JP5593675B2 - ガス吸着デバイスおよびガス回収方法 - Google Patents

Description

本発明は、ガス吸着デバイスおよびガス回収方法に関し、詳しくは、少なくともキセノンを封入した使用済み機器から、常温常圧において高効率にキセノンガスを直接回収する技術に関するものである。

近年、半導体を製造する工程や、プラズマディスプレイの発光ガス等として、キセノンが多く用いられている。

一方で、キセノンは空気中の極微量しか含まれていないため、空気から分離生成する方法では、多量の空気を取り込み複雑な分離精製工程を経て製造されるため、精製された高純度のキセノンガスは非常に高価である。

このため、使用済みのキセノンを回収、精製し、再使用するシステムの確立が非常に重要であると考えられている。

例えば、Ｘ線検査装置の検出器内のキセノンガスを、ゼオライト吸着槽により、水分と炭酸ガスとを除去し、ゲッター層により、その他の不純物ガスを除去することにより、精製して回収する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、低温空気分離プラントの液体酸素棟低液から得られる酸素含有ガスから、シリカゲル等にて水分を吸着除去し、ＬｉおよびＡｇ交換したＸ型ゼオライトにて選択的にキセノンを吸着し、脱着することで回収する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

また、キセノン等の希ガスを使用する各種プロセスの排ガスに含まれる不純物を効率よく除去する方法として、希ガスと窒素とを主成分とする混合ガスから水素、水蒸気、窒素酸化物等の微量不純物を効率良く分離除去する方法が提案されている（例えば、特許文献３、特許文献４参照）。

また、放射性クリプトンを微量含む排出キセノンを有効活用するため、ＰＳＡ・パージ法を用いた回収キセノンの精製技術が提案されている（非特許文献１）。この技術では、キセノン−クリプトン混合ガスから、キセノン選択型吸着剤として、Ｎａ−Ｘ型あるいはＣａ−Ｘ型ゼオライトを使用している。

特開平４−１４５９２１号公報 特開２００３−２２１２１２号公報 特開２００３−３４２０１０号公報 特開２００４−１６１５０３号公報

冨来 靖ら著 「サイクル機構技報」Ｎｏ．１５、２００２年６月、Ｐ１１３−１２９

しかしながら、特許文献１から４および非特許文献１の構成は、我々の求める用途である、キセノンを封入した機器からの直接回収に適用できるものではない。

現在、キセノンを封入した機器は、廃棄後、リサイクル処分場で分解分別回収されたり、埋め立て処理をなされているが、キセノンは分解工程で大気中に放出される等して、ほとんど回収されていないのが現状である。

また、大気中に放出されたキセノンは基準濃度以下に管理されているが、分解作業者が微量吸入する可能性もあり、好ましくない。

よって、機器を分解する、あるいは、埋め立てるまでの前工程で、機器内部から、特殊な環境や設備導入がなくても常温常圧でキセノンを吸着除去できることが望ましく、かつ、吸着したキセノンを再度回収できる技術が必要である。

特許文献１記載の従来の構成では、不純物を除去し、高純度化したキセノンを融点以下で冷却固化し再度該装置で循環再利用することが可能であるが、キセノンを吸着する技術ではなく装置内高純度化にて完結するものであり、本発明の目的とは異なるものである。

また、特許文献２から４に記載の構成は、プラント等から排出される不純物を含むキセノンガスを高純度化するための技術ではあるが、キセノンを封入した機器からの直接回収を目的としたものではない。

また、非特許文献１の構成もまた、プラント等から排出される不純物を含むキセノンガスを高純度化するための技術ではあるが、キセノンを封入した機器からの直接回収を目的としたものではない。また、ＰＳＡ・パージ法を用いた技術であるため、我々の求める用途である、キセノンを封入した機器からの常温常圧での直接回収には適さない。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、キセノンを封入した使用済み機器から、常圧常温条件下で、高効率にキセノンを回収するためものであり、各機器から直接ガス吸着デバイスにより吸着し、キセノンを大気中に放出することなく効率よく回収でき、また、機器の分解分別作業者がキセノンを吸入することのない、ガス回収方法およびガス吸着デバイスを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のガス吸着デバイスは、少なくとも４．５Å以上７．３Å以下の細孔径を有するゼオライトを含むガス吸着材と、前記ガス吸着材を収納する気体難透過性素材からなる容器とからなるガス吸着デバイスであって、前記容器は、前記ガス吸着材の収納空間とキセノンを封入した機器におけるキセノン封入空間との連通路を形成し前記ガス吸着デバイスを前記機器に設置するための接合部と、所定の操作を行うまで前記連通路を塞いでおり前記所定の操作を行うと前記ガス吸着材の収納空間と前記機器におけるキセノン封入空間とを連通させる任意開封可能な機構とを有し、
前記任意開封可能な機構として用いる素材の融点が、前記容器を形成する前記気体難透過性素材の融点よりも低く、前記所定の操作が、前記任意開封可能な機構を、前記任意開封可能な機構として用いる素材の融点より高く前記気体難透過性素材の融点より低い温度になるように加熱するものである。

