JP2010259967A

JP2010259967A - 気体吸着デバイス

Info

Publication number: JP2010259967A
Application number: JP2009110563A
Authority: JP
Inventors: Akiko Yuasa; 明子湯淺
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2009-04-30
Filing date: 2009-04-30
Publication date: 2010-11-18
Anticipated expiration: 2029-04-30
Also published as: JP5719995B2

Abstract

【課題】大気中では十分な空気遮断性を有することにより、空気の吸着による劣化を抑制し、かつ、吸着対象ガスに酸性ガスが含まれる場合でも、優れた気体吸着能力を発揮する気体吸着デバイスを提供する。
【解決手段】気体吸着デバイス１は、少なくとも銅交換したＺＳＭ−５型ゼオライト２と、酸性ガス吸着材３と、気体難透過性素材からなる容器４とからなり、容器４は通気性を制御可能な仕切り５により少なくとも２つ以上の空間に仕切られており、銅交換したＺＳＭ−５型ゼオライト２と酸性ガス吸着材３は、それぞれ容器４の異なる空間に収容されており、さらに、外力により容器４を開封して、銅交換したＺＳＭ−５型ゼオライト２と酸性ガス吸着材３が収容されている空間を外部空間と通気可能にする突起物６を、酸性ガス吸着材３が収容されている空間側の容器４の外側に備えたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、気体吸着材を容器に収容した気体吸着デバイスに関するものであり、特に、吸着対象ガスの中に酸性ガスが含まれている条件においても、優れた吸着性能を発揮することが可能な気体吸着デバイスを提供するものである。

近年、真空断熱材、真空断熱容器、プラズマディスプレイパネル等、高度な真空環境により性能を発揮することができる機器（以下、真空機器と記述）の開発が盛んになってきている。これらの真空機器にとって、製造時における残留気体や経時的に侵入する気体による内部の圧力上昇は、性能を劣化する原因になる。そこで、これらの気体を吸着するための気体吸着材の適用が試みられている。

真空機器の他にも、リチウムイオン２次電池など、筐体内部で経時的に気体が発生し、そのために筐体の膨れなどの変形が生じることが課題となっている用途で、経時発生する気体を吸着除去するために、気体吸着材の適用が試みられている。

しかし、前者の目的に使用可能な気体吸着材は、大気中で空気に接触すると、空気を吸着してしまい、気体の吸着能力が低下してしまうものが多い。そこで、気体難透過性容器や気体難透過性素材で被う（以下、デバイス化と記述）ことにより、大気中での空気との接触を防ぎ、気体の吸着能力低下を抑制することが試みられている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の方法では、気体吸着材であるＢａ−Ｌｉ合金を、金属性容器と酸化カルシウムで被うことにより、空気との接触を抑制する構成がとられており、室温においても窒素等のガスに対して反応性を示す。

また、後者の目的に対しては、電池内部に気体吸着材を適用して発生ガスを吸着し、筐体内部の圧力上昇を抑制する技術が提案されている。その気体吸着材として、例えば、二酸化炭素、一酸化炭素、窒素、アルゴンガスを吸着する黒鉛材料、または、カーボンブラック、または、活性炭を導電助剤として適用する技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。また、水、二酸化炭素、酸素、水素の少なくとも一種を吸着できる多孔体物質を適用する技術が提案されている（例えば、特許文献３参照）。

また、窒素などの不純物ガスを精製対象ガスから除去するものとして、銅イオン交換したＺＳＭ−５型ゼオライトからなる吸着材がある（例えば、特許文献４参照）。

特表平９−５１２０８８号公報特開平１１−２２４６７０号公報特開平１１−３０７１３１号公報特開２００３−３１１１４８号公報

しかしながら、特許文献１に開示された方法では、酸化カルシウムによる気体の遮断性が必ずしも十分とはいえないため、気体吸着材の活性が高い場合は、気体吸着材が劣化するという課題があった。また、気体吸着材として用いられているＢａ−Ｌｉ合金は、ＢａがＰＲＴＲ指定物質であるため、工業的に使用するには、環境や人体に対して問題のないものが望まれている。

