JPS6349225A - 混合気体の分離方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、混合気体から選択的に気体を分離する方法に
関する。特に、気体分子の電子付着性の差を利用して選
択的に気体を分離する新規な気体分離方法に関する。

［従来の技術］ 従来の一般的なガス分離方法には、（１）冷却し。

沸点差による深冷分離法、■気体分子の吸着性の差、モ
レキュラーンーブ作用を利用する吸着分離法、ｃ３）多
孔質膜或いは高分子膜を利用し、拡散係数の差を利用す
る膜分離法、（４）気体と錯体を可逆的に形成するもの
を利用する化学吸着法がある。

電子を中性の気体分子に衝突きせて負イオンのｔ超電流
によりガス検出する電子付着検出器（ａｌｅｃｔｒｏｎ
　ｃａｐｔｕｒｅ　１ｏｎｉｚａｔｉｏｎ　ｄｅｔＣｃ
ｔｏｒ）が従来からあるが、ガスを分離するものは未だ
具体化されていない。

［発明が解決しようとする問題点コ 本発明の混合ガス分離方法は、従来のガス分離技術とは
全く異なる原理でおこなうものである。

従来の分離法では、達成しがたい超本純度のガスの精製
を行なおうとするものである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は１分離すべき混合気体を一定のチャンバー内に
導入し、その混合気体に対して電子発生装置により電子
を照射することにより１分離すべき混合気体のうち電子
付着性の高い気体分子から気体負イオンを発生せしめ、
その負イオンガスを、電場又は磁場により分離し１分離
されたガスを取り出すことを特徴とする混合気体の分離
方法である。

［作用］ 本発明方法では、電子が気体分子に対し付着する付着反
応は、比較的低エネルギーで起こり、電子との衝突によ
る分子そのもののＭ離の度合いも小さい、更に、付着反
応の親和力は分子によりかなり差があると云う性質を利
用して、ＩＥ場、磁場などにより負イオンを中性分子と
分離することにより、気体を選択的に濃縮、除去するも
のである本発明による混合気体の分離方法は１次のよう
な原理を利用するものである。

電子が中性のガス分子と衝突すると、電子のもつエネル
ギーが小きい場合には、気体分子が電子を保護して気体
負イオンを形成する。この負イオン形成のし易さは、電
子親和力によって示きれる６種々のガス分子の電子親和
力は、第１表に示きれる。

第１表　１子親和力の例 親和力の値［ｅＶ］が大きくなるに従って電子付着性が
増大する。これは、負イオンのｔ離を流を検出してガス
検出２公析のために応用きれているが、ガスを分離する
ものではない０本発明はガスの電子付着性（を子親和力
）の差を利用してガスの分離操作を行なうものである。

本発明による分離法を、　Ｎ、＋Ｃ１，の２成分混合ガ
スを例にとり説明すると１次のようである。

この混合ガスに電子を照射すると、第１表に示される電
子親和力でＣＬガス分子には電子が付着し、負イオンと
なるが、他方Ｎ＋ガス分子には電子付着がほとんど起こ
らず、中性分子で存在する。

この状態のガスに電界を作用きせると、負イオンのＣ１
，ガスは、千振へ移動し、−極側には、Ｃ１８ガスが存
在せず、Ｎ、ガスのみとなる。子種側よりガスを取り出
せば当初の２成分混合ガスよりはるかに高濃度のＣ１，
ガスを得ることができる。一方。

−極側よりガスを取り出せば、ＣＬを分離きせたので非
常に高純度のＮ、ガスを得ることができる。

本発明による混合気体の気体相のみでの分離法は１分離
すべき混合気体を一定のチャンバー内に導入し、その混
合気体に対して電子発生装置により７分離すべき混合気
体のうち電子付着性の高い気体分子に電子を付与し、気
体負イオンを発生せしめ、電場又は磁場により気体を分
離し１分離されたガスを取り出す混合気体の分離方法で
ある。

その一定のチャンバー内で電子発生せしめ、気体分子を
電離せしめる方法としては、（１）紫外線照射による光
電子法、■グロー放電性、０）コロナ放電法などが考え
られる。

分離すべき混合気体を閉じ込めるチャンバーは１回分式
のものでも、連続式のものでもよいが、連続式で連続運
転ができるものが好適である。

上記の電子発生装置は、気体分子に付与すべき電子を発
生するものであるが、同時に、放電、スパッタリングが
発生し、電極を劣化きせることなどがあるために、その
劣化対策を考えたものであることが望ましい。