これによって、本発明のガス吸着デバイスを予め接合した、キセノンを封入した機器が廃棄された場合に、所定の操作を行って、任意開封可能な機構を開封して、ガス吸着材の収納空間と機器におけるキセノン封入空間とを連通させて、キセノン封入空間のキセノンを常温常圧下でガス吸着材に吸着させることにより、キセノンが大気中に放出されることなく、キセノンを封入した機器からキセノンを回収でき、また、機器の分解分別作業者がキセノンを吸入することもない。そのため、高効率な安全性の高いキセノンを回収可能なガス吸着デバイスを提供することができる。
また、これにより、キセノンが封入されている空間とガス吸着材収容部とを連通するための所定の操作として、任意開封可能な機構が、任意開封可能な機構として用いる素材の融点より高く気体難透過性素材の融点より低い温度になるように、任意開封可能な機構の設置箇所を加熱して、任意開封可能な機構を加熱溶融することが可能となり、キセノンを回収するための操作が任意で簡便に行うことができる。また、キセノン回収までにガス吸着材がその他のガスを吸着することにより吸着飽和して不活性化することを防止することが可能となる。

また、上記目的を達成するために、本発明のガス回収方法は、ガス吸着用デバイスの前記任意開封可能な機構よりも前記ガス吸着材の収納空間から遠い側に位置する前記接合部をキセノンを封入した機器におけるキセノン封入空間に連通させてある前記機器に対して、前記所定の操作を行って、前記ガス吸着材の収納空間と前記機器におけるキセノン封入空間とを連通させて、前記キセノン封入空間のキセノンを常温常圧下で前記ガス吸着材に吸着させることにより、キセノンを封入した機器からキセノンを回収するものである。

これにより、キセノンを封入した機器に本発明のガス吸着用デバイスを予め接合しておき、その機器が廃棄された場合に、所定の操作を行って、キセノンを常温常圧下でガス吸着材に吸着させることにより、キセノンが大気中に放出されることなく、キセノンを封入した機器からキセノンを回収でき、また、機器の分解分別作業者がキセノンを吸入することもない。そのため、高効率な安全性の高いキセノンのガス回収方法を提供することができる。

本発明によれば、本発明のガス吸着デバイスを予め接合した、キセノンを封入した機器が廃棄された場合に、所定の操作を行って、機器内のキセノンを常温常圧下でガス吸着材に吸着させることにより、キセノンが大気中に放出されることなく、キセノンを封入した機器からキセノンを回収でき、また、機器の分解分別作業者がキセノンを吸入することもない。そのため、高効率な安全性の高いキセノンを回収可能なガス吸着デバイスを提供す
ることができる。
また、これにより、キセノンが封入されている空間とガス吸着材収容部とを連通するための所定の操作として、任意開封可能な機構が、任意開封可能な機構として用いる素材の融点より高く気体難透過性素材の融点より低い温度になるように、任意開封可能な機構の設置箇所を加熱して、任意開封可能な機構を加熱溶融することが可能となり、キセノンを回収するための操作が任意で簡便に行うことができる。また、キセノン回収までにガス吸着材がその他のガスを吸着することにより吸着飽和して不活性化することを防止することが可能となる。

本発明のガス回収方法は、キセノンを封入した機器に本発明のガス吸着用デバイスを予め接合しておき、その機器が廃棄された場合に、所定の操作を行って、キセノンを常温常圧下でガス吸着材に吸着させることにより、キセノンが大気中に放出されることなく、キセノンを封入した機器からキセノンを回収でき、また、機器の分解分別作業者がキセノンを吸入することもない。そのため、高効率な安全性の高いキセノンのガス回収方法を提供することができる。

