスが揮発性有機化合物を含有する請求項１または２に記載の排ガスの脱臭処理法。
4. 排ガスが塗装、印刷、アルミ鋳造もしくは接着工程からの排ガスである請求項１〜３のいずれか１項に記載の排ガスの脱臭処理法。
5. 脱臭フィルター層が光触媒層、活性炭層および/または無機繊維層である請求項２〜４のいずれか１項に記載の排ガスの脱臭処理法。
6. 光触媒層がチタニアである請求項５に記載の排ガスの脱臭処理法。
7. 光触媒層がセラミックフォームに担持されている請求項５もしくは６に記載の排ガスの脱臭処理法。
8. セラミックフォームがアルミナ、コーディエライト、シリカ・アルミナ、ジルコニアもしくは炭化ケイ素から選ばれる請求項７記載の排ガスの脱臭処理法。
9. 光触媒層が紫外線照射される請求項５〜８のいずれか１項に記載の排ガスの脱臭処理法。
10. スクラバーにより水洗浄した排ガスを除湿機に導入する請求項１〜９のいずれか１項に記載の排ガスの脱臭処理法。
11. 除湿機を通過した排ガスをさらに除塵する請求項１０記載の排ガスの脱臭処理法。
12. スクラバーにより、超高分子化合物を微細ゲルもしくはゾルとして排ガスに噴霧し、ついで排ガスを除湿機に導入する請求項１〜１１のいずれか１項に記載の排ガスの脱臭処理法。
13. 脱臭処理前および脱臭処理後の排ガスの臭気濃度がそれぞれ１０,０００以上および５００以下である請求項１〜１２のいずれか１項に記載の排ガスの脱臭処理法。
14. 脱臭処理後の排ガスの臭気濃度が３００以下である請求項１３記載の排ガスの脱臭処理法。
15. 排ガスを除湿するための除湿機、ならびにポリアクリルアミド系、ポリアクリル酸系もしくはポリメタクリル酸系化合物であり、かつその質量平均分子量が５００万〜５０００万である超高分子化合物の水溶液もしくは水分散体を、粒径が１０〜５００ｎｍの微細ゲルもしくはゾルとして噴霧するための微細ゲルもしくはゾル噴霧部を備えた排ガスの脱臭処理装置において、除湿機はチタニアにより超親水性機能を付与された冷却コイルフィンを有する排ガスの脱臭処理装置。
16. さらに微細ゲルもしくはゾルを噴霧された排ガスを導入するための脱臭フィルター層を備えた請求項１５に記載の排ガスの脱臭処理装置。
17. 脱臭フィルター層は光触媒層がセラミックフォームに担持されてなる請求項１６に記載の排ガスの脱臭処理装置。
18. 排ガスを洗浄するためのスクラバー部をさらに備えた請求項１５〜１７のいずれか１項に記載の排ガスの脱臭処理装置。
19. 除湿機と脱臭フィルター層の間に除塵部をさらに備えた請求項１５〜１８のいずれか１項に記載の排ガスの脱臭処理装置。

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