JP2008212448A - 空気浄化フィルター - Google Patents

Abstract

【課題】特にアセトアルデヒド等のアルデヒド類の除去性能に優れ、他の悪臭成分も同時に除去することができる空気浄化フィルターを提供する。
【解決手段】少なくとも、孔径が２〜１０ｎｍである細孔の全細孔容積に占める割合が６０％以上であり、ヒドラジン類が添着されている活性炭Ａと、孔径が２ｎｍ以下である細孔の全細孔容積に占める割合が６０％以上であり、実質的に化学吸着能力を有していない活性炭Ｂとを使用したことを特徴とする空気浄化フィルター。
【選択図】 図１

Description

本発明は、空気中に含まれる悪臭成分を除去する空気浄化フィルターに関する。更に詳しくは、アセトアルデヒド等のアルデヒド類の除去性能に優れ、他の悪臭成分も同時に除去することができる空気浄化フィルターに関する。

空気中には多種多様な汚染物質が含まれており、近年、特にアセトアルデヒド等のアルデヒド類がシックハウス症候群などの原因物質として大きな問題となっている。アセトアルデヒドはタバコ煙や自動車の排気ガスなどの中に含まれている代表的な悪臭成分であり、低い濃度でも臭気を感じやすい。

ところで、空気中の汚染物質の除去には、大きな表面積と細孔容積を有する活性炭が一般に使用されている。しかしながら、アセトアルデヒドの活性炭への平衡吸着量は他の悪臭成分に比べて著しく小さい。

そこで、活性炭によるアセトアルデヒドの吸着性能を向上させる手段として、例えばアミン類を活性炭に添着してその性能を向上させる方法が開示されている（特許文献１参照）。しかしながら、当該技術のガス吸着剤では、添着した薬品が活性炭の細孔を塞いでしまうため、アルデヒド類以外の悪臭成分の除去性能が低下してしまう問題がある。また、添着した薬品の化学吸着能力による除去についても細孔の中に入り込んだ薬品は悪臭成分と接触することが出来ないため、添着した薬品が有効に利用されないという問題がある。更に、アニリンなどのアミン系化合物は、それ自体の臭気が強く、一般向けの脱臭剤や空気浄化剤として使用しにくい問題がある。

これら問題に対し、特定の細孔径分布を持った活性炭に芳香族アミン類と亜鉛化合物を添着した方法が開示されている（特許文献２参照）。当該技術では、２ｎｍ以下の細孔が少ない活性炭に薬品を添着しているので、添着した薬品が活性炭の細孔を塞いでしまうことが少ない。しかしながら、活性炭の物理吸着能力は２ｎｍ以下の細孔に依るところが大きいため、このように２ｎｍ以下の細孔が少ない活性炭では元々の物理吸着能力が小さく、アルデヒド類以外の悪臭成分の除去性能が不十分なものとなってしまう問題がある。
特開平５−３１７７０３号公報 特開平１０−７１１９３号公報

本発明は、空気中の悪臭成分を除去する空気浄化フィルターに係り、特にアセトアルデヒド等のアルデヒド類の除去性能に優れるとともに、他の悪臭成分も同時に除去することができる空気浄化フィルターを提供することを目的とする。

すなわち本発明は、少なくとも、孔径が２〜１０ｎｍである細孔の全細孔容積に占める割合が６０％以上であり、ヒドラジン類が添着されている活性炭Ａと、孔径が２ｎｍ以下である細孔の全細孔容積に占める割合が６０％以上であり、実質的に化学吸着能力を有していない活性炭Ｂとを備えている空気浄化フィルターを特徴とするものである。

本発明によれば、アセトアルデヒド等のアルデヒド類の除去性能を各段に向上するとともに、アルデヒド類とその他の悪臭成分を同時に高い効率で吸着除去する、これまでにない空気浄化フィルターを得ることができる。

本発明に係る空気浄化フィルターは、少なくとも、孔径が２〜１０ｎｍである細孔の全細孔容積に占める割合が６０％以上であり、アルデヒド吸着薬品としてヒドラジン類が添着されている活性炭Ａと、孔径が２ｎｍ以下である細孔の全細孔容積に占める割合が６０％以上であり、実質的に化学吸着能力を有していない活性炭Ｂとを有している。