本発明の実施の形態１におけるガス吸着デバイスの断面図 本発明の実施の形態１における加熱後のガス吸着デバイスの断面図

第１の発明は、少なくとも４．５Å以上７．３Å以下の細孔径を有するゼオライトを含むガス吸着材と、前記ガス吸着材を収納する気体難透過性素材からなる容器とからなるガス吸着デバイスであって、前記容器は、前記ガス吸着材の収納空間とキセノンを封入した機器におけるキセノン封入空間との連通路を形成し前記ガス吸着デバイスを前記機器に設置するための接合部と、所定の操作を行うまで前記連通路を塞いでおり前記所定の操作を行うと前記ガス吸着材の収納空間と前記機器におけるキセノン封入空間とを連通させる任意開封可能な機構とを有し、前記任意開封可能な機構として用いる素材の融点が、前記容器を形成する前記気体難透過性素材の融点よりも低く、前記所定の操作が、前記任意開封可能な機構を、前記任意開封可能な機構として用いる素材の融点より高く前記気体難透過性素材の融点より低い温度になるように加熱するものである。

ガス吸着材として４．５Å以上７．３Å以下の細孔径を有するゼオライトを用いることにより、常圧のキセノンを３０ｃｃ／ｇ以上、大容量吸着することが可能となり、機器内に封入されたキセノンを効率よく吸着貯蔵することができる。

また、ガス吸着材を気体難透過性素材からなる容器に封入するため、キセノンを吸着するまでのガス吸着材の劣化を抑制することができる。

また、ガス吸着材の収納空間とキセノンを封入した機器におけるキセノン封入空間との連通路を形成しガス吸着デバイスを機器に設置するための接合部を有するため、キセノンが封入されている空間と任意に接合でき、また、所定の操作を行うまで連通路を塞いでおり所定の操作を行うと連通路を連通させる任意開封可能な機構を有することにより、キセノンの吸着が必要となった場合、例えば機器廃棄後、キセノンを回収する工程において、任意にガス吸着材の収納空間とキセノンを封入した機器におけるキセノン封入空間との連通化が可能であり、簡便にキセノンを回収することができる。これにより、分解作業者は、キセノン吸着除去後の機器を分解することができ、キセノン吸引の可能性を排除できるため、作業安全性を高めることができる。

また、吸着されたキセノンは、次工程で吸引脱離、または、加熱により脱離が可能であり、機器ごとに簡便にキセノンを回収し、再利用することができる。

したがって、本発明のガス吸着デバイスを予め接合した、キセノンを封入した機器が廃棄された場合に、所定の操作を行って、任意開封可能な機構を開封して、ガス吸着材の収納空間と機器におけるキセノン封入空間とを連通させて、キセノン封入空間のキセノンを常温常圧下でガス吸着材に吸着させることにより、キセノンが大気中に放出されることなく、キセノンを封入した機器からキセノンを回収でき、また、機器の分解分別作業者がキセノンを吸入することもない。そのため、高効率な安全性の高いキセノンを回収可能なガス吸着デバイスを提供することができる。
また、これにより、キセノンが封入されている空間とガス吸着材収容部とを連通するための所定の操作として、任意開封可能な機構が、任意開封可能な機構として用いる素材の融点より高く気体難透過性素材の融点より低い温度になるように、任意開封可能な機構の設置箇所を加熱して、任意開封可能な機構を加熱溶融することが可能となり、キセノンを回収するための操作が任意で簡便に行うことができる。また、キセノン回収までにガス吸着材がその他のガスを吸着することにより吸着飽和して不活性化することを防止することが可能となる。

第２の発明は、特に、第１の発明におけるゼオライトが、少なくともＭＦＩ型、ＢＥＴＡ型、ＭＯＲ型ゼオライトを含むことを特徴とするものであり、詳細は明らかではないが、おそらくは細孔径と細孔形状に起因するキセノンとの相互作用のし易さにより、これらのゼオライトを用いることによって、常圧のキセノンを４０ｃｃ／ｇ以上、大容量吸着することが可能となり、機器内に封入されたキセノンを効率よく吸着貯蔵することができる。

