特許第5771896号(P5771896)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5771896
(24)【登録日】2015年7月10日
(45)【発行日】2015年9月2日
(54)【発明の名称】フッ化ヨウ素の除害方法
(51)【国際特許分類】
   B01D 53/68 20060101AFI20150813BHJP
   B01J 20/04 20060101ALI20150813BHJP
【FI】
   B01D53/68
   B01J20/04 A
   B01J20/04 B
【請求項の数】2
【全頁数】11
(21)【出願番号】特願2010-13290(P2010-13290)
(22)【出願日】2010年1月25日
(65)【公開番号】特開2011-5477(P2011-5477A)
(43)【公開日】2011年1月13日
【審査請求日】2012年10月23日
(31)【優先権主張番号】特願2009-27742(P2009-27742)
(32)【優先日】2009年2月9日
(33)【優先権主張国】JP
(31)【優先権主張番号】特願2009-125132(P2009-125132)
(32)【優先日】2009年5月25日
(33)【優先権主張国】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000002200
【氏名又は名称】セントラル硝子株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100145632
【弁理士】
【氏名又は名称】小出 誠
(72)【発明者】
【氏名】柴山 茂朗
(72)【発明者】
【氏名】両川 敦
(72)【発明者】
【氏名】山田 周平
【審査官】 長谷川 真一
(56)【参考文献】
【文献】 特開2004−181300(JP,A)
【文献】 特開2000−254438(JP,A)
【文献】 特開平09−228077(JP,A)
【文献】 特開2004−025025(JP,A)
【文献】 特開2000−157837(JP,A)
【文献】 特開平04−094723(JP,A)
【文献】 特開2004−249285(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
B01D 53/34−53/96
B01J 20/00−20/34
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
アルカリ土類金属またはアルカリ土類金属酸化物を合計で100質量%とする反応剤を0℃以上540℃以下の温度で、一般式:IFで表されるフッ化ヨウ素(ただし、xは1、3、5、7のいずれか一つを示す。)を10vol%以下の濃度で含有するガスと接触させて反応させることにより、ヨウ素成分およびフッ素成分を同時に、該反応剤に完全に固定することを特徴とするフッ化ヨウ素の除害方法。
【請求項2】
該一般式:IFのxが5または7であることを特徴とする請求項1記載のフッ化ヨウ素の除害方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、フッ素化剤、あるいは電子または原子力産業に用いられるエッチングガスやクリーニングガスとして有用な、フッ化ヨウ素を効率的に除害することができる方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
三フッ化塩素や四フッ化珪素等のハロゲン化物の除害方法としては、乾式処理法と湿式処理法が考えられる。乾式処理法は、装置がコンパクトで操作も簡便であり、湿式処理法のような水の逆流によるトラブルも無く、また大量の廃液処理ができない場合や装置スペースが無い場合には特に有効である。
【0003】
