【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はケミカルフィルタに係わり、特に有害ガスを捕捉し化学的手法により有害物質を固定化するケミカルフィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般にフィルタは、粒子状物質を捕集する粗塵フィルタと、ＮＯｘ、ＳＯｘに代表される有害物質を捕集するケミカルフィルタに大別される。従来のケミカルフィルタは、空気中の有害物質を捕集するために、活性炭素繊維や活性アルミナ繊維などの比表面積の大きな基材を使用している。これをフィルタの物理吸着効果という。また、捕集した有害物質の放出を防止するためには、過マンガン酸カリウムなどの化学的吸着剤を基材の表面に塗布し、化学的吸着剤と有害物質との化学反応を利用する。これをケミカルフィルタの化学固定効果という。
【０００３】
従来のケミカルフィルタは、物理吸着効果のみの使用、または物理吸着効果と化学固定効果の併用の構成となっているが、いずれの場合にも、根本的には、表面を活性化処理して比表面積を大きくした特殊のファイバ基材が必要とされてきた。
【０００４】
また、従来のケミカルフィルタは、物理吸着効果のみを用いる場合、ガス濃度、ガス温度、水分などの変動に伴って吸着特性が変わり、かつ吸着した有害物質を再び放出する問題点がある。また、化学固定効果を用いた従来のケミカルフィルタでは、物理吸着効果及び化学吸着剤の塗布を実現するために、表面活性化処理した特殊のファイバ基材を必要としていたので、フィルタの製造コストが高くなる問題点があった。特に、ケミカルフィルタにとって、化学吸着剤の表面塗布率は化学固定効果に直接に影響するため、従来のケミカルフィルタでは、基材とするファイバの表面の化学吸着剤の表面塗布率が低かった。表面活性化処理を施しても、塗布率はせいぜい４０〜６０％に止まり、塗布率の向上が課題となっていた。そのため、従来、ケミカルフィルタは高価であり、良好な特性にも関わらず広く普及するには至らなかった。
【０００５】
そこで、ケミカルフィルタの基材としてのファイバに効率よく化学的吸着剤を塗布するための工夫がなされている。図４に示すように、ケミカルフィルタに用いられるファイバ１１の表面１２を活性化処理して、表面１２に凹凸１３を形成し、図５に示すように、この凹凸１３を利用して、物理吸着効果を実現するとともに、物理的に吸着した有害物質をケミカルフィルタに固定化する化学的吸着剤１４の塗布を確実にすることが提案されている。しかしながら、この提案のケミカルフィルタは、化学的吸着剤塗付プロセスに用いる増粘剤により、表面活性化処理により形成した凹凸１３は、増粘剤により閉塞され、表面活性化処理により得られた比表面積の増加分だけの塗布密度を増加させることができないため、高フィルタ効率が実現できず、また、表面活性化処理に要する費用がコストアップの要因になっている。
【０００６】
また、特許文献１に示されるように、粒体状担体に化学吸着剤を担持させたケミカルフィルタと、高分子繊維に化学吸着剤を重合させたケミカルフィルタが提案されている。この特許文献１のケミカルフィルタは、高分子繊維に化学吸着材としてアミン基を重合させた第１のケミカルフィルタで、外部環境から供給された空気に含有されているパーティクルが除去され、化学汚染物質である硫黄酸化物ＳＯｘの一部が除去される。第１のケミカルフィルタを通過した空気は、粒体状担体ゼオライトに化学吸着剤である過マンガン酸カリウムを担持させた第２のケミカルフィルタにおいて、外部環境から供給された空気中に含有されている硫黄酸化物ＳＯｘの大部分が除去される。第２のケミカルフィルタを通過した空気は、第１のケミカルフィルタと同じ高分子繊維に化学吸着剤としてアミン基を重合した第３のケミカルフィルタで、外部環境から供給された空気に含有されていた硫黄酸化物ＳＯｘを除去しかつ第２のケミカルフィルタで発生したパーティクルを除去する。
【０００７】
しかしながら、特許文献１のケミカルフィルタは、耐薬品性に優れ安価な汎用のファイバに化学的吸着剤を塗布したものではなく、粒体状担体に化学吸着剤を担持させたケミカルフィルタあるいは高分子繊維に化学吸着剤を重合させたケミカルフィルタであり、表面活性化処理した特殊の担体を必要とするので、フィルタの製造コストが高くなる問題点がある。また、ケミカルフィルタにとって、担体の表面の化学吸着剤の表面塗布率が改善されていない。
【０００８】
【特許文献１】
特開平０６−２３２０１７号公報（第２頁右欄段落番号［０００９］）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、安価で化学吸着剤の表面塗布率が大きく、高フィルタ効率のケミカルフィルタが要望されている。
【００１０】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、安価で化学吸着剤の表面塗布率が大きく、高フィルタ効率のケミカルフィルタを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の１つの態様によれば、セラミックファイバ、または、ガラスファイバのいずれか、またはそれらの混合物を基材とし、この基材の表面に過マンガン酸カリウム、水酸化カルシウム、リン酸、二酸化マンガン、または、炭酸アルカリ、炭酸アルカリ土類のいずれかの化学的吸着剤が塗布されていることを特徴とするケミカルフィルタが提供される。これにより、安価で化学吸着剤の表面塗布率が大きく、高フィルタ効率のケミカルフィルタが実現される。
【００１２】
好適な一例では、上記基材は、その表面を特別に活性化処理することなく、平滑な表面である。これにより、汎用のファイバを使用でき安価である。
【００１３】