本発明で用いられる活性炭Ａは、孔径が２〜１０ｎｍである細孔の全細孔容積に占める割合を６０％以上としたことにより、添着した薬品が細孔を塞いでしまうことがなく、且つ、化学吸着するに十分な接触面積を確保でき、アルデヒド類を高い効率で選択的に除去することができる。前記細孔容積の割合が６０％に満たず、孔径が２ｎｍに満たない小さいサイズの細孔が発達した活性炭は、添着した薬品で細孔が塞がれてしまうため、化学吸着するための接触面積が十分に確保できず、アルデヒド類の除去性能が低下するので好ましくない。反対に、孔径が１０ｎｍを超える大きいサイズの細孔が発達した活性炭は、元々の表面積が大きくないため、やはり化学吸着するための接触面積が十分に確保できず、アルデヒド類の除去性能が低下するので好ましくない。

本発明で用いられるアルデヒド吸着薬品は、ヒドラジン類が好ましい。ヒドラジン類とは、ヒドラジノ基（−ＮＨ−ＮＨ_２）を有する化合物のことであるが、ヒドラジノ基末端の窒素原子のα位に、更に非共有電子対を有する窒素原子が結合しているので、求核反応性が著しく高い。この非共有電子対がアルデヒド類のカルボニル炭素原子と求核的に反応し、アルデヒド類をヒドラジド誘導体として固定化することにより、アルデヒド類に対する高い除去性能を発現できると考えられる。アルデヒド類の中でもアセトアルデヒドは、カルボニル炭素のα位に電子供与性のアルキル基を有するために、カルボニル炭素の求電子性が低く化学吸着されにくいが、本発明の空気浄化フィルターで採用するヒドラジン類は、前述の通り求核反応性が高いため、アセトアルデヒドに対しても良好な化学吸着性能を発現する。

そして、ヒドラジン類の中でも、特に生産性や低臭気、安全性などの面から酸ヒドラジド類が好ましい。酸ヒドラジドは、カルボン酸とヒドラジンとから誘導される−ＣＯ−ＮＨＮＨ_２で表される酸ヒドラジド基を有する化合物である。

酸ヒドラジドとしては例えば、ホルムヒドラジド、アセトヒドラジド、プロピオン酸ヒドラジド、安息香酸ヒドラジド、シュウ酸ジヒドラジド、マロン酸ジヒドラジド、コハク酸ジヒドラジド、アジピン酸ジヒドラジド、フマル酸ジヒドラジド、マレイン酸ジヒドラジド、テレフタル酸ジヒドラジド、ポリアクリル酸ヒドラジド等が挙げられる。

また、アルデヒド吸着薬品としてのヒドラジン類に加えて、助剤として各種酸触媒を添着することも好ましい。アルデヒド類のカルボニル炭素の求電子性を高くし、アルデヒド類に対する化学吸着能力を向上させることができる。

酸触媒の酸としては、プロトン供与体であるブレンステッド酸や、電子対受容体であるルイス酸を挙げることができる。ルイス酸としては例えば、ケイ素、アルミニウム、チタン、ジルコニウム、タングステン、モリブデン、スズ、鉄等の水酸化物、グラファイト、イオン交換樹脂等からなる担体に、硫酸根、五フッ化アンチモン、五フッ化タンタル、三フッ化ホウ素等を付着或いは担持したものを例示することができる。

活性炭へのアルデヒド吸着薬品の添着方法としては、ヒドラジン類を分散させた水溶液に活性炭を浸漬した後乾燥させる工程を経ることが好ましいが、限定されるものではなく、前記水溶液を活性炭にコーティングして塗布する方法やスプレーによって吹き付ける方法を採用しても良い。また、前記水溶液には必要に応じて抗菌剤、変色防止剤等の各種機能性材料やバインダー成分を加えることができる。

一方、本発明で用いられる活性炭２は、孔径が２ｎｍ以下である細孔の全細孔容積に占める割合を６０％以上としたことにより、高い物理吸着能力によってアルデヒド類以外の悪臭成分を効率よく除去することができる。高い吸着性能を発揮するためには、孔径が２ｎｍ以下であるような小さい細孔が発達していることが必要であるため、前記細孔容積の割合が６０％に満たない活性炭は、十分な吸着性能を得ることができず好ましくない。また、化学吸着薬品等の添着は活性炭の細孔を塞いでしまい、物理吸着性能を低下させてしまうため好ましくない。実質的に化学吸着能力を有さない、化学吸着薬品未添着の活性炭であることが好ましい。

本発明に係る空気浄化フィルターは、少なくとも前述の活性炭Ａ、活性炭Ｂを使用したものであればその形態は特に限定されない。具体的には、ウレタンフォームなどの多孔質材料に粒状活性炭を付着加工したものや不織布等のシート状基材に粉末活性炭を添着加工あるいは挟み込みを行ったものなどを例示できるが、図１に示すようにハニカムコアの中に粒状の活性炭を封入して、それを不織布により包んで成形したものが特に好適である。なお、図１は不織布で包まれる前の状態を示しており、符号２が活性炭Ａ、符号３が活性炭である。

