JP2000210372A

JP2000210372A - 空気浄化膜及び消臭フィルタ

Info

Publication number: JP2000210372A
Application number: JP11012662A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Nishikawa; 和男西川
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1999-01-21
Filing date: 1999-01-21
Publication date: 2000-08-02

Abstract

(57)【要約】【課題】様々な臭気成分を吸着して確実に分解消臭
することができる空気浄化膜及び消臭フィルタを提供す
る。【解決手段】担持基材４の表面にバインダー５を用い
て光触媒１と細孔径分布の異なる２種の吸着剤２、３が
均一に混合した空気浄化膜を形成させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空気中に含まれる
臭気を浄化する空気浄化膜及び消臭フィルタに係り、特
に光触媒と吸着剤とを含む空気浄化膜を担体表面に形成
させることにより消臭性能を高めた消臭フィルタに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、光触媒と吸着剤との混合物により
空気中に含まれる臭気を分解消臭する方法として、例え
ば特開平１−１８９３２号公報に開示されている脱臭装
置がある。この脱臭装置は、臭気成分を吸着する活性炭
などの吸着剤をハニカム状に成形したものの表面に、酸
化チタンなどの光触媒を付加してなり、光触媒を励起さ
せるための励起光源を設けて、該励起光源から発せられ
る紫外線をこの脱臭装置に照射することにより、光触媒
で臭気を直接的に酸化分解して消臭するとともに、活性
炭により吸着された臭気成分も同時に光触媒の作用によ
り分解消臭を行うものである。

【０００３】また、特開平９−２７６３７８号公報に開
示されている光触媒による脱臭装置用脱臭剤は、シャー
レ中で光触媒と吸着剤をエタノールなどの分散媒に懸濁
させた後、加熱乾燥させてシャーレ表面に均一に固定さ
せたものである。これにより、消臭に有効な表面積が大
きくなる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の方法のうち、特開平１−１８９３２２号公報の脱臭
装置は、ハニカム状に形成した活性炭などの吸着剤の機
械的強度が低く、落下などによる衝撃で破損する恐れが
あるばかりでなく、光触媒による臭気成分の分解途中に
生成するアセトアルデヒドなどの中間生成物を分解消臭
することができなかった。このため、分解脱臭できる臭
気成分の種類が限られ、多様な臭気成分に対する脱臭性
能を充分に発揮することができないという問題があっ
た。また、ハニカム状の吸着剤のごく表面にしか、光触
媒による臭気の分解活性点がなく、吸着剤の内部に取り
込まれた臭気に対しては、ほとんど光触媒の効力が及ば
ないため、やがて吸着剤から脱離して空気中に放出され
ていくという問題もあった。

【０００５】また、特開平９−２７６３８７号公報の光
触媒による脱臭装置用脱臭剤は、多様な臭気成分に対し
て顕著な脱臭効果を発揮するものの、光触媒と吸着剤を
単に微粉末の混合状態で用いているため、担体に固定化
させることが困難であった。そのため、実用化のめどが
依然として立っていない。

【０００６】本発明は、上述した従来の欠点を克服し、
機械的強度が高く、様々な臭気成分を吸着して確実に分
解消臭することができる空気浄化膜及び消臭フィルタを
提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の空気浄化膜は、光触媒と、細孔径
分布の異なる少なくとも２種以上の吸着剤とを有するこ
とを特徴とする。

【０００８】この構成によると、空気浄化膜に臭気を含
む空気を接触させることにより、吸着剤に捕捉される臭
気成分の種類が多くなる。

【０００９】また、請求項２に記載の空気浄化膜は、光
触媒と１種あるいは細孔径分布の異なる少なくとも２種
以上の吸着剤とを有する膜を、光触媒と吸着剤の配合割
合あるいは吸着剤の種類、若しくはその両方を変えた積
層体としたことを特徴とする。

