JP2006255251A - 脱臭体および脱臭体を用いた脱臭装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】生活空間で発生する臭気を吸着剤により吸着除去でき、特に有害なアセトアルデヒドを常温で有害性の小さい酢酸へ転化し、吸着剤により吸着除去できる脱臭体を提供すること。
【解決手段】物理吸着作用を有する吸着剤４と、遷移元素を含み触媒作用を有する酸化物５と、前記物理吸着剤４および前記触媒酸化物５を担持する担体３とから構成され、前記触媒酸化物５がアルデヒド類をカルボン酸へ転化後、前記物理吸着剤４で吸着除去することを特徴とした脱臭体１で、生活空間で発生する臭気を物理吸着剤４により吸着除去でき、特に有害なアセトアルデヒドを遷移元素を含む触媒酸化物５の触媒作用により常温で有害性の小さい酢酸へ転化して、吸着剤により吸着除去できる脱臭体１を実現できる。
【選択図】図１
【解決手段】物理吸着作用を有する吸着剤４と、遷移元素を含み触媒作用を有する酸化物５と、前記物理吸着剤４および前記触媒酸化物５を担持する担体３とから構成され、前記触媒酸化物５がアルデヒド類をカルボン酸へ転化後、前記物理吸着剤４で吸着除去することを特徴とした脱臭体１で、生活空間で発生する臭気を物理吸着剤４により吸着除去でき、特に有害なアセトアルデヒドを遷移元素を含む触媒酸化物５の触媒作用により常温で有害性の小さい酢酸へ転化して、吸着剤により吸着除去できる脱臭体１を実現できる。
【選択図】図１
Description
本発明は、生活空間の気体に含まれる臭気物質を吸着除去でき、特にタバコの主成分で、ＶＯＣの一種でもある有害性の高いアセトアルデヒドを吸着除去する脱臭体および脱臭体を用いた脱臭装置に関するものである。
従来、白金属を用いた触媒を高温（２００℃以上）で作動させ、臭気物質などを水や二酸化炭素などへ分解する白金系の熱触媒が広く知られている。また、特開平１０−１８０１０８号にはマンガンを主体とする遷移金属による複合酸化物を用いた脱臭用の触媒について開示されている。これによるとマンガンとコバルトの複合酸化物により、５０℃でアセトアルデヒドを８０％分解されるとしている（例えば、特許文献１参照）。
さらには、常温での臭気の分解触媒として、比表面積が大きな担体に光触媒を担持した光触媒脱臭フィルターとして以下の発明がある（例えば、特許文献２、特許文献３参照）。
特開平１０−１８０１０８号公報
特開平６−３４３８７５号公報
特開２００３−５３１９６号公報
しかしながら、従来の白金系の触媒や上記特許文献１に開示の脱臭体では、作動温度が高く、エアコンや空気清浄機などに応用できないという課題があり、また光触媒は吸着剤などと比較して脱臭速度が遅いことや、光源が必要であるためサイズを小さくできない、コストが高い、耐衝撃性が弱いなどの課題を有していた。
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、生活空間で発生する臭気を吸着剤により吸着除去でき、特に有害なアセトアルデヒドを常温で有害性の小さい酢酸へ転化して、吸着剤により吸着除去できる脱臭体を提供することを目的とする。
本発明は、このような課題を解決するものであり、吸着作用を有する吸着剤と、遷移元素を含み触媒作用を有する酸化物と、前記吸着剤および前記酸化物を担持する担体とから構成され、前記酸化物がアルデヒド類をカルボン酸へ転化後、前記吸着剤で吸着除去することを特徴とした脱臭体とするもので、生活空間で発生する臭気を物理吸着作用を有する吸着剤により吸着除去でき、特に有害なアセトアルデヒドを遷移元素を含む酸化物の触媒作用により常温で有害性の小さい酢酸へ転化して、吸着剤により吸着除去できる脱臭体を実現できる。
本発明の脱臭体は、生活空間で発生する臭気を吸着除去でき、特に有害なアセトアルデヒドを常温で有害性の小さい酢酸へと転化して、吸着除去できる脱臭体を提供することができる。
