JPH06190236A

JPH06190236A - 気体の清浄方法及び装置

Info

Publication number: JPH06190236A
Application number: JP4357380A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Fujii; 敏昭藤井; Kazuhiko Sakamoto; 和彦坂本
Original assignee: Ebara Research Co Ltd; Ebara Infilco Co Ltd
Current assignee: Ebara Corp; Ebara Research Co Ltd
Priority date: 1992-12-24
Filing date: 1992-12-24
Publication date: 1994-07-12

Abstract

(57)【要約】【目的】有害ガスによる汚染に対して有効で、効果的
な気体の清浄方法と装置を提供する。【構成】有害ガスを含む気体８の清浄方法において、
該気体８をオゾン発生装置１１から発生するオゾンと接
触させた後、オゾン分解能及び有害物質吸着能をもつ複
合酸化物系触媒１２と接触させることとしたものであ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、気体の清浄方法及び装
置に関する。本発明の清浄方法及び装置は、事務所、家
庭、病院、ホテルなどにおける空気清浄、下排水、廃棄
物処理場などの各種工業における排ガスや工場内雰囲気
の清浄化、地下駐車場やトンネル換気排ガスの清浄化、
あるいは電子工業、薬品工業、食品工業、農林産業、医
療、精密機械工業などにおけるクリーンルーム、クリー
ンブース、クリーントンネル、クリーンベンチ、安全キ
ャビネット、バイオクリーンボックス、無菌室、パスボ
ックス、貴重品の保管庫（ストッカ）、搬送空間、エア
カーテン、エアナイフ、乾燥工程、生産ラインへの供給
気体の製造装置などにおける空気、窒素、酸素などの気
体の清浄化に利用できる。

【０００２】

【従来の技術】事務所等における有害ガスによる悪臭汚
染には、酸性ガス（例、アルデヒド、硫化水素、酢酸、
脂肪酸、メルカプタン類）、アルカリ性ガス（例、アン
モニア、トリメチルアミン）、中性ガス（例、サルファ
イド類）が混合して悪臭を放つような複合臭があり、具
体的にはタバコ臭、トイレ臭、腐敗臭、料理臭がある。

【０００３】タバコ臭を例に説明すると、タバコ臭は、
著しく多種の成分（１，０００種以上と言われている）
からなる典型的な複合臭汚染であり、それらの主要成分
であるアルデヒド、ニコチンなどには発ガン性、あるい
は毒性があることから、タール分、微粒子（煙）ととも
に、その捕集・除去の要求は強い。このようなタバコ臭
の除去は、活性炭、植物精油類など種々の捕集・除去材
料を用いた方法やマスキング効果を狙った芳香剤が提案
されているが、いずれも効果が十分ではなく、タバコ臭
除去の要求を満たすものとはなっていない。このため、
効果のある脱臭方法や装置が要望されている。

【０００４】次に、ＮＯｘによる汚染については、ＮＯ
ｘは有害なガスであり、従来から除去に対する要望が強
いが、効果的な除去法は現在までに存在しない。半導体
工業のクリーンルームにおける有害ガスによる汚染につ
いては、従来のクリーンルームの空気清浄方法あるいは
その装置を大別すると、（１）機械的ろ過方法（例えばＨＥＰＡフィルター）（２）静電的に微粒子の捕集を行う高電圧による荷電及
び導電性フィルターによるろ過方式（例えばＨＥＳＡフ
ィルター）があるが、これらの方式は、いずれも微粒子（粒子状物
質）除去を目的としており、炭化水素（Ｈ．Ｃ），ＮＯ
ｘ，ＮＨ₃のようなガス状の汚染物（有害成分）の除去
には効果がない欠点があった。

【０００５】ガス状の汚染物（有害成分）であるＨ．
Ｃ．の除去法としては、燃焼分解法、触媒分解法、Ｏ₃
分解法などが知られている。しかし、これらの方法はク
リーンルームへの導入空気に含有する極低濃度Ｈ．Ｃ．
除去には効果がない。クリーンルームにおいては、自動
車排ガスに起因するような導入空気中の低濃度のＨ．
Ｃ．も汚染質として問題となる。また、クリーンルーム
における作業で生じた各種の溶剤（例えば、アルコー
ル、ケトン類等）も汚染質として問題となる。