また、他の好適な一例では、上記基材は、１〜１００μｍの直径、５０ｍｍ以下の長さを有するファイバからなるシート形状である。これにより、シート形状のケミカルフィルタを容易に製造できる。
【００１４】
また、他の好適な一例では、上記基材のファイバ表面には、８〜９９％の面積比率で０．０１〜１μｍの厚さの薄膜が塗布されている。これにより、効率よく吸着できかつ経済的である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わるケミカルフィルタの実施形態について添付図面を参照して説明する。
【００１６】
図１に示すように、本発明に係わるケミカルフィルタは、セラミックファイバ、または、ガラスファイバのいずれか、またはそれらの混合物を基材１とし、この基材１の表面２に過マンガン酸カリウム、水酸化カルシウム、リン酸、二酸化マンガン、または、炭酸アルカリ、炭酸アルカリ土類のいずれかの化学的吸着剤３が薄膜状に塗布されたものである。
【００１７】
図２に示すように、上記基材１は、セラミックファイバ、または、ガラスファイバのいずれか、またはそれらの混合物であり、上記セラミックファイバにカーボンファイバを含み、また、汎用ファイバであり、その表面２に表面活性化処理が施されておらず、凹凸がなく平滑である。さらに、基材１は、化学的吸着剤と増粘剤が塗布されることから、化学的安定性（耐薬品性）を有するのが好ましく、また、エンジンフィルタとして使用する場合には、１００℃程度での耐熱性を有するのが好ましい。また、上記セラミックファイバは、例えば高温溶融状態のセラミックファイバ材料溶融体をブロー法によって吹飛ばして得られる。基材１は直径が１〜１００μｍ、長さが５０ｍｍ以下のファイバからなるシート形状にするのが好ましい。これにより、シート形状のケミカルフィルタを容易に製造できる。直径が１μｍより小さく、あるいは１００μｍを超えるとシート形状のケミカルフィルタを製造しにくい。
【００１８】
また、上記化学的吸着剤３としては、過マンガン酸カリウム、水酸化カルシウム、リン酸、二酸化マンガン、または、炭酸アルカリ、炭酸アルカリ土類のいずれかを用いる。
【００１９】
本発明に係わるケミカルフィルタの製造方法の一例として、セラミックファイバ（約７２重量％アルミナ、約２８重量％シリカ、及び他の少量不純物含有）を基材として使用し、水ガラス３０重量％、アルカリ塩（炭酸アルカリ）１５重量％及び少量の界面活性剤を水に溶かしたスラリを化学的吸着剤と増粘剤として使用し、上記ファイバを浸漬して、高密度に表面塗布を行う。化学的吸着剤は、基材としてのファイバ表面の面積比率８〜９９％、厚さ０．０１〜１μｍの薄膜に塗布される。これにより、効率よく吸着できかつ経済的である。面積比率が８％より小さく、あるいは厚さが０．０１μｍより薄いと、化学的吸着剤による吸着が十分になされず、面積比率が９９％を超えるとその実現に大きなコストを要する。また、厚さが１μｍを超えると、化学的吸着剤が過剰となり、不経済である。
【００２０】
上記のような本発明に係わるフィルタは、空気中の有害物質、特にＮＯｘやＳＯｘなどのような有害ガスが通過する場合、ファイバ表面に接触すると同時に、化学的吸着剤と化学反応が起こり、生成物をファイバの表面に固定する。
【００２１】
図１に示すように、基材１の表面２に凹凸がなく平滑であっても、界面活性剤や増粘剤の添加により、高密度に塗布して、塗布効率が向上し、化学的吸着剤３の面積が増大してケミカルフィルタの有害物質捕捉量は、表面活性化処理ファイバを用いたケミカルフィルタと同等、若しくはそれ以上となる。このように、基材とするファイバを特別な活性化処理せずに、汎用のセラミックファイバまたはガラスファイバなどを使用できるため、大幅なコストダウンが可能となる。
【００２２】
上記化学的吸着剤３による有害物質捕捉過程は、例えば、過マンガン酸カリウムによる有害物質ＮＯｘ、ＳＯｘの吸着と固定化のメカニズムについて以下の化学反応式よりと理解される。
【００２３】
【外１】
【００２４】
この反応の生成物であるＭｎＯ２（酸化マンガン）は次の触媒反応によりオゾン除去の役割を果たす。
【００２５】
【外２】
【００２６】
以上の反応を利用して、様々な実用ケミカルフィルタを構成することができる。
【００２７】
上記本発明に係わるケミカルフィルタは、特にエンジンの排ガスや室内やクリーンルーム内に含まれる有害物質の濾過に適する。
【００２８】
【実施例】
本発明に係わるケミカルフィルタを用い、下記測定条件により、図３に示すような測定方法により、フィルタ性能の測定を行い、市販のケミカルフィルタと比較する。なお、本発明のケミカルフィルタの基材としてのファイバは、直径２０μｍ、化学的吸着剤の膜厚平均０．５μｍで、化学的吸着剤の表面塗布率は９５％のものを用いる。
【００２９】
【外３】
【００３０】
結果：表１及び表２に示す。
【表１】
【００３１】
【表２】
【００３２】
本発明に係わるケミカルフィルタは、塩化物及び各酸化物に対し、初期フィルタ効率は、９６〜９８％と極めて高効率であることがわかった。
【００３３】
これに対して、市販のケミカルフィルタは、塩化物及び各酸化物に対し、本発明に係わるケミカルフィルタに比べて、初期フィルタ効率が劣り、特に、窒素酸化物では、９１％と著しく劣ることがわかった。
【００３４】
【発明の効果】
本発明に係わるケミカルフィルタによれば、安価で化学吸着剤の表面塗布率が大きく、高フィルタ効率のケミカルフィルタを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わるケミカルフィルタに用いられる基材とこの基材に塗布された化学的吸着剤の模式図。
【図２】本発明に係わるケミカルフィルタに用いられる基材の模式図。
【図３】本発明に係わるケミカルフィルタの性能試験方法の概念図。