第１の発明は、吸着作用を有する吸着剤と、遷移元素を含み触媒作用を有する酸化物と、前記吸着剤および前記酸化物を担持する担体とから構成され、前記酸化物がアルデヒド類をカルボン酸へ転化後、前記吸着剤で吸着除去することを特徴とした脱臭体とするもので、生活空間で発生する臭気を物理吸着作用を有する吸着剤により吸着除去でき、特に有害なアセトアルデヒドを遷移元素を含む酸化物の触媒作用により常温で有害性の小さい酢酸へ転化して、吸着剤により吸着除去できる脱臭体を実現できる。
第２の発明は、吸着剤が疎水性ゼオライトである請求項１記載の脱臭体とするもので、シリカ分を高めたゼオライトは極性が小さくなるため、非極性の臭気分子を吸着できるようになり、また雰囲気の湿度に依存することなく臭気分子を吸脱着できるようになるため、多様な臭気分子を吸着除去できる脱臭体を実現できる。
第３の発明は、担体が有機繊維から構成されるハニカム構造体である請求項１記載の脱臭体とするもので、耐衝撃性が高く、通気抵抗が小さく、比表面積が大きいため、圧損を抑え、臭気の吸脱着効率が高く衝撃に強い脱臭体を実現できる。
第４の発明は、酸化物が少なくとも吸着剤表面に担持されている請求項１記載の脱臭体とするもので、さらに触媒作用を有する酸化物の分散性を高め、比表面積を大きくすることができ、また吸着剤と近接しているため転化により生成したカルボン酸を速やかに吸着剤へ移動させることで酸化物表面が清浄になるためにカルボン酸への転化率の高い脱臭体を実現できる。
第５の発明は、吸着剤にゼオライトを含み、通気することにより、前記ゼオライトが再生される請求項１記載の脱臭体とするもので、吸脱着しやすい吸着剤であるゼオライトを担持した脱臭体に通気することにより、飽和吸着に達したゼオライトが脱着再生されることで、メンテナンスフリーで長期間使用できる脱臭体を実現できる。
第６の発明は、酸化物はＭｎとＣｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎのうちから選択された遷移元素との複合酸化物である請求項１記載の脱臭体とするもので、酸化物の中でも特にアルデヒド類をカルボン酸へ転化する性能が高く、カルボン酸への転化率の高い脱臭体を実現できる。
第７の発明は、複合酸化物にＡｌ、Ｓｉ、Ｐ、Ｋ、Ｃａ、Ｔｉのうちから選択された元素を含む請求項６記載の脱臭体とするもので、これらの助触媒的な作用により、さらにカルボン酸への転化率の高い脱臭体を実現できる。
第８の発明は、少なくとも臭気を含む空気を導入する吸気口と、前記臭気を含む空気を吸気する吸気手段と、前記吸気手段により吸気した空気に含まれる臭気を脱臭するフィルターと、前記フィルターにより脱臭された空気を室内へ導入する導入口と、前記フィルターから脱着した臭気を室外へ排気する排気口とを備え、前記フィルターが請求項１〜７いずれか１項に記載の脱臭体である脱臭装置とするもので、吸着剤を担持した脱臭体に通気することにより、飽和吸着に達した吸着剤から脱着した臭気が室外に排気されることで、メンテナンスフリーで長期間使用できる脱臭装置を実現できる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
（実施の形態１）
図１（ａ）は本発明の第１の実施の形態における脱臭体を示す外観模式図であり、（ｂ）は脱臭体表面の拡大模式図である。脱臭体１は、担体３としてポリエチレンテレフタレートを代表とするポリエステル繊維などの有機繊維から構成される平板および波形板を交互に積層されたハニカム構造体であり、通気方向２へ低い通気抵抗で通気することができる。
図１（ａ）は本発明の第１の実施の形態における脱臭体を示す外観模式図であり、（ｂ）は脱臭体表面の拡大模式図である。脱臭体１は、担体３としてポリエチレンテレフタレートを代表とするポリエステル繊維などの有機繊維から構成される平板および波形板を交互に積層されたハニカム構造体であり、通気方向２へ低い通気抵抗で通気することができる。
担体３は、物理吸着作用を有する吸着剤４（以下、本実施の形態では物理吸着剤４という）および触媒作用を有する酸化物５（以下、本実施の形態では触媒酸化物５という）を表面に担持する。物理吸着剤４や触媒酸化物５を担体３にアンカー効果もしくは物理的な結合もしくは化学的な結合などの作用により結合させ、担持されている。このときバインダを添加し、前記効果を高めると良いが、添加量が多い場合、吸着効果や触媒活性を低下させる原因となり、少ない場合、担体３との密着力が低下し、剥がれ落ちやすくなる。望ましくは、物理吸着剤４とバインダとの固形分が重量比で１：１〜２０：１程度である。