【０００６】また、Ｈ．Ｃ．以外の有害成分としては、
ＮＯｘ，ＮＨ₃などがあり、これらの除去法としては適
宜のアルカリ性物質や酸性物質を用いた中和反応や酸化
反応に基づく方法などが知られている。しかし、これら
の方法も、成分濃度がクリーンルームへの導入空気に含
有するような極低濃度の場合には効果が少ない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記したよ
うな各種要望を満足できる有害ガスによる汚染に対して
効果的な気体の清浄方法及び装置を提供することを課題
とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では、有害ガスを含む気体の清浄方法におい
て、該気体をオゾンと接触させた後、オゾン分解能及び
有害物質吸着能をもつ複合酸化物系触媒と接触させるこ
ととしたものである。また、本発明では、有害成分を含
む気体の清浄装置において、該気体通路にオゾン接触部
と複合酸化物触媒層とを順次設けることとしたものであ
る。

【０００９】本発明で用いるオゾンは、周知のオゾン発
生装置から発生させたオゾンが利用できる。該オゾン発
生装置は、オゾンを効果的に長時間安定して発生、供給
できるものであれば、何れでも周知の方式が利用でき
る。例えば、放電式、放射線照射式がある。このうち、
放電式のものが長時間安定して供給し得ることから好ま
しい。また、利用分野によっては、電気集塵装置を用い
ると、その集塵性能とオゾン発生性能の両方が利用でき
るので好ましい。

【００１０】オゾンによる有害ガスの分解、処理作用
は、オゾン自体による作用では少ないが、下記複合酸化
物系触媒上でオゾンを分解した時に生ずるオゾンよりも
桁違いに活性な酸素活性種（活性な酸素原子や励起状態
にある酸素分子などで例えば・ＯＨ，Ｏ₂ ^-・，ＨＯ₂
・，（Ｏ））を用いた場合に顕著に効果的に起こる。本
発明による有害ガス除去の機構は、十分解明されていな
いが、次のように考えられる。すなわち、生成した酸素
活性種は、共存する有害ガス（例えば、ＮＨ₃，Ｈ
₂Ｓ，ＮＯｘ，ＣＨ₃ＣＨＯ）を触媒に吸着されやすい
状態に活性化し、複合酸化物触媒上で変質あるいは分解
する。

【００１１】次に、本発明で使用する複合酸化物系触媒
としては、オゾン分解性能及び有害ガスと酸素活性種を
含む気体を通すことにより、該表面で吸着、分解できる
ものであれば何れでもよい。このような複合酸化物系触
媒の例として、二酸化マンガン系触媒例えばＭｎＯ₂／
ＴｉＯ₂−Ｃ、ＭｎＯ₂／ＺｒＯ−Ｃがある。二酸化マ
ンガン系触媒は、その粉末をペレット状に焼結したも
の、あるいはペレット状、ハニカム状成形物、ハニカム
状の基材や繊維状の基材に担持させたものとすることが
できる。また劣化の抑制、低温域での性能低下の防止や
活性の向上のために適宜の金属や金属化合物を付加した
二酸化マンガンを用いることができる。

【００１２】また、上記の複合酸化物系触媒に、装置の
適用先、装置種類、形状、対象成分の種類や濃度、効
果、経済性などにより周知の有害ガス捕集材、例えば、
活性炭、活性炭素繊維、ゼオライト、モレキュラシー
ブ、シリカゲル、イオン交換繊維やフィルター及び／又
は除湿材を適宜予備試験を行って併用することができ
る。本発明はオゾンからの活性な酸素活性種と有害ガス
を複合酸化物系触媒上で反応させることによりオゾンと
有害ガスを効果的に分解・処理するものである。

【００１３】オゾンから活性な酸素活性種への変換は、
通常、複合酸化物系触媒上で実施するが、利用分野によ
りオゾン濃度を高めて実施する場合や、大規模な処理の
場合発生オゾンの１部から予め酸素活性種を作っても良
い。この方法として、電子、光、高周波、熱の利用があ
る。例えば、電子によるオゾン分解には、低温プラズマ
による式１の方法、（式１）Ｏ₃＋ｅ → Ｏ₂＋（Ｏ）また、光によるオゾン分解には紫外線（２５４nm）を用
いる方法があり、適宜用いることができる。