乾式処理法では、例えば、三フッ化塩素についての乾式除害法(特許文献1)が提案されているが、1)反応後のハロゲン化合物の遊離、2)剤固結の目詰まりによるトラブルの発生、3)定期的に反応剤を交換するため反応剤の利用効率が低い場合にはランニングコストがかかる等の問題点があり、特に前記問題点の1)と2)については、運転上重要であり、フッ化ヨウ素については、これら二つの問題点を解決する具体的な提案はこれまでに無く、フッ化ヨウ素を効率的に除害できる技術が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開平3−229618号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明の目的は、フッ化ヨウ素を効率的に除害できる方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明者らは、上記目的を達成するため、鋭意検討を重ねた結果、アルカリ土類金属またはアルカリ土類金属酸化物を合計で100質量%とする反応剤を特定の温度で使用することで、フッ化ヨウ素を該反応剤に固定し、効率的にフッ化ヨウ素を除害できることを見出し、本発明に到ったものである。
【0007】
すなわち、アルカリ土類金属またはアルカリ土類金属酸化物を合計で100質量%とする反応剤を0℃以上540℃以下の温度で、一般式:IFで表されるフッ化ヨウ素(ただし、xは1、3、5、7のいずれか一つを示す。)を10vol%以下の濃度で含有するガスと接触させて反応させることにより、ヨウ素成分およびフッ素成分を同時に、該反応剤に完全に固定することを特徴とするフッ化ヨウ素の除害方法を提供するものである。
【0008】
さらに、該一般式:IFのxが5または7であることを特徴とするフッ化ヨウ素の除害方法を提供するものである。
【0009】
本発明は、上述の反応剤を0℃以上540℃以下の温度でフッ化ヨウ素を含有するガスと接触させることによって、フッ化ヨウ素を人体に無害なO、HOなどに換えることが可能となる。また、フッ素元素及びヨウ素元素については、例えばソーダライムを反応剤として用いた場合は、ヨウ素はヨウ素酸カルシウム、フッ素はフッ化カルシウムになり、同時に完全に固定化される。
【発明の効果】
【0010】
本発明の方法により、容易にフッ化ヨウ素の効率的な除害をすることができる。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、本発明を更に詳述する。
【0012】
本発明において用いる反応剤は、アルカリ金属酸化物、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ土類金属炭酸塩、アルカリ土類金属、アルカリ土類金属酸化物、アルカリ金属水酸化物、またはアルカリ土類金属水酸化物を合計で5質量%以上100質量%以下含有したものであれば使用できる。アルカリ金属酸化物としては、酸化リチウム、酸化ナトリウム、酸化カリウム、酸化ルビジウム、酸化セシウム等が挙げられるが、中でも、顆粒状の形で用いることができることが望ましいため、酸化リチウム、酸化ナトリウム、または酸化カリウムを含有する反応剤として、ゼオライトが好ましく、具体的には、モレキュラーシーブが挙げられる。アルカリ金属炭酸塩としては、例えば、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸ルビジウム、炭酸セシウム等が挙げられるが、顆粒状の形で用いることができる点で炭酸ナトリウムまたは炭酸カリウムが好ましい。アルカリ金属炭酸塩としては、例えば、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸ルビジウム、炭酸セシウム等が挙げられるが、顆粒状の形で用いることができる点で炭酸ナトリウムまたは炭酸カリウムが好ましい。アルカリ土類金属炭酸塩としては、例えば、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、炭酸ストロンチウム、炭酸バリウム等が挙げられるが、顆粒状の形で用いることができる点で炭酸カルシウムまたは炭酸マグネシウムが好ましい。アルカリ土類金属としては、例えば、カルシウム、マグネシウム、ストロンチウム、バリウム等が挙げられるが、中でも、顆粒状の形で用いることができる点でカルシウムまたはマグネシウムが好ましい。