JP2008018303A - 吸着素子 - Google Patents

Abstract

【課題】有機ガスや湿気を吸い取るための通気性吸着素子において、従来の吸着素子のようなセラミック基材がもつ大きな熱容量をへらし、かつ吸着剤の基材への添着量を安定させる手法およびそうして得た通気性吸着素子を提供することを目的とする。
【解決手段】導電性材料によって作られた通気孔を有するハニカム構造体３の基材を電極としてゼオライト４とバインダを分散した分散液５に浸し、電圧印加することで基材上にゼオライト４を堆積させる。このときゼオライト４の表面電荷とは逆の電位にハニカム構造体３の基材を電極として配する。このときの印加電圧および電圧印加時間および電極間距離によって基材へのゼオライト４の添着量が制御可能となる。
【選択図】図２

Description

本発明は、湿分および有機分子等を吸着する吸着素子に関するものである。

従来、この種の吸着素子は、成分としてセラミック繊維もしくはガラス繊維と有機繊維や無機鉱物を基材紙として漉いた紙をハニカム状に加工したハニカム構造体を焼成することで無機質のハニカム構造としたハニカムフィルタそして、これにゼオライトや活性炭といった吸着剤をバインダによって添着することで得られるハニカム形状の吸着素子が知られている（例えば、特許文献１参照）。

以下、その吸着素子について図１６および図１７および図１８を参照しながら説明する。

図１６に示すように、セラミックシート１０１は、セラミック繊維、パルプ、山皮、有機および無機バインダからなり、それを波状に加工した波形セラミック紙１０２と有機系と無機系の混合接着剤によって接着した片波成形体１０３を形成する。図１７に示すように図１６の片波成形体１０３を回転によって積層し、円筒状ハニカム構造体１０４や、一定の長さに切り、これを積層することで図１８に示すような角柱状ハニカム構造体１０５を得られる。また、それを焼成することで、無機成分のみからなるハニカム構造体が得られる。そして特にこのハニカム構造体にゼオライトなどの吸着剤を担持し、吸着素子として用いられることが知られている。

また、この種のハニカム構造体には成分としてセラミック繊維、パルプ、有機質または無機質のバインダよりなるシートをハニカム状に成形し、これにコロイダルシリカもしくはエチルシリケートを含浸させたあとこのケイ素化合物をシリカゲルに変換し、ついで焼成することでシート中の有機質を燃焼除去した結果、吸着素子が得られることが知られている（例えば、特許文献２参照）。
特開昭６０−３３２５０号公報 特開平４−１８８９６号公報

このような従来の吸着素子では、セラミックシートを吸着剤の添着基材として用いるために、セラミックそのものがもつ比熱が高いことが原因となって素子の熱容量が大きくなるという課題があり、そのために吸着剤を再生する際には、セラミック担体を温めるための熱量が必要となっていた。しかしながら近年の吸着素子は再生時の低入力化が求められ、吸着素子もそれに対応できるためセラミックでは無い担体が必要となっている。

しかしながら、熱容量の低い金属などにゼオライトや活性炭を担持する場合は、セラミックシートのように、シート内に空隙部分を持たないために、含浸法によって一度に多くを担持できないという課題があった。また、添着量を増やすために、吸着剤の分散濃度を上げると、その液の粘度が上昇し、含浸を行なっても構造体の通気孔を塞いでしまうという問題が生じる。そのため、比較的薄い分散濃度の液であっても一度の含浸で多くを担持できる技術の開発が求められている。

また、従来のセラミックのシートは耐熱性が高いが発熱出来ないために、外部に熱源を配し、照射や送風といった手段で素子を温めることによって吸着剤を再生する。しかしながら熱の放散などによってエネルギーをロスしており、エネルギーをできる限り多く再生に使用できる吸着素子が求められている。

また、従来のセラミックのシートは曲げなどによる加工性があまりよくなく、また、シートとしては平滑なものが一般的で、複雑な凹凸やメッシュなどのシートが得られなかった。そのため、セラミックシートではない担体をもちいた吸着素子が求められている。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、金属などのシートからなる通気孔を有する構造体の表面に、吸着剤を望む量添着でき、かつ構造体に電通することで構造体を発熱させ、吸着剤を温めることで吸着剤を再生することができる吸着素子およびそれを用いた吸着装置を提供することを目的としている。また、分散濃度が低くても、一度の含浸で、多くの吸着剤を基材上に添着することが目的とする。また、シートに限らず構造体表面を加工することでより吸着質との接触確率を向上させた吸着素子を提供することを目的としている。