また、特許文献２および特許文献３に開示された方法では、いずれも多孔体材料を気体吸着材として用いたものであり、気体を細孔に物理吸着させ気体を吸着除去するものであるため、気体吸着容量や、吸着速度が低く、より大容量で、吸着速度に優れた気体吸着材が求められている。

また、特許文献４に開示された気体吸着材は、ゼオライト細孔内に銅イオンを導入した気体吸着材であり、物理吸着に加え化学吸着も可能な、吸着容量と吸着速度に優れた、環境負荷のない材料であるが、真空機器や電池への適用において、吸着対象ガスに酸性ガスが含まれる場合には、吸着活性点である銅イオンが酸性ガスと反応し、不活性化されたり、反応の結果、別のガスを発生したりする可能性があった。

そこで、本発明は、大気中では十分な空気遮断性を有することにより、空気の吸着による劣化を抑制し、かつ、吸着対象ガスに酸性ガスが含まれる場合でも、優れた気体吸着能力を発揮する気体吸着デバイスを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の気体吸着デバイスは、少なくとも銅交換したＺＳＭ−５型ゼオライトと、酸性ガス吸着材と、気体難透過性素材からなる容器とからなり、前記容器が、通気性を制御可能な仕切りにより少なくとも２つ以上の空間に仕切られており、前記銅交換したＺＳＭ−５型ゼオライトと前記酸性ガス吸着材が、それぞれ前記容器の異なる空間に収容されている構成となっている。

これにより、大気中では十分な空気遮断性を有することにより、空気の吸着による劣化を抑制し、かつ、吸着対象ガスに酸性ガスが含まれる場合でも、優れた気体吸着能力を発揮することができる。

本発明によれば、銅イオン交換したＺＳＭ−５型ゼオライトが、使用時まで劣化することなく保管可能な気体難透過性素材からなる容器に封入されるとともに、酸性ガス吸着材との２連構成であることにより、酸素、窒素、一酸化炭素、二酸化炭素、水素、メタン、エタンなどの不純物ガスに対する非常に低い吸着平衡圧を発揮し、かつ、銅イオン交換したＺＳＭ−５型ゼオライトが酸性ガスによる酸化劣化や、その結果による反応生成物を生じることなく、化学吸着性の強固な吸着力を発揮するため、真空機器や電池など適用機器内の吸着対象ガスを速やかに吸着除去することが可能な気体吸着デバイスを提供することができる。

本発明の実施の形態１の開封前の気体吸着デバイスを示す概略断面図同実施の形態の開封後の気体吸着デバイスを示す概略断面図（ａ）本発明の実施の形態２の開封前の気体吸着デバイスを長手方向に平行な平面で切断した場合の縦断面図（ｂ）同実施の形態の開封前の気体吸着デバイスを長手方向に垂直な平面で切断した場合の横断面図（ａ）同実施の形態の開封後の気体吸着デバイスを長手方向に平行な平面で切断した場合の縦断面図（ｂ）同実施の形態の開封後の気体吸着デバイスを長手方向に垂直な平面で切断した場合の横断面図

第１の発明の気体吸着デバイスは、少なくとも銅交換したＺＳＭ−５型ゼオライトと、酸性ガス吸着材と、気体難透過性素材からなる容器とからなり、前記容器が、通気性を制御可能な仕切りにより少なくとも２つ以上の空間に仕切られており、前記銅交換したＺＳＭ−５型ゼオライトと前記酸性ガス吸着材が、それぞれ前記容器の異なる空間に収容されているものである。

