CN101204640A - 气态有机化合物的处理装置和处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种不通过加热措施加热就可以对气态有机化合物进行氧化处理的气体处理装置。在该气态有机化合物的处理装置中，在与含有气态有机化合物的气体接触的位置上设置氧化处理部，该氧化处理部是在表面上担载或者填充含有12CaO·7Al₂O₃的氧化催化剂的、没有加热措施在常温下就可以运作的氧化处理部。

Description

气态有机化合物的处理装置和处理方法

技术领域

本发明涉及气态有机化合物的处理装置和处理方法，特别是涉及在常温下具有挥发性的有机化合物的氧化处理装置和氧化处理方法。

背景技术

在常温下具有挥发性的有机物简称VOC，WHO按照其沸点定义并分类为超挥发性有机化合物：沸点范围0～50-100℃、挥发性有机化合物：沸点范围50-100～240-260℃、半挥发性有机化合物：240-260～380-400℃。

作为代表性的物质，可以列举甲醛、甲苯、二甲苯、对二氯苯、乙苯、苯乙烯、クロピリホス、邻苯二甲酸二正丁酯、十四烷、邻苯二甲酸-2-己酯、ダィァノジン、乙醛等。

这些挥发性有机物被认为是病屋综合征(シックハゥス症候群)的病原物质，提出了将这些物质从室内空气等中分解或者吸附除去的方法。

例如，已知有使用含有氧化钛的光催化剂，对光催化剂照射紫外线、可见光，使有机物氧化分解的方法。在该方法中，为了进行氧化分解，需要照射光，为了激活光催化剂，需要照射一定量的光。

另外，已知通过以贵金属或金属化合物作为催化剂对气态有机化合物的氧化处理，但通常这些催化剂是昂贵的，同时为了有效地进行反应，必需加热至高温。

另外，已知某种化合物中包合有在有机物的氧化过程中具有有益作用的活性氧种的O₂ ^-离子自由基、O^-离子自由基的化合物。其中已知由钙和铝所合成的12CaO·7Al₂O₃结晶(以下也称为C12A7)的结晶中包合有O₂ ^-。

特别地，提出了在一定的烧结温度下烧结氧化钙、氧化铝的原料物质时，可以得到以10²⁰cm^-3以上的高浓度包合有O₂ ^-离子自由基、O^-离子自由基的物质(例如专利文献1)。

另外，提出了通过在高温对C12A7施加电压，在数百度的温度下使其放出活性氧种而用于氧化反应等中的方案(专利文献2)。

另外，作为从柴油机排出的粒状物质(PM)的氧化分解用催化剂，提出了以C12A7作为主要成分的催化剂，并记载了混合金属催化剂的催化剂在400～500℃下发生氧化分解反应(例如专利文献3)。

要将C12A7这样的包合有活性氧种的化合物作为氧化催化剂等使用在氧化反应中，必须在数百度的高温下使用，而不能在常温下使用。

[专利文献1]特开2002-3218号公报

[专利文献2]国际公开第03/05037号小册子

[专利文献3]特开2003-190787号公报

发明内容

本发明的课题在于提供一种被认为是病屋综合征的病原物质等的气态有机化合物的氧化处理装置、不需要加热措施在常温下就能实现有效的氧化反应的气态有机化合物的氧化处理装置方法和氧化催化剂。

本发明的课题可以通过如下所述的气态有机化合物的处理装置得到解决，在该气态有机化合物的处理装置中，在与提供的含有气态有机化合物的气体接触的位置上设置氧化处理部，所述氧化处理部是在表面上担载或填充含有12CaO·7Al₂O₃的氧化催化剂的、不需要加热措施在常温下就能运作的氧化处理部。