本発明の吸着素子は上記目的を達成するために、吸着剤の添着基材としての構造体が通気孔をもち、かつその一部もしくはすべてが導電性をもち、その導電部を電極として、吸着剤の分散液中につけ、電圧を印加することで、吸着剤を電気泳動させ、電極である構造体表面に堆積することで、吸着剤を添着した吸着素子としたものである。また、このときの電気泳動時間、電極間距離、印加電圧によって、望む量の吸着剤を添着できる。また、このときの構造体を電極として配するのは、分散液中での吸着剤の表面電位が負の場合は正極、正の場合は負極にする。

また、本発明の吸着素子の吸着剤としては、ゼオライトをもちいて、選択的に望んだ吸着質を吸着したり、モンモリロナイトなど粘土鉱物に代表される層状化合物をもちいて、吸着質を吸着したり、層状化合物に疎水成分をインターカレートもしくはシランカップリング操作を行い、疎水性にすることで、より有機質の成分を吸着しやすくすることで、望むような吸着性能を出すことが可能になる。

また、本発明の吸着素子は吸着剤の添着基材である基材が導電性を有しており、この基材を波型シートと平面シートに加工し、これを交互に重ねてセルをつくるハニカム構造や、網目構造にしてこれを積層してつくる構造や、スポンジ状の構造体に吸着剤を添着する方法を用いて、通気抵抗が低いが、吸着質との接触確率を向上させることで吸着速度が向上した吸着素子が得られる。

また、本発明の吸着素子はシートをメッシュ状もしくは凹凸を持たせることによって、その上に添着した吸着剤もメッシュ状もしくは凹凸状になり、これにより吸着質との接触確率を向上させることで吸着速度が向上した吸着素子が得られる。

また、本発明の吸着素子を作成する際の導電性シートを焼失させることで、より軽量で熱容量が低く、且つ空隙が増えることによって吸着質との接触確率が向上し、吸着速度が向上した吸着素子が得られる。

また、本発明の吸着素子の製造方法として吸着剤の分散液中に吸着剤の表面電位が正ならば正に、負ならば負にイオン化するポリマーもしくはモノマーを混ぜ合わせ、同じ電極上に堆積させる。これをポリマーもしくはモノマーが焼失する温度で焼成することで、ポリマーもしくはモノマー部分にポアをつくり、それによって吸着剤の接触面積を向上させることで吸着速度が向上した吸着素子が得られる。

また、本発明の吸着素子で、添着基材である導電部を導電によって発熱する材料を用いることで、吸着剤が吸着後、構造体を導電によって加熱し、その熱が吸着剤に伝わることで、吸着剤を再生できる、高効率で再生可能な吸着素子が得られる。

本発明によれば基材がセラミックではなく導電性のシートによって熱容量の低い吸着素子を提供できる。

また、電気泳動をおこなう時間、印加電圧、電極間距離を制御することによって基材に対する吸着剤の添着量をコントロールすることができ、一度の含浸で多くを担持できることとなる。

また、導電シートもしくは吸着剤と同時に堆積したイオン化ポリマーもしくはイオン化モノマーが焼失することで、ポアができ、吸着質との接触確率が向上した吸着素子を提供できる。

また、導電シートを凸凹もしくはメッシュ構造としたり、導電部をスポンジ状にすることでとすることで吸着質との接触確率が向上した吸着素子を提供できる。

また、添着基材である導電構造部が発熱することで効率よく吸着剤の再生が可能な吸着素子を提供できる。

本発明の請求項１記載の発明は、通気孔を有する構造でかつ導電性をもつ構造体を、少なくとも吸着剤とそれを構造体に接着するためのバインダとを混合分散した分散液中に浸し、この構造体を電極として、分散した吸着剤の表面電位が負となるならば正極に、逆に正となるならば負極に配し、電圧を印加することで電気泳動堆積を行なうものであり、これによって、吸着剤を通気構造体に添着し、通気性を有した吸着素子が得られる。

また、本発明の請求項２記載の発明は、前述の吸着剤に特にゼオライトを用いる。ゼオライトはナトリウムイオンやアンモニウムイオンを有し、分散液中では負の表面電荷をもち、構造体の電極を正極にすることで電気泳動堆積が可能になることにより、電気泳動をおこなう時間、印加電圧、電極間距離を制御することによって一度の含浸で多くを担持できることとなる。また、ゼオライトは無機材料であり、バインダとして、コロイダルシリカや珪酸リチウムなどの無機バインダを用い、構造体を不燃性のものとすれば、不燃性の吸着構造体が得られる。