第３の発明は、特に、第１の発明におけるゼオライトが、少なくともＺＳＭ−５型ゼオライトを含むことを特徴とするものであり、詳細は明らかではないが、おそらくは細孔径と細孔形状に起因するキセノンとの相互作用が最も強くなることによって、常圧のキセノンを５５ｃｃ／ｇ以上、大容量吸着することが可能となり、機器内に封入されたキセノンを効率よく吸着貯蔵することができる。

第４の発明は、特に、第１の発明におけるゼオライトが、少なくとも銅交換したＺＳＭ−５型ゼオライトを含むことを特徴とするものであり、イオン交換により導入された銅イオンが化学吸着に類似する挙動を示し、より低分圧でのキセノン吸着量が増大するため、一層、機器内に封入されたキセノンを効率よく吸着貯蔵することができる。

第５の発明は、特に、第１の発明における気体難透過性素材が、ケイ酸塩を主成分とするガラスであり、任意開封可能な機構として用いる素材が、前記ガラスより融点の低い低融点ガラスであることを特徴とするものであり、加熱により任意開封可能な機構として用いる低融点ガラスが溶融し、透明なガラスを用いることにより、キセノンが封入されている空間とガス吸着材収容部との連通化が外部より目視で確認できるため、キセノン回収作業がより確実に行うことができる。

第６の発明は、特に、第１から第５の発明のガス吸着デバイスの前記任意開封可能な機構よりも前記ガス吸着材の収納空間から遠い側に位置する前記接合部をキセノンを封入した機器におけるキセノン封入空間に連通させてある前記機器に対して、前記所定の操作を行って、前記ガス吸着材の収納空間と前記機器におけるキセノン封入空間とを連通させて、前記キセノン封入空間のキセノンを常温常圧下で前記ガス吸着材に吸着させることにより、キセノンを封入した前記機器からキセノンを回収することを特徴とするガス回収方法である。

キセノンを封入した機器に本発明のガス吸着デバイスを予め接合しておき、その機器が廃棄された場合に、所定の操作を行って、キセノンを常温常圧下でガス吸着材に吸着させることにより、キセノンが大気中に放出されることなく、キセノンを封入した機器から簡便に常圧以下のキセノンを大容量吸着回収することができ、また、キセノンを封入した機器の廃棄リサイクル工程における分解作業者は、キセノン吸着除去後の機器を分解するので、機器の分解分別作業者がキセノンを吸入することもなく、作業安全性を高めることができる。そのため、高効率な安全性の高いキセノンのガス回収方法を提供することができる。また、吸着されたキセノンは、次工程で吸引脱離が可能であるので、機器ごとに簡便にキセノンを回収し、また再利用できる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるガス吸着デバイスの断面図を示すものである。

図１に示すように、本発明の実施の形態１のガス吸着デバイス１は、ガス吸着材としての４．５Å以上７．３Å以下の細孔径を有する銅交換したＺＳＭ−５型ゼオライト３と、銅交換したＺＳＭ−５型ゼオライト３を収納する気体難透過性素材のパイレックス（登録商標）ガラス製の有底筒状の容器２とからなるガス吸着デバイス１であって、容器２は、銅交換したＺＳＭ−５型ゼオライト３の収納空間とキセノンを封入した機器におけるキセノン封入空間（図示せず）との連通路を形成しガス吸着デバイス１を機器に設置するための接合部４と、所定の操作を行うまで連通路を塞いで銅イオン交換したＺＳＭ−５型ゼオライト２とキセノンとが接することなく容器２を封止しており所定の操作を行うと銅交換したＺＳＭ−５型ゼオライト３の収納空間と機器におけるキセノン封入空間とを連通させる低融点ガラス５からなる任意開封可能な機構とを有する。

図２は、本発明の実施の形態１における加熱後のガス吸着デバイスの断面図を示すものである。

銅交換したＺＳＭ−５型ゼオライト３の収納空間とキセノンを封入した機器におけるキセノン封入空間との連通路が略水平方向になり、ガス吸着用デバイス１の任意開封可能な機構となる低融点ガラス５よりも銅交換したＺＳＭ−５型ゼオライト３（ガス吸着材）の収納空間から遠い側に位置する接合部４をキセノンを封入した機器におけるキセノン封入空間（図示せず）に連通させて、機器に設置したガス吸着デバイス１の任意開封可能な機構である、低融点ガラス５が設置された部位を、容器２上から、低融点ガラス５が、パイレックス（登録商標）ガラスの融点より低く、低融点ガラス５の融点より高い温度になるように加熱することにより、低融点ガラス５が連通路を塞がないように溶融変形し、ガス吸着材収容部の封止が解ける。その結果、銅交換したＺＳＭ−５型ゼオライト３の収納空間と機器におけるキセノン封入空間とが連通し、銅イオン交換したＺＳＭ−５型ゼオライト３が、機器内に封入されたキセノンと接することとなり、優れた吸着特性を発揮し、効率よく吸着貯蔵することができる。