【００１０】この構成によると、空気浄化膜に臭気を含
む空気を接触させることにより、吸着剤に捕捉される臭
気成分の種類がさらに多くなる。

【００１１】また、請求項３に記載の空気浄化膜は、請
求項２に記載の空気浄化膜において、前記積層体の表面
層は光触媒の含有率が高くなっていることを特徴とす
る。

【００１２】この構成によると、階層構造をした空気浄
化膜の表面層の光触媒の活性が向上する。

【００１３】また、請求項４に記載の空気浄化膜は、請
求項１に記載の空気浄化膜において、吸着剤はゼオライ
ト、モルデナイト、多孔質シリカ、多孔質アルミナ、セ
ピオライト、モレキュラーシーブ、コージェライト、活
性炭、金属イオン交換ゼオライトなどの複合体から成る
ことを特徴とする。

【００１４】また、請求項５に記載の空気浄化膜は、請
求項２又は請求項３に記載の空気浄化膜において、吸着
剤はゼオライト、モルデナイト、多孔質シリカ、多孔質
アルミナ、セピオライト、モレキュラーシーブ、コージ
ェライト、活性炭、金属イオン交換ゼオライトなどの単
体またはその複合体から成ることを特徴とする。

【００１５】これらの構成によると、吸着剤として様々
な材料から適当なものを選択することができる。

【００１６】また、請求項６に記載の空気浄化膜は、請
求項１〜請求項５のいずれかに記載の空気浄化膜におい
て、吸着剤の細孔径分布に少なくとも５〜２０オングス
トロームの範囲が含まれることを特徴とする。

【００１７】この構成によると、空気浄化膜に臭気を含
む空気を接触させることにより、分子量の小さな臭気成
分から大きな臭気成分まで多種多様な臭気成分が吸着剤
に捕捉される。

【００１８】また、請求項７に記載の空気浄化膜は、請
求項１〜請求項６のいずれかに記載の空気浄化膜におい
て、光触媒は酸化チタン、酸化タングステン、酸化亜
鉛、酸化銅などの金属酸化物の単体またはその複合体か
ら成ることを特徴とする。

【００１９】この構成によると、空気浄化膜に配合する
光触媒として、様々な金属酸化物を用いることができ
る。

【００２０】また、請求項８に記載の消臭フィルタは、
ハニカム状、不織布状、シート状、コルゲート状及びジ
ャバラ状の担体表面に請求項１〜請求項７のいずれかに
記載の空気浄化膜を形成したことを特徴とする。

【００２１】この構成によると、空気浄化膜の表面積が
大きくなる。即ち、消臭フィルタに臭気を含む空気を通
風させて脱臭を行う際、空気浄化膜の空気に接触する面
積を大きくすることができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１の実施の形態
について図面を参照にして説明する。図１は、第１の実
施形態に係る空気浄化膜の拡大断面図である。図１に示
すように、担持基材４の表面にバインダー５を用いて光
触媒１と細孔径分布の異なる２種の吸着剤２、３が均一
に混合した空気浄化膜が形成されている。

【００２３】このとき、吸着剤２として例えば、細孔径
分布のを小さいもの（５〜１０オングストローム程度）
を用い、一方、吸着剤３には、吸着剤２より細孔径分布
の大きなもの（１０〜２０オングストローム程度）を用
いることにより、吸着剤２は低分子量で分子構造の小さ
な臭気成分（例えば、アセトアルデヒド）を捕捉できる
とともに、吸着剤３により高分子量で構造の大きな臭気
成分（例えば、スチレン）を捕捉することが可能とな
る。

【００２４】尚、図１では、細孔径分布の異なる２種の
吸着剤２、３を光触媒１とともに担持基材４表面に膜形
成させる場合を示しているが、さらに吸着剤の種類を増
やしてもよい。この場合は、増やした吸着剤の細孔径分
布を他の吸着剤のそれと異なるものを用いることによ
り、吸着剤全体としては、分子量の小さなものからかな
り大きなものまで多種多様な臭気成分を吸着できる。

【００２５】光触媒としては、酸化チタン、酸化亜鉛、
酸化タングステン、酸化銅などの金属酸化物または白
金、金、銀、銅、パラジウム、ジルコニウムなどの金属
微粒子担持酸化チタンまたはルテニウム錯体などの金属
錯体の単体あるいはその複合体を用いることができる。