銅イオン交換したＺＳＭ−５型ゼオライトは、有害性情報がなく、環境負荷も低いと考えられるとともに、窒素吸着に対する活性が高いことで知られているが、さらに、窒素以外の気体種、すなわち、酸素、水分、一酸化炭素、水素のみならず、メタン、エタン、二酸化炭素などへの吸着活性をも有していることが、我々の評価により明らかとなった。

そこで、銅イオン交換したＺＳＭ−５型ゼオライトが吸着可能な吸着対象ガスを有する真空機器や電池などへ、銅イオン交換したＺＳＭ−５型ゼオライトを適用することにより、工業的真空排気プロセスで除去しきれない不純物ガス成分を効率よく吸着したり、筐体変形の原因である発生ガスを速やかに吸着除去したりすることが可能である。その結果、不純物ガスに起因する特性劣化、経時変化を抑制することができ、長寿命で信頼性の高い真空機器や電池を得ることができるものである。

まず、銅イオン交換したＺＳＭ−５型ゼオライトの作製について説明する。銅イオン交換したＺＳＭ−５型ゼオライトは、市販されているＺＳＭ−５型ゼオライトの銅イオン交換と、水洗と、乾燥、熱処理のプロセスを経て行う。

銅イオン交換は、既知の方法にて行うことが出来るが、塩化銅水溶液やアンミン酸銅水溶液など銅の可溶性塩の水溶液に浸漬する方法が一般的であり、中でもプロピオン酸銅（II）や酢酸銅（II）などカルボキシラトを含むＣｕ²⁺溶液を用いた方法で調整されたものは、気体吸着活性が高い。

水洗は、イオン交換後に十分に行う。

次いで、加熱乾燥または減圧下乾燥を行い、表面付着水を除去する。

その後、低圧下にて適切な熱処理を行う。これは、イオン交換により導入されたＣｕ²⁺をＣｕ⁺へと還元し、気体吸着能を発現させるために必要である。熱処理時の圧力は、１０ｍＰａ以下、好ましくは１ｍＰａ以下であり、温度はＣｕ⁺への還元を進行させるため、３００℃以上、好ましくは５００℃〜６００℃程度である。

以上のプロセスを経て、気体吸着活性を付与された銅イオン交換ＺＳＭ−５型ゼオライトは、窒素、水分、酸素、一酸化炭素、二酸化炭素、水素、エタン、メタンなどの低分子量気体への吸着活性を有する。

また、銅イオン交換したＺＳＭ−５型ゼオライトにおいては、銅が、まずＣｕ²⁺としてイオン交換される。次いで、低圧下にて適切な熱処理を行うことにより、Ｃｕ²⁺はＣｕ⁺へ還元され、気体吸着活性を発揮するものであるため、ＺＳＭ−５型ゼオライトのシリカ対アルミナ比に関しては、シリカ対アルミナ比が低い場合、すなわち−１価のアルミニウムが多数存在する場合、銅はＣｕ²⁺の方が安定となり、熱処理によってＣｕ⁺へ還元されるサイトが低減するため、窒素吸着活性もまた低減する。一方、シリカ対アルミナ比が大きい場合、すなわち−１価のアルミニウムが少ない場合、イオン交換により導入される銅が少なく、よってＣｕ⁺サイトが少なくなるため、これもまた気体吸着活性が低減する。よって、気体吸着活性を発現するためには、シリカ対アルミナ比が適正な範囲であることが望ましく、本発明においては、８以上２５以下の範囲が適当であると判断する。

一方で、気体吸着活性を有する銅イオン交換ＺＳＭ−５型ゼオライトは、大気中で取り扱うと、大気成分を吸着してしまい失活する。よって、熱処理により活性化した後は、通常、高真空下あるいは不活性ガス中で取り扱う必要がある。そのため、大気接触による失活や、機器へ適用した後の十分な吸着活性の発現を考慮し、空気に直接触れず、任意で通気性を発現するような容器に封入することが必要である。