【図４】従来のケミカルフィルタに用いられる基材の模式図。
【図５】従来のケミカルフィルタに用いられる基材とこの基材に塗布された化学的吸着剤の模式図。
【符号の説明】
１ 基材
２ 表面
３ 化学的吸着剤[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a chemical filter, and more particularly to a chemical filter that captures harmful gases and immobilizes harmful substances by a chemical method.
[0002]
[Prior art]
In general, filters are roughly classified into coarse dust filters that trap particulate matter and chemical filters that trap harmful substances such as NOx and SOx. Conventional chemical filters use a substrate having a large specific surface area, such as activated carbon fiber or activated alumina fiber, in order to trap harmful substances in the air. This is called the physical adsorption effect of the filter. In order to prevent the collected harmful substances from being released, a chemical adsorbent such as potassium permanganate is applied to the surface of the substrate, and a chemical reaction between the chemical adsorbent and the harmful substances is used. This is called the chemical fixing effect of the chemical filter.
[0003]
Conventional chemical filters use only the physical adsorption effect or use both the physical adsorption effect and the chemical fixing effect.In either case, however, the surface is basically activated by the activation treatment. Special fiber substrates with increased surface areas have been required.
[0004]
In addition, in the case of using only the physical adsorption effect, the conventional chemical filter has a problem in that the adsorption characteristics change according to changes in gas concentration, gas temperature, moisture, and the like, and the adsorbed harmful substances are released again. In addition, conventional chemical filters that use the chemical fixation effect require a special fiber substrate that has been surface-activated to achieve the physical adsorption effect and the application of a chemical adsorbent. There was a problem that became expensive. In particular, for a chemical filter, the surface application rate of the chemical adsorbent directly affects the chemical fixing effect. Therefore, in the conventional chemical filter, the surface application rate of the chemical adsorbent on the surface of the base fiber was low. Even if the surface activation treatment is performed, the coating rate is at most 40 to 60%, and improvement of the coating rate has been a problem. For this reason, conventionally, chemical filters have been expensive and have not been widely used despite good characteristics.