前述气态有机物的处理装置在氧化处理部上设置吸附产物的吸附剂。

前述气体处理装置，其中气态有机化合物是选自甲醛、甲苯、二甲苯、对二氯苯、乙苯、苯乙烯、邻苯二甲酸二正丁酯、毒死蜱、乙醛中的至少一种。

前述气体处理装置，其中气态有机化合物是空气中臭味的成分。

另外，一种气态有机化合物的氧化处理方法，在该气态有机化合物的处理方法中，在与提供的含有气态有机化合物的气体接触的位置上设置氧化处理部，所述氧化处理部在表面上担载或填充含有12CaO·7Al₂O₃的氧化催化剂，不需要加热氧化处理部就可对气态有机化合物进行氧化处理。

另外，一种空调装置，在该空调装置中，在热交换器的热交换片或者其他气体通路上设置表面上担载或填充含有12CaO·7Al₂O₃的氧化催化剂的、没有加热措施在常温下即可运作的氧化处理部。

本发明的气态处理装置由于具备在常温下氧化处理气态有机化合物的氧化催化剂，在建筑物的室内、汽车车内等，不用设置加热措施使温度上升就可以氧化分解、除去被认为是病屋综合征的病因物质等的气态有机化合物，因此可以提供一种不需要供给外部能量、且容易保养的装置。

[图1]图1是说明本发明的气体处理装置的一个实施例的图，是截面图。

[图2]图2是说明本发明的气体处理装置的其他实施例的图，是截面图。

[图3]图3是说明本发明的气体处理装置的其他实施例的图，是截面图。

[图4]图4是说明本发明的气体处理装置的其他实施例的图，是透视图。

[图5]图5是说明本发明的气体处理装置的其他实施例的图，是安装在空调装置上的例子的图。

[符号说明]

1...气体处理装置、2...处理室、3...流入口、4...排出口、5...氧化处理部、11...基体、12...氧化催化剂、6...含有气态有机化合物的气体、7...排出口、8...多孔性部件、13...氧化催化剂粒子、14...吸附剂粒子、15...砖型基体、10...砖型气体处理装置、16...含有气态有机化合物的气体、20...空调装置、21...热交换器、22...送风机、23...气体流入口、24...含有气态有机化合物的气体、25...氧化催化剂、26...气体排出口

具体实施方式

本发明发现：历来被认为在高温下有助于氧化反应的包合有活性氧的氧化钙·氧化铝复合氧化物(12CaO·7Al₂O₃)在常温下也具有氧化处理气态有机化合物的功能。这种现象完全不能预料，包合有负电荷氧原子等活性氧种的C12A7在常温下作为氧化催化剂等有助于氧化反应的原因不明，但推测为：在常温下也有少量排放的活性氧种有助于接触C12A7表面的气态有机化合物的氧化反应。

另外，在本发明中常温是指不通过加热措施特别加热的温度。

本发明中使用的12CaO·7Al₂O₃可以通过在氧化性氛围气中加热钙和铝以12∶14的原子当量比混合的原料，例如碳酸钙、氢氧化钙或氧化钙和各种形态的氧化铝而合成，但使用碳酸钙和γ-氧化铝以分子当量比12∶7混合的原料通过在规定的氧分压下、在限制水蒸汽分压的状态下加热，使其进行固相反应，可以合成所包合的活性氧种的浓度大的12CaO·7Al₂O₃。

具体地，在控制氧分压为10⁴Pa以上、水蒸汽分压为10²Pa以下；优选氧分压为10⁵Pa以上、水蒸汽分压为1Pa以下的氛围气中，在1200℃以上的烧结温度下使其进行反应，可以得到包合10²⁰cm^-3以上活性氧种的氧化催化剂。

本发明的气体处理装置的氧化处理部可以使用设置在基体表面，从而使被处理的含有气态有机化合物的气体有效地与C12A7接触的氧化处理部、或者填充在气体通过的空间，可确实地与通过气体进行接触的氧化处理部等。另外，为了增大接触面积，优选使用表面积大的微粉末状的粒子。为了增大表面积，粒径优选为10μm以下，更优选为1～5μm。