また、本発明に係る空気浄化フィルターは、図１〜３に示すように活性炭Ａ（図中の符号２）、活性炭Ｂ（図中の符号３）を別々に成形したものを積層して使用しても良いし、また、図４に示すように、活性炭Ａ（図中の符号２）、活性炭Ｂ（図中の符号３）を混合して一つの成形体として使用しても良い。なお、図２〜４も、各活性炭の成形体が不織布で包まれる前の状態を示している。

さらに、本発明に係る空気浄化フィルターは、図２、３に示すように、活性炭の上流側および／または下流側に空気中の粒子状物質を除去する集塵フィルター４を具備していることが、脱臭と除塵を同時に行うことができ、より清浄な空気を得ることができるので好ましい。

集塵フィルターとしては、不織布や、織編物、紙状物などが使用でき、限定されるものではないが、好ましくは不織布が好適である。不織布としては、短繊維不織布、長繊維不織布、割繊維不織布（フィルムから割繊したものや、バーストファイバー不織布）、メルトブロー不織布などいずれをも用いることができる。好適にはメルトブロー不織布である。

集塵フィルターには、コロナ放電法などの公知の技術によってエレクトレット加工が施されていることが好ましい。粒子捕集効率が高く、圧力損失が低い空気浄化フィルターを得ることができる。

更に、集塵フィルターは、図３に示すように、波状に加工されていることが、空気浄化フィルターの容積に対して使用できる濾材の面積を増すことができるので好ましい。濾材面積が増すと、空気浄化フィルターで処理する風量に対して、濾材を通過する空気の線速度が相対的に低下するので、これに伴い圧力損失が低下して通気性が改善されるとともに捕集効率が向上され集塵性能寿命の長期化が達成される。波状に加工する方法としては、一般にプリーツ加工と呼ばれる山谷状に繰り返して折る加工や、段ボールの中しんの波状加工などが挙げられる。

［測定方法］
（１）細孔容積
活性炭の細孔容積の測定には、市販の自動比表面積／細孔分布測定装置（島津製作所製 トライスター３０００）を用いた。細孔直径を横軸に、積算細孔容積を縦軸にプロットしたグラフより全細孔容積および特定の孔径範囲の細孔容積を求め、また全細孔容積に対する割合（％）を算出した。

（２）脱臭性能
内径が１００ｍｍ×１００ｍｍであるダクト内に測定する空気浄化フィルターをエア漏れが無いように取り付け、ここに温度２３℃、相対湿度５０％ＲＨの空気を０．１６ｍ／ｓｅｃの速度で送風した。次に上流側から、標準ガスボンベ等により測定対象ガス（アルデヒド類としてアセトアルデヒドを、その他の悪臭成分としてトルエンを使用）を上流側濃度が一定（アセトアルデヒド：２０ｐｐｍ、トルエン：１５ｐｐｍ）となるように調節して供給した。測定用フィルターの上流側と下流側とにおいてエアをサンプリングし、赤外吸光式連続モニターを使用してそれぞれの測定対象ガス濃度を経時的に測定し、これから下記式によって脱臭性能を算出した。

脱臭効率（％）＝（１−（下流側濃度／上流側濃度））×１００
（３）集塵性能
内径が１００ｍｍ×１００ｍｍであるダクト内に測定する空気浄化フィルターをエア漏れが無いように取り付け、ここに一般屋内空気を０．１６ｍ／ｓｅｃの速度で送風した。次に、測定用フィルターの上流側と下流側とにおいてエアをサンプリングし、パーティクルカウンターを使用してそれぞれのエア中に含まれる粒子数（粒子径０．３〜０．５ミクロン）を経時的に計測し、これから下記式によって集塵性能を算出した。

集塵効率（％）＝（１−（下流側粒子数／上流側粒子数））×１００
（４）圧力損失
集塵性能測定試験方法と同じ装置構成および送風条件で、送風時における空気浄化フィルターの上流側と下流側との差圧をマノメーターで測定した。

