JP2006095429A - 気体清浄装置 - Google Patents
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Abstract
ホルムアルデヒド、VOCなどの汚染分子を効率的に除去することができる気体清浄装置を提供すること。
【解決手段】
本発明の気体清浄装置は、導電性基体1上に複数の導電性繊維4を設けたフィルターと、導電性基体1に電圧を加えることによって導電性繊維4の周囲に電界を形成する電界形成手段とを備えてなることを特徴とする。
【選択図】図1
Description
本発明では、導電性繊維の周囲に空間的に変化する電界を存在せしめ、該電界が存在する領域を通過する気体分子がその影響を受けることを利用して、異なる分子間の分離を行なう。
本発明の気体清浄装置は、導電性繊維の周囲に存在する電界を用いて分子間の分離を行うので、導電性繊維近傍に十分強い電界を発生させることが望ましい。導電性繊維には、従来の金属繊維や金属コートされたポリマー繊維などを用いることも出来るが、これらは通常数100μm程度の太さを有するため、強い電界を発生させるには数kVから数10kVといった高圧用電源が必要となる。家庭用電源などの比較的電圧の低い電源で強い電界を発生させるには、上記の繊維に比べて極めて細いカーボンファイバー、カーボンナノチューブ、カーボンナノワイヤーなどの炭素系繊維を使うことができ、また、金属ナノ繊維など炭素系繊維以外の繊維も用いることができる。カーボンファイバー、カーボンナノチューブ、カーボンナノワイヤーなどは、導電性基体上に化学気相成長法などで形成できる。その成長位置や成長密度を制御する必要がある場合には、Ni、Fe、Co等の金属微粒子を基体表面に予め分散させ、その触媒作用を利用することにより、これら微粒子上に該導電性繊維を高密度で形成できる。導電性基体としては、グラファイト、金属、又は、ガラスやセラミックスなど絶縁体表面上に予めAl、Ag等の金属薄膜などを設けて導電性を付与したものを用いてもよい。
導電性繊維の周囲に存在する電界により導電性繊維に引き寄せられるホルムアルデヒドなどの分子の吸着性を促進するためには、導電性繊維に表面修飾を行ってもよい。たとえば、ホルムアルデヒドを炭素系導電性繊維表面に吸着させるには、シフ反応を促進するためにアミノ系材料等で表面修飾を施してもよい。炭素系導電性繊維表面をアミノ基で修飾するには、p−フタル酸エステル水溶液に浸漬して表面に−COOC6H4COOH基を形成したのち、−COOHを、SOCl2を用いて−Cl基に置換し、オクタデシルジアミンNH2(CH2)17NH2に浸漬することで−COOC6H4CONH(CH2)17NH2を固定する等の方法を用いることができる。
これら導電性繊維の周囲に電界を形成するには、例えば、導電性繊維を形成した導電性基体を非接触で取り囲む外枠又は配管等と、導電性基体の間に電圧を印加すればよい。具体的には、外枠又は配管等は接地電位とし、導電性基体を正電位として用いることができる。また、導電性繊維と外枠又は配管等が電気的に接触し、直流放電等が発生するのを避けるために、これらが近接する配管内面にシリカ、アルミナなどの絶縁性薄膜を設けてもよい。上記のような方法で、導電性繊維の周囲に電界を形成する場合、導電性基体に印加する電圧を消失させることにより、フィルターの周囲の電界を一時的に消失させることができる。本発明の装置を長時間使用すると、導電性繊維の周りにホルムアルデヒド、VOC等の分子が多数付着してフィルター機能が低下する場合があるが、上記方法で導電性繊維の周囲の電界を一時的に消失させることによって、導電性繊維の周りに付着したホルムアルデヒド、VOC等の分子を容易に除去する(すなわち、導電性繊維から脱離させる)ことができる。すなわち、この場合、本発明の装置は、フィルターを再生させる機能を有する。
本発明の装置は、通常は、導電性繊維に水分子を吸着可能である。なぜなら、水分子は、有極性分子であり、また、導電性繊維と化学結合を形成して、導電性繊維表面に吸着されることがあるからである。
導電性繊維は、触媒薄膜又は触媒微粒子を表面に備えることが好ましい。この場合、電界の効果で繊維表面に引き寄せられた有極性分子が、繊維表面に存在する触媒薄膜又は触媒微粒子と効果的に接触することができ、酸化・乖離等の作用を効率的に受けることができるからである。
