JP4178243B2

JP4178243B2 - 低温プラズマを用いるガス中の総有機炭素のガス分析方法及びその装置

Info

Publication number: JP4178243B2
Application number: JP2004071786A
Authority: JP
Inventors: 賢夏金; 敦尾形; 森二タ村
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2004-03-12
Filing date: 2004-03-12
Publication date: 2008-11-12
Anticipated expiration: 2024-03-12
Also published as: JP2005257572A

Description

本発明は、低温プラズマを利用してガス中の総有機炭素（ＴＯＣ）を計測するガス分析に関するものである。

現在、ガス中に含まれる総有機炭素（TOC）量を計測するには、試料ガスを燃焼法、触媒法などによりＣＯ_２に酸化させ、得られたＣＯ_２の濃度から有機炭素の濃度を求める方法が採用されている。ところが、これらの技術は、有機炭素をＣＯ _２に酸化させるには６００℃以上の高温が必要であり、また、その装置を稼動させるためには触媒層の温度が設定値になるまでに長時間を要するという問題がある。さらに、使用する装置も高温に対応できる耐熱対策を必要とすることから、運転コストが高くなるという欠点があることから、分析ガス中のＴＯＣを簡易に計測できる方法の開発が求められている。

本発明は、従来の技術における上記した問題を解決するためになされたものである。すなわち、本発明の目的は、分析ガス中の総有機炭素（TOC）量を計測するに当たり、常温・常圧下で動作する低コストで簡易なガス分析方法及びそのガス分析に用いるガス分析装置を提供することにある。

本発明のガス分析方法は、有機炭素を含むガスを、酸素雰囲気下に金属を担持した触媒の存在する系内で低温プラズマ処理してガス中の総有機炭素量をＣＯ _２に酸化させた後、得られたＣＯ _２の濃度から総有機炭素を計測することを特徴とするものである。そのガス分析の対象とするガス中の総有機炭素が、揮発性有害有機物質及び悪臭物質であることが好ましい。

また、本発明のガス分析装置は、有機炭素を含むガスを反応器に供給する手段と、酸素を反応器に供給する手段と、金属を担持した触媒を充填した低温プラズマ反応器と、反応器に電圧を印加する高電圧電源と、炭素量の計測装置と、低温プラズマ反応器で分解処理されたガスを放出する手段とを備えたことを特徴とするものである。

本発明によれば、低温プラズマと触媒を併用して分析対象ガス中の総有機炭素（TOC）量の計測を、常温・大気圧で動作するものであるから、使用する装置が簡単であるとともに、操作性及び経済性に優れ、また余熱に時間を要しないため測定の立ち上がり時間を短縮できるという利点を有している。

本発明は、有機炭素物質を含む分析ガス中の総有機炭素（ＴＯＣ）量を計測する際に、全ての有機炭素のＣＯ_２への転換を室温、常圧下において１段式の低温プラズマー触媒を用いて行うものであり、その装置の運転条件を純酸素とすることにより、ＣＯ_２への転換を促進させることができるものである。特に、装置の動作温度が室温であるため耐熱構造の必要が無く、触媒層の余熱時間も必要としないものである。

本発明において、分解除去の対象とする分析ガス中に含まれる総有機炭素物質としては、ベンゼン、キシレン、トルエン、スチレン、トリクロロエチレン、アセトン、ホルムアルデヒド、メチルメルカプタン、トリメチルアミン、メタノール、イソブタノール、アセトアルデヒドなどが挙げられる。これらの分析ガス中の濃度は１００００ｐｐｍ以下であることが好ましい。

本発明の低温プラズマ反応器には、金属を担持した触媒を充填したものである。その金属を担持する担体としては、例えば、酸化チタン、γ−アルミナなどのアルミナ、シリカ、モレキュラーシーブを含むゼオライト類（Ｘ型、Ｙ型、Ａ型など）、酸化セリウム、酸化亜鉛、酸化マグネシウムなどの無機材料を用いることができる。また、その金属触媒としては、有機物質の分解能に優れた金属を前記無機材料に担持させることが好ましく、その金属としてはＡｇ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｍｎなどから選ばれる１種または２種以上が用いられる。