【００１４】これについては、装置の適用分野、規模、
発生オゾン濃度、有害ガス種類、濃度等により、適宜予
備試験を行い決めることができる。特に、オゾン濃度を
高くして実施する場合効果的である。有害ガス濃度に対
するオゾン濃度は、化学量論量として０．５〜１００倍
量、好ましくは、１．０〜２０倍量であり、被処理気体
に相当するオゾン濃度を含む場合は該オゾンが利用でき
る。

【００１５】被処理有害ガス濃度に対するオゾン濃度
は、利用分野、装置種類、形状、対象成分、要求性能な
どにより、適宜予備試験を行い、決めることができる。
被処理気体にオゾンを含まない場合、あるいは共存オゾ
ン濃度が低い場合は、後述実施例１〜５のごとく、オゾ
ン発生装置から発生させたオゾンを被処理気体に添加し
て実施する。

【００１６】

【作用】本発明において、オゾンと複合酸化物系触媒と
を併用して有害ガスを除去して気体を清浄化する機構は
十分に解明されていないが、有害ガスと、生成した酸素
活性種による反応、及び有害ガスと該酸素活性種を含む
気体を複合酸化物系触媒に通すことによる該複合酸化物
系触媒表面における吸着・分解作用により、気体中の有
害ガスが効果的に分解除去され、清浄化される。

【００１７】なお、オゾンは上述のように、活性な物質
に変換され出口気体にはオゾンは含まれない。すなわ
ち、本発明の清浄方法では、オゾンによる酸素活性種発
生と、オゾン分解性能、有害ガスに対する吸着・分解性
能を併せ持つ複合酸化物系触媒を組合せたことにより、
有害成分が効果的に除去できるものである。

【００１８】

【実施例】以下、本発明を実施例により具体的に説明す
るが、本発明はこれら実施例に限定されない。実施例１医院の待合室にタバコ臭を脱臭するガス状有害成分除去
装置を設置した概略構成図を図１に示す。図１におい
て、待合室１には、喫煙２によりタバコ煙３が発生して
おり、空気清浄装置４が設置されてタバコ臭が脱臭され
る。該装置４は、主に前処理フィルタ部５、タバコ臭成
分の捕集・分解部６及びファン部７より構成されてお
り、タバコ臭３を含む被処理空気８は装置４内を矢印９
の方向に流れ、脱臭処理された清浄空気が矢印１０の方
向に吐出される。

【００１９】夫々の構成部について説明する。前処理フ
ィルタ部５では、主にタバコ煙中のタール分や粒子状物
質の捕集・除去を行う。該フィルタ部５の構成材として
は、ガラス繊維や天然繊維、合成繊維を適宜の形状で充
填したり、あるいはそれらを紙状に抄いたもの、またそ
れらの織布や紙を用いることができる。この例では、紙
状に抄いたガラス繊維を波形に成形して用いている。タ
ールや粒子状物質の後方への流出は、後方の捕集分解部
６の構成材を劣化させるので、極力少なくすることが好
ましい。

【００２０】捕集分解部６は、オゾン発生器１１及び複
合酸化物系触媒１２により構成され、タバコ臭成分がこ
こで除去される。この例ではオゾン発生器１１は放電式
によるもので、また複合酸化物系触媒はハニカム状二酸
化マンガン系触媒（ＭｎＯ₂／ＴｉＯ₂−Ｃ）を用いて
いる。ファン部７には、ファンが設置されており、被処
理空気８を吸引し、処理された清浄化空気を吐出するも
のである。このように、オゾン及び複合酸化物触媒によ
り、上述のごとくガス状有害成分が効果的に処理され
る。また、オゾンによりタバコ臭が脱臭される効果があ
り、ガス状有害物質が除去され、かつ脱臭された清浄空
気が矢印１０の方向に得られる。