【００２６】また、吸着剤としては、ゼオライト、モル
デナイト、多孔質シリカ、多孔質アルミナ、セピオライ
ト、モレキュラーシーブ、コージェライト、ミズカナイ
ト、活性炭など無機系吸着剤または銀、銅、パラジウ
ム、白金など金属交換ゼオライトの複合体を用いること
ができる。

【００２７】また、バインダーとしては、シリカ系、ア
ルミナ系、ジルコニウム系の単体またはその複合体ある
いは、フッ素系、シリコン系の単体またはその複合体を
用いることができる。

【００２８】次に、本実施形態に係る消臭フィルタの作
製手順について説明する。光触媒として、石原テクノ株
式会社製の酸化チタン粉末（商品名：ＳＴ−０１）を用
い、吸着剤としては、日産ガードラ株式会社製の銅交換
ＺＳＭ５（商品名：銅交換ペンタジル）及びキャタラー
株式会社製の活性炭を用い、バインダーとしてテルニッ
ク工業株式会社製のコロイダルシリカ系バインダー（商
品名：ベタック９７０）を用いた。

【００２９】まず、３００×９０×ｔ１８ｍｍのアルミ
コルゲートハニカム（２００セル／inch²）の表面に空
気浄化膜が１５０ｇ／ｌになるように塗布し、１５０℃
で１時間焼付けを行った。空気浄化膜の固形分の比率は
光触媒が３５重量％、吸着剤全体で３５重量％及びバイ
ンダー３０重量パーセントで固定し、吸着剤を３５重量
％の範囲内で銅交換ＺＳＭ５と活性炭の比で１：０、
９：１、３：１、１：３の４通りに変更して４種の消臭
フィルタを作製した。

【００３０】これらの消臭フィルタの消臭性能の評価を
以下のようにして行った。上記４つの消臭フィルタをそ
れぞれ容積１ｍ³のアクリル製ボックス内に設置した
後、ボックス内にアセトアルデヒド及びスチレンをそれ
ぞれ初期濃度が６ｐｐｍ、８ｐｐｍになるように注入す
る。この状態で風量を３ｍ³／ｍｉｎとして、消臭フィ
ルタに通風させながら紫外線を照射し、３０分後、ガス
検知管によりアセトアルデヒド及びスチレンの除去率を
測定した。

【００３１】図５は、吸着剤として用いた銅交換ＺＳＭ
５と活性炭の配合比に対するアセトアルデヒドの除去率
の関係を示した図である。図５に示すように、吸着剤と
して銅交換ＺＳＭ５のみを用いた場合は、８０％近くの
アセトアルデヒドが分解されるのに対し、活性炭の配合
割合が大きくなるにつれて、アルデヒドの除去率の低下
が見られ、最終的に銅交換ＺＳＭ５と活性炭の比が１：
３になると、アセトアルデヒド除去率は５０％まで低下
している。

【００３２】また、図６は銅交換ＺＳＭ５と活性炭の配
合比に対するスチレンの除去率の関係を示した図であ
る。図６に示すように、吸着剤としてＺＳＭ５のみを用
いた場合は、スチレンの除去率は３０％程度にとどまっ
ているのに対し、活性炭の配合割合が大きくなるにつれ
て、スチレンの除去率の向上が見られ、最終的に銅交換
ＺＳＭ５と活性炭の比が１：３になると、８０％を超え
るスチレン除去率が得られている。

【００３３】銅交換ＺＳＭ５の細孔径は６〜８オングス
トロームである。一方、活性炭の細孔径は１０〜２０オ
ングストロームである。また、アセトアルデヒド分子の
大きさは約５オングストロームであり、一方、スチレン
分子の大きさは約１０オングストロームである。よっ
て、アセトアルデヒドは活性炭の細孔が大きすぎて、活
性炭に捕捉されても吸着力が弱く脱離しやすいため、活
性炭の割合が多くなると、消臭フィルタのアルデヒド除
去率が低下すると考えられる。換言すれば、アセトアル
デヒドは、細孔径の小さい銅交換ＺＳＭ５に安定して吸
着される。従って、ＺＳＭ５の割合が高い方が、アセト
アルデヒドは吸着されやすくなる。このため、アセトア
ルデヒドを効率よく分解消臭するには、吸着剤中の銅交
換ＺＳＭ５の割合を多くする必要がある。