また、バインダは無機系としてはコロイダルシリカや水ガラス、リン酸アルミニウムなどが適しており、有機系としては水に酢酸ビニル、アクリル、エチレン、ビニルアルコール、変性ウレタンなどの樹脂粒子や、これらの樹脂からなる共重合樹脂粒子を分散させた水系エマルジョン型接着剤を用いるのが望ましい。この有機系バインダは、水を蒸発させることにより、樹脂粒子や共重合樹脂粒子の濃度が高くなり、そしてこれら粒子の表面同士がくっつき始め、粒子表面が互いに溶け合い、被膜を形成することで接着作用が発揮される。このように樹脂皮膜となるため、有機繊維に担持後も加工性に優れる一方で、無機系バインダより触媒性能は劣るという短所もある。
物理吸着剤４は、ゼオライト、シリカゲル、セピオライト、アルミナ、活性炭等の物理吸着作用を有する物質が用いられるが、臭気物質の吸脱着速度が速いゼオライトが最も望ましく、特にシリカ／アルミナ比が大きいため極性が小さい疎水性ゼオライトを用いるとよい。これにより、非極性の臭気分子も吸着するようになり、また雰囲気の湿度に依存することなく臭気分子を吸脱着できるため、多様な臭気分子を吸脱着できる脱臭体を実現できる。
また、本実施の形態で用いた疎水性ゼオライトは０．１〜１０μｍ程度の径であるが、この大きさに限定されるものではない。しかしながら、大きさを小さくした方が、同体積での表面積を大きくとることができるので好ましい。さらに、物理吸着剤４の形は図中にあるような球状に限定されるものではなく、また実際は物理吸着剤４の一次粒子が集まり、二次粒子を形成したり、さらには三次粒子を形成したりした粒子が担体３へ担持されていると考えられる。脱臭体の表面に凹凸を設けることにより、単位体積あたりの表面積を増やすことができるようになり、より効果的である。
本実施の形態では、脱臭体１に有機繊維で構成される平板および波形板を交互に積層されたハニカム構造体を用いたが、物理吸着剤４と触媒酸化物５との混合物を格子状に押出成型を行ったハニカム構造体を用いても良い。これにより、バインダを用いることがなくハニカム構造体全体を物理吸着剤４と触媒酸化物５とにすることができるので、吸着効果およびカルボン酸への転化率が高い脱臭体を実現できる。
触媒酸化物５は、遷移元素を含み触媒作用を有する酸化物で、周期表の３族〜１２族へ属する繊維元素の酸化物あるいは複合酸化物であり、特に扱いやすさや入手のしやすさ、触媒活性の高さなどの理由で、Ｍｎを主体としたＣｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎとの複合酸化物が望ましい。さらには、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐ、Ｋ、Ｃａ、Ｔｉの酸化物や炭酸化物などを添加すると、カルボン酸への転化率が向上する。詳細なメカニズムは不明だが、これらが助触媒的に機能するためと考えられる。
また、本実施の形態で用いた触媒酸化物５も、０．１〜１０μｍ程度の径であるが、この大きさに限定されるものではない。しかしながら、大きさを小さくした方が、同体積での表面積を大きくとることができるので好ましい。さらに、触媒酸化物５の形も図中にあるような球状に限定されるものではなく、また実際は触媒酸化物５の一次粒子が集まり、二次粒子を形成したり、さらには三次粒子を形成したりした粒子が担体３へ担持されていると考えられる。触媒酸化物５もアンカー効果もしくは物理的な結合もしくは化学的な結合などの作用により、担体３あるいは物理吸着剤４に担持されている。
次に担持方法について説明する。物理吸着剤４と触媒酸化物５との担体３への担持方法については、スプレーなどを用いた噴霧法、ディップ法などあるが、物理吸着剤４と触媒酸化物５と必要に応じてバインダを水や溶剤などに分散させ、ハニカム構造体をそのスラリーに浸漬することで担持するディップ法が望ましい。