また、本発明の請求項３記載の発明は、前述の吸着剤に特に粘土鉱物などに代表される層状化合物を用いたものである。層状化合物は通常ディップ法などによって含浸するとカードハウス構造をとるために、堆積時に不規則的な立体構造をとる。しかし電気泳動法によって電極に層表面の電位がひきつけられるため、層状構造が保たれやすく配向性の良い吸着フィルムが得られる。また、この配向性により吸着フィルムの強度が上がるため、含浸法などより接着剤としてのバインダ量を減量でき、バインダに吸着サイトを埋めらることによる能力減を抑えられる。

また、本発明の請求項４記載の発明は、前述の層状化合物に対し、層状化合物の分散液中に、その層間に存在するイオンと交換できる有機分子イオンを同時に分散し、イオン交換することで層状化合物層間もしくは表面に有機分子イオンをインターカレートしてとりこみ、層状化合物の疎水性を高め、有機分子などの吸着性能を向上させることができる。また、インターカレートする分子によって吸着質を選択的にすることができる。

また、層状化合物を電気泳動堆積させたのち、有機分子イオンの分散液に再度含浸しても、その層間に有機分子イオンを取り込むことができるため、生産方法によって、インターカレートしたのちの層状化合物を電気泳動堆積するか、電気泳動堆積後にインターカレート操作をするかは任意に決定してよい。

また、本発明の請求項５記載の発明は、前述の層状化合物に対し、その層表面をシランカップリング剤で修飾し、前述のインターカレートの場合と同様に層状化合物を疎水性にすることで、有機分子などの吸着性能を向上させることができる。

なお、本発明で用いることのできる吸着剤は他にも存在するが、分散媒に分散した際に表面電位を持つものであればどのようなものであっても良い。

また、本発明の請求項６記載の発明は、吸着素子の構造体として、導電シートを用い、そのシートを波型に加工したものと、平面のものを交互に重ね合わせ、必要であればその接点を接着して、セルをつくり、通気できるハニカム構造とする。これに、前述のようにハニカム構造体を電極として電気泳動堆積を行い、吸着素子を作成することができる。このようなハニカム構造体は通気抵抗が小さく、かつ接触面積が大きいため、吸着素子として有効な構造体であることはよく知られている。

また、本発明の請求項７記載の発明は、前述のハニカム構造体を構成するのに導電シートを、波形もしくは平面シートのみに用いる方法である。これによって、他方のシートには別の特性を持たせる。とくに導電シートが強度的に弱い場合、他方のシートで構造的な強度を持たせることが可能である。また、他方のシートに絶縁性を持たせることで、電圧印加を均一にすることが可能である。

また、本発明の請求項８記載の発明は、前述のシートを網目構造にすることで、電気泳動堆積した素子の表面積を増やすことが可能である。また、通気方向に対して凸凹が生じるために、空気の乱流を起こすことができ、吸着質との接触確率があがり、吸着速度を高めることができる。

また、本発明の請求項９記載の発明は、前述のシートに凹凸をつけ、電気泳動堆積した素子の表面積を増やすことが可能である。また、通気方向に対して凹凸ができ、空気の乱流を起こすことができ、吸着質との接触確率があがり、吸着速度を高めることができる。

また、本発明の請求項１０記載の発明は、導電性のシートを網目状にし、通気方向に対し複数枚を重ね合わせる。このときの重ね方は接触していても非接触でもよい。シートに対して電気泳動堆積を行い、通気性の有り、吸着確率の高い構造体を提供できる。また、このときシートを一枚で折りたたんで構成することで、電極からの出力を一ヶ所に抑えることが可能である。このとき通気性さえ確保されていれば、網目の作る通気穴がそれぞれ重なっている必要はない。

また、本発明の請求項１１記載の発明は、上述の導電性のシートをアルミニウム、銅、鉄、ニッケル、クロム、マンガンのいずれかひとつの金属もしくは複数の金属もしくは合金で構成する。金属は非常に薄く加工でき、かつ構造体の強度も得られる。また、このとき例えばニッケルとクロムの合金など電気抵抗の高い金属などでは、吸着素子が吸着シたのちに、電気を流すことで発熱させ、吸着剤を温め、吸着剤を再生することができる。また、比熱の小さい金属を用いることで、吸着の際の吸着熱を逃がしやすくでき、また吸着剤の再生の際には、素子を温めるための熱量も小さいため、消費エネルギーを抑えることができる。

また、本発明の請求項１２記載の発明は、上述の導電性シートが、ＰＴＣであり、吸着素子としたのち、電流を流すことでＰＴＣを発熱させることができ、これによって吸着剤を温め、効率的に再生することができる。