[0005]
Therefore, a device for efficiently applying a chemical adsorbent to a fiber as a base material of a chemical filter has been devised. As shown in FIG. 4, the surface 12 of the fiber 11 used for the chemical filter is activated to form irregularities 13 on the surface 12, and as shown in FIG. It has been proposed to achieve the effect and to ensure the application of the chemical adsorbent 14 for immobilizing the physically adsorbed harmful substance on the chemical filter. However, in the proposed chemical filter, the unevenness 13 formed by the surface activation treatment by the thickener used in the chemical adsorbent coating process is closed by the thickener, and the ratio obtained by the surface activation treatment is reduced. Since the coating density cannot be increased only by the increase in the surface area, high filter efficiency cannot be realized, and the cost required for the surface activation treatment is a factor of cost increase.
[0006]
Further, as shown in Patent Document 1, a chemical filter in which a chemical adsorbent is supported on a granular carrier, and a chemical filter in which a chemical adsorbent is polymerized on a polymer fiber have been proposed. The chemical filter disclosed in Patent Document 1 is a first chemical filter in which an amine group is polymerized on a polymer fiber as a chemical adsorbent. Particles contained in air supplied from an external environment are removed, and a chemical contaminant is removed. Is removed. The air that has passed through the first chemical filter is contained in the air supplied from the external environment in the second chemical filter in which potassium permanganate, which is a chemical adsorbent, is supported on the granular zeolite carrier. Most of the sulfur oxides SOx are removed. The air that passed through the second chemical filter was contained in the air supplied from the external environment in a third chemical filter obtained by polymerizing the same polymer fiber as the first chemical filter with an amine group as a chemical adsorbent. The sulfur oxides SOx are removed and the particles generated by the second chemical filter are removed.
[0007]
However, the chemical filter of Patent Document 1 is not a general-purpose fiber which is excellent in chemical resistance and is inexpensive and is not coated with a chemical adsorbent, but a chemical filter or a polymer fiber in which a granular carrier carries the chemical adsorbent. This is a chemical filter obtained by polymerizing a chemical adsorbent, and requires a special carrier that has been subjected to a surface activation treatment. Therefore, there is a problem that the cost for producing the filter is increased. Further, for a chemical filter, the surface coating rate of the chemical adsorbent on the surface of the carrier has not been improved.
[0008]
[Patent Document 1]
JP-A-06-232017 (paragraph number [0009] on page 2, right column)
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, there is a demand for a chemical filter that is inexpensive, has a large surface application rate of the chemical adsorbent, and has a high filter efficiency.
[0010]
The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and has as its object to provide a chemical filter that is inexpensive, has a large surface coating rate of a chemical adsorbent, and has high filter efficiency.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, according to one aspect of the present invention, a ceramic fiber or a glass fiber, or a mixture thereof is used as a base material, and potassium permanganate, hydroxide, There is provided a chemical filter coated with a chemical adsorbent of calcium, phosphoric acid, manganese dioxide, or any of alkali carbonate and alkaline earth carbonate. As a result, a chemical filter that is inexpensive, has a large surface application rate of the chemical adsorbent, and has high filter efficiency is realized.
[0012]
In a preferred example, the substrate has a smooth surface without specially activating the surface. Thus, general-purpose fibers can be used and the cost is low.
[0013]
In another preferred example, the substrate has a sheet shape made of fibers having a diameter of 1 to 100 μm and a length of 50 mm or less. Thereby, a sheet-shaped chemical filter can be easily manufactured.
[0014]
In another preferred example, a thin film having a thickness of 0.01 to 1 μm is applied to the fiber surface of the base material at an area ratio of 8 to 99%. This allows efficient adsorption and is economical.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of a chemical filter according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0016]
As shown in FIG. 1, a chemical filter according to the present invention uses ceramic fiber or glass fiber, or a mixture thereof, as a base material 1, and a surface 2 of the base material 1 with potassium permanganate and water. A chemical adsorbent 3 of calcium oxide, phosphoric acid, manganese dioxide, or any one of alkali carbonate and alkaline earth carbonate is applied in a thin film form.
