JP2001314759A

JP2001314759A - ガス除去材

Info

Publication number: JP2001314759A
Application number: JP2000153427A
Authority: JP
Inventors: Seiji Tokuda; 省二徳田
Original assignee: Toyobo Co Ltd
Current assignee: Toyobo Co Ltd
Priority date: 2000-03-02
Filing date: 2000-05-24
Publication date: 2001-11-13

Abstract

(57)【要約】【課題】低温かつ水蒸気存在下において悪臭ガスや有
害ガスの除去能に優れなおかつこれを比較的低温で加熱
することによって除去能を回復することが出来るガス除
去材を提供する。【解決手段】無機系化合物からなるガス除去材であっ
て、無機系化合物が周期律表２ａ族および３ａ族から選
ばれてる少なくとも１種の金属を含み、２５℃、６０Ｒ
Ｈ％におけるガス除去容量が１×１０^-2ｍｍｏｌ／ｇ以
上であるガス除去材である。またガス除去後の再生が可
能で、その除去容量回復率が５０％以上である無機系化
合物からなるガス除去材である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、家庭やオフィス、
車室内などの居住空間、および各種工場などで発生する
悪臭ガスや有害ガスを除去するための除去材に関するも
のであり、空気浄化フィルタ、空気清浄機、エアコンデ
ィショナー、生ごみ処理機、排ガス処理装置などに利用
することができる。

【０００２】

【従来の技術】近年、居住空間の気密化やアメニティ指
向の高まり等により悪臭ガスや有害ガスが問題となるこ
とが多く、それらの除去に対するニーズが高まってい
る。悪臭ガスや有害ガスとしては、アンモニアやアミン
類、硫化水素やメルカプタン、低級アルデヒド類、低級
脂肪酸類、低沸点炭化水素類、一酸化炭素、硫黄酸化
物、および窒素酸化物などがある。

【０００３】これらの悪臭ガスや有害ガスの除去には、
活性炭やゼオライトなどの吸着剤がよく用いられるが、
これらはその寿命の点で問題がある。一方最近、比較的
低温でも分解によって悪臭ガスを除去できる脱臭触媒が
注目を集めつつあり、貴金属や卑金属およびそれらの酸
化物で構成されるものが数多く提案されている。例えば
特開平６−７６７８号公報にはＡｇ、ＭｎＯ2、Ｎｉ
Ｏ、ＣｕＯ、Ｆｅ2Ｏ3、Ｃｏ3Ｏ4から選ばれた少なくと
も一種の成分とＬｉ2Ｏ、Ｋ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ、ＣａＯから
選ばれた少なくとも一種の酸化物とを、混合酸化物や化
合物の形態で担持させた脱臭触媒が、また特開平７−１
５５６１１号公報には、銀化合物を担持したゼオライ
ト、アルミナで構成される悪臭物質除去用触媒が、また
特開平８−２４３３９６号公報には２種以上の卑金属を
含む無機化合物で構成される脱臭用触媒がそれぞれ開示
されており、いずれも常温付近においてアセトアルデヒ
ド、トリメチルアミン等の悪臭物質が吸着あるいは分解
されて除去されると記載されている。しかし上記の触媒
を構成する金属酸化物、無機化合物は本来親水性であ
り、通常の生活空間のような水蒸気存在下では、除去対
象物質よりも水が選択的に吸着するため除去能が急速に
低下し、長期にわたって十分な除去効果を発揮できない
という問題がある。

【０００４】このような水蒸気による除去能低下の抑制
を目的としたものとして、触媒成分を疎水性ゼオライト
に担持させた脱臭剤や吸着剤が開示されている。特開平
８−２４３３８３号公報には、シリカ／アルミナ比が１
００以上の疎水性ゼオライトに触媒成分として二酸化マ
ンガンと銅化合物を担持した疎水性脱臭剤が、また特開
平９−５６７９９号公報には、シリカ／アルミナ比が１
０以上の疎水性ゼオライトに鉄、クロム、ニッケル、コ
バルト、マンガン、亜鉛、銅、マグネシウム、カルシウ
ムから選ばれる金属の酸化物を担持した、加熱再生が可
能な自己再生型吸着剤がそれぞれ開示されている。これ
らはいずれも、常温かつ水蒸気存在下において悪臭ガス
を吸着し、その後の加熱再生処理によって吸着性能が回
復されると記載されている。しかしながら、上記の疎水
性ゼオライトの悪臭ガス吸着機構は物理吸着であるた
め、再生処理のための加熱時において、悪臭成分が分解
される前に脱離してしまうという問題がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる問題
点を解決することを目的とした発明であり、低温かつ水
蒸気存在下において悪臭ガスや有害ガスの除去能に優れ
たガス除去材を提供することを目的とする。また本発明
は、使用後の除去材を比較的低温で加熱処理することに
より、一旦除去したガスが脱離することなく分解し、除
去能を回復することができるガス除去材を提供すること
を目的とする。