また、本発明の請求項１３記載の発明は、上述の導電性シートが少なくとも導電性の有機ポリマーを含んでいることを特徴としており、ポリマーを用いることでやわらかく加工しやすい。また、請求項１４に記載のように、焼成することができ、最終的に導電シート部分を焼失することで、構造体により多くのポアをつくつことで、吸着質との接触確率を向上させるものである。また、焼成することで、無機質のみとなり、高温をかけて再生をすることが可能になる。

また、本発明の請求項１５記載の発明は、前記導電ポリマーと共にセラミック繊維やガラス繊維を織り交ぜる、もしくは、層構造的に繊維を重ね合わせてシートとし、電気泳動堆積によって、通常ガラス繊維などを含浸するよりもより多くの吸着剤を担持することが可能になる。また、電気泳動によって吸着剤を添着した吸着素子を、吸着剤と、ガラス繊維、セラミック繊維が変質しないように、３００℃〜１３００で焼成し、無機質のみとすることで、吸着素子として、再生時により高温で再生することが可能になる吸着素子とすることが可能になる。

また、本発明の請求項１６記載の発明は、導電性ポリマーをスポンジ状に加工し、これを吸着剤の分散液に含浸し、上述のように電気泳動堆積を行なう。これによって、表面積の大きな吸着素子を得られる。

また、本発明の請求項１７記載の発明は、請求項１６記載の発明のように、スポンジ状にして得られた吸着素子をさらに導電性スポンジ部分を焼失することで、よりポアの多い吸着素子をえることができる。

また、本発明の請求項１８記載の発明は、吸着剤の分散液中に、吸着剤の表面電位が正ならば正、負ならば負にイオン化する官能基を持つポリマーもしくはモノマーもしくはポリマーとモノマーの両方を同時に分散し、吸着剤とバインダとポリマーもしくはモノマーもしくはポリマーとモノマーの両方をシート上に堆積後、乾燥したのち、これを焼成することで、吸着剤と共に堆積したポリマーもしくはモノマーもしくはポリマーとモノマーを焼失せしめ、その焼失部分をポアとする。このように、吸着剤中に焼失可能なものを入れ、これをなくすことで構造体中に空隙をつくり、吸着質との接触確率を向上させることができる。

また、本発明の請求項１９記載の発明は、前述の電気泳動堆積において、電気泳動の時間、印加電圧、電極間距離を制御することで、一定の添着量を保つことのできる製造方法で、安定した性能の素子を供給することができる。

また、本発明の請求項２０記載の発明は、得られた吸着素子の導電性基材部分に、電流を流すことにより、その抵抗で基材部分が発熱し、添着した吸着剤を温め、吸着剤を再生することができ、熱の放散が少なく、効率的に再生できるため、消費電力を少なくすることができる。

もちろん、通気孔を有しているため空気中だけでなく、水中などの有機成分を吸着する吸着素子として使用してもよい。

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。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１を図１、図２を用いて説明する。図１および図２に示すように、平面シート１と波形シート２を交互に重ねてなる通気孔を有するハニカム構造体３を導電性をもつシートで作成する。電極としてのハニカム構造体３の導電性シートとしては、アルミニウム、銅、鉄、ニッケル、クロム、マンガンのいずれかひとつの金属もしくは複数の金属もしくは合金で構成するのが、従来のセラミック基材に比べ比熱が小さくなり、再生する際の熱量が少なくできるため望ましい。

また、そのシートの厚さも、構造体の強度が許す限り薄いほうが、通気にたいする圧力損失が小さくなりや構造体の熱容量下がるため望ましい。そして、吸着剤としてゼオライト４と無機バインダ、例えばコロイダルシリカ、珪酸リチウムなど、を分散した分散液５に、ハニカム構造体３が正極になるように、配する。このとき、負極側電極６も分散液５につけ、ハニカム構造体にかかる電圧にばらつきがでないように、大面積でハニカム構造体３に等距離に配されるのが望ましい。ゼオライト４は分散液５中で負の表面電位を持つため、正極のハニカム構造体３上に添着し、膜化する。

電極としてのハニカム構造体３でゼオライト４を添着したい部分を全て分散液５に浸したのち、電圧を印加する。このときの電圧としては電気分解によって気泡が生じると、添着したフィルム強度が低下するので、電気分解が起こらない程度で、かつ均一にフィルムができる幅が望ましいが、これは電極の表面状態、電極に用いる材料、分散溶媒などによっても異なるため、それぞれに実験をし、割り出す必要がある。また、電圧印加時間、印加電圧、分散液の固形分濃度、分散溶媒などによって添着量が異なるため、希望の添着量が得られる、電圧印加時間、印加電圧、固形分濃度、分散溶媒を選択する必要がある。