アルカリ土類金属酸化物としては、例えば、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化ストロンチウム、酸化バリウム等が挙げられるが、中でも、顆粒状の形で用いることができる点で酸化カルシウムまたは酸化マグネシウムが好ましい。アルカリ金属水酸化物としては、例えば、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等が挙げられるが、中でも、顆粒状の形で用いることができる点で水酸化カリウムまたは水酸化ナトリウムが好ましい。アルカリ土類金属水酸化物としては、例えば、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化ストロンチウム、水酸化バリウム等が挙げられるが、顆粒状の形で用いることができる点で水酸化カルシウムまたは水酸化マグネシウムが好ましい。
【0013】
反応剤をフッ化ヨウ素と接触させて反応させる方法として、反応剤が充填されている反応管にフッ化ヨウ素を含有するガス導入させる方法を用いることができる。この方法を用いる場合、フッ化ヨウ素を含有するガスを反応管に導入する際、フッ化ヨウ素を含有するガスの流量は、その空塔速度(単位時間当たりの流量/容積)を1000Hr−1以下にすることが好ましい。この速度を超えるとガスが分解せず反応管を通過する場合があり好ましくない。さらに、除去効率を上げるためには、50Hr−1以下が望ましい。
【0014】
フッ化ヨウ素と接触させる時の温度は、0℃以上であればフッ化ヨウ素と反応剤との反応は起きるが、除去効率を上げるためには、100℃以上が好ましい。また、550℃以上になると反応剤に固定されたヨウ素、例えば、ヨウ素酸カルシウムが、分解してヨウ素成分が遊離することから、540℃以下で接触させることが必要である。
【0015】
反応管に充填されている反応剤を加熱する手段、方式は、上記の所望の温度に加熱できれば特に限定されず、例えば、電気ヒータを外熱式または内熱式で用いることができる。外熱式において、反応管の径が大きいことにより内部の温度が所望の温度まで上がらない場合は、反応管内中央にヒータを設置することが望ましい。
【0016】
反応管の材質は、室温では、フッ素樹脂や金属材料が使用可能である。100℃以上においては、金属材料を使用することが好ましく、SUS304のような比較的安価な材料も使用可能である。300℃以上で且つ長期間連続的に反応管を使用する場合には、ハステロイやモネル等のNi合金を使用することが好ましい。反応管のフランジ等のガスケットはPTFE製や金属製を使用することが望ましい。さらに、PTFE製のガスケットを使用する場合は、フッ化ヨウ素が凝縮しないように、フランジ部に冷却ジャケットを設けることが望ましい。例えばフッ化ヨウ素がIFの場合は、冷却ジャケットに30〜50℃の冷却水を循環させることが望ましい。
【0017】
反応管の構成は、1段目のバックアップとして2段目または更に複数の反応管を設置し、シリーズ形式に配置することが望ましい。例えばシリーズ形式に反応管が2段配置されている場合、その運用方法は、1段目の出口にガス検知器を設置し、フッ化水素、ヨウ素が一定濃度以上に達した時点で1段目の薬剤を交換する。さらに、連続して除害を行う場合は、1段目に反応管を2基パラ形式に設置し、1段目の2基を切り替えながら連続使用を行うことができる。
【0018】
反応管の出口には、薬剤の微粉体による配管の閉塞を防ぐため、金属製のフィルターを設置することが望ましい。また、出口フランジのガス口にも、ステンレス製の金網を差し込むことが望ましい。
【0019】
反応管出口や配管は、水の凝縮を防ぐために、配管のヒータトレースやデミスターの設置等を行うことが望ましい。また、凝縮した際のトラブル防止のために、管内のガスの流れは、ダウンフローで行うことが望ましい。
【0020】