【００３４】逆に、スチレンはＺＳＭ５の細孔径が小さ
すぎて、この細孔に入ることができない。即ち、ＺＳＭ
５はスチレンに対する吸着能力が極めて低い。それに対
し、活性炭は細孔径が充分に大きくスチレンを容易に吸
着することができるので、活性炭の割合が高くなると、
スチレンは吸着されやすくなる。従って、スチレンを効
率よく分解するには、吸着剤中の活性炭の割合を多くす
る必要がある。

【００３５】このように、アセトアルデヒドとスチレン
で吸着剤中のＺＳＭ５と活性炭の配合割合に対する各ガ
スの除去率の関係には逆の傾向が見られる。よって、ア
セトアルデヒド及びスチレンの両方を効率よく除去する
ためには、ＺＳＭ５と活性炭の配合割合がどちらか一方
に極端に偏らないように両者を混合する必要がある。こ
うすることにより、吸着剤の細孔径分布が５〜２０オン
グストロームの範囲で均一になり、高分子量の成分から
低分子量の成分まで幅広く吸着することが可能となり、
光触媒の分解作用と相俟って消臭フィルタの消臭性能が
著しく向上する。

【００３６】次に、本発明の第２の実施形態について図
面を参照して説明する。図２は、第２の実施形態に係る
空気浄化膜の拡大断面図である。図２に示すように、担
持基材４の表面にバインダー５を用いて光触媒１及び吸
着剤２、３を含む空気浄化膜を、上から順にＡ、Ｂ、Ｃ
の３層から成る積層体として形成させている。

【００３７】空気浄化膜の表面層であるＡ層は、光触媒
１の配合割合が多くなるように吸着剤２、３とともに膜
形成されており、光触媒の活性が最も高い層となってい
る。吸着剤２、３として、細孔径分布の異なるものを用
いることにより、低分子量の成分から高分子量の成分ま
で多種多様な臭気成分を吸着させることができる。この
Ａ層では、主として光触媒作用による分解の途中で中間
生成物が生じない臭気成分、例えば一酸化炭素、窒素酸
化物、アンモニア、メタン、エタン、酢酸などの吸着分
解が行われる。

【００３８】Ｂ層は、５〜１０オングストローム程度の
細孔径の比較的小さい吸着剤３と光触媒１を含む層であ
る。このＢ層では、主に低分子量で小さい分子構造の臭
気成分、例えば低級アルコールや低級アルデヒド類の吸
着分解が行われる。光触媒によりアルコールは、アルデ
ヒド、カルボン酸を経由して最終的に水分子と二酸化炭
素まで酸化分解される。同様に、アルデヒドはカルボン
酸を経由して水分子と二酸化炭素まで酸化分解される。

【００３９】Ｃ層は、１０オングストローム以上の大き
な細孔径をもつ吸着剤２と光触媒１とを含む層である。
このＣ層では、主に光触媒による分解に時間のかかる高
分子量で構造の大きな成分、例えばスチレン、キシレ
ン、高級アルコール、ポリマーなどの吸着分解を行う。

【００４０】本実施形態のように、空気浄化膜を階層構
造とすることにより、吸着分解する臭気成分を各層毎に
選択的に処理させることができる。従って、本発明の第
１の実施形態のように、空気浄化膜を１層のみとした場
合よりも多様な臭気成分の分解が可能となる。また、表
面層を光触媒の配合割合の高い層としたことにより、下
層で吸着された成分が脱離しても拡散することにより触
媒活性の高い表面層で分解される。

