特許 7418881 触媒材

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-01-12

(45)【発行日】2024-01-22

(54)【発明の名称】触媒材

(51)【国際特許分類】

   B01J 20/18 20060101AFI20240115BHJP

   B01J 20/28 20060101ALI20240115BHJP

   B01D 53/04 20060101ALI20240115BHJP

【ＦＩ】

B01J20/18 B

B01J20/28 A

B01D53/04 110

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2023093488

(22)【出願日】2023-06-06

【審査請求日】2023-06-21

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】592041306

【氏名又は名称】株式会社美和製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110000796

【氏名又は名称】弁理士法人三枝国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】江頭 哲也

【審査官】塩谷 領大

(56)【参考文献】

【文献】特開平１１－３４２３１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１８３２７６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ０１Ｊ ２０／００－２０／２８

Ｂ０１Ｊ ２０／３０－２０／３４

Ｂ０１Ｊ ２１／００－３８／７４

Ｂ０１Ｄ ５３／０２－５３／１２

Ｂ０１Ｄ ５３／３４－５３／９６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

酸性ガスを含む気体が充填された気密状の作業空間に接続された流通経路に設けられる触媒材であって、
前記酸性ガスを吸着すると共にゼオライトを含み、
３つの棒状部を有し、
前記棒状部の長手方向にみて、前記３つの棒状部の各々の中心を結ぶ仮想線が三角形状をなすように、前記３つの棒状部が連結されている、
触媒材。

【請求項2】

前記ゼオライトが疎水性ゼオライトを含む、
請求項１に記載の触媒材。

【請求項3】

前記疎水性ゼオライトの含有量が７０重量パーセント以上である、
請求項２に記載の触媒材。

【請求項4】

前記触媒材は、前記流通経路としての循環経路に設けられる、
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の触媒材。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、気密状の作業空間の循環経路に設けられる触媒材に関し、より詳細には、酸性ガスが発生する作業空間において、循環経路に設けられる触媒材に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、気密状の作業空間を有する装置の一態様が開示されている。特許文献１の作業空間は、グローブボックス内の作業空間である。作業空間には、循環経路が設けられている。作業空間には、例えば、アルゴンガス等の不活性ガスが充填されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１６－１４２２３８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、作業空間内において、作業が行われる際、作業に応じて、硫化水素等の酸性ガスが発生することがある。作業空間は気密状であるため、酸性ガスが直ちに漏洩することはないが、酸性ガスは、少なくとも低濃度にする必要がある。そこで、作業に応じて発生した酸性ガスを吸着するために、気体の流通経路に活性炭が設けられている。

【0005】

活性炭は、製造時や搬送時等、流通経路への設置前において、空気中の水分等を吸着していることが考えられる。水分を吸着した状態の活性炭では、酸性ガスを十分に吸着することができないため、活性炭を加熱処理した後に、流通経路に設置している。

【0006】

しかしながら、活性炭は熱に弱いため、加熱すると崩れやすいという問題がある。流通経路に設けた後に活性炭が崩れると、崩れることで生じた破片や粉等が、流通経路を通って作業空間に混入する可能性がある。

【0007】

本発明は、上記事情に鑑みてなされ、気密状の作業空間に接続された流通経路に設置することで、流通経路の下流側に崩れた破片等を混入させることなく、酸性ガスを吸着することができる触媒材を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明に係る一態様の触媒材は、酸性ガスを含む気体が充填された気密状の作業空間に接続された流通経路に設けられ、前記酸性ガスを吸着する触媒材であって、ゼオライトを含む。

【発明の効果】

【0009】

本発明に係る上記態様の触媒材は、気密状の作業空間の流通経路に設置することで、流通経路の下流側に崩れた破片等を混入させることなく、酸性ガスを吸着することができる、という利点がある。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、実施形態に係るグローブボックスの正面図である。

【図2】図２は、実施形態に係るグローブボックスの循環経路の模式図である。

【図3】図３は、実施形態に係る触媒材の斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

＜実施形態＞
以下、本実施形態に係る触媒材５について説明する。本実施形態に係る触媒材５は、気密状の作業空間２１において、作業空間２１内の気体を流通するための流通経路（循環経路４）に設けられる。作業空間２１内の気体には、作業によって生じた酸性ガスが含まれる。触媒材５は、気体に含まれる酸性ガスを吸着できる。

【0012】

触媒材５は、ゼオライトを含む。したがって、本実施形態に係る触媒材５によれば、活性炭に比べて、熱に対して強く崩れにくいため、破片や粉等が流通経路の下流側に混入することを軽減できる。したがって、本実施形態に係る触媒材５によれば、気密状の作業空間の流通経路に設置することで、流通経路の下流側に崩れた破片等を混入させることなく、酸性ガスを吸着することができる