こうして電圧印加した素子を引上げ、通電をストップする。なお、引き上げる前に通電をストップしても良い。これを乾燥することで、ハニカム状吸着素子が得られる。

なお、この場合は吸着剤としてゼオライト４を用い、その表面電位が負であったため正極にハニカム構造体３を配したが、吸着剤の表面電位が正となる場合は、ハニカム構造体３は負極側に配するようにする。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２を図３、図４を用いて説明する。実施の形態１では平面シート１、波形シート２共に導電性のシートを用いたが、図３と図４に示すように、平面シート７に絶縁シートを用い、波形シート８にのみ導電性のものを用いても良い。

導電性の構造体の全てに電流が流れると、接着部分や距離などの関係により、全体に均一に電流が流れない場合もあるが、絶縁することで、波型なら波型のシートのみに電流が一直線で流れることで、電流のムラをなくすことができる。なお図３に示すように円柱状に巻き取った形状でも良いし、図４に示すように交互に積層した形状であっても良い。

また、平面シートを導電性に、波形シートを絶縁性にしても良い。

また、こうすることで、絶縁性のシートでは吸着剤を担持できないが、絶縁性のシートにはガラス繊維シートなど空隙率の高いシートを用いて、含浸時にその空隙になるべく多くの吸着剤を取り込めるようにするのが望ましい。

（実施の形態３）
本発明の実施の形態３を以下説明する。実施の形態１などで用いている導電性シートはさらに、抵抗率が高いニッケルとクロムの合金や、ニッケルと鉄とクロムの合金や、電流を流すことで抵抗率が上がり発熱するＰＴＣなどを用いるのが望ましい。

吸着素子を再生する際、その導電シートに電気を流して、シート自身を発熱させる。熱は接触している吸着剤に伝わり、吸着剤を再生することができるため、吸着剤の再生の際に、温風を送風したり、ヒーターの輻射によって温めるといった方法よりも効率よく少ないエネルギーで、再生ができるため望ましい。また、後述する実施の形態の吸着素子でも同様に、導電によって発熱させることで、吸着剤の再生を行なうことができる。

（実施の形態４）
本発明の実施の形態４を図５を用いて説明する。実施の形態１ではシートの形状には触れていないが、メッシュ状シート９にすることで電気泳動堆積される吸着剤１０も図５に示すように網目状に構成される。もしくは網目状にならず、凸凹の表面を作り出すことができる。

そして、網目状の場合、通気方向１１だけでなく、網目を通過する空気１２や、また通気の乱流１３を起こすことで、吸着質との接触確率を上げることができ、吸着速度を速くすることができる。メッシュの孔が埋まってしまった場合、そのシート表面は凸凹になり、その場合は通り抜けはできないが空気の乱流を起こすことは可能であり、その素子の強度や構造によってそのどちらかになるように開発者が選択すればよい。

（実施の形態５）
本発明の実施の形態５を図６を用いて説明する。実施の形態４ではシートをメッシュ状にしたが図６のようにシートに凸凹の突起加工部１４を行なっても良い。実施の形態４より強度をもたせ、通気の乱流１５を起こすことが出来、同様に吸着質との接触確率を上げることができ、吸着速度を速くできる。

（実施の形態６）
本発明の実施の形態６を以下説明する。実施の形態１では導電性シートに金属性のシートを用いたが、導電性シートが導電性ポリマーを含んだシートであっても良い。

導電性ポリマーでハニカム構造体を作成し、これを実施の形態１のように電気泳動によって吸着剤をハニカム構造体上に堆積し添着する。こうして吸着素子を得ても良い。

また、更にこの吸着素子を吸着剤が変質せず、かつ導電性ポリマーが焼失する温度で焼成する。これによって、シート部分が空洞となり、吸着剤と吸着質の接触確率が向上し、吸着速度が速くなるので望ましい。また、焼失工程を設ける際は、シートは面シートではなく、実施の形態４のようにメッシュ構造になっているほうが、構造物の強度品質が保たれるので望ましい。

（実施の形態７）
本発明の実施の形態１０を図７〜図９を用いて説明する。実施の形態１乃至６では、吸着素子の通気構造としてハニカム構造を用いた形態を挙げたが、別の形状として図７にしめすように導電性シートを網目状シート１６にし、かつこの網目を通気方向に対して重ね合わせた構造の吸着素子１７としても良い。

ワイヤー状の導電体を網目状に編んだり、導電シートをラス網加工しても良い。また、希望のサイズ、吸着剤の添着量、望む吸着速度、吸着量などによって、その積層枚数を選択することができる。

また、工程として図８のように網目状シート１６に一枚一枚に電圧を印加し吸着シートを積層して吸着素子１７としてもよいし、図９のように一枚の網目状シート１８を折り曲げ加工しても良い。なお、必ずしも網目が重ならなくとも良い。