另外，当担载在基体上时，可以通过喷镀等方法将C12A7的微粉末被覆在表面上而制作。通过喷镀方法，由于不需要用于在基体上形成被膜的粘合剂或者使用少量即可，因此可以抑制C12A7的作用面积降低。

另外，在气体通过的空间设置填充C12A7的氧化处理部时，可以在管状部件上配置包括气体通过的多孔板、玻璃棉的填充物等的多孔性部件，填充C12A7。另外，可以使其混在制成棉状、无纺布状的玻璃棉中。

图1是说明本发明的气体处理装置的一个实施例的图，是截面图。

气体处理装置1的处理室2具有含气态有机化合物的基体的流入口3和排出口4，在处理室2内设置氧化处理部5，该氧化处理部5表面配置有含有12CaO·7Al₂O₃的氧化催化剂12。在氧化处理部5中，在陶瓷制的基体11的表面上担载氧化催化剂12，为了使流入的气态有机化合物和氧化催化剂12顺利地接触，氧化处理部5是以增大接触面积的方式配置的。

从流入口3流入的含有气态有机化合物的气体6在氧化处理部5被氧化处理，被处理气体7从排出口4排出。

图2是说明本发明的气体处理装置的其他实施例的图，是截面图。

气体处理装置1的处理室2具有含气态有机化合物的基体的流入口3和排出口4，在处理室内设有氧化处理部5，氧化处理部5中在利用气体可以流通内多孔性部件8划分的区域中，填充含有12CaO·7Al₂O₃的氧化催化剂粒子13。

从流入口3流入的含有气态有机化合物的气体6在氧化处理部5被氧化处理，被处理气体7从排出口4排出。

图3是说明本发明的气体处理装置的其他实施例的图，是截面图。

图3所示的气体处理装置1的氧化处理部5在利用气体可以流通的多孔性部件8划分的区域中混合填充含有12CaO·7Al₂O₃的氧化催化剂粒子13和吸附剂粒子14。

从流入口3流入的含有气态有机化合物的气体6在氧化处理部5通过氧化催化剂粒子13被氧化处理。

但是，氧化处理的产物如果就此存在于氧化催化剂粒子13的表面，有时会防碍氧化催化剂的作用。为此，在氧化催化剂粒子附近设置吸附剂粒子14以吸附氧化产物，因此可以使氧化催化剂粒子13表面的反应快速进行，可以防止氧化处理功能降低。

要说明的是，混合吸附剂的结果不是将气态有机化合物通过吸附剂吸附除去，这可以将吸附剂难以吸附的气态有机化合物作为试样得到证实。

例如，已知醛类难以被活性碳吸附，即使将活性炭与氧化催化剂粒子一起填充时，从醛类浓度减少可以确认吸附剂的添加没有阻碍氧化催化剂上的氧化反应。

图4是说明本发明的气体处理装置的其他实施例的图，是透视图。

图4是说明砖型气体处理装置的图，在砖型基体15的表面设置含有12CaO·7Al₂O₃的氧化催化剂12。

砖型气体处理装置10作为设在壁面上的砖的一部分安装在室内的壁面上时，不用另外设计加热装置等，通过室内空气的对流而向下流的含有气态有机化合物的气体16与设在砖型气体处理装置10的表面的氧化催化剂12接触，进行氧化处理，从而使气态有机化合物被氧化处理。

图5是说明本发明的气体处理装置的其他实施例的图，是安装在空调装置上的例子的图。

空调装置20的内部具有热交换器21，通过送风机22从气体流入口23供应的含有气态有机化合物的气体26与设在热交换器21的散热片等的表面的含有12CaO·7Al₂O₃的氧化催化剂25接触，进行氧化处理后，从气体排出口26排出。