【0013】

以下では、作業空間２１として、グローブボックス１内の作業空間２１を例に挙げて説明する。ただし、作業空間２１としては、グローブボックス１に限らず、例えば、クリーンルーム、ドライルーム等の気密状の作業空間２１が用いられてもよい。また、流通経路として、作業空間２１内の気体を循環させる循環経路４を挙げて説明する。

【0014】

（グローブボックス１）
グローブボックス１は、外気と遮断された密閉容器からなる本体ボックス２を有しており、本体ボックス２内で、手袋によって作業できるように構成されている。グローブボックス１は、図１に示すように、上述の本体ボックス２と、サイドボックス３と、を備える。本体ボックス２は、複数のフレームで構成された架台６によって、設置面上に支持されている。なお、本実施形態に係るグローブボックス１は、真空式のグローブボックス１であるが、ガス置換式（パージ式）であってもよい。

【0015】

（本体ボックス２）
本体ボックス２は、内部に作業空間２１を有する密閉容器であり、作業空間２１を気密状に区画する。本体ボックス２の形状は、内部に作業空間２１を有していれば特に制限はなく、例えば、直方体状、立方体状、側面視台形状、円筒状等が挙げられる。

【0016】

本体ボックス２は、図１に示すように、窓部２２を有する。作業者は、窓部２２を通して、本体ボックス２内を視認することができる。窓部２２は、本体ボックス２の前面の一部に形成されている。窓部２２は透明である。窓部２２の材質としては、例えば、強化ガラス、合わせガラス、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂等が挙げられる。

【0017】

本体ボックス２の窓部２２以外の部分の材質としては、特に制限はなく、例えば、ステンレス、アルミニウム、チタン等の金属、又はこれらの複合材料等が挙げられる。本実施形態に係る本体ボックス２は、作業空間２１を真空状態にしても、耐え得るような強度を有する。

【0018】

また、本体ボックス２には、圧力計、水分計、酸素計、真空計等の種々の計器や、電流導入端子（Ｄ－ＳＵＢ、ＬＡＮ、ＵＳＢ等）、電源コンセント等が設けられるが、ここでは図示及び説明を省略する。

【0019】

本体ボックス２は、図１に示すように、手袋（不図示）が取り付けられる複数のアームホール２３を有する。アームホール２３は、本体ボックス２の窓部２２の下方に配置されている。アームホール２３は、本体ボックス２の内外を貫通する。本実施形態に係るアームホール２３は、２つであるが、３つ以上であってもよいし、１つであってもよい。

【0020】

手袋は、アームホール２３を塞ぐようにして取り付けられ、本体ボックス２内の気密性を保つ。手袋は、使用時には、アームホール２３から本体ボックス２内に挿し入れられ、不使用時にはアームホール２３から外部に出され得る。なお、各アームホール２３は、本体ボックス２の不使用時において、蓋２４によって閉じられる。蓋２４は、アームホール２３に対して取外し可能に取り付けられている。

【0021】

（サイドボックス３）
サイドボックス３は、スライドテーブルを有しており、本体ボックス２に対し、処理物や容器等の作業対象物の出し入れを行う。サイドボックス３は、本体ボックス２の側面に取り付けられている。サイドボックス３は、左右方向を中心軸とする角筒状に形成されており、中心軸方向の両端面に開口面を有する。サイドボックス３の中心軸方向の一方の開口面は、サイドボックス３の側面を貫通する貫通穴（不図示）に対向しており、サイドボックス３は、貫通穴を通して本体ボックス２の内部に通じている。サイドボックス３の中心軸方向の一方の開口面は、内側ハッチ扉（不図示）によって開閉可能に閉じられる。また、サイドボックス３の中心軸方向の他方の開口面は、ハッチ扉３１によって開閉可能に閉じられている。

【0022】

（循環経路４）
ここで、グローブボックス１を用いて硫化物電池の作業を行う場合、作業空間２１では、作業に応じて、酸性ガスとしての硫化水素が発生し得る。発生した硫化水素については、吸着する必要性があるため、図２に示すように、本体ボックス２に流通経路（ここでは、循環経路４）が接続されている。循環経路４には、複数の触媒材５が収納されたケース（不図示）が設置された充填塔４３が設けられている。本体ボックス２内の気体（例えば、不活性ガス、ドライエア、環境試験ガス等）を、循環経路４に沿って循環させることで、触媒材５によって、気体に含まれる硫化水素を吸着することができる。

【0023】

本体ボックス２には、排気口２５と供給口２６とが形成されており、排気口２５と供給口２６とをつなぐ循環パイプ４１によって循環経路４が形成されている。循環経路４には、複数のバルブ４２と、充填塔４３と、循環経路４内の気体を移動させる送風機４４と、が設けられている。