【００２１】実施例２クリーンルーム内に空気清浄装置を設置し、有害ガスを
除去する概略構成図を図２に示す。図２において、クラ
ス１００００（＞０．１μｍ）のクリーンルーム２１に
は、作業２２によりＮＯｘ，ＮＨ₃，Ｈ₂Ｓ等の有害ガ
スと微粒子２３が発生しており、空気清浄装置４が設置
され、該有害ガスと微粒子の捕集・除去が行われてい
る。該装置４は、主に前処理フィルタ部５、ファン部
７、有害ガスの分解部６及び微粒子捕集フィルタ１３に
より構成されており、有害ガスを含む被処理空気８はフ
ァン部７のファンにより、装置４内を矢印９の方向に流
れ、処理された清浄空気は矢印１０の方向に吐出され
る。

【００２２】夫々の構成部について説明する。前処理フ
ィルタ部５は、粗フィルタが充填されており、吸引空気
８中の荒い粒子が除去される。ここでは空気抵抗の少な
いガラス繊維を主体としたフィルタが用いられている。
有害ガスの分解部６は、放電式のオゾン発生器１１、複
合酸化物系触媒（ＭｎＯ₂／ＴｉＯ₂−Ｃ）１２により
構成されており、ＮＯｘ，ＮＨ₃，Ｈ₂Ｓ等の発生有害
ガス及び空気中Ｈ．Ｃ．がオゾン発生器から発生された
オゾンと複合酸化物系触媒の作用により除去される。

【００２３】また、微粒子捕集フィルタ部１３には、Ｕ
ＬＰＡフィルタが充填されており、吸引空気８中の微粒
子及びファン部７や有害ガスの分解部６からの発生微粒
子（粒子状物質）が除去される。このようにして、清浄
化された空気１０は、有害ガスと微粒子が除去されクラ
ス１０以下となり、ＮＯｘ，ＮＨ₃，Ｈ₂Ｓ，ＨＣのよ
うな有害ガスは通常の大気濃度レベルの１／１０以下ま
で除去されている。この空気は上述のごとく有害成分
（有害ガス及び微粒子）が除去されているので、ウェハ
や液晶基板に暴露しておくと表面汚染が防止できる。

【００２４】本例は、半導体のクリーンルームにおける
空気清浄に利用したものである。実施例１、２における
各構成部の位置は何ら限定されるものでなく、利用分
野、装置規模、構成部の使用条件、形状などにより、適
宜の位置に設置できる。ファン部７の位置は、実施例２
のごとく、半導体のような先端産業における空間の清浄
化に用いる場合少なくとも除塵部（ＵＬＰＡフィルタ）
の前方が好ましい。すなわち、先端産業ではファンの作
動により発生する微粒子も除去対象となるためである。
また、実施例１、２におけるオゾン発生器の位置は、空
気清浄装置内部に設置したが、利用分野、装置規模、形
状などによっては、該装置の外部に設置して発生オゾン
を供給するようにしても良い。

【００２５】実施例３図３は、実施例２の図２において、二酸化マンガン系触
媒の後方に、更に活性炭１６を設置した場合の概略構成
図を示す。１６以外の符号は、図２と同じ意味を有す
る。発生有害ガスに中性ガスを多量に含む場合など活性
炭層を設けると効果的である。

【００２６】実施例４図４は、実施例２において、オゾン発生器の後方に低温
プラズマ部１７を設置した場合の概略構成図を示す。１
７以外の符号は、図２と同じ意味を有する。オゾン発生
濃度を高くして行う場合や大規模処理を行う場合、低温
プラズマ部を設置すると効果的である。

【００２７】実施例５トンネル換気排ガス中の有害ガス（主にＮＯｘ，Ｈ．
Ｃ．）を除去する清浄装置の概略構成図を図５に示す。
トンネル換気排ガス１４は、集塵器１８、オゾン発生器
１１、有害ガスとオゾンの混合部１９、複合酸化物系触
媒１２、ファン７よりなる排ガス処理装置により処理さ
れ、清浄化された空気１５が得られる。集塵器１８で
は、排ガス中の粒子状物質、例えばカーボン類摩耗タイ
ヤ微粉体、土壌成分などがろ過収集方式により捕集され
る。次いで、排ガス中有害ガス（主にＮＯｘ，Ｈ．
Ｃ．）が放電式のオゾン発生器１１からのオゾンと混合
部１９で混合され、複合酸化物系触媒（ＭｎＯ₂／Ｔｉ
Ｏ₂−Ｃ）１２でＮＯｘ及びＨ．Ｃ．が分解、除去され
て清浄化される。