（実施の形態８）
本発明の実施の形態８を以下説明する。前述までの実施の形態と異なる吸着素子の構造として、スポンジ形状としても良い。導電性ポリマーやスチール繊維等をもちいて、スポンジ形状の導電構造体を作成し、そのスポンジを前述の実施の形態と同様に電気泳動を行なって、吸着剤を堆積、添着する。

なお、実施の形態６と同様に、スポンジ状の吸着素子を作成したのち、基材となったスポンジの導電性部分を焼成によって焼き飛ばし、ポアを作成し、吸着質との接触確率を上げ、吸着速度を速くすることができる。

（実施の形態９）
本発明の実施の形態９を図１０を用いて説明する。実施の形態１では吸着剤としてゼオライトを用いたが、層状化合物を用いても良い。層状化合物としてはカチオン交換性をもつ粘土鉱物であるモンモリロナイトやスメクタイトがある。これはカチオン交換性なので、分散液中では表面電荷が負になる。そのため通気構造体の電極を正極に配置する。一方でアニオン交換性の層状化合物ではその逆に電極を負極に配置する。図１０に本発明の実施の形態９の層状化合物へのインターカレーション反応の概念図を示し、図１０（ａ）に同層状化合物の層とカチオンの概略図を示し、図１０（ｂ）に同インターカレーション反応後の層状化合物の層と有機分子イオンの概略図を示す。

なお、図１０（ａ）に示すように、カチオン交換性層状化合物１９はその層間にナトリウムイオンやプロトンといったカチオン２１をもつ。そしてその層間にカチオン性の有機分子２０を層状化合物１９がもつカチオン２１と交換してインターカレートし、カチオン性有機分子２０は層間で柱のように配向する。この状態を図１０（ｂ）に示す。そして、その層間２２および表面２３を疎水性にし、また有機分子を取り込むための層間空間２４を作り上げることができる。そのため、層状化合物１９は疎水性相互作用による有機分子の吸着性が向上し、また、インターカレートした有機分子の官能基をもちいて、吸着質の選択性が向上し、選択的に有機ガスを吸着できるようになる。なお、作られる層間空間２４の距離はインターカレートする有機分子２０の長さによって決めることができる。なお、有機分子は例えば炭化水素鎖の数などを変えることで分子の長さを変化させることができる。

また、図示しないがインターカレートの代わりに層状化合物にシランカップリングを行なってその表面を修飾し、層間および表面を疎水化してもよい。

（実施の形態１０）
本発明の実施の形態１０を図１１を用いて説明する。実施の形態１において、吸着剤の分散液には吸着剤とバインダを用いているが、更に吸着剤と同じ電荷にイオン化する、つまり吸着剤の表面電位が正ならばカチオンに、表面電位が負ならばアニオンになる有機分子を分散液に混合する。

図１１に示すように、吸着剤をゼオライト２５とし、ゼオライト２５は負の表面電荷をもつので、アニオン性有機分子２６を分散溶液に混合する。そして、実施の形態１と同様に電気泳動堆積を行なう。このとき、吸着剤と共に、電極にはアニオン性の有機分子が堆積する。図１１（ａ）は本発明の実施の形態１０の吸着剤とイオン性有機分子の電気泳動による添着の概念図を示し、図１１（ｂ）は同電極付近の拡大図を示す。

この後、乾燥を行なった後、アニオン性有機分子２６を焼き飛ばす。こうすることによって有機分子２６が存在した場所に空間が出来、吸着質を取り込むためのポアとすることができる。そのため、有機分子の大きさは吸着したい分子より大きいものが望ましい、その一方で大球状のミセルなどになってしまい、大きなポアをつくりフィルムそのものの強度を大幅に低下させてしまう特性のものは望ましくない。

なお、吸着剤の表面電荷が正の場合は、カチオン性の有機分子を用いる。

なお、各実施の形態での電気泳動による吸着剤の堆積は、印加電圧、電圧印加時間を制御することで、吸着剤を添着する量を決定することができる。

なお、以上の実施の形態だけでなく、それぞれの実施の形態で行なっていることを考えられる限り組み合わせて、吸着素子を作成しても当然よい。

上述の実施の形態１における、導電性シートの電極としてアルミニウムプレート２７を用い、図１２に示すように、アルミニウムプレート２７を正極、アルミニウムプレート２８は負極に配置し、ゼオライト２９とコロイダルシリカを混合分散した分散液３０に浸し、電圧を１、３、５、７Ｖと変化させて印加し、また電圧印加時間を１０、３０、６０秒と変化させた。また、このときの電極間距離３１は３０ｍｍとして、実験を行なった。操作は、両電極を浸したのち電圧の印加を開始し、一定時間印加後、１ｍｍ／秒の速さで引上げ、電圧印加を止めた。これを乾燥し、正極側のアルミニウムプレート２７の表面に堆積したゼオライト２９の重量を測定し、単位面積当りの添着量を測定した。その結果を図１３、図１４に示す。