本発明では、負イオン形成されたガスを回収できるが、
同時に、負イオン形成されない中性ガスの方を分離回収
することが好適の場合もあるので、適宜１分離条件、ガ
スの性質を考處して２分離方法９分離手段を決めること
がよい。

また１本発明は、混合気体の分離だけでなく。

気体の純度を高めるために用いることもできる。

次に本発明の混合気体分離方法の数種の実施例を述べる
が１本発明は、これにより限定されるものではない。

［実施例１コ ［紫外線照射による光電子法によるコ ｐＪ　ｒ　＋　ＳＦ　ｈの混合気体１を、第１図に示す
装置によりガス分離を行なった。ＳＦ、は、気体絶縁体
としてよく用いられるガスであり、その親和力は。

３、３８ｅＶである。

第１図の装置は、正に帯電している千振２と。

負の−ａｉ３を有するセル４を備え２分離すべき混合気
体１が一定量セル４に封入される。−極３のカソード面
に紫外線を紫外線ランプ５により照射し、電子を発生許
せた１発生電子はＳＦａ分子に付着し、電界の作用によ
りＳＦ、ガスが千振へ移行する。

更に、詳しく説明すると、−極３は、バイコールガラス
（ｖｙｃｏｒ　ｇｌａｓｓ）に金を蒸着した面をカソー
ド面としていて、紫外線を照射すると、カソード面が励
起されて電子が発生する。電子はカソード、アノード（
千振）間にかけられた電界によりエネルギーを得てアノ
ード側にドリフトする０発生した電子の一部は、被付着
気体分子ＳＦ、との衝突により１次のように負イオンを
生成する；ＳＦ　Ｉ　＋　ｅ−＋ＳＦ　＋　− 生成諮れた負イオンＳＦ、−は、を界エネルギーにより
アノード側に進む、同時に、千振のバイフールを中性気
体分子が透過し、試料室９に貯えられるｅ　Ｘｔ料室に
貯えられた多孔性の一極３を通過してくる気体は一部一
定時間毎に質量分析計７に導かれ分析された。

分析結果による分離結果、成績を第２図に示す。

分離係数（ＳＦ、の出力比）ηと時間ｔとの関係を示す
ものである。ここで、η−Ｉ　、／　Ｉ　Ｐである。但
し、Ｉｐは紫外線を照射しない時の質量分析計の出力ｉ
流であり、Ｉｓは紫外線を照射し。

電界をかけ分離を行なった時の質量分析言１の出力ｒｌ
ｌ流である。η（分離係数）は１分離なしのとき１であ
り、全部分離芒れたとき０であると定義される。

第２図より、圧力、！圧が等しい場合、ＳＦ、９度が低
い方がηは小さく分離が良好に行なわれたことを示す、
ａ度に対して電子数が不足するものと思われ、ａ度増加
でカソード表面の励起状態が劣化するものと思われる。

電界／圧力比が０．７付近でηが最小に、即ち、電子の
ＳＦ、への付着確率が最大となり、この付近での分離が
好適であることがわかった。

［実施例２］ ［グロー放電によるコ 第３図に示す装置によりＮＩ＋ＳＦｌの混合気体を分離
試験を行なった。

前記実施例１の光電子法では発生電子数が不足の場合が
あることを考え２発生電子数が多いと考えられるグロー
放電による気体分子分離法を行なった。

第３図の装置は、ガイスラー管１０であり、その中に２
つの電極１１．１２を有する。先ず、ガイスラー管１０
にＮＩ＋ＳＦｓの混合気体を封入した。その後電極間に
電圧を印加すると　Ｎｌ−りＮｌ’＋　ｅ　、　ＳＦｌ
＋　ｅ−＞５ＦＩ−によりＳＦＩの負イオンを生成する
。生成された負イオンは２つの電極１１．１２間を流れ
る電流によって生じる磁界により常に内側方向に力を受
は電極間の電場に對と込められ、中性気体分子（はとん
どＮ、）からの分離が行なわれる。