【００４１】次に、本発明の第３の実施形態について図
面を参照して説明する。図３は本発明の第１及び第２の
実施形態で用いた消臭フィルタの斜視図である。図３
は、担持基材がハニカム状の場合を示しているが、その
他に不織布状、シート状、コルゲート状、ジャバラ状で
あってもよい。

【００４２】図４は、本発明に係る消臭フィルタを配設
した空気清浄機の構成を示す側面断面図である。空気清
浄機の電源を入れ、空気循環用ファン１３を作動させる
と、吸込み口１２から臭気成分を含んだ空気が吸い込ま
れ、塵埃捕集用フィルタ１１を通過する際に、塵埃が除
かれる。空気清浄機に吸い込まれた空気は吹出し口１０
から吹き出される直前に消臭フィルタ８を通過する。

【００４３】このとき、消臭フィルタ８表面の空気浄化
膜に含まれる吸着剤に臭気成分が捕捉されるとともに、
光源９から発せられる紫外線を消臭フィルタ８に照射す
ることにより光触媒作用で臭気成分が分解消臭される。
このようにして、消臭フィルタ８に吸着された臭気成分
は、最終的に水分子や二酸化炭素まで分解されて消臭フ
ィルタ８から脱離するため、該消臭フィルタ８の消臭性
能の劣化を抑えることができる。尚、本実施形態では、
空気清浄機に消臭フィルタを配設する場合について説明
したが、室内に設置して空気を循環させる他の装置、例
えば空気調和機や除湿機に配設してもよい。

【００４４】

【発明の効果】本発明は、以上の構成であるので、請求
項１に記載の発明によると、光触媒と細孔径分布の異な
る少なくとも２種以上の吸着剤とを有する空気浄化膜と
したことにより、空気浄化膜に多種多様な臭気成分を吸
着させることができる。さらに、空気浄化膜に紫外線を
照射することにより、空気浄化膜に吸着された臭気成分
を光触媒で確実に分解することができる。

【００４５】また、請求項２に記載の発明によると、光
触媒と吸着剤とを有する膜を、光触媒と吸着剤の配合割
合あるいは吸着剤の種類、若しくはその両方を変えた積
層体としたことにより、各層に臭気成分を選択的に吸着
させることができる。その結果、空気浄化膜が一層のみ
の場合に比べて、空気浄化膜に吸着できる臭気成分の種
類を一段と多くすることができる。さらに、空気浄化膜
に紫外線を照射することにより、空気浄化膜に吸着され
た臭気成分を光触媒で確実に分解することができる。

【００４６】また、請求項３に記載の発明によると、積
層体とした空気浄化膜の表面層を光触媒の含有率の高い
層としたことにより、表面層において、分解途中で中間
生成物を生じない臭気成分を水分子と二酸化炭素まで酸
化分解することができる。さらに、空気浄化膜の下層で
充分に分解できなかった臭気成分も、光触媒の含有率の
高い表面層に拡散することにより、完全に分解すること
ができる。

【００４７】また、請求項４及び請求項５に記載の発明
によると、吸着剤として、ゼオライト、モルデナイト、
多孔質シリカ、多孔質アルミナ、セピオライト、モレキ
ュラーシーブ、コージェライト、活性炭、金属イオン交
換ゼオライトなどの単体またはその複合体を用いたこと
により、様々な臭気成分に対して高い吸着能力をもつ空
気浄化膜を作製できる。

【００４８】また、請求項６に記載の発明によると、吸
着剤の細孔径分布に少なくとも５〜２０オングストロー
ムの範囲が含まれるようにしたことにより、５〜１０オ
ングストロームの小さな細孔には低分子量の臭気成分が
吸着され、１０〜２０オングストロームの大きな細孔に
は高分子量で分子構造の複雑な臭気成分が吸着されるの
で、ほとんどの臭気に対して高い吸着性を有する空気浄
化膜を作製できる。

【００４９】また、請求項７に記載の発明によると、光
触媒として、酸化チタン、酸化タングステン、酸化亜
鉛、酸化銅などの金属酸化物の単体またはその複合体を
用いたことにより、励起光源から発せられる紫外線の波
長において、高い活性を示す光触媒を自由に選択でき
る。