そこで、本発明では、銅交換したＺＳＭ−５型ゼオライトを、気体難透過性素材からなる容器に収容しているのである。

さらに、吸着対象ガスに酸性ガスが含まれる場合、酸性ガスにより銅イオン交換したＺＳＭ−５型ゼオライトが失活したり、酸性ガスが銅イオン交換したＺＳＭ−５型ゼオライトと反応した結果、別のガスを発生したりすることを防ぐための構成が必要である。

そのために、気体吸着材と酸性ガス吸着材とを、それぞれ容器内の独立した空間に収容し、これらの空間の間に適切な通気性を確保するため、通気性を制御可能な仕切りを設置するのである。

本構成により、酸性ガスを含む吸着対象ガスは、酸性ガス吸着材を収容した空間を通過する際に、酸性ガスが吸着除去され、銅イオン交換したＺＳＭ−５型ゼオライトを収容した空間には、酸性ガスが除去された気体となって到達する。

この際、仕切り材の通気性が大きすぎる場合は、酸性ガス吸着材が酸性ガスを吸着しきれず、酸性ガスを含んだガスが銅イオン交換したＺＳＭ−５型ゼオライトに到達する可能性があり、一方、仕切り材の通気性が小さすぎる場合は、酸性ガスは十分に吸着除去されるが、銅イオン交換したＺＳＭ−５型ゼオライトに気体が到達しないという問題が発生し、銅イオン交換したＺＳＭ−５型ゼオライトの吸着性能が発現できない可能性がある。

従って、仕切り材の通気性を適切に制御することが重要であり、その結果、吸着対象ガス中の酸性ガスにより銅イオン交換したＺＳＭ−５型ゼオライトが失活したり、酸性ガスが銅イオン交換したＺＳＭ−５型ゼオライトと反応した結果、別のガスを発生したりすることを防ぐことが可能となり、銅イオン交換したＺＳＭ−５型ゼオライトの優れた気体吸着性能を十分に発揮することができるのである。

ここで、酸性ガス吸着材とは、気体中に含まれる酸性ガスを吸着できるものであり、活性炭、モレキュラーシーブなど物理吸着可能なものや、アルカリ金属水酸化物である水酸化ナトリウムや水酸化カリウムなど化学吸着可能なものなどを使用することができる。特に指定するものではないが、化学吸着性のアルカリ金属水酸化物や、アルカリ土類金属水酸化物では、酸性ガスの吸着力が強く、脱離しにくい強固な吸着が得られるため、望ましい。

ここで、気体難透過性素材からなる容器とは、吸着材が容器外の気体と接することによる劣化を防ぐことが可能な、気体透過度の小さい材質からなる容器であり、おおよそ容器としての気体透過度が、１０⁴［ｃｍ³／ｍ²・ｄａｙ・ａｔｍ］以下となるものであり、より望ましくは１０³［ｃｍ³／ｍ²・ｄａｙ・ａｔｍ］以下のものである。特に指定するものではないが、アルミラミネートフィルムから成る４方シール袋や、両端部を封止したアルミ管なども利用できる。

通気性を制御可能な仕切りとは、銅交換したＺＳＭ−５型ゼオライトを収容した空間と、酸性ガス吸着材を収容した空間の間の通気性を制御可能なものであれば使用でき、特に指定するものではないが、細孔を有する管状の部材や、連続気泡の多孔体などが利用できる。

また、銅イオン交換ＺＳＭ−５型ゼオライトの形状は、粉体状が一般的であるが、ペレット化、顆粒化など使用に応じて成型などを施しても良い。

以上の構成により、銅イオン交換したＺＳＭ−５型ゼオライトが、水分、酸素、窒素、一酸化炭素、二酸化炭素、水素、メタン、エタンなどの吸着対象ガスに対する非常に低い吸着平衡圧を発揮し、かつ、化学吸着性の強固な吸着力を発揮するため、適用機器の吸着対象ガスを吸着除去し、適用機器の劣化や、経時変化を抑制することができる。