また、電圧５Ｖ、電圧印加時間６０秒として、電極間距離を６０ｍｍとして、電極間距離の影響を比較した。その結果を表１に示す。

その結果、電圧を比較すると、１Ｖではほとんどゼオライトの添着が認められなかったが、３Ｖ、５Ｖとなるにしたがい、正極側のプレートにゼオライトの添着が認められるようになった。一方、負極側のプレートは電圧を印加した場合、しない場合共にその表面に違いが見られなかった。また、印加電圧が３、５、７Ｖと増加するに従って、ゼオライトの添着量も増加することが確認でき、印加電圧によって、添着量を操作できることが確認された。図１５（ａ）に５Ｖで６０秒間電圧印加したときのゼオライトフィルム３２を示す。しかしながら、図１５（ｂ）に示すように７Ｖで６０秒間電圧印加したときのゼオライトフィルム３３は、分散媒である水が電気分解を起こし、膜の下側に気泡が発生してしまうことが確認され、均一な膜が出来にくくなった。

また、電圧を印加する時間が増加するに従ってゼオライトの添着量が増加することも確認でき、電圧印加時間によって添着量を操作できることが確認された。

また、電極間距離を３０ｍｍから６０ｍｍにすることによって、その添着量は減少するため、電極間距離を一定にしておくのが望ましいことがわかった。

以上の結果より、印加電圧を高くすると水の電気分解が起こり、気泡により膜がランダムになってしまうため望ましくなく、電圧印加によって堆積が確認できた３Ｖで電圧印加時間を制御することで添着量をコントロールすることが望ましいと考えられる。

導電材料と通気孔を持つ構造とし、これを吸着剤が分散した分散液に浸し、電圧印加することで、簡単に望む量の吸着剤を添着した吸着素子が得られる。また、この導電シートや分散剤に同時に分散した有機分子を焼失することによって、ポアを生成し、吸着効率を向上させることができる吸着素子の製造法を提供できる。

本発明の実施の形態１のハニカム構造体の概略図 同電気泳動堆積工程の概略図 本発明の実施の形態２の円柱状ハニカム構造体の概念図 同積層ハニカム構造体を電極にしたときの概念図 本発明の実施の形態４の網目状構造の通気面および通気流の概念図 本発明の実施の形態５の突起加工したシートの通気面および通気流の概念図 本発明の実施の形態７の網目構造に堆積した素子を重ねて作った吸着素子の概念図 本発明の実施の形態７の網目状シートの電気泳動工程の概略図 本発明の実施の形態８の一枚網目状シートを折り曲げてつくる吸着素子の電気泳動工程の概略図 本発明の実施の形態９の層状化合物へのインターカレーション反応の概念図（（ａ）同層状化合物の層とカチオンの概略図、（ｂ）同インターカレーション反応後の層状化合物の層と有機分子イオンの概略図） （ａ）本発明の実施の形態１０の吸着剤とイオン性有機分子の電気泳動による添着の概念図、（ｂ）同電極付近の拡大図 本発明の実施例のアルミプレートを用いた電気泳動堆積実験の概略図 本発明の実施例の印加電圧による添着量の違いを示した図 本発明の実施例の電圧印加時間による添着量の違いを示した図 （ａ）本発明の実施例の５Ｖ印加時に電極上に堆積したゼオライト膜の写真の図、（ｂ）同７Ｖ印加時に電極上に堆積したゼオライト膜の写真の図 従来のセラミックシートからなる片波成形体の概略図 従来のセラミックシートからなる円筒状ハニカム構造体の概略図 従来のセラミックシートからなる角柱状ハニカム構造体の概略図

符号の説明

１ 平面シート
２ 波形シート
３ ハニカム構造体
４ ゼオライト
５ 分散液
６ 負極側電極
７ 平面シート
８ 波形シート
９ メッシュ状シート
１０ 吸着剤
１１ 通気方向
１２ 網目を通過する空気
１３ 通気の乱流
１４ 突起加工部
１５ 通気の乱流
１６ 網目状シート
１７ 吸着素子
１８ 網目状シート
１９ 層状化合物
２０ 有機分子
２１ カチオン
２２ 層間
２３ 表面
２４ 層間空間
２５ ゼオライト
２６ アニオン性有機分子
２７ アルミニウムプレート
２８ アルミニウムプレート
２９ ゼオライト
３０ 分散液
３１ 電極間距離
３２ ５Ｖで６０秒間電圧印加したときのゼオライトフィルム
３３ ７Ｖで６０秒間電圧印加したときのゼオライトフィルム
１０１ セラミックシート
１０２ 波形セラミック紙
１０３ 片波成形体
１０４ 円筒状ハニカム構造体
１０５ 角柱状ハニカム構造体