[0017]
As shown in FIG. 2, the substrate 1 is a ceramic fiber or a glass fiber, or a mixture thereof. The ceramic fiber includes a carbon fiber, and is a general-purpose fiber. Has not been subjected to a surface activation treatment and has no irregularities and is smooth. Further, since the base material 1 is coated with a chemical adsorbent and a thickener, it is preferable that the base material 1 has chemical stability (chemical resistance). It is preferable to have a heat resistance of the order. The ceramic fiber is obtained, for example, by blowing a high-temperature molten ceramic fiber material melt by a blow method. The substrate 1 is preferably formed in a sheet shape composed of fibers having a diameter of 1 to 100 μm and a length of 50 mm or less. Thereby, a sheet-shaped chemical filter can be easily manufactured. If the diameter is smaller than 1 μm or exceeds 100 μm, it is difficult to manufacture a sheet-shaped chemical filter.
[0018]
Further, as the chemical adsorbent 3, any one of potassium permanganate, calcium hydroxide, phosphoric acid, manganese dioxide, or alkali carbonate or alkaline earth carbonate is used.
[0019]
As an example of the method of manufacturing the chemical filter according to the present invention, a ceramic fiber (containing about 72% by weight alumina, about 28% by weight silica, and other small impurities) is used as a base material, 30% by weight of water glass, alkali salt is used. (Alkali carbonate) A slurry prepared by dissolving 15% by weight and a small amount of a surfactant in water is used as a chemical adsorbent and a thickener, and the fiber is immersed to perform high-density surface coating. The chemical adsorbent is applied to a thin film having an area ratio of 8 to 99% on the fiber surface as a substrate and a thickness of 0.01 to 1 μm. This allows efficient adsorption and is economical. If the area ratio is less than 8% or the thickness is less than 0.01 μm, the adsorption by the chemical adsorbent will not be sufficient, and if the area ratio exceeds 99%, a large cost will be required to realize it. On the other hand, when the thickness exceeds 1 μm, the amount of the chemical adsorbent becomes excessive, which is uneconomical.
[0020]
When the harmful substances in the air, particularly harmful gases such as NOx and SOx, pass through the filter according to the present invention as described above, the filter comes into contact with the fiber surface, and at the same time, a chemical reaction occurs with the chemical adsorbent. An object is fixed to the surface of the fiber.
[0021]
As shown in FIG. 1, even if the surface 2 of the base material 1 is smooth without any irregularities, application of a surfactant or a thickener enables high-density coating, thereby improving coating efficiency and chemical adsorption. As the area of the agent 3 increases, the harmful substance trapping amount of the chemical filter becomes equal to or larger than that of the chemical filter using the surface activation treated fiber. As described above, since a general-purpose ceramic fiber or glass fiber can be used without specially activating the fiber as the base material, a significant cost reduction can be achieved.
[0022]
In the process of trapping harmful substances by the chemical adsorbent 3, the mechanism of adsorption and immobilization of harmful substances NOx and SOx by potassium permanganate is understood from the following chemical reaction formula.
[0023]
[Outside 1]
[0024]
MnO 2 (manganese oxide), a product of this reaction, plays a role in ozone removal by the following catalytic reaction.
[0025]
[Outside 2]
[0026]
Various practical chemical filters can be configured using the above reaction.
[0027]
The chemical filter according to the present invention is particularly suitable for filtering harmful substances contained in exhaust gas from an engine and in a room or a clean room.
[0028]
【Example】
Using the chemical filter according to the present invention, the filter performance is measured by the measurement method shown in FIG. 3 under the following measurement conditions, and compared with a commercially available chemical filter. The fiber used as the base material of the chemical filter of the present invention has a diameter of 20 μm, an average thickness of the chemical adsorbent of 0.5 μm, and a surface application rate of the chemical adsorbent of 95%.
[0029]
[Outside 3]
[0030]
Results: shown in Tables 1 and 2.
[Table 1]
[0031]
[Table 2]
[0032]
It has been found that the chemical filter according to the present invention has an extremely high initial filter efficiency of 96 to 98% for chlorides and oxides.
[0033]
On the other hand, a commercially available chemical filter is inferior in initial filter efficiency to chlorides and oxides as compared with the chemical filter according to the present invention. all right.
[0034]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the chemical filter which concerns on this invention, the chemical filter of inexpensive, the surface coating rate of a chemical adsorbent is large, and a chemical filter with high filter efficiency can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of a substrate used in a chemical filter according to the present invention and a chemical adsorbent applied to the substrate.
FIG. 2 is a schematic view of a base material used for a chemical filter according to the present invention.
FIG. 3 is a conceptual diagram of a performance test method of a chemical filter according to the present invention.
FIG. 4 is a schematic view of a base material used in a conventional chemical filter.
FIG. 5 is a schematic view of a substrate used in a conventional chemical filter and a chemical adsorbent applied to the substrate.
[Explanation of symbols]
1 base material 2 surface 3 chemical adsorbent