また、気体に酸性ガスが含まれる場合においても、酸性ガスにより銅イオン交換したＺＳＭ−５型ゼオライトが失活したり、酸性ガスが銅イオン交換したＺＳＭ−５型ゼオライトと反応した結果、別のガスを発生したりすることなく、長期間優れた吸着性能を維持することが可能となり、信頼性の高い気体吸着デバイスを提供することができる。

第２の発明の気体吸着デバイスは、第１の発明における酸性ガス吸着材が、アルカリ金属水酸化物またはアルカリ土類金属水酸化物であるものである。

ここで、アルカリ金属水酸化物とは、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウムなど、水素除いた第１族元素の水酸化物を指す。特に指定するものではないが、水酸化ナトリウムおよび水酸化カリウムが、工業的にも汎用で適用が容易である。

ここで、アルカリ土類金属水酸化物とは、水酸化カルシウム、水酸化バリウムなど、第２属元素の水酸化物を指す。特に指定するものではないが、水酸化カルシウム、水酸化バリウムが工業的にも汎用で適用が容易である。

アルカリ金属水酸化物またはアルカリ土類金属水酸化物は、酸性ガスを酸−塩基反応により化学吸着することが可能であり、強固に酸性ガスを吸着除去し、また常温領域で脱離が生じないため、酸性ガス吸着材として適しているものである。

以上の構成により、吸着対象ガスに酸性ガスが含まれる場合においても、アルカリ金属水酸化物またはアルカリ土類金属水酸化物が、その化学吸着特性により酸性ガスを吸着除去するため、銅イオン交換したＺＳＭ−５型ゼオライトが失活したり、酸性ガスが銅イオン交換したＺＳＭ−５型ゼオライトと反応した結果、別のガスを発生したりすることなく、長期間優れた吸着性能を維持することが可能となり、信頼性の高い気体吸着デバイスを提供することができる。

第３の発明の気体吸着デバイスは、第１または第２の発明における仕切りが、連続多孔体であるものである。

銅イオン交換したＺＳＭ−５型ゼオライトを収容する空間と酸性ガス吸着材を収容する空間の仕切りの通気性が大きすぎる場合は、酸性ガス吸着材が酸性ガスを吸着しきれず、銅イオン交換したＺＳＭ−５型ゼオライトが余剰の酸性ガスを吸着し劣化したり、酸性ガスが銅イオン交換したＺＳＭ−５型ゼオライトと反応した結果、別のガスを発生したりする可能性がある。一方、銅イオン交換したＺＳＭ−５型ゼオライトを収容する空間と酸性ガス吸着材を収容する空間の仕切りの通気性が小さすぎる場合は、銅イオン交換したＺＳＭ−５型ゼオライトに到達する気体が少なく、銅イオン交換したＺＳＭ−５型ゼオライトの吸着特性を十分に発揮することができない。従って、仕切り材の通気性を適正に制御することが重要であり、この通気性は、仕切り材の気体透過度、断面積、長さに依存する。

気体透過度を要求に合致するため適切に制御するには、連続多孔体が適しており、吸着対象ガスの量や、吸着対象ガスが経時的に侵入する場合の侵入ガスの速度により、適宜選択することが可能である。

ここで、連続多孔体とは、固体部分と空隙部分からなり、空隙が連通しているものを指す。例えば、セラミックスのように、無機物からなる粒子の集合体であっても、連通ウレタンフォームのように、有機物であってもよいが、減圧下でガス発生の少ないものが、より望ましい。

以上の構成により、吸着対象ガスに酸性ガスが含まれる場合においても、酸性ガス吸着材により酸性ガスを吸着除去されたガス成分が、連続多孔体である仕切り材を通過し、銅イオン交換したＺＳＭ−５型ゼオライトへ到達するため、銅イオン交換したＺＳＭ−５型ゼオライトが失活したり、酸性ガスが銅イオン交換したＺＳＭ−５型ゼオライトと反応した結果、別のガスを発生したりすることなく、長期間優れた吸着性能を維持することが可能となり、信頼性の高い気体吸着デバイスを提供することができる。