【００２８】実施例６図６は、実施例５の図５において、集塵器１８がオゾン
発生器１１を兼ねる場合であり、電気集塵器２０を用い
ることにより、集塵（カーボン類等）とオゾン発生の両
方を行う清浄装置の概略構成図である。２０以外の符号
は、図５と同じ意味を有する。装置がコンパクト化する
ので、利用分野、装置規模などによっては好ましい。

【００２９】実施例７図１の有害成分除去装置を用いた脱臭効果を以下に示
す。用いたオゾン発生器は放電式のもので発生オゾン濃
度は８〜１０ppm であり、複合酸化物系触媒は二酸化マ
ンガン系触媒で、ＭｎＯ₂／ＴｉＯ₂−Ｃである。空気
清浄装置４を設置した待合室１の体積は約３０ｍ³であ
り、該装置内の空気流量は０．５ｍ³／分とした。前処
理フィルタ５の直下約１ｍの位置で１０本タバコを喫煙
したとき、該フィルタ直前の位置８で採取したサンプル
空気の臭気濃度は官能試験（３点比較臭袋法）で５００
であった。また、ＮＨ₃とＮＯｘを測定したところ夫々
５ppm 、２ppm であった。

【００３０】この空気を空気清浄装置を運転して清浄化
すると、装置出口直後の位置１０における空気の臭気濃
度は官能試験で最大でも１０以下であった。また、ここ
での吐出空気には目視ではタバコ煙は認められなかっ
た。またＮＨ₃とＮＯｘ濃度は、夫々＜０．１ppm 、＜
０．０５ppm であった。上述の如き臭気濃度５００のタ
バコ臭が空気清浄装置により最大でも１０以下になると
いうことは、無臭空気により５０倍以上に希釈したもの
と同等と言え、本装置がタバコ臭及びタバコ煙の除去に
有効であることが分かる。

【００３１】実施例８図２に示した空気清浄装置を液晶工場における乾燥用装
置の供給空気の清浄化に適用した例を示す。空気清浄装
置は、クラス１０，０００の室に設置され、近傍では、
酸及びアルカリ洗浄によりＮＨ₃，ＮＯｘが発生してい
る。この様なクリーンルーム内空気を、液晶製造プロセ
スの乾燥工程への供給空気用に精製（清浄化）するため
に図２の空気清浄装置が設置されており、微粒子や有害
ガスによる汚染の程度をガラス基板への接触角の増加で
調べた。

【００３２】接触角とは、表面の汚染の程度を示すもの
であり、表面のぬれ性を表わす角度で表現され、接触角
が高いと汚染されており、逆に接触角が低いと汚染され
ていない。 ppm濃度レベルのＮＨ₃やＮＯｘ及び室内濃
度レベルのＨ．Ｃ．は、接触角増加をもたらす。クリーンルーム：クラス１０，０００（＞０．１μ
ｍ）粗フィルタ：ガラス繊維製前処理用フィルタオゾン発生器と供給オゾン濃度：放電式、２０〜４
０ppm

【００３３】複合酸化物系触媒：二酸化マンガン系
触媒（ＭｎＯ₂／ＴｉＯ₂−Ｃ）空気清浄装置大きさ：３０×３０×４０ｃｍ室内のＮＨ₃とＮＯｘ濃度（発生源より３ｍ）ＮＨ
₃：１０ppm ＮＯｘ：５ppm 室内のＨ．Ｃ．濃度：ノンメタンとして０．５〜
０．８ppm 効果の判定は、空気清浄装置出口の空気をガラス基板に
暴露し、接触角計を用いて、基板上の接触角増加につい
て調べることで行った。