【０００６】本発明者らは、上述の問題を解決すべく鋭
意検討した結果、先ずクロム、マンガン、鉄、コバル
ト、ニッケル、銅、亜鉛の群から選ばれる少なくとも１
種以上の金属からなる無機系化合物、好ましくは酸化物
が低級アルデヒド類、低級脂肪酸類、低沸点炭化水素
類、一酸化炭素、硫黄酸化物、および窒素酸化物等に対
して化学吸着能を示し、かつ比較的低温下でも分解活性
が認められることを見出した。しかしながら、この無機
系化合物は従来のものと同様に水蒸気存在下では絶乾雰
囲気に比べて急速に吸着能が低下するという問題点があ
った。そこでこれを解決するために種々検討した結果、
前記無機系化合物に、周期律表２ａ族及び３ａ族から選
ばれる少なくとも１種の金属をさらに複合化させること
により、分解活性を低下させることなく、水蒸気存在下
における吸着能を向上できることが判明し、本発明に到
達した。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、無機系化合物
からなるガス除去材であって、２５℃、６０ＲＨ％にお
けるガス除去容量が１×１０^-2ｍｍｏｌ／ｇ以上である
ガス除去材である。

【０００８】また本発明のガス除去材の好ましい実施態
様は、ガス除去後の再生が可能で、その除去容量回復率
が５０％以上である無機系化合物からなるガス除去材で
ある。

【０００９】また本発明のガス除去材の好ましい実施態
様は、２５℃、６０ＲＨ％における低級アルデヒド類の
除去容量が１×１０^-2ｍｍｏｌ／ｇ以上で、かつ再生可
能で、除去容量回復率が５０％以上である、無機系化合
物からなるガス除去材である。

【００１０】また本発明のガス除去材の好ましい実施態
様は、前記無機系化合物の窒素ガス吸着ＢＥＴ法で測定
される比表面積が５０ｍ²／ｇ以上であるガス除去材で
ある。

【００１１】また本発明のガス除去材の好ましい実施態
様は、前記無機系化合物が周期律表２ａ族及び３ａ族か
ら選ばれる少なくとも１種の金属を含むガス除去材であ
る。

【００１２】以下に本発明について詳細に説明する。本
発明のガス除去材を構成する無機系化合物は、好ましく
は金属酸化物、より好ましくは２種以上の金属の複合酸
化物である。金属としては、クロム、マンガン、鉄、コ
バルト、ニッケル、銅、亜鉛などの遷移金属である。ま
た必要に応じてルテニウム、ロジウム、パラジウム、
銀、白金、金などの白金族金属をこれに複合化あるいは
担持してもよい。

【００１３】本発明の無機系化合物は沈殿法によって得
ることが出来る。すなわち原料金属塩（硝酸塩、塩酸
塩、硫酸塩、酢酸塩、シュウ酸塩など）の水溶液に、ア
ルカリ溶液を加えて水酸化物あるいは炭酸塩の沈殿物を
得、その後これを酸化処理することにより得ることが出
来る。酸化処理には、酸化剤を用いて液相酸化する方
法、空気中で焼成する方法あり、酸化剤としては例えば
過マンガン酸カリウムや過硫酸アンモニウム等が挙げら
れ、また焼成温度の好ましい範囲は２００〜４００℃で
ある。このような製法により得られる無機系化合物は、
大部分が酸化物として存在する。

【００１４】本発明におけるガス除去容量は以下の連続
流通法で測定することができる。すなわち所定量の粉状
・粒状の除去材試料をカラムに充填し、これに所定濃度
（Ｃ0）の悪臭ガスあるいは有害ガスを含む２５℃、６
０ＲＨ％の空気を一定流量で流通させる。除去材充填層
からの出口ガス濃度（Ｃ）をモニタしながら、ガス除去
率（（Ｃ0−Ｃ）／Ｃ0＊１００）が５％以下になるまで
流通を続ける。得られた除去率ＶＳガス供給量の曲線を
積分することによりガス除去量（ｍｍｏｌ）が得られ、
これを除去材の重量で割ることにより、ガス除去容量
（ｍｍｏｌ／ｇ）を算出することが出来る。なおガス供
給量は、ガスの濃度、流量および流通時間から計算によ
り求めることが出来る。