第４の発明の気体吸着デバイスは、第１から第３の発明に加えて、遠隔操作により容器を開封して、銅交換したＺＳＭ−５型ゼオライトと酸性ガス吸着材が収容されている空間を外部空間と通気可能にする機構を備えたものである。

気体吸着活性の高い銅イオン交換したＺＳＭ−５型ゼオライトの劣化を抑制するため、気体吸着デバイスは、機器内部に設置した後に、外部空間の気体を吸着し始める、すなわち、外部空間と通気可能となることが望ましい。より望ましくは、酸性ガス吸着材が収容されている側の容器を通じて、外部空間と通気可能となることである。

外部からの力により容易に変形するような外殻内に気体吸着デバイスを設置する場合には、外殻上から間接的に応力を加えることで通気可能とすることは、比較的容易である。例えば、気体難透過性容器と適用真空機器の両方の外殻が軟包材の場合で、前記容器に大気圧が加わるような条件であれば、機器に予め突起物を内包しておき、気体吸着デバイスを設置後に、容器に加わる大気圧により、気体吸着デバイスの容器に突起物が押し付けられ、貫通することで、容器が開封する方法がある。

一方、外部からの力により容易には変形しない箇所への適用には、間接的に応力を加えることで、通気可能とすることは困難である。

従って、外力を加えずに気体吸着デバイスの容器に力を加える機構、すなわち遠隔操作の機構により、気体の吸着が可能になることが望ましい。遠隔操作の方法は、特に指定するものでないが、一例として温度変化による方法を、次に記す。

気体吸着デバイスを適用した機器内部に、容器を熱可塑性素材で作製した気体吸着デバイスと、前記容器に一定の応力を付与する突起部材とを設置し、機器の外部から熱を加えることにより、気体吸着デバイスの温度を上昇させる。この場合、常温では容器の硬さが突起物の応力に勝るため変形しないが、軟化温度に達すると熱可塑性素材からなる容器は軟化し、突起部材は容器に貫通孔を生じさせることができる。

熱可塑性素材として熱可塑性樹脂を用いることにより、比較的低い温度、例えば７０℃程度の低い温度で、容器に貫通孔を生じさせることができ、適用機器を構成する素材を劣化させること無く、低コストで、かつ構成部品の熱履歴が少なく優れた品質を有する適用機器を得ることができる。

ここで、外部空間とは、気体吸着デバイスの外部の空間を指し、吸着対象ガスなどが存在する空間を指す。

以上の構成により、適用時まで銅イオン交換したＺＳＭ−５型ゼオライトの劣化を抑制し、かつ、銅イオン交換したＺＳＭ−５型ゼオライトが、酸性ガスによる酸化劣化や、その結果による反応生成物を生じることなく、化学吸着性の強固な吸着力を発揮するため、真空機器や電池など適用機器内の吸着対象ガスを、速やかに吸着除去することが可能な気体吸着デバイスを提供することができる。

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、この発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１の開封前の気体吸着デバイスを示す概略断面図、図２は、同実施の形態の開封後の気体吸着デバイスを示す概略断面図である。

図１、図２において、気体吸着デバイス１は、銅イオン交換したＺＳＭ−５型ゼオライト２と酸性ガス吸着材３が、容器４で内包されたものである。容器４は、気体難透過性素材からなる軟包材であり、内部が複数の空間に分けられており、それぞれの空間に銅イオン交換したＺＳＭ−５型ゼオライト２と酸性ガス吸着材３が収容されている。

銅イオン交換したＺＳＭ−５型ゼオライト２を収容している空間と酸性ガス吸着材３を収容している空間は、仕切り５でつながれている。容器４の酸性ガス吸着材３付近の表面には、突起物６が取り付けられている。また、容器４はアルミ箔を含むプラスチックラミネートフィルムであり、仕切り５は不織布である。