【0024】

充填塔４３には、複数の触媒材５が収納されたケースが設置されている。循環パイプ４１から充填塔４３に流入した気体が、ケース内を通過し、下流側の循環パイプ４１に流入する。このとき、酸性ガスが含まれる気体が触媒材５に接触することで、触媒材５に対して酸性ガスが吸着される。

【0025】

（触媒材５）
触媒材５は、ゼオライトと、粘土鉱物と、結晶質シリカと、を含む。本実施形態に係る触媒材５は、グローブボックス１の作業空間２１で発生した硫化水素と、有機ガスとを吸着することができる。有機ガスは、有機溶剤から発生するガスであり、例えば、ヘキサン、トルエン、トリエチルアミン等の有機物から生じるガスが挙げられる。

【0026】

ゼオライト（ＣＡＳ番号：１３１８－０２－１）は、触媒材５の主剤をなす。触媒材５は、ゼオライトが主剤であることによって、硫化水素を吸着することができる。ゼオライトの含有量は、７０重量パーセント以上が好ましく、より好ましくは、７５重量パーセント以上である。

【0027】

ゼオライトは、疎水性ゼオライトであることが好ましい。これによって、気体に水分が含まれていても、触媒材５は水分を吸着しにくく、酸性ガスの吸着量をできる限り増やすことができる。ただし、ゼオライトは、親水性ゼオライトであってもよい。親水性ゼオライトであっても、酸性ガスを吸着することができる。また、ゼオライトとしては、親水性ゼオライトと疎水性ゼオライトとが混在していてもよい。

【0028】

ゼオライトは、化学式でＮａ_２Ｏ・ｘＡｌ_２Ｏ_３・ｙＳｉＯ_２と表すことができる。このとき疎水性ゼオライトにおいて、モル比ｘ／ｙは、１／１０以上１／１００００以下が好ましい。一般的に、ゼオライトは、モル比ｘ／ｙが小さいほど疎水性が高くなる。疎水性が高くなると、極性の高い水分子を吸着し難くなる一方、極性の低い臭気物質や有機溶剤ガス等との親和性が高くなり、これらを吸着しやすくなる。また、ゼオライトの表面に存在するＣａ、Ｎａ、Ｋ等のアルカリ金属、アルカリ土類金属の効果により、ゼオライト表面はアルカリ性を示すため、酸性ガスが中和反応によって吸着されやすい。

【0029】

粘土鉱物（ＣＡＳ番号：９９９９９９－９９－４）は、バインダーとして機能する。粘土鉱物の含有量は、３０重量パーセント以下であることが好ましく、より好ましくは２３重量パーセント以下である。

【0030】

結晶質シリカ（ＣＡＳ番号：１４８０８－６０－７）は、成形時の流動性を確保する。結晶質シリカの含有量は、３重量パーセント以下であることが好ましく、より好ましくは２重量パーセント以下である。

【0031】

ケース内には、複数の触媒材５が充填されている。１つの触媒材５の形状は、図３に示すように、３つの棒状部５１を有する形状であることが好ましい。３つの棒状部５１の中心軸は互いに平行である。また、触媒材５は、棒状部５１の長手方向にみて、３つの棒状部５１の各々の中心を結ぶ仮想線Ｋ１が三角形状をなすように、３つの棒状部５１が連結されている。３つの棒状部５１が連結した触媒材５は、例えば、押出成形によって一体に形成されている。なお、各棒状部５１の中心とは、棒状部５１を中心軸方向に投影した図の図心を意味する。

【0032】

各棒状部５１の形状は、本実施形態では、円柱である。ただし、棒状部５１としては、四角柱、三角柱、五角柱等の角柱であってもよい。また、棒状部５１としては、中心軸方向に同一の断面を有しなくてもよく、楕円形の長軸を中心とする回転体のような形状（いわゆるラグビーボール状）であってもよい。

【0033】

触媒材５の形状が、３つの棒状部５１を有する形状であることで、隣り合う触媒材５が密集しにくいため、気体と接触する際の圧力損失を低減することができるうえに、適切な強度を得ることもできるため、割れや折れが生じにくい。例えば、触媒材５の形状がビーズ状（球状）や粉末状である場合、触媒材５同士が密集し、気体の経路が狭くなり過ぎて圧力損失が大きくなる傾向にある。また、触媒材５の形状がペレット状（円柱状）である場合も、触媒材５同士が密集しやすく、また強度も比較的弱い傾向にある。

【0034】

触媒材５の大きさとしては、次のような大きさが好ましい。棒状部５１の直径方向の触媒材５の全長Ｌ１は、２ｍｍ以上１０ｍｍ以下が好ましく、より好ましくは、３ｍｍ以上７ｍｍ以下である。また、棒状部５１の長手方向の全長Ｌ２は、３ｍｍ以上３０ｍｍ以下が好ましく、より好ましくは、５ｍｍ以上２０ｍｍ以下である。また、棒状部５１の直径Ｒ１としては、１ｍｍ以上５ｍｍ以下が好ましく、より好ましくは、２ｍｍ以上４ｍｍ以下である。