Claims (20)

1. 通気孔を有する構造体でその一部もしくは全てが導電性をもつ構造体を、少なくとも吸着剤とバインダを分散した分散液中に浸し、分散液中での吸着剤の表面電位が正ならば負、負ならば正となるように構造体を電極として配し、電圧を印加して構造体に吸着剤を堆積することで得られる吸着素子。
2. 吸着剤がゼオライトであることを特徴とした請求項１に記載の吸着素子。
3. 吸着剤が層状化合物であることを特徴とした請求項１に記載の吸着素子。
4. 層状化合物の層間に有機分子をインターカレーション反応で取り込み、層状化合物を疎水化したことを特徴とする請求項３記載の吸着素子。
5. 層状化合物の層表面および層間にシランカップリングを行うことで疎水化したことを特徴とする請求項３記載の吸着素子。
6. 構造体が導電シートで構成され、導電性のシートを波型に加工したものと、平面のシートを交互に積層することで得られるハニカム構造体であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の吸着素子。
7. 波形シートが導電性をもち、平面のシートが絶縁性であることもしくは平面シートが導電性をもち、波形シートが絶縁性であることを特徴とした請求項６記載の吸着素子。
8. 波形シートと平面シートの両方もしくはどちらか片方が網目状のシートであることを特徴とする請求項６または７記載の吸着素子。
9. シートが凸凹な形状に形付けられた請求項６乃至８のいずれかに記載の吸着素子。
10. 構造体が導電シートで構成され、導電シートが網目状であり、通気流路に対して複数枚になるよう折り曲げ加工もしくはシートを重ね合わせる積層加工を行なって、複数回シートを通気する構造であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の吸着素子。
11. 構造体の一部もしくは全てが導電シートで構成され、導電性シートがアルミニウム、銅、鉄、ニッケル、クロム、マンガンのいずれかひとつの金属もしくは複数の金属もしくは合金で構成されることを特徴とした請求項１乃至１０のいずれかに記載の吸着素子。
12. 構造体の一部もしくは全てが導電シートで構成され、導電シートがＰＴＣであることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の吸着素子。
13. 構造体の一部もしくは全てが導電シートで構成され、導電シートに、少なくとも導電性ポリマーが含まれていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の吸着素子。
14. 導電性ポリマーを含むシート上に吸着剤を堆積し、乾燥したのち、これを焼成することで導電性ポリマーを焼失することを特徴とした請求項１３記載の吸着素子。
15. 導電性ポリマーを含むシートにおいて、シートを構成する材料が導電性ポリマーのほかに少なくともガラス繊維およびセラミック繊維のどちらか一方もしくは両方が混合されたシートであり、電圧印加により吸着剤をシート上に堆積したのち、３００℃〜１３００℃で焼成して導電性ポリマーを焼失させて作成することを特徴とした請求項１４記載の吸着素子。
16. 構造体を導電性の材料でスポンジ状に構成したことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の吸着素子。
17. 構造体を少なくとも導電性のポリマーを含む材料でスポンジ状に構成し、吸着剤を担持後、導電性ポリマーが焼失する温度で焼成して作成することを特徴とする請求項１６記載の吸着素子。
18. 吸着剤とバインダの分散液中に吸着剤の表面電位が正ならば正、負ならば負にイオン化する官能基を持つポリマーもしくはモノマーもしくはポリマーとモノマーの両方を同時に分散せしめ、吸着剤とバインダとポリマーもしくはモノマーもしくはポリマーとモノマーの両方をシート上に堆積後、乾燥したのち、吸着剤と共に堆積したポリマーもしくはモノマーもしくはポリマーとモノマーを焼失する温度で焼成して作成することを特徴とする請求項１乃至１７のいずれかに記載の吸着素子。
19. 請求項１乃至１８のいずれかに記載の吸着素子について、電圧印加時間を制御することで導電性の構造体に堆積する吸着剤の量および厚みを制御することを特徴とした吸着素子の製造方法。
20. 電気を流すことのできる通電部を有し、電気を流すことで構造体の一部もしくは全てが発熱し、吸着剤が熱によって吸着物を放出し、吸着剤を再生することを特徴とした請求項１乃至１３のいずれか、または請求項１６、または請求項１８に記載の吸着素子。

Images