本実施の形態のガス吸着デバイス１の構成によると、ガス吸着材（銅交換したＺＳＭ−５型ゼオライト３）を気体難透過性素材からなるパイレックス（登録商標）ガラス製の容器２に封入しているため、キセノンを吸着するまでのガス吸着材（銅交換したＺＳＭ−５型ゼオライト３）の劣化を抑制することができる。

また、ガス吸着材（銅交換したＺＳＭ−５型ゼオライト３）の収納空間とキセノンを封入した機器におけるキセノン封入空間との連通路を形成しガス吸着デバイス１を機器に設置するための接合部４を有するため、キセノンが封入されている空間と任意に接合でき、また、所定の操作を行うまで連通路を塞いでおり所定の操作を行うと連通路を連通させる任意開封可能な機構（低融点ガラス５）を有することにより、キセノンの吸着が必要となった場合、例えば機器廃棄後、キセノンを回収する工程において、任意にガス吸着材（銅交換したＺＳＭ−５型ゼオライト３）の収納空間とキセノンを封入した機器におけるキセノン封入空間との連通化が可能であり、簡便にキセノンを回収することができる。これにより、分解作業者は、キセノン吸着除去後の機器を分解することができ、キセノン吸引の可能性を排除できるため、作業安全性を高めることができる。

ここで、ガス吸着デバイス１とは、ガス吸着材（銅交換したＺＳＭ−５型ゼオライト３）と、ガス吸着材（銅交換したＺＳＭ−５型ゼオライト３）を使用時まで周囲の空間と隔絶し保管する容器２と、キセノン吸着を発現させる際には、任意にガス吸着材（銅交換したＺＳＭ−５型ゼオライト３）の収納空間とキセノンを封入した機器におけるキセノン封入空間とを連通化することにより気体の吸着を可能にする、任意開封可能な機構（低融点ガラス５）の総称である。

任意開封可能な機構とは、キセノン吸着を発現させる際に、任意にガス吸着材（銅交換したＺＳＭ−５型ゼオライト３）の収納空間とキセノンを封入した機器におけるキセノン封入空間とを連通化可能な機構を指し、機械的または化学的、機構的変化により、ガス吸着材（銅交換したＺＳＭ−５型ゼオライト３）がキセノンと接触可能な機構であればよいが、連通路を塞いでいた任意開封可能な機構（低融点ガラス５）を加熱により溶融させ連通化する手段は、簡便で望ましい。

本実施の形態１では、任意開封可能な機構として低融点ガラス５を、気体難透過性素材の容器２としてパイレックス（登録商標）ガラスを用いたが、前者にアルミロウ材を、後者にアルミニウム容器を使う等の組み合わせも可能である。他にも、容器２内に設置した、カプセルに封入されたガス吸着材が熱等の外部刺激により開封し、自動的に連通化する機構等が利用できる。

また、本発明に利用できるゼオライトは、４．５Å以上７．３Å以下の細孔径を有するゼオライトであり、その理由はキセノンを吸着する目的に対し、キセノンのファンデルワールス径が４．３２Åであることから、キセノン分子との相互作用により吸着能を発現するためには４．５Å以上は必要であり、かつ、細孔径が大きすぎると細孔壁とキセノン分子との相互作用力が低下するため７．３Å以下が望ましいと考える。実際に、我々は、細孔径が７．１ÅのＢＥＴＡ型ゼオライトや、７．３ÅのＡＦＩ型ゼオライトでは、良好なキセノン吸着特性を示すのに対し、細孔径が７．４ÅのＸ型ゼオライトではキセノン吸着量が低いことを確認した。

望ましくは、ＭＦＩ型、ＢＥＴＡ型、ＭＯＲ型ゼオライトを含み、より望ましくは、ＺＳＭ−５型ゼオライトを含むことを特徴とするものであり、さらに銅交換したＺＳＭ−５型ゼオライトであることが望ましい。また、これらの混合物であっても、他のキセノンを吸着可能なガス吸着材が含まれていても良い。また、ガス吸着材は、粉体であっても、ペレット化、成形等を施してあっても良い。