また担体３が有機繊維の場合、有機繊維をすき込み紙状にするとき、同時に物理吸着剤４と触媒酸化物５とを混合しておくことで担持させることもできる。ディップ法の場合、粉末状の物理吸着剤４と触媒酸化物５とを分散させスラリーを作製するが、物理吸着剤４および触媒酸化物５の平均径は小さい方が望ましく、一次粒子の平均径で１μｍ以下程度が望ましい。さらには、なるべく凝集が起こらないように水や溶媒に分散させることが望ましく、必要に応じて分散剤を添加すると良い。
以下、脱臭体に対する実験例を示す。
疎水性ゼオライトと、酸化銅（２５％）と二酸化マンガン（７５％）からなる複合酸化物（以下、本実施の形態では複合酸化物Ａという）を水に分散させ、バインダとして固形分濃度２０ｗｔ％のコロイダルシリカを加え、水と疎水性ゼオライトと複合酸化物Ａとコロイダルシリカとの比が８：１：１：１のスラリー（以下、本実施の形態ではスラリーＡという）を作製した。また、疎水性ゼオライトと、酸化銅（２０％）と二酸化マンガン（７５％）と炭酸カリウム（５％）からなる複合酸化物（以下、本実施の形態では複合酸化物Ｂという）を水に分散させ、バインダとして固形分濃度２０ｗｔ％のコロイダルシリカを加え、水と疎水性ゼオライトと複合酸化物Ｂとコロイダルシリカとの比が８：１：１：１のスラリー（以下、本実施の形態ではスラリーＢという）と、活性炭と複合酸化物Ｂとを水に分散させ、バインダとして固形分濃度２０ｗｔ％のコロイダルシリカを加え、水と活性炭と複合酸化物Ｂとコロイダルシリカとの比が８：１：１：１のスラリー（以下、本実施の形態ではスラリーＣという）を作製した。
次に、ポリエステル繊維からなるハニカム構造体（１００×６２×ｔ１０、１６０セル／ｉｎｃｈ２）を３つ用意した（以下、本実施の形態ではそれぞれ、ハニカムＡ、ハニカムＢ、ハニカムＣという）。ハニカムＡをスラリーＡへ、ハニカムＢをスラリーＢへ、ハニカムＣをスラリーＣへ各々浸漬し、１３０℃での乾燥を２回繰り返し、各々に０．１ｇ／ｃｃで担持した。
また、疎水性ゼオライトを０．１ｇ／ｃｃで担持し、さらに白金を３０ｍｇ担持したポリエステル繊維からなるハニカム構造体（１００×６２×ｔ１０、１６０セル／ｉｎｃｈ２）を用意した（以下、本実施の形態ではハニカムＤという）。
作製した３種類および用意した１種類のハニカムサンプルにファンを取り付け、各サンプルをそれぞれ１０ｐｐｍのアセトアルデヒド濃度に調整した４０Ｌ容器の中へ入れた。容器内の温度は約２０℃であった。２７０Ｌ／ｍｉｎの流量でサンプルを通過するようにファンを調整し、容器内のアセトアルデヒド濃度減衰からワンパスでの酢酸への転化率を算出した。また、実験開始から６０分後の酢酸の濃度も測定した。
実験後、それぞれのサンプルを容器から取り出し、臭気のない場所でファンを作動させ、約２０℃で４０分間通気を行った。その後、上記実験を行った。これら一連の実験、通気を１０回繰り返した。表１に実験結果を示す。なお、ハニカムＡを用いた実験が実施例１、ハニカムＢを用いた実験が実施例２、ハニカムＣを用いた実験が実施例３、ハニカムＤを用いた実験が比較例１である。また、「Ｎ．Ｄ」は検出限界（０．０５ｐｐｍ）以下を示す。
表１より、複合酸化物によりアセトアルデヒドが酢酸へ転化されており、助触媒として炭酸カリウムを加えたものについては転化率が向上している。また、実施例１、２については１０回目の酢酸濃度が０．１ｐｐｍと小さく、実施例３は１．０ｐｐｍと大きい。これは、ゼオライトは活性炭と比較して、通気により酢酸が脱着され再生率が高いことを示している。
以上から、アセトアルデヒドを常温で酢酸へと転化し、吸着除去できる脱臭体を実現でき、また通気による脱着で物理吸着作用を有する吸着剤を再生させることができるので、メンテナンスフリーで長期間使用できる脱臭体を提供することができる。
（実施の形態２）
図２は本発明の第２の実施の形態における脱臭体の模式図である。部屋１０内部に脱臭装置１１が設置されている。脱臭装置１１は吸気手段１３と、吸気口１４と、脱臭用のフィルター１５と、脱臭された空気を部屋に戻す導入口１７と、臭気を含む空気２０を部屋から排気する排気口１９からなる。また、導入口１７と排気口１９との間には、これらを切り替える切替弁１８がある。