フッ化ヨウ素と反応剤の反応は発熱反応であるため、フッ化ヨウ素を高濃度含有するガスを反応管に流通させると、フッ化ヨウ素と反応剤との反応熱が大きくなるため、温度上昇が大きくなり装置の耐久性に問題が生じる虞がある。特に、反応剤が水酸化物の場合は、反応により発生する水は気化して排出されるが、フッ化ヨウ素を高濃度含有するガスを反応管に流通させると、急激な反応で発生する水の一部が反応剤に残存して反応剤が固結する可能性が高くなるため、反応管の閉塞が生じる虞がある。
【0021】
したがって、反応剤に接触させる時のガス中のフッ化ヨウ素の濃度は、10vol%以下が好ましく、さらに装置の耐久性を考慮すると、5vol%以下が好ましく、1vol%以下がより好ましい。また、濃度の下限は特に限定されないが、工業的に効率よく処理するためには0.01vol%以上が好ましく、0.1vol%以上がより好ましい。
【0022】
また、反応剤に接触させる時のガス中のフッ化ヨウ素の濃度を所望の濃度にするには、N、He等の不活性ガスで希釈することが望ましい。
【0023】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明は下記実施例に制限されるものではない。
【実施例】
【0024】
[参考例1〜6]
反応剤としてソーダライム300g(和光純薬工業(株)製のソーダ石灰2号、中粒状、NaOH含有量5質量%、Ca(OH)含有量80質量%、水分15質量%)を充填した直径1inch、長さ200cmのヒータ付反応管(SUS304製)を用い、該ヒータにて所定の温度(500℃:参考例5、100℃:参考例1〜3および6、5℃:参考例4)に加温し、Nで所定のIF濃度(9vol%:参考例6、1vol%:参考例1、4、および5、0.1vol%:参考例2、0.01vol%:参考例3)に希釈したIFガスを大気圧の下、240ml/minの流速で反応管に流通させた。この時、反応管の出口ガスを超純水を吸収液とするバブラーに通して、固定化されないフッ素成分を該吸収液に吸収させた。その後、該吸収液をイオンクロマトグラフィーによりフッ素イオン濃度を求め、求められたフッ素イオン濃度から反応管出口ガス中のフッ素元素濃度を求めた(検出下限:3ppm)。また、反応管出口ガスをヨウ素ガス用のガス検知管(ガステック製、No.9L)を用いて測定した(検出下限:0.2ppm)。ガス流通は、IFを全量10g流通したところで完了とした。
【0025】
その結果、ガス流通は、完了できた。また、吸収液からフッ素元素は検出されず、ガス検知管測定でもヨウ素は検出されなかった。
[実施例7]
反応剤としてCa(和光純薬工業(株)製の粒状、純度99%)を使用する以外は参考例1と同様に行った。
【0026】
その結果、ガス流通は、完了できた。また、吸収液からフッ素元素は検出されず、ガス検知管測定でもヨウ素は検出されなかった。
[実施例8]
反応剤としてCaO(和光純薬工業(株)製の生石灰、純度98%)を粒径が5〜15mmになるまで破砕したものを使用する以外は参考例1と同様に行った。
【0027】
その結果、ガス流通は、完了できた。また、吸収液からフッ素元素は検出されず、ガス検知管測定でもヨウ素は検出されなかった。
参考例9]
反応剤としてモレキュラーシーブ4A(ユニオン昭和(株)製、(NaO)(Al)(SiO)12〕・27HO、NaO含有量:17.0質量%)を使用する以外は参考例1と同様に行った。
【0028】
その結果、ガス流通は、完了できた。また、吸収液からフッ素元素は検出されず、ガス検知管測定でもヨウ素は検出されなかった。
参考例10]
反応剤としてモレキュラーシーブ13X(ユニオン昭和(株)製、(NaO)43(Al)43(SiO)106〕・276HO、NaO含有量:14.5質量%)を使用する以外は参考例1と同様に行った。
【0029】
その結果、ガス流通は、完了できた。また、吸収液からフッ素元素は検出されず、ガス検知管測定でもヨウ素は検出されなかった。
[参考例11
反応剤としてNaCO(和光純薬工業(株)製の炭酸ナトリウム、純度99.5%)を使用する以外は参考例1と同様に行った。
【0030】
その結果、ガス流通は、完了できた。また、吸収液からフッ素元素は検出されず、ガス検知管測定でもヨウ素は検出されなかった。