また、気体難透過性素材とは、ガス透過度が１０⁴［ｃｍ³／ｍ²・ｄａｙ・ａｔｍ］以下の素材であり、より望ましくは１０³［ｃｍ³／ｍ²・ｄａｙ・ａｔｍ］以下となるものである。一例として、ガラス、金属、金属箔をラミネートしたラミネートフィルム等が利用できる。中でも、ケイ酸塩を主成分とするガラスを容器として用いると、ガス透過度が低いことに加え、キセノンが封入されている空間とガス吸着材収容部との連通化が外部より目視で確認できるため、キセノン回収作業がより確実に行うことができる。

キセノンが封入されている機器との接合部４は特に指定するものではないが、接合部４からの外気侵入を防ぐため、機器とガス吸着デバイス１とを気体難透過性素材等を用いた溶融接着、溶接等で接合することが望ましい。

また、ガス吸着デバイス１に吸着回収されたキセノンは、次工程で吸引脱離または、加熱により脱離が可能であり、機器ごとに簡便にキセノンを回収し、再利用することができる。再利用時のプロセスについては、特に限定するものではないが、高純度キセノンを使用した機器から直接回収されたキセノンであるため、回収時に混入する可能性のある空気成分以外の不純物ガスが比較的少ないため、従来既存の不純物分離回収プロセスで簡易に回収可能である。

以下、本発明の実施の形態１について、ガス吸着材として用いるゼオライトの種類を種々変えた場合のガス吸着デバイス１のキセノン吸着評価結果を実施例１から５に示す。キセノン吸着特性は、大気圧でのキセノン吸着量、および、空間容積５０ｃｃ、キセノン分圧３００００Ｐａにて封入した機器からのキセノン吸着量、および、特に低圧でのキセノン吸着を比較するために、１０Ｐａ下でのキセノン吸着量の評価を行った。また、吸着材とキセノンとが連通過した後の残留キセノン分圧（キセノンを吸着可能な限界圧力に相当）でも評価を行った。また、比較例として、従来例に用いられたゼオライトについての評価結果を示す。

（実施例１）
実施例１においてガス吸着デバイスは、実施の形態１のガス吸着デバイス１に、気体吸着材として、細孔径７．３ÅのＡＦＩ型ゼオライト市販品を用いて評価を行ったところ、キセノン吸着量は、大気圧では３０ｃ／ｇ、３００００Ｐａでは１０ｃｃ／ｇ、１０Ｐａではほぼ０ｃｃ／ｇであった。また、残留キセノン分圧は４０Ｐａであった。

細孔径が４．５Å以上７．３Å以下の範囲にあるため、比較例１及び比較例２と比較すると、キセノン吸着量に優れ、残留キセノン分圧も低く、機器内に封入したキセノン吸着に適した吸着材であるといえる。

（実施例２）
実施例２においてガス吸着デバイスは、実施の形態１のガス吸着デバイス１に、気体吸着材として、細孔径７．１ÅのＢＥＴＡ型ゼオライト市販品を用いて評価を行ったところ、キセノン吸着量は、大気圧では４０ｃ／ｇ、３００００Ｐａでは１８ｃｃ／ｇ、１０Ｐａではほぼ０ｃｃ／ｇであった。また、残留キセノン分圧は２０Ｐａであった。

細孔径が４．５Å以上７．３Å以下の範囲にあり、かつ、ＢＥＴＡ型ゼオライトをガス吸着材をして用いた結果、比較例１及び比較例２と比較すると、キセノン吸着量に優れ、残留キセノン分圧も低く、機器内に封入したキセノン吸着に適したガス吸着デバイスであるといえる。

（実施例３）
実施例３においてガス吸着デバイスは、実施の形態１のガス吸着デバイス１に、気体吸着材として、細孔径６．８ÅのＭＯＲ型ゼオライト市販品を用いて評価を行ったところ、キセノン吸着量は、大気圧では５０ｃ／ｇ、３００００Ｐａでは４０ｃｃ／ｇ、１０Ｐａではほぼ０ｃｃ／ｇであった。また、残留キセノン分圧は１０Ｐａであった。