【００１５】本発明におけるガス除去後の再生処理は、
除去材を加熱しつつ、実質的に悪臭ガスや有害ガスを含
まない清浄空気を連続的に流通させて行なうことができ
る。このときの空気流量、処理時間などは特に限定され
ない。加熱温度は除去対象である悪臭ガス、有害ガスに
よって異なるが、好ましくは５０℃以上、より好ましく
は１００℃以上である。除去容量回復率（％）は、新品
の除去材の初期除去容量（Ｑ0）に対する、１回再生後
の除去材の除去容量（Ｑ1）の比、すなわち（Ｑ1／Ｑ0
＊１００）として計算される。Ｑ0、Ｑ1はいずれもガス
除去率が５％以下になるまで連続流通試験を行なった時
のガス除去容量である。

【００１６】本発明の除去対象ガスは悪臭ガスや有害ガ
スである。具体的には、アンモニアやアミン類、硫化水
素やメルカプタン、低級アルデヒド類、低級脂肪酸類、
低沸点炭化水素類、一酸化炭素、硫黄酸化物、および窒
素酸化物などであるが、特に好ましくは低級アルデヒド
類である。除去対象ガスが低級アルデヒド類の場合、上
記再生温度は１５０℃以下で除去容量回復率５０％以上
となる。

【００１７】本発明のガス除去材は、窒素ガス吸着ＢＥ
Ｔ法で測定される比表面積が５０ｍ ²／ｇ以上、好まし
くは１００ｍ²／ｇ以上である場合に、ガス除去能が満
足すべきレベルとなる。ガス除去材である金属の酸化
物、複合酸化物ではその構造欠陥等がガスの吸着、分解
サイトとして働くと考えられ、その数が多いほど除去容
量および分解活性が大きく、また比表面積も大きくな
る。窒素ガス吸着ＢＥＴ法で測定される比表面積は次の
方法により求めることが出来る。すなわち液体窒素温度
での窒素ガスの吸着等温線を測定し、このデータからＢ
ＥＴ式によって窒素の単分子層吸着量が求められる。窒
素一分子あたりの占有面積は既知であるので、これより
比表面積を算出することが出来る。具体的には、島津製
作所製ＡＳＡＰ２０１０装置を用いて吸着等温線の測定
を行った後、吸着平衡圧/飽和蒸気圧が０．０５〜０．
２０の範囲での吸着量データを用いて算出した。

【００１８】本発明のガス除去材である無機系化合物
は、周期律表２ａ族及び３ａ族から選ばれる少なくとも
１種の元素を含むことが好ましい。前記無機系化合物が
主に遷移金属の酸化物、複合酸化物である場合、水蒸気
が共存すると絶乾雰囲気に比べて急速に除去能が低下す
る。これは上記の構造欠陥等の吸着サイトでは電荷が不
均衡な状態となっており、除去対象である悪臭ガス、有
害ガスよりも極性の大きな水分子を選択的に吸着してし
まうためと考えられる。これに周期表２ａ族及び３ａ族
から選ばれる金属をさらに複合化させると、電荷の不均
衡な状態が緩和されることにより、水の吸着能が阻害さ
れ、除去対象ガスの吸着が促進されるものと推定され
る。本発明における周期表２ａ族及び３ａ族から選ばれ
る金属としては、特にカルシウム、ストロンチウム、バ
リウム、スカンジウム、イットリウム、ランタン、セリ
ウムが好ましい。

【００１９】これら周期表２ａ族及び３ａ族から選ばれ
る金属をさらに複合化させるためには、前述の製法にお
いて、原料水溶液にこれらの塩を添加すればよい。また
その含有量は、酸化物換算で全体の０．１〜１０重量％
が好ましい。含有量がこれよりも少ないと水吸着能の阻
害効果が十分ではなく、逆に含有量がこれよりも多い
と、ガス吸着能および分解活性が低下するため好ましく
ない。

【００２０】本発明のガス除去材は、主に化学吸着によ
って悪臭ガスや有害ガスを吸着し、その後の加熱により
これを分解し、除去能の再生が可能である。化学吸着の
場合、吸着質と吸着剤の間に一種の化学結合が形成され
るため、物理吸着のように加熱時に一旦吸着したガスが
容易に脱離するということなはい。したがって本発明の
除去材の使用温度は特に限定するものではなく、常温に
近い温度での吸着と加熱再生を繰り返す使用法以外に
も、常時加熱しながら連続使用することも可能である。

【００２１】以下に実施例を挙げて本発明をさらに詳細
に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限
定されるものではない。