グロー放電では、同時に電極表面でスパッタリングが生
じ、電極が変質する。この実施例では。

直流電源よりも電極の変質を小きく押拵えるために交流
を源を使用した。

中性気体分子は、バイフール１４を透過し、試料室１５
に貯えられ、その貯えられたガスは実施例１と同様に質
量分析計にかけ分析した。

その結果を第４図に示す。

ガイスラー管内の圧力Ｐ　［Ｔｏｒｒ］と、　ＳＦ、の
濃度Ｃｓ□［ｐｐｍ］に対してのη［前記の実施例１の
ときと同し定義；即ちＳＦ、の出力比コを反応時間ｔに
対してプロットしたものである。Ｒｕｎ１８．１９．２
０では、η−０で、光電子法よりもかなり厳しい条件で
も１００％の分離が行なわれていた。　ＳＦ、ａ度が、
ｉｇＩａ度の場合でもＲｕｎ２１．２２の結果のように
分離成績は良好であった。

ＳＦ、のかなりの高い、ａ度２　Ｘ　１０　’ｐｐｍ（
＝２０％）においても、ηく０１の高い分離性が達成さ
れている。

［実施例３］ ［コロナ放電による］ 第５図のコロナ放電を利用した気体の電界分離装置によ
り、Ｎｌ＋５Ｆｌの混合気体を分離した。

グロー放電でもスパッタリングによる電極劣化が生じる
恐れがあるため、また、長時間の連続運転を可能ならし
めるために第５図の如きコロナ放電による連続運転可能
な気体分離装置を考えた。

第５図の装置は、全体が円筒状のもので、頂部に高圧ｔ
ｆｉ２１から負の高圧にかけられた線が接ｌｌｆ、諮れ
、絶縁碍子２２を通り、放電極２４（−極）を高圧の負
にする。子種は、多孔性の電極２３であり、−の電極の
回りに円筒状に取り囲んである。−放電極２４は先端に
ウェイト２５を有し、その形状を直線に保持されるよう
にきれる。

混合ガス（例、Ｎｌ＋５Ｆｌ）は、入口２６から導入さ
れ１分離された中性のガスは底部にある出口２８から、
そして負イオンガスを多く含む気体は、出口２７から排
出される。

ガス入口２６から導入きれた混合ガス（Ｎｌ＋５Ｆｌ）
は、多孔質電極（子種）と放電極（−極）の間に形成さ
れるコロナ放電場に流入する。ここで、電子付着により
負イオンを形成したガス（ＳＦ＋）は、電極間の電界作
用により子種の多孔質電極へ高速（数１０ｍ／秒以上）
で移動する。この移動した負イオンガスを多孔質電極を
通して外側に取り出す、このガスは負イオンガス（ＳＦ
、）の濃度が増加したものとなっている。一方１円筒状
部の内側の底部にガス出口２８を設け、そこから外部に
排出されるガスは負イオン（ＳＦ、）の濃度が減少し、
中性ガスの純度が高くなった状態のものである。

このことより、負イオン形成イオンを選択的に分離でき
るとともに、中性のガスを、精製し、純度を向上できる
ことが分かった。

［発明の効果］ 本発明の混合気体の分離方法は、第１に、従来のガス分
離法とは全く異なる原理によるガス分離方法を提供する
こと、第２に、従来の分離法では達成しがたい超高純度
のガス精製が可能になること、即ち、空気中からのＮ、
と０２２分離、吸着分離法で行なった場合９９．７％〜
９９．９％のＮ、を得ることは可能であるが、これ以上
の純度にすることは困難であるが、しかるに本発明の分
離法では、これが達成可能となること、第３に１本発明
分離法を常圧、連続処理で行なえば、大容量のガス分離
がり。

能となることなどの技術的効果が得られた。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明の１実施例を行なう装置を示す説明図
である。 第２図は、第１図の装置による本発明の分離法を行なっ
た結果を示すグラフである。 第３図は１本発明の他の１実施例を行なう装置を示す説
明図である。 第４図は、第３図の装置による本発明の分離法を行なっ
た結果を示すグラフである。 第５区は９本発明の他の実施例を行なう装置を示す説明
図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 分離すべき混合気体を一定のチャンバー内に導入し、そ
   の混合気体に対して電子発生装置により、分離すべき混
   合気体のうち電子付着性の高い気体分子に電子を付与し
   、気体負イオンを発生せしめ、電場又は磁場により気体
   を分離し、分離されたガスを取り出すことを特徴とする
   混合気体の分離方法。