[参考例12
反応剤としてCaCO(和光純薬工業(株)製の炭酸カルシウム、純度98%)を使用する以外は参考例1と同様に行った。
【0031】
その結果、ガス流通は、完了できた。また、吸収液からフッ素元素は検出されず、ガス検知管測定でもヨウ素は検出されなかった。
[比較例1]
反応剤としてシリコン(キンセイマテック(株)製の粒径5〜15mm、純度98%)を30g使用する以外は参考例1と同様に行った。
【0032】
その結果、流通開始直後からフッ素元素濃度が7%検出され、フッ素元素成分は、固定化できないことを確認した。ヨウ素については、ガス検知管の検出上限(12ppm)を超える値を検出し、固定化できないことを確認した。
[比較例2、3]
ヒータにて所定の温度を、−10℃(比較例2)、600℃(比較例3)にする以外は参考例1と同様に行った。
【0033】
その結果、温度が−10℃では、流通中は、フッ素元素もヨウ素元素も検出されなかったが、IFを3.2g流通させたところで、反応管の内圧が上昇し、ガスを流通できなくなった。また、温度が600℃では、流通直後フッ素元素は検出されなかったが、ヨウ素については、検出上限(12ppm)を超える値が検出されたため、ガス流通を終了した。
[比較例4]
IF濃度を12vol%とする以外は参考例1と同様に行った。
【0034】
その結果、流通中は、フッ素元素もヨウ素元素も検出されなかったが、IFを5.6g流通させたところで、反応管の内圧が上昇し、ガスを流通できなくなった。
【0035】
上記参考例、実施例および比較例の結果を表1に示す。
【0036】
【表1】
【0037】
[参考例13
流通するガス中のフッ化ヨウ素としてIFの代わりにIFを使用する以外は参考例1と同様に行った。
【0038】
その結果、ガス流通は、完了できた。また、吸収液からフッ素元素は検出されず、ガス検知管測定でもヨウ素は検出されなかった。
[参考例14
流通するガス中のフッ化ヨウ素としてIFの代わりにIFを使用する以外は参考例2と同様に行った。
【0039】
その結果、ガス流通は、完了できた。また、吸収液からフッ素元素は検出されず、ガス検知管測定でもヨウ素は検出されなかった。
[参考例15
流通するガス中のフッ化ヨウ素としてIFの代わりにIFを使用する以外は参考例3と同様に行った。
【0040】
その結果、ガス流通は、完了できた。また、吸収液からフッ素元素は検出されず、ガス検知管測定でもヨウ素は検出されなかった。
[参考例16
流通するガス中のフッ化ヨウ素としてIFの代わりにIFを使用する以外は参考例4と同様に行った。
【0041】
その結果、ガス流通は、完了できた。また、吸収液からフッ素元素は検出されず、ガス検知管測定でもヨウ素は検出されなかった。
[参考例17
流通するガス中のフッ化ヨウ素としてIFの代わりにIFを使用する以外は参考例5と同様に行った。
【0042】
その結果、ガス流通は、完了できた。また、吸収液からフッ素元素は検出されず、ガス検知管測定でもヨウ素は検出されなかった。
[参考例18
流通するガス中のフッ化ヨウ素としてIFの代わりにIFを使用する以外は参考例6と同様に行った。
【0043】
その結果、ガス流通は、完了できた。また、吸収液からフッ素元素は検出されず、ガス検知管測定でもヨウ素は検出されなかった。
[実施例19]
流通するガス中のフッ化ヨウ素としてIFの代わりにIFを使用する以外は実施例7と同様に行った。
【0044】
その結果、ガス流通は、完了できた。また、吸収液からフッ素元素は検出されず、ガス検知管測定でもヨウ素は検出されなかった。
[実施例20]
流通するガス中のフッ化ヨウ素としてIFの代わりにIFを使用する以外は実施例8と同様に行った。
【0045】
その結果、ガス流通は、完了できた。また、吸収液からフッ素元素は検出されず、ガス検知管測定でもヨウ素は検出されなかった。
参考例21]
流通するガス中のフッ化ヨウ素としてIFの代わりにIFを使用する以外は参考例9と同様に行った。
【0046】
その結果、ガス流通は、完了できた。また、吸収液からフッ素元素は検出されず、ガス検知管測定でもヨウ素は検出されなかった。