【００２２】（アセトアルデヒドの初期除去容量評価）
体積０．２５ｃｃの除去材試料を、両側をグラスウール
で挟んで内径１０ｍｍφのガラスカラムに充填した。こ
れにアセトアルデヒド１０ｐｐｍを含む２５℃、６０Ｒ
Ｈ％の空気を２００ｍｌ／ｍｉｎで連続的に流通させ
た。試料の雰囲気温度も２５℃とした。試料の入口・出
口側のガスを一定時間毎にサンプリングし、ガスクロマ
トグラフにてアセトアルデヒド濃度を測定し、その比か
ら除去率を算出した。この除去率が５％以下になるまで
流通、ガス濃度測定を続けた。除去率をアセトアルデヒ
ド供給量（濃度、流量、温度から計算）の曲線を積分す
ることによりガス除去量（ｍｍｏｌ）を求め、これを除
去材の重量で割ることにより、ガス除去容量（ｍｍｏｌ
／ｇ）を算出した。

【００２３】（除去容量の回復率評価）上記の初期除去
容量評価後の試料について、加熱による再生処理を行な
った。具体的には、試料の雰囲気温度を１５０℃とし、
これにアセトアルデヒド等を含まない清浄空気を２００
ｍｌ／ｍｉｎで連続的に流通させた。流通時間は１時間
とした。その後、再生処理後の除去材試料について、前
記と同様の方法によりアセトアルデヒドの除去容量を評
価し、初期除去容量に対する再生処理後の除去容量の比
から、除去容量回復率を計算により求めた。

【００２４】（比表面積の測定方法）窒素ガス吸着ＢＥ
Ｔ法による比表面積の測定は、島津製作所製ＡＳＡＰ２
０１０装置により行った。試料重量は０．２〜０．８ｇ
程度とし、測定前の前処理として１２０℃で３時間減圧
乾燥した。測定窒素圧力はＰ／Ｐ0＝０．０５〜０．２
０の範囲で９点とした。

【００２５】（実施例１）硝酸銅三水和物６ｇと硝酸コ
バルト六水和物２２ｇ、および硝酸セリウム六水和物
０．６ｇを蒸留水５００ｍｌに溶解し金属塩溶液とし
た。これを室温にて攪拌しながら、２０％炭酸ナトリウ
ム水溶液を、前記金属塩溶液のｐＨが９になるまで滴下
し、共沈殿物を得た。これを吸引濾過により分別し、次
いで約７０℃の温水約２リットルで洗浄した。これを１
２０℃で乾燥後、２５０℃で３時間焼成した。得られた
無機系化合物を粉砕して実施例１の試料とした。窒素ガ
ス吸着ＢＥＴ法で測定した比表面積は１６０ｍ²／ｇで
あった。

【００２６】（実施例２）硝酸銅三水和物６ｇと硝酸ニ
ッケル六水和物２２ｇ、硝酸ストロンチウム六水和物
０．５ｇを蒸留水５００ｍｌに溶解し金属塩溶液とし
た。これを室温にて攪拌しながら、２０％炭酸ナトリウ
ム水溶液を、前記金属塩溶液のｐＨが９になるまで滴下
し、共沈殿物を得た。攪拌を約１時間継続した後、吸引
濾過により共沈殿物を分別し、次いで約７０℃の温水約
２リットルで洗浄した。これを１２０℃で乾燥後、２５
０℃で３時間焼成した。得られた無機系化合物を粉砕し
て実施例２の試料とした。窒素ガス吸着ＢＥＴ法で測定
した比表面積は２８５ｍ²／ｇであった。

【００２７】（実施例３）硝酸マンガン六水和物１５ｇ
と硝酸ランタン六水和物０．５ｇを蒸留水１００ｍｌに
溶解しＡ液とした。これとは別に過マンガン酸カリウム
４ｇを蒸留水２００ｍｌに溶解しＢ液とした。先ずＡ液
を室温で攪拌しながら、ｐＨが８．５になるまで１２％
水酸化カリウム水溶液を滴下し、共沈殿物を得た。この
分散液を攪拌しながらにさらにＢ液を徐々に加え、全量
を混合した後さらに約１時間攪拌を続けた。生成した沈
殿物を濾過して分離し、その後１２０℃で約５時間乾燥
した。得られた無機系化合物を実施例３の試料とした。
窒素ガス吸着ＢＥＴ法で測定した比表面積は２１６ｍ²
／ｇであった。

【００２８】（比較例１）実施例１において、硝酸セリ
ウム六水和物０．６ｇを添加しない以外は実施例１と全
く同様の手順により除去材試料を作製し、これを比較例
１の試料とした。窒素ガス吸着ＢＥＴ法で測定した比表
面積は１５５ｍ²／ｇであった。