細孔径が４．５Å以上７．３Å以下の範囲にあり、かつ、ＭＯＲ型ゼオライトをガス吸着材をして用いた結果、比較例１及び比較例２と比較すると、キセノン吸着量に優れ、残留キセノン分圧も低く、機器内に封入したキセノン吸着に適したガス吸着デバイスであるといえる。

（実施例４）
実施例４においてガス吸着デバイスは、実施の形態１のガス吸着デバイス１に、気体吸着材として、細孔径５．５ÅのＭＦＩ型ゼオライトであるＺＳＭ−５市販品を用いて評価を行ったところ、キセノン吸着量は、大気圧では５５ｃ／ｇ、３００００Ｐａでは３５ｃｃ／ｇ、１０Ｐａでは０．１ｃｃ／ｇであった。また、残留キセノン分圧は３Ｐａであった。

細孔径が４．５Å以上７．３Å以下の範囲にあり、かつ、ＭＦＩ型ゼオライトであるＺＳＭ−５をガス吸着材をして用いた結果、比較例１及び比較例２と比較すると、キセノン吸着量に優れ、残留キセノン分圧も低く、機器内に封入したキセノン吸着に適したガス吸着デバイスであるといえる。

（実施例５）
実施例５においてガス吸着デバイスは、実施の形態１のガス吸着デバイス１に、気体吸着材として、細孔径５．５ÅのＭＦＩ型ゼオライトであるＺＳＭ−５市販品を銅イオン交換したもの用いて評価を行ったところ、キセノン吸着量は、大気圧では５５ｃ／ｇ、３００００Ｐａでは３５ｃｃ／ｇ、１０Ｐａでは３ｃｃ／ｇであった。また、残留キセノン分圧は０．００５Ｐａであった。

細孔径が４．５Å以上７．３Å以下の範囲にあり、かつ、ＭＦＩ型ゼオライトであるＺＳＭ−５を銅イオン交換したゼオライトを用いた結果、比較例１及び比較例２と比較すると、キセノン吸着量に優れ、残留キセノン分圧も低く、機器内に封入したキセノン吸着に適したガス吸着デバイスであるといえる。さらに、低圧領域でのキセノン吸着特性が実施例１から実施例３と比較しても優れ、残留キセノン分圧が３オーダー低いことから、効率的なキセノン回収が可能であるといえる。

ここで、銅イオン交換されたＺＳＭ−５型ゼオライトの作製は、市販されているＺＳＭ−５型ゼオライトの銅イオン交換と、水洗と、乾燥、熱処理のプロセスを経て行う。

銅イオン交換は、既知の方法にて行うことが出来るが、塩化銅水溶液やアンミン酸銅水溶液等銅の可溶性塩の水溶液に浸漬する方法が一般的であり、中でもプロピオン酸銅（II）や酢酸銅（II）等カルボキシラトを含むＣｕ²⁺溶液を用いた方法で調整されたものは、化学吸着活性が高い。

水洗は、イオン交換後に十分に行う。

次いで、加熱乾燥または減圧下乾燥を行い、表面付着水を除去する。

その後、低圧下にて適切な熱処理を行う。これは、イオン交換により導入されたＣｕ²⁺をＣｕ⁺へと還元し、化学吸着能を発現させるために必要である。熱処理時の圧力は、１０ｍＰａ以下、好ましくは１ｍＰａ以下であり、温度はＣｕ⁺への還元を進行させるため、３００℃以上、好ましくは５００℃〜６００℃程度である。

以上のプロセスを経て、減圧キセノン吸着活性を付された銅イオン交換されたＺＳＭ−５型ゼオライトは、大気中で取り扱うと大気成分を吸着してしまい失活するため、熱処理により活性化した後は、空気に直接触れず、任意で通気性を発現するようなガス吸着デバイスへ封入するものである。

（比較例１）
比較例１においてガス吸着デバイスは、実施の形態１のガス吸着デバイスに、気体吸着材として、細孔径７．４ÅのＮａ−Ｘ型ゼオライト市販品を用いて評価を行ったところ、キセノン吸着量は、大気圧では１８ｃ／ｇ、３００００Ｐａでは９ｃｃ／ｇ、１０Ｐａでは０ｃｃ／ｇであった。また、残留キセノン分圧は８００Ｐａであった。