容器４と適用真空機器の外殻（図示せず）がともに軟包材で、容器４に大気圧が加わるような条件であれば、機器に予め突起物６を内包しておき、気体吸着デバイス１を設置後に容器４に加わる大気圧により、気体吸着デバイス１の容器４に突起物６が押し付けられ、突起物６が容器４を貫通することで、容器４が開封したものである。

以上のように構成された本実施の形態の気体吸着デバイス１について、以下、その動作、作用を説明する。

まず、図１に示すように、気体吸着デバイス１の保存時には、銅イオン交換したＺＳＭ−５型ゼオライト２は、気体難透過性素材からなる容器４内部に真空封止されているため、気体吸着デバイス１を長時間大気中に放置しても、銅イオン交換したＺＳＭ−５型ゼオライト２は、気体に触れないため、劣化せず、長時間大気中で保存することができる。

また、銅イオン交換したＺＳＭ−５型ゼオライト２が、機器適用後に吸着対象ガスを吸着するためには、容器４の密閉が解かれる必要がある。これは以下に示す機構により実現される。

適用機器の外殻が、プラスチックラミネートフィルム、または薄肉アルミニウムなどの軟包材であり、容器４に大気圧が加わる場合は、予め気体吸着デバイス１表面に突起物６を備えておき、気体吸着デバイス１を設置後に容器４に加わる大気圧により、気体吸着デバイス１の容器４に突起物６が押し付けられ、その結果、突起物６は軟包材からなる容器４に突き刺し力を加えるため、容器４には貫通孔７が生じて吸着対象ガスを吸着可能になる。

ここで、貫通孔７を生じる部分は、仕切り５で分割される容器４内の空間のうち、酸性ガス吸着材３を含む空間側であり、望ましくは、仕切り５までの距離が、より長い部分である。

図２に示すように、容器４には突起物６により貫通孔７が生じるため、吸着対象ガスは、まず、酸性ガス吸着材３を収容した空間に侵入する。その後、吸着対象ガスは、仕切り５を通過して、銅イオン交換したＺＳＭ−５型ゼオライト２を収容した空間に移動する。突起物６により生じた貫通孔７の通気性は、仕切り５の通気性に比較して大きくされているため、酸性ガス吸着材３を収容した空間に侵入した気体は、容器４内部で淀むことになる。この間に気体に含まれる酸性ガスは、酸性ガス吸着材３により除去されるため、仕切り５を経て銅イオン交換したＺＳＭ−５型ゼオライト２に到達する気体は、酸性ガスが除去されている。従って、銅イオン交換したＺＳＭ−５型ゼオライト２は、適用時まで劣化が抑制され、かつ、酸性ガスによる酸化劣化や、その結果による反応生成物を生じることなく、化学吸着性の強固な吸着力を発揮するため、真空機器や電池など適用機器内の吸着対象ガスを速やかに吸着除去することが可能となる。

（実施の形態２）
図３（ａ）は、本発明の実施の形態２の開封前の気体吸着デバイスを長手方向に平行な平面で切断した場合の縦断面図、図３（ｂ）は同実施の形態の開封前の気体吸着デバイスを長手方向に垂直な平面で切断した場合の横断面図、図４（ａ）は、同実施の形態の開封後の気体吸着デバイスを長手方向に平行な平面で切断した場合の縦断面図、図４（ｂ）は、同実施の形態の開封後の気体吸着デバイスを長手方向に垂直な平面で切断した場合の横断面図である。

図３、図４において、気体吸着デバイス８は、熱可塑性プラスチックからなる筒状の容器９内部に、粉末状の酸性ガス吸着材３と銅イオン交換したＺＳＭ−５型ゼオライト２が間隔をあけて封入されている。