【0035】

親水性ゼオライトを含む触媒材５を使用する際、最初の使用時に加熱を行い、触媒材５に含まれている水分を蒸発させる必要がある。このとき、ゼオライトは耐熱性に優れているため、加熱しても、割れたり、崩れたりしにくい。したがって、本実施形態の触媒材５を循環経路４に設けて、気体の循環を行う前に、触媒材５を加熱しても、作業空間内に崩れた破片等が混入しにくく、酸性ガスを吸着することができる。また、ゼオライトを主剤とする触媒材５によれば、酸性ガスを吸着した後に再加熱し、水分を蒸発したとしても、酸性ガスの再放出を抑制できる。

【0036】

また、触媒材５が疎水性ゼオライトを７０重量パーセント以上含む場合には、そもそも最初の使用時に加熱を行う必要がないため、作業性を向上させることができる。しかも、循環経路４を流れる気体に水分が含まれていても、触媒材５が水分を吸着しにくくなるため、酸性ガスの吸着量が低下する早さを抑制できる。

【0037】

＜変形例＞
上記実施形態は、本発明の様々な実施形態の一つに過ぎない。実施形態は、本発明の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。以下、実施形態の変形例を列挙する。以下に説明する変形例は、適宜組み合わせて適用可能である。

【0038】

上記実施形態に係る触媒材５は、硫化物電池を処理する際に生じる硫化水素を吸着するために循環経路４に設けられたが、例えば、核燃料棒を処理する際に生じる塩素ガスを吸着するために、循環経路４に設けることもできる。すなわち、本発明における酸性ガスは、塩素ガスであってもよい。

【0039】

上記実施形態では、３つの棒状部５１を有する触媒材５を好ましい例として説明したが、ビーズ状、ペレット状の触媒材５でも、ゼオライトを含んでいれば、作業空間２１内に崩れた破片等が混入させることなく、酸性ガスを吸着することができる。

【0040】

上記実施形態では、作業空間２１は、１つのグローブボックスの作業空間２１であったが、複数のグローブボックスを連結して、複数のグローブボックスの作業空間２１を１つの作業空間２１として使用することもできる。

【0041】

触媒材５は、作業空間２１に設けられたが、気体と接触する際の圧力損失を低減しつつ、適切な強度を得ることができる利点を活かし、触媒材５を、例えば、グローブボックスに設置されるガス循環精製装置に設置することもできる。

【0042】

上記実施形態では、触媒材５は、作業空間２１に接続された循環経路４に配置されたが、触媒材５は、例えば、循環経路４ではなく、作業空間２１に接続された排気経路（流通経路）に配置されてもよい。排気経路に配置された触媒材５によれば、作業空間２１内の気体を、酸性ガス及び有機ガスを吸着したうえで、排気することができる。すなわち、本発明に係る触媒材５は、作業空間２１に接続された流通経路に配置されればよい。

【0043】

＜まとめ＞
本明細書には以下の態様を含む。
項１．酸性ガスを含む気体が充填された作業空間２１に接続された流通経路に設けられ、前記酸性ガスを吸着する触媒材５であって、ゼオライトを含む触媒材５。
項２．前記ゼオライトが疎水性ゼオライトを含む、項１に記載の触媒材５。
項３．前記疎水性ゼオライトの含有量が７０重量パーセント以上である、項２に記載の触媒材５。
項４．３つの棒状部５１を有し、前記棒状部５１の長手方向にみて、前記３つの棒状部５１の各々の中心を結ぶ仮想線が三角形状をなすように、前記３つの棒状部５１が連結されている、項１から項３のいずれか一項に記載の触媒材５。
項５．前記触媒材は、前記流通経路としての循環経路に設けられる、項１から項４のいずれか一項に記載の触媒材５。

【符号の説明】

【0044】

１ グローブボックス
２ 本体ボックス
２１ 作業空間
２５ 排気口
２６ 供給口
４ 循環経路（流通経路）
４１ 循環パイプ
４３ 充填塔
５ 触媒材
５１ 棒状部

【要約】

【課題】気密状の作業空間の循環経路に設置することで、作業空間内に崩れた破片等が混入させることなく、酸性ガスを吸着することができる触媒材を提供する。
【解決手段】触媒材５は、酸性ガスを含む気体が充填された作業空間２１の循環経路４に設けられた、酸性ガスを吸着する触媒材５であって、ゼオライトを含む。
【選択図】図２

【図1】

【図2】

【図3】