［実施例１、比較例１〜５］
表１に示す２種の活性炭を用いて空気浄化フィルターを構成し、脱臭性能を測定した。

なお、空気浄化フィルターの詳細は、活性炭Ａとして２０〜４０メッシュ（粒径０．８５〜０．３５ｍｍ、９０％以上）のヤシ殻活性炭２２ｇを厚さ８ｍｍのハニカムコアの中に入れ、全体を短繊維不織布で包んで１００×１００×９ｍｍの成形体を得、活性炭Ｂとして２０〜４０メッシュ（粒径０．８５〜０．３５ｍｍ、９０％以上）のヤシ殻活性炭２５ｇを厚さ８ｍｍのハニカムコアの中に入れ、全体を短繊維不織布で包んで１００×１００×９ｍｍの成形体を得、これら成形体を重ねて空気浄化フィルターとした。活性炭への薬品の添着は、活性炭をハニカムコアへ封入する前の段階に実施し、アルデヒド吸着薬品としてアジピン酸ジヒドラジドを分散させた水溶液に活性炭を浸漬した後乾燥して、固形分で活性炭１００重量部に対して１０重量部を添着させた。

各空気浄化フィルターについて、対象ガス供給を開始してから定常状態となっている２０分経過後時点での除去率を表２に示す。表２に示す通り、比較例１〜５の空気浄化フィルターは、アセトアルデヒドとトルエンの除去率のいずれかが、実施例１の空気浄化フィルターに比較して劣っている。これに対して実施例１の空気浄化フィルターは、アセトアルデヒド、トルエンいずれの除去率も高く、空気浄化フィルターとして非常に実用的であることが分かる。

［実施例２〜５］
次に実施例１の空気浄化フィルターのエア上流側に集塵フィルターを配置し、集塵性能および圧力損失を測定した。

使用した集塵フィルターのエレクトレット加工およびプリーツ加工の有無については表３にまとめて示す。また、集塵フィルターには、フィルター材としてポリエステル系の短繊維樹脂加工不織布（目付５５ｇ／ｍ^２）にポリプロピレンメルトブロー不織布（目付２０ｇ／ｍ^２）を貼り合わせ加工した不織布を使用した。集塵フィルターのエレクトレット加工は、貼り合わせ前のメルトブロー不織布にのみコロナ放電法により実施した。またプリーツ加工を実施しないものは、前記不織布を１００×１００ｍｍのサイズに切り取って使用し、プリーツ加工を実施するものは、レシプロ式のプリーツ加工機により山高さ２０ｍｍに成形し、山数を２５山としたものの周囲に紙製枠材（坪量２００ｇ／ｍ^２）を取り付けて１００×１００×２２ｍｍ（山ピッチ間隔４ｍｍ）のフィルターとして使用した。

各空気浄化フィルターについて、エア供給を開始してから定常状態となっている２分経過後時点での集塵性能、圧力損失を表４に示す。

表４に示す通り、実施例２〜５の空気浄化フィルターは、集塵性能が実施例１に比較して優れている。特に、集塵フィルターにエレクトレット加工を実施した実施例での集塵性能が各段に優れており、また、プリーツ加工を実施した実施例では圧力損失が小さく、空気浄化フィルターとして非常に実用的であることが分かる。

本発明に係る空気浄化フィルターは、室内空気を清浄化するためのエアフィルター、健康住宅、ペット対応マンション、高齢者入所施設、病院、オフィス等で使用される空気清浄機用フィルター、エアコン用フィルター、ＯＡ機器の排気フィルター、ビル空調用フィルター、産業用クリーンルーム用フィルターなどとして好ましく使用される。

本発明の一実施形態を示す空気浄化フィルターの概略斜視図である。 本発明の別の実施形態を示す空気浄化フィルターの概略斜視図である。 本発明の別の実施形態を示す空気浄化フィルターの概略斜視図である。 本発明の別の実施形態を示す空気浄化フィルターの概略斜視図である。

符号の説明

１ 空気浄化フィルター
２ 活性炭Ａ
３ 活性炭Ｂ
４ 集塵フィルター

Claims (5)

1. 少なくとも次の２種類の活性炭を備えていることを特徴とする空気浄化フィルター。
   （活性炭Ａ）
   孔径が２〜１０ｎｍである細孔の全細孔容積に占める割合が６０％以上であり、ヒドラジン類が添着されている活性炭
   （活性炭Ｂ）
   孔径が２ｎｍ以下である細孔の全細孔容積に占める割合が６０％以上であり、実質的に化学吸着能力を有していない活性炭
2. 前記ヒドラジン類が、酸ヒドラジド類であることを特徴とする、請求項１に記載の空気浄化フィルター。
3. さらに、粒子を捕集する集塵フィルターを備えていることを特徴とする、請求項１または２に記載の空気浄化フィルター。
4. 前記集塵フィルターが、エレクトレット加工された不織布を含むものである、請求項３に記載の空気浄化フィルター。
5. 前記集塵フィルターが、プリーツ加工されていることを特徴とする、請求項３または４に記載の空気浄化フィルター。

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