【００５０】また、請求項８に記載の発明によると、空
気浄化膜をハニカム状、不織布状、シート状、コルゲー
ト状、ジャバラ状の担体表面に形成させて消臭フィルタ
としたことにより、空気浄化膜の表面積が大きくなり、
消臭フィルタによる臭気の吸着分解性能が向上する。ま
た、臭気成分は水分子と二酸化炭素まで酸化分解された
後、空気浄化膜から脱離していくので、消臭フィルタの
消臭性能の劣化を抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態である空気浄化膜
の拡大断面図である。

【図２】本発明の第２の実施形態である空気浄化膜
の拡大断面図である。

【図３】本発明に係る消臭フィルタの斜視図であ
る。

【図４】本発明に係る消臭フィルタを配設した空気
清浄機の構成を示す側面断面図である。

【図５】本発明の第１の実施形態である空気浄化膜
における銅交換ＺＳＭ５と活性炭の配合比に対するアセ
トアルデヒドの除去率の関係を示す図である。

【図６】本発明の第１の実施形態である空気浄化膜
における銅交換ＺＳＭ５と活性炭の配合比に対するスチ
レンの除去率の関係を示す図である。

【符号の説明】

１光触媒２，３吸着剤４担持基材５バインダー８消臭フィルタ９光源１０吹出し口１１塵埃捕集フィルタ１２吸込み口１３空気循環用ファン

フロントページの続きＦターム(参考） 4C080 AA05 AA07 BB02 CC02 CC07 CC08 CC12 HH05 JJ06 JJ09 KK08 LL03 MM02 MM03 MM04 MM05 MM06 MM07 NN03 NN06 QQ03 QQ20 4D002 AA08 AA13 AA32 AA40 AB02 BA04 CA07 DA41 DA45 DA46 DA47 DA70 EA13 GA01 GB12 4D012 BA01 BA02 BA03 4D048 AA06 AA08 AA13 AA17 AA18 AA19 AA20 AA22 AB03 BA03Y BA05X BA06Y BA11X BA16Y BA27Y BA35X BB02 BB03 BB04 BB08 CA06 CC40 CD05 EA01 EA04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光触媒と、細孔径分布の異なる少なくと
も２種以上の吸着剤とを有することを特徴とする空気浄
化膜。
【請求項２】光触媒と１種あるいは細孔径分布の異な
る少なくとも２種以上の吸着剤とを有する膜を、光触媒
と吸着剤の配合割合あるいは吸着剤の種類、若しくはそ
の両方を変えた積層体としたことを特徴とする空気浄化
膜。
【請求項３】前記積層体の表面層は光触媒の含有率が
高くなっていることを特徴とする請求項２に記載の空気
浄化膜。
【請求項４】吸着剤はゼオライト、モルデナイト、多
孔質シリカ、多孔質アルミナ、セピオライト、モレキュ
ラーシーブ、コージェライト、活性炭、金属イオン交換
ゼオライトなどの複合体から成ることを特徴とする請求
項１に記載の空気浄化膜。
【請求項５】吸着剤はゼオライト、モルデナイト、多
孔質シリカ、多孔質アルミナ、セピオライト、モレキュ
ラーシーブ、コージェライト、活性炭、金属イオン交換
ゼオライトなどの単体またはその複合体から成ることを
特徴とする請求項２又は請求項３に記載の空気浄化膜。
【請求項６】吸着剤の細孔径分布に少なくとも５〜２
０オングストロームの範囲が含まれることを特徴とする
請求項１〜請求項５のいずれかに記載の空気浄化膜。
【請求項７】光触媒は酸化チタン、酸化タングステ
ン、酸化亜鉛、酸化銅などの金属酸化物の単体またはそ
の複合体から成ることを特徴とする請求項１〜請求項６
のいずれかに記載の空気浄化膜。
【請求項８】ハニカム状、不織布状、シート状、コル
ゲート状及びジャバラ状の担体表面に請求項１〜請求項
７のいずれかに記載の空気浄化膜を形成したことを特徴
とする消臭フィルタ。