また、酸性ガス吸着材３と銅イオン交換したＺＳＭ−５型ゼオライト２の間は、連通ウレタンフォーム製の仕切り１０で仕切られている。容器９には応力を加える部材１１により応力が加えられている。また、応力を加える部材１１と接する容器９の内側には支持体１２が設置されている。ここで、応力を加える部材１１の先端は鋭利になっている。さらに、支持体１２の応力を加える部材１１の先端付近には孔が開いている。

銅イオン交換したＺＳＭ−５型ゼオライト２は、筒状の容器９内部に封入されているため、保存時における劣化はほとんどない。この気体吸着デバイス８を、適用機器の吸着対象ガスと通気可能な空間内に設置し、気体吸着デバイス８部位を外部から加熱することにより、容器９の温度が上昇する。容器９は熱可塑性樹脂であるため、温度の上昇により軟化する。

ここで、熱可塑性樹脂は、軟化温度が適用機器を構成する部材に影響を与えない材料を選択することが望ましい。容器９には、予め応力を加える部材１１により、応力が加えられているため、所定の温度に達すると、容器９の強度を、応力を加える部材１１による応力が上回る。容器９は軟化しているため応力を加える部材１１の形状に追従し、常温下であれば、容易に貫通孔は生じないが、応力を加える部材１１の先端付近には支持体１２の孔があるため、この付近の変形率は著しく大きくなり、容器９に貫通孔１３が生じる。

銅イオン交換したＺＳＭ−５型ゼオライト２は、貫通孔１３を通して外部空間の気体を吸着することが可能になる。ここで、貫通孔１３を生じる部分は、仕切り１０で分割される容器９内の空間のうち、酸性ガス吸着材３を含む空間側であり、望ましくは、仕切り１０までの距離がより長い部分である。

吸着対象ガスが酸性ガスを含む場合は、吸着対象ガスは、貫通孔１３を通して容器９に侵入する。吸着対象ガスが容器９に侵入すると、酸性ガス吸着材３付近に所定の時間留まるため、酸性ガスは酸性ガス吸着材３により吸着され、酸性ガスを含まない気体のみが、仕切り１０を通り、銅イオン交換したＺＳＭ−５型ゼオライト２に到達し、銅イオン交換したＺＳＭ−５型ゼオライト２は、酸性ガスによる酸化劣化や、その結果による反応生成物を生じることなく、吸着対象を吸着することができる。

従って、銅イオン交換したＺＳＭ−５型ゼオライト２は、適用時まで劣化が抑制され、かつ、酸性ガスによる酸化劣化や、その結果による反応生成物を生じることなく、化学吸着性の強固な吸着力を発揮するため、真空機器や電池など適用機器内の吸着対象ガスを速やかに吸着除去することができるデバイスを提供することが可能となる。

（実施例１）
粉末状の銅イオン交換したＺＳＭ−５型ゼオライト２と、酸性ガス吸着材３として粒状の水酸化ナトリウムを使用し、容器４として軟包材であるプラスチックラミネートフィルムを用いた。

プラスチックラミネートフィルムの構成は、厚さ１５μｍのポリプロピレンフィルム、厚さ６μｍのアルミニウム箔、厚さ５０μｍの低密度ポリエチレンフィルムの順にラミネートされたものである。仕切り５は、厚さ１００μｍ、幅１０ｍｍの不織布を用いた。気体吸着デバイス１は、アルゴン雰囲気中で、以下の手順で作製した。

２枚の長方形のプラスチックラミネートフィルムの低密度ポリエチレン同士を向かい合わせて不織布を挟み、ポリプロピレンフィルム側から熱溶着し、この部分を共通の底辺としてもつ３方シール袋を形成する。その３方シール袋の一方の空間に粉末状の銅イオン交換したＺＳＭ−５型ゼオライト２、他方に粒状の水酸化ナトリウムを挿入し、１０Ｐａで減圧封止を行った。突起物６は、