【００２９】（比較例２）硝酸銅三水和物１２ｇとおよ
び硝酸セリウム六水和物０．３ｇを蒸留水５００ｍｌに
溶解し金属塩溶液とした。これを室温にて攪拌しなが
ら、２０％炭酸ナトリウム水溶液を、前記金属塩溶液の
ｐＨが９になるまで滴下し、共沈殿物を得た。これを吸
引濾過により分別し、次いで約７０℃の温水約２リット
ルで洗浄した。これを１２０℃で乾燥後、２５０℃で３
時間焼成した。得られた無機系化合物を粉砕して比較例
２の試料とした。窒素ガス吸着ＢＥＴ法で測定した比表
面積は１０ｍ²／ｇであった。

【００３０】（比較例３）硝酸銅三水和物２．４ｇと硝
酸コバルト六水和物９ｇを蒸留水３０ｍｌに溶解し金属
塩溶液とした。これを疎水性ゼオライト（シリカ／アル
ミナ比＝４００）６ｇに含浸し、１２０℃で乾燥、次い
で２５０℃で焼成した。こうして得られた銅・コバルト
酸化物担持疎水性ゼオライト（担持量２１重量部）を比
較例３の試料とした。窒素ガス吸着ＢＥＴ法で測定した
比表面積は１８０ｍ²／ｇであった。

【００３１】これらの試料について、上述の方法でアセ
トアルデヒド初期除去容量、および再生処理後の除去容
量回復率を評価した。、実施例１〜３は何れも初期除去
容量が１×１０^-2ｍｍｏｌ／ｇ以上、かつ再生処理後の
除去容量回復率が５０％であった。比較例１及び比較例
２は初期除去容量がかなり小さいため再生後の除去容量
回復率を精度よく測定することができなかった。比較例
３は、初期除去容量は１×１０^-2ｍｍｏｌ／ｇ以上であ
るが、その後の加熱処理において分解前にアセトアルデ
ヒドの脱離が認められた。したがって分解による実質的
な回復率はほとんどないと考えられる。

【００３２】

【表１】

【００３３】

【発明の効果】以上述べたように本発明のガス除去材
は、低温かつ水蒸気存在下において悪臭ガスや有害ガス
の除去能に優れている。且つ使用後の除去材を比較的低
温で加熱処理することにより、一旦除去したガスが脱離
することなく分解し、除去能を回復することができる。
したがって通常の生活空間のように水蒸気が存在し、高
温処理が困難な環境においても長期にわたって優れた除
去能を維持することができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｂ０１Ｄ 53/36 ＺＦターム(参考） 4D048 AA19 AA22 BA14X BA14Y BA18X BA19X BA35X BA37X CD05 EA04 4G066 AA13D AA16B AA19B AA37B AA39B BA26 BA36 CA02 CA52 DA01 FA03 FA05 FA22 GA01 GA06 4G069 AA04 AA15 BC02B BC03B BC12B BC31B BC42B BC43B BC62B BC67B CA17

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】無機系化合物からなるガス除去材であっ
て、２５℃、６０ＲＨ％におけるガス除去容量が１×１
０^-2ｍｍｏｌ／ｇ以上であることを特徴とするガス除去
材。
【請求項２】請求項１記載のガス除去材のガス除去後
の再生が可能で、その除去容量回復率が５０％以上であ
ることを特徴とするガス除去材。
【請求項３】請求項１乃至２記載のガスが低級アルデ
ヒドであることを特徴とするガス除去材。
【請求項４】２５℃、６０ＲＨ％における低級アルデ
ヒド類の除去容量が１×１０^-2ｍｍｏｌ／ｇ以上で、か
つ再生可能で、その除去容量回復率が５０％以上である
請求項１乃至２に記載のいずれかのガス除去材。
【請求項５】前記無機系化合物の窒素ガス吸着ＢＥＴ
法で測定される比表面積が５０ｍ²／ｇ以上であること
を特徴とする請求項１乃至４に記載のいずれかのガス除
去材。
【請求項６】前記無機系化合物が周期律表２ａ族及び
３ａ族から選ばれる少なくとも１種の金属を含むことを
特徴とする請求項１乃至５記載のいずれかのガス除去
材。
【請求項７】請求項１乃至６記載のいずれかのガス除
去材が搭載されたことを特徴とする空気浄化フィルタ。
【請求項８】請求項１乃至６記載のいずれかのガス除
去材が搭載されたことを特徴とする空気清浄機。