これは、おそらくは細孔径がキセノンのファンデルワールス径よりも大きすぎるため、キセノン分子との相互作用力が本発明が限定するゼオライトよりも小さいことに起因すると考える。その結果、残留キセノン分圧も比較的大きく、Ｘ型ゼオライトは特許文献２、および、非特許文献１にて、キセノン吸着剤として適用されているが、本発明への適用には不適当であると考える。なお、Ｎａ−Ｘ型以外にも、Ｌｉ−Ｘ型、Ａｇ−Ｘ型、Ｃａ−Ｘ型の評価も実施したが、ほぼ同等の結果となった。

（比較例２）
比較例２においてガス吸着デバイスは、実施の形態１のガス吸着デバイスに、気体吸着材として、細孔径４．１ÅのＡ型ゼオライト市販品を用いて評価を行ったところ、キセノン吸着量は、大気圧では３ｃｃ／ｇ、３００００Ｐａではほぼ１ｃｃ／ｇ、）０Ｐａでは０ｃｃ／ｇであった。また、残留キセノン分圧は２８０００Ｐａであった。

これは、おそらくは細孔径がキセノンのファンデルワールス径よりも小さく、キセノン分子の吸着には適さないことに起因すると考える。その結果、残留キセノン分圧も大きく、Ａ型ゼオライトは特許文献３および４にてキセノン吸着剤として適用されているが、本発明への適用には不適当であると考える。

本発明にかかるガス吸着デバイスおよびガス回収方法は、機器に封入されたキセノンを常温常圧下で吸着し、大気中に放出することなく回収できるため、機器の分解分別作業者がキセノンを吸入することもなく、高効率で安全性の高いキセノン除去、回収技術を提供することができるため、プラズマディスプレイ等のようなキセノンを封入した機器のリサイクル時や、メンテナンスのため一時的にキセノンを安全に除去したい用途等にも適用することができる。

１ ガス吸着デバイス
２ 容器
３ 銅イオン交換したＺＳＭ−５型ゼオライト
４ 接合部
５ 低融点ガラス

Claims (6)

1. 少なくとも４．５Å以上７．３Å以下の細孔径を有するゼオライトを含むガス吸着材と、前記ガス吸着材を収納する気体難透過性素材からなる容器とからなるガス吸着デバイスであって、前記容器は、前記ガス吸着材の収納空間とキセノンを封入した機器におけるキセノン封入空間との連通路を形成し前記ガス吸着デバイスを前記機器に設置するための接合部と、所定の操作を行うまで前記連通路を塞いでおり前記所定の操作を行うと前記ガス吸着材の収納空間と前記機器におけるキセノン封入空間とを連通させる任意開封可能な機構とを有し、
   前記任意開封可能な機構として用いる素材の融点が、前記容器を形成する前記気体難透過性素材の融点よりも低く、前記所定の操作が、前記任意開封可能な機構を、前記任意開封可能な機構として用いる素材の融点より高く前記気体難透過性素材の融点より低い温度になるように加熱することを特徴とするガス吸着デバイス。
2. 前記ゼオライトが、少なくともＭＦＩ型、ＢＥＴＡ型、ＭＯＲ型ゼオライトを含むことを特徴とする請求項１記載のガス吸着デバイス。
3. 前記ゼオライトが、少なくともＺＳＭ−５型ゼオライトを含むことを特徴とする請求項１記載のガス吸着デバイス。
4. 前記ゼオライトが、少なくとも銅交換したＺＳＭ−５型ゼオライトを含むことを特徴とする請求項１記載のガス吸着デバイス。
5. 前記気体難透過性素材が、ケイ酸塩を主成分とするガラスであり、前記任意開封可能な機構として用いる素材が、前記ガラスより融点の低い低融点ガラスであることを特徴とする請求項１記載のガス吸着デバイス。
6. 請求項１から請求項５のいずれか一項記載のガス吸着デバイスの前記任意開封可能な機構よりも前記ガス吸着材の収納空間から遠い側に位置する前記接合部をキセノンを封入した機器におけるキセノン封入空間に連通させてある前記機器に対して、前記所定の操作を行って、前記ガス吸着材の収納空間と前記機器におけるキセノン封入空間とを連通させて、
   前記キセノン封入空間のキセノンを常温常圧下で前記ガス吸着材に吸着させることにより、キセノンを封入した前記機器からキセノンを回収することを特徴とするガス回収方法。

Images