【００３４】結果本発明により処理した空気を２００時間ガラス基板に暴
露したときの接触角（○印）を図７に示す。図７には、
比較としてクリーンルームの空気をそのまま暴露したも
の（●印）、又は図７から二酸化マンガン系触媒のみを
外したもの（△印）を併せて示す。なお、図７中↓は検
出限界４度以下を示す。

【００３５】実施例９図５に示した排ガス処理装置をトンネル換気排ガスの処
理に適用した例を示す。排ガス処理装置にＮＯｘを含む
トンネルからの換気排ガスを０．５ｍ³／分で流し、Ｎ
Ｏｘの除去性能をケミカル式のＮＯｘ測定計で調べた。ＮＯｘ濃度：１〜３ppm 排ガス処理装置の大きさ：５０×５０×６０cm 複合酸化物系触媒：ＭｎＯ₂／ＴｉＯ₂−Ｃオゾン発生器と供給オゾン濃度：放電式、１０〜３
０ppm 集塵器：ろ過式

【００３６】結果装置出口のＮＯｘ濃度は、０．１〜０．２ppm 以下であ
った。なお、装置出口のオゾン濃度を測定したところ不
検出（０．０１ppm 以下）であった。実施例では、オゾ
ン以外の有害ガスを処理する場合について記載したが、
有害ガスがオゾン単味である場合、オゾンが上述の触媒
により効果的に処理できることはいうまでもなく、本発
明は排オゾン処理にも有効に利用できる。また、被処理
気体に既にオゾンが共存する場合は、該オゾンを利用す
ることができる。この場合オゾンとオゾン以外の有害ガ
スが処理できる。

【００３７】

【発明の効果】本発明によれば、次のような効果を奏す
る。（１）気体を清浄化するに当り、該気体をオゾンと接触
させた後、複合酸化物系触媒に通すことにより、（ａ）気体中の有害ガスが、オゾン及びオゾンからの
酸素活性種による該活性物質との反応、複合酸化物系
触媒との吸着・分解反応、複合酸化物系触媒上での酸
素活性種との分解反応などにより効果的に処理（除去）
された。（ｂ）上記より、オゾンや酸素活性種を含むので殺菌さ
れた気体となる。（ｃ）オゾンにより、脱臭された気体となる。（ｄ）超高清浄な気体が得られた。

【００３８】（２）オゾン発生源に放電式のオゾン発生
装置を用いると大規模処理、例えば産業排ガスやトンネ
ル排ガス、地下駐車場排ガス等の処理排ガス量が多い利
用先での処理ができ、実用性が向上し、利用分野が広が
った。（３）被処理気体にオゾンを含む場合、オゾンとオゾン
以外の有害ガスの両方が同時に処理できたので、実用上
有効な処理となった。（４）利用分野によっては排オゾン処理にも利用でき
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１に用いた装置の概略構成図。

【図２】実施例２に用いた装置の概略構成図。

【図３】実施例３に用いた装置の概略構成図。

【図４】実施例４に用いた装置の概略構成図。

【図５】実施例５に用いた装置の概略構成図。

【図６】実施例６に用いた装置の概略構成図。

【図７】暴露時間と接触角の関係を示すグラフ。

【符号の説明】

１：待合室、２：タバコ、３：タバコ煙、４：空気清浄
装置、５：前処理フィルタ部、６：捕集・分解部、７：
ファン部、８、１４：被処理空気、９：空気流れ、１
０、１５：清浄空気、１１：オゾン発生器、１２：複合
酸化物系触媒、１３：微粒子捕集フィルタ、１６：活性
炭層、１７：低温プラズマ部、２１：クリーンルーム、
２２：作業、２３：有害ガス、１８：集塵器、１９：有
害ガスとオゾンの混合部、２０：電気集塵器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】有害ガスを含む気体の清浄方法におい
て、該気体をオゾンと接触させた後、オゾン分解能及び
有害物質吸着能をもつ複合酸化物系触媒と接触させるこ
とを特徴とする気体の清浄方法。
【請求項２】有害ガスを含む気体の清浄装置におい
て、該気体通路にオゾン接触部と複合酸化物触媒層とを
順次設けたことを特徴とする気体の清浄装置。