低温プラズマ装置としては、従来公知の常温で放電するいずれのプラズマ装置も使用可能であって、ＡＣ高電圧、パルス高電圧、マイクロウエーブなどの高電圧電源により電圧印加電極と接地電極の間に印加する電圧は、分析ガス中の総有機炭素の濃度などにより変動するが、通常１〜５０kV、好ましくは１０〜３５kVであり、またその周波数は数百Hz乃至数kHzのものである。

本発明において、得られたＣＯ_２の計測には、従来公知の赤外線吸収法を適用することが好ましい。また、使用する反応器の材質としては、セラミックス，石英，ガラスなどの誘電体を用い、スパークを起こさない構造からなるものが用いられる。

本発明において、１００００ｐｐｍ以下の総有機炭素物質を含むガスの分析には、図1に示すプロセスで行うことが望ましい。図1において、１は連続酸素供給装置、２は試料ガス注入口、３はプラズマ−触媒反応器、４はＣＯ_２の検出装置であって、２に流入した試料ガスをプラズマ反応器３に導入して全ての有機炭素をＣＯ_２に酸化させ、４の検出装置でＣＯ_２濃度を計測し、５のデータ解析装置により出力する。

実施例
以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明はこの実施例によって何ら限定されるものではない。

Ａｇ１．０重量％を担持した酸化チタン粒子（平均粒径1.8ｍ）２３ｇを内部に装填した石英管反応器（長さ２０ｃｍ、内径１３ｍｍ）の一方の口から、分析ガスとしてベンゼン２１０ｐｐｍを含む酸素を流速２Ｌ／分で流通させながら、高電圧電源より３０ｋV、５００Ｈｚの電圧を印加し、プラズマエネルギー４００Ｊ／Ｌを投与し、常温で分解反応を行った。

実施例１において分析ガスとして用いたベンゼン２１０ｐｐｍを含む酸素を、
５００ｐｐｍを含む酸素に代えたこと以外は、実施例と同様にして分解反応を行った。

実施例１及び２で得られた結果を図３に示す。図３に見られるように、酸素雰囲気下ではベンゼンは１００％分解されて全てＣＯ_２に転換された。ベンゼン分解の選択性が１００％であるため、ＣＯ_２の濃度を計測することにより総有機炭素量を測定できる。

本発明において低温プラズマを用いる総有機炭素量を計測する一例の装置の概略構成図である。本発明に用いるプラズマ−触媒反応装置の一例の構成図を示す。本発明においてベンゼン含有ガスを分解させた時のベンゼンの分解量とＣＯ_２の生成量との関係を示すグラフである。

符号の説明

１連続酸素供給装置
２分析ガス注入口
３低温プラズマ−触媒反応器
４ＣＯ_２計測装置
５データ解析・出力装置

Claims

有機炭素を含むガスを、酸素雰囲気下に金属を担持した触媒の存在する系内で低温プラズマ処理してガス中の総有機炭素をＣＯ _２に酸化させた後、得られたＣＯ _２の濃度から総有機炭素を計測することを特徴とするガス分析方法。
総有機炭素が、揮発性有害有機物質及び悪臭物質である請求項１に記載のガス分析方法。
ガス中の総有機炭素濃度が、１００００ｐｐｍ以下である請求項１または２に記載のガス分析方法。
請求項１に記載されたガス分析方法に用いる装置であって、有機炭素を含むガスを反応器に供給する手段と、酸素を反応器に供給する手段と、金属を担持した触媒を充填した低温プラズマ反応器と、反応器に電圧を印加する高電圧電源と、ＣＯ_２の計測装置と、低温プラズマ反応器で分解処理されたガスを放出する手段とを備えたことを特徴とするガス分析装置。