参考例22]
流通するガス中のフッ化ヨウ素としてIFの代わりにIFを使用する以外は参考例10と同様に行った。
【0047】
その結果、ガス流通は、完了できた。また、吸収液からフッ素元素は検出されず、ガス検知管測定でもヨウ素は検出されなかった。
[参考例23
流通するガス中のフッ化ヨウ素としてIFの代わりにIFを使用する以外は参考例11と同様に行った。
【0048】
その結果、ガス流通は、完了できた。また、吸収液からフッ素元素は検出されず、ガス検知管測定でもヨウ素は検出されなかった。
[参考例24
流通するガス中のフッ化ヨウ素としてIFの代わりにIFを使用する以外は参考例12と同様に行った。
【0049】
その結果、ガス流通は、完了できた。また、吸収液からフッ素元素は検出されず、ガス検知管測定でもヨウ素は検出されなかった。
[比較例5]
流通するガス中のフッ化ヨウ素としてIFの代わりにIFを使用する以外は比較例1と同様に行った。
【0050】
その結果、流通開始直後からフッ素元素濃度が5%以上検出され、フッ素元素成分は、固定化できないことを確認した。ヨウ素については、ガス検知管の検出上限(12ppm)を超える値を検出し、固定化できないことを確認した。
[比較例6]
流通するガス中のフッ化ヨウ素としてIFの代わりにIFを使用する以外は比較例2と同様に行った。
【0051】
その結果、流通中は、フッ素元素もヨウ素元素も検出されなかったが、IFを5.2g流通させたところで、反応管の内圧が上昇し、ガスを流通できなくなった。
[比較例7]
流通するガス中のフッ化ヨウ素としてIFの代わりにIFを使用する以外は比較例3と同様に行った。
【0052】
その結果、流通直後でフッ素元素は検出されなかったが、ヨウ素については、ガス検知管の検出上限(12ppm)を超える値が検出されたため、ガス流通を終了した。
[比較例8]
流通するガス中のフッ化ヨウ素としてIFの代わりにIFを使用する以外は比較例4と同様に行った。
【0053】
その結果、流通中は、フッ素元素もヨウ素元素も検出されなかったが、IFを7.6g流通させたところで、反応管の内圧が上昇し、ガスを流通できなくなった。
【0054】
上記参考例13〜18、21〜24、実施例19、20および比較例5〜8の結果を表2に示す。
【0055】
【表2】
【0056】
[参考例25〜28
反応剤として、ソーダライム250g(和光純薬工業(株)製のソーダ石灰2号、中粒状、NaOH含有量5質量%、Ca(OH)含有量80質量%、水分15質量%)を乾燥機内で120℃にて12時間乾燥させたものを使用した。この反応剤を充填した直径1inch、長さ100cmのヒータ付反応管(SUS304製)を用い、該ヒータにて所定の温度(25℃:参考例25および26、100℃:参考例27、200℃:参考例29)に加温し、IFボンベからのIFをキャリアーガスであるNで所定のIF濃度(1.5vol%:参考例25および26、0.9vol%:参考例27および28)に希釈したIFガスを大気圧の下、所定の流速(600ml/min:参考例25、240ml/min:参考例26〜28)で反応管に流通させた。
【0057】
反応管の出口ガスをHFガス検出器(新コスモス製、XPS−7)を用いて測定し、HF濃度が3volppm以上を示したときに反応剤が破過したとみなし、IF流通を停止した。反応管内をNでパージした後、加熱を終了した。
【0058】
IFガスの流速と反応管の容積(空状態)から滞在時間を求めた。また、IF除去時の主要な反応を次式と推定し、水酸化カルシウム3モルに対して5フッ化ヨウ素1モルに相当する量をIFの理論除去量として、IFの理論除去量に対する実際のIF流通量を百分率で求めたものを利用効率(%)とした。
【0059】
推定した主要反応式:
IF+3Ca(OH) → 0.5Ca(IO)+2.5CaF+3H
尚、IF流通量の実測値は、IFガスの流通開始から破過までのIFボンベの重量変化から求め、IFの理論除去量は、使用したソーダライム中の水酸化カルシウム量から求めた。
上記参考例25〜28の結果を表3に示す。
【0060】
【表3】