在建筑物用或者汽车用空调装置中设置本发明的气体处理装置时，可以净化室内、车内的空气或者除臭等。

作为通过本发明处理的气态有机化合物，可以列举被认为是病屋综合征的病原物质的甲醛、甲苯、二甲苯、对二氯苯、乙苯、苯乙烯、邻苯二甲酸二正丁酯、毒死蜱或乙醛等所代表的用作粘合剂、涂料溶剂、蜡溶剂、增塑剂、防虫剂等的在常温下成为气态而存在于环境中的各种有机化合物，不仅是气体，还可以列举以雾状、溶胶状等存在于空气中的物质，另外可以除去来自于有机物的臭味的成分。

实施例

实施例1

在内径为10mm的玻璃管内部安装玻璃棉，填充10g平均粒径为10μm的氧化钙·氧化铝复合氧化物(12CaO·7Al₂O₃)粒子，在25℃下，以25℃以10³cm³/m的流量通入含有30ppm甲醛的氦。

从玻璃管的出口排出的气体通过GC-MS(岛津制作所制QP5050)分析出口气体组成，甲醛在检测限值以下，二氧化碳浓度为30ppm。

实施例2

用乙醛代替甲醛，除此以外与实施例1同样地进行氧化处理，从出口排出的气体的乙醛浓度为10ppm、二氧化碳浓度为20ppm。

实施例3

除了用干燥空气代替氦，其余与实施例1同样地进行氧化处理，分析出口气体组成，甲醛为5ppm。

实施例4

在内径为10mm的玻璃管内部安装玻璃棉，填充10g平均粒径为10μm的12CaO·7Al₂O₃粒子与10g平均粒径为5μm、比表面积为600m²/g的活性碳的混合物，在25℃下，在含有360ppm二氧化碳的干燥空气中注入10ppm甲醛，以10³cm³/m的流量通入。

通过GC-MS(岛津制作所制QP-5050)分析从玻璃管出口排出的气体，分析出口气体组成，甲醛在检测限值以下，二氧化碳为370ppm。

另外，通常已知活性碳难以吸附醛类，认为通过作为吸附剂配置的活性碳不吸附醛类，从该分析结果也可以看出醛浓度不是由于吸附而是由于氧化而降低的。

比较例1

除了使用平均粒径为0.1mm的氧化铝粒子代替12CaO·7Al₂O₃粒子，其余与实施例1同样地分析出口气体组成，甲醛浓度为30ppm。

比较例2

除了使用平均粒径为10μmm的氧化铝粒子代替12CaO·7Al₂O₃粒子，其余与实施例1同样地分析出口气体的组成，甲醛为30ppm。

产业实用性

本发明的气体处理装置由于以包合有氧的氧化钙·氧化铝复合氧化物(12CaO·7Al₂O₃)作为氧化催化剂，因此不用设置加热措施等进行加热就可以对室内空气中所含的气态有机化合物进行氧化处理。

Claims (4)

1.一种气态有机化合物的处理装置，其特征在于：在该气态有机化合物的处理装置中，在与所提供的含有气态有机化合物的气体接触的位置上，设置不需加热措施、在常温即可运作的氧化处理部，所述氧化处理部是在表面上担载或者填充含有12CaO·7Al₂O₃的氧化催化剂的氧化处理部。

2.权利要求1所述的气态有机物的处理装置，其特征在于：在氧化处理部配置吸附产物的吸附剂。

3.一种气态有机化合物的氧化处理方法，其特征在于：在该气态有机化合物的处理方法中，在与所提供的含有气态有机化合物的气体接触的位置上，设置在表面上担载或者填充含有12CaO·7Al₂O₃的氧化处理部，不加热氧化处理部就可以对气态有机化合物进行氧化处理。

4.一种空调装置，其特征在于：在该空调装置中，在表面上担载或者填充含有12CaO·7Al₂O₃的氧化催化剂的、不需要加热措施在常温下就可以运作的氧化处理部配置于热交换器的热交换片或者其他气体通路。

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