図２は本発明の第２の実施の形態における脱臭体の模式図である。部屋１０内部に脱臭装置１１が設置されている。脱臭装置１１は吸気手段１３と、吸気口１４と、脱臭用のフィルター１５と、脱臭された空気を部屋に戻す導入口１７と、臭気を含む空気２０を部屋から排気する排気口１９からなる。また、導入口１７と排気口１９との間には、これらを切り替える切替弁１８がある。
吸気手段１３はシロッコファン、ターボファン、プロペラファン、クロスフローファン、貫流ファン等が一般の吸気手段として使用され、特に限定するものではない。本実施の形態ではプロペラファンを用いた。また、吸気手段１３はフィルター１５への送風手段としても用いることができる。
次に動作方法について説明する。部屋１０内で臭気が発生した場合、脱臭装置１１は臭気を含む空気１２を吸気手段１３により吸気口１４を通して吸い込み、フィルター１５を通り脱臭され、脱臭された空気１６は導入口１７を通り、部屋１０へ戻される。フィルター１５が飽和吸着に達し、部屋１０内に臭気がない場合、切替弁１８によって通気方向を室外へ排出する排気口１９側へ切り替え、吸気手段１３を作動させ通気させることにより、臭気が飽和吸着した物理吸着作用を有する吸着剤から臭気を脱着させ、脱着させた臭気を含む空気２０を室外へ排出することができる。
したがって、この動作を繰り返すことにより、メンテナンスフリーで長期間使用できる脱臭装置を実現できる。
以上のように、本発明にかかる脱臭体および脱臭体を用いた脱臭装置は、上述したように生活空間で発生する臭気を吸着除去でき、特に有害なアセトアルデヒドを常温で有害性の小さい酢酸へと転化し、吸着除去できる脱臭体を提供することができ、また人の手を煩わすことなく自動的に吸脱着を制御し、メンテナンスフリーで長期間使用できる脱臭装置を提供することができる。
さらに、脱臭体はエアコン、生ごみ処理機、ＶＯＣ分解機、介護用脱臭機などへ搭載することにより、メンテナンスフリーで長期間利用できる脱臭機能、有害物質分解機能を付加することができるものである。
１ 脱臭体
２ 通気方向
３ 担体
４ 物理吸着作用を有する吸着剤
５ 触媒作用を有する酸化物
１０ 部屋
１１ 脱臭装置
１２ 臭気を含む空気
１３ 吸気手段
１４ 吸気口
１５ フィルター
１６ 脱臭された空気
１７ 導入口
１８ 切替弁
１９ 排気口
２０ 臭気を含む空気
２ 通気方向
３ 担体
４ 物理吸着作用を有する吸着剤
５ 触媒作用を有する酸化物
１０ 部屋
１１ 脱臭装置
１２ 臭気を含む空気
１３ 吸気手段
１４ 吸気口
１５ フィルター
１６ 脱臭された空気
１７ 導入口
１８ 切替弁
１９ 排気口
２０ 臭気を含む空気
Claims (8)
- 吸着作用を有する吸着剤と、遷移元素を含み触媒作用を有する酸化物と、前記吸着剤および前記酸化物を担持する担体とから構成され、前記酸化物がアルデヒド類をカルボン酸へ転化後、前記吸着剤で吸着除去することを特徴とした脱臭体。
- 吸着剤が疎水性ゼオライトである請求項１記載の脱臭体。
- 担体が有機繊維から構成されるハニカム構造体である請求項１記載の脱臭体。
- 酸化物が少なくとも吸着剤表面に担持されている請求項１記載の脱臭体。
- 吸着剤にゼオライトを含み、通気することにより、前記ゼオライトが再生される請求項１記載の脱臭体。
- 酸化物は、ＭｎとＣｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎのうちから選択された遷移元素との複合酸化物である請求項１記載の脱臭体。
- 複合酸化物にＡｌ、Ｓｉ、Ｐ、Ｋ、Ｃａ、Ｔｉのうちから選択された元素を含む請求項６記載の脱臭体。
- 少なくとも臭気を含む空気を導入する吸気口と、前記臭気を含む空気を吸気する吸気手段と、前記吸気手段により吸気した空気に含まれる臭気を脱臭するフィルターと、前記フィルターにより脱臭された空気を室内へ導入する導入口と、前記フィルターから脱着した臭気を室外へ排気する排気口とを備え、前記フィルターが請求項１〜７いずれか１項に記載の脱臭体である脱臭装置。
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