図1は、実施例1に係る本発明の気体清浄装置の構造を示す図である。本実施例において、符号1は導電性繊維4の下地となる基板、符号2は基板1上に必要に応じて設けられる導電層、符号3は導電性繊維の成長位置、成長密度などを制御するために必要に応じて設けられた微粒子触媒層、符号4は導電性繊維、符号5は導電性繊維4を形成した基板1を非接触で取り囲む外枠又は配管、符号6は導電性繊維と外枠又は配管5との電気的な接触やDC電界下での放電を防ぐために設けられた絶縁層、符号7は気体の導入側、符号7aは排気側を示す。また、符号13は基板1に電圧を印加するためのDC電源、符号14は接地電位を示す。
まず、基板1としては半径3mm、長さ3cmの円筒形状のグラファイトを用いた。基板1上に、日本ペイント製のNiコロイドペーストを、アセトン溶媒を用いて超音波洗浄装置により展開し、粒径3〜5nmのNi微粒子が1cm2当たり約1010個程度分散された表面を形成した。その後、この基板1をマイクロ波プラズマCVD装置の真空チャンバーに導入、1×10-5Paまで排気し、さらに600℃で10分間熱処理を行った。その後、基板温度を600℃に維持し、チャンバーの真空度を15Torr程度になるように圧力コントロールバルブを調整しながら、マスフローコントロールを通じてH2ガスを流量80sccmで導入し、5分程度の表面クリーニングを行った。次に、H2ガスを流量80sccm、およびCH4ガスを流量20sccm、トータル圧力15Torrの条件の下に導入し、更にバイアス電圧100Vを印加して、電力500W、周波数2.45GHzの高周波プラズマ励起により、カーボンナノワイヤーを気相成長させた。成長したカーボンナノワイヤーは、平均的な寸法は半径約6nm、長さ約30ミクロンで、電子線回折評価によれば多層カーボンナノチューブと非晶質ファイバーが混在しており、ほぼ触媒微粒子の密度に相当する数のこれらカーボンナノワイヤーが形成された。カーボンナノワイヤーを全面に成長させた基板1の任意の2点にテスターのプローブを当てたところ、MΩオーダーの抵抗を示し、形成されたカーボンナノワイヤーは導電性を有していた。また、成長前後の重量の比較から、形成されたカーボンナノワイヤーの重量は0.8mgであった。
配管のガス導入側7からホルムアルデヒド8を0.1ppm、酸素9、及び図1には示さないが窒素を含むドライエアーを1cc/minの流量で供給し、基板1にはDC電源13により正電圧を印加し、外枠又は配管5は接地電位14としてフィルター動作を評価した。排気側7aにおいて気体を10分間捕集管に捕集し液体クロマトグラフィーを用いた公知の方法によりホルムアルデヒド濃度を測定したところ、表1に示す結果が得られた。
また、本実施例でのフィルター動作の評価において、排気側に市販の半導体薄膜式オゾンセンサー、測定レンジ0.10〜100ppm、を配置し、30分放置後オゾン発生の有無を評価したところ、検出限界以下であった。
2.導電性薄膜
3.触媒微粒子
4.導電性ナノワイヤー又はナノチューブ
5.フィルターの外枠又は配管
6.絶縁層
7.ガス導入側
7a.ガス排気側
8.酸素分子
9.ホルムアルデヒド分子
10.水分子
11.二酸化炭素
12.水素
13.DC電源
14.接地電位
Claims (13)
- 導電性基体上に複数の導電性繊維を設けたフィルターと、導電性基体に電圧を加えることによって導電性繊維の周囲に電界を形成する電界形成手段とを備えてなることを特徴とする気体清浄装置。
- 導電性繊維が、炭素系繊維からなる請求項1に記載の装置。
- 炭素系繊維は、カーボンナノチューブ又はカーボンナノワイヤーからなる請求項2に記載の装置。
- 炭素系繊維は、カーボンナノチューブ又はカーボンナノワイヤーが表面に形成されたカーボンファイバーからなることを特徴とする請求項2に記載の装置。
- 導電性繊維は、太さが0.1ミクロン以下の繊維を含むことを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 導電性繊維は、太さが異なる複数種の繊維を含むことを特徴とする請求項1に記載の装 置。
- 電界形成手段は、フィルターの周囲の電界を一時的に消失させる機能を有する請求項1に記載の装置。
- フィルターを再生させる機能を有する請求項1に記載の装置。
- 導電性繊維に水分子を吸着可能である請求項1に記載の装置。
- フィルターを加熱する加熱手段をさらに備える請求項1に記載の装置。
- 導電性繊維は、触媒薄膜又は触媒微粒子を表面に備えることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 触媒薄膜又は触媒微粒子は、金属を含むことを特徴とする請求項11に記載の装置。
- 触媒薄膜又は触媒微粒子は、酸化物を含むことを特徴とする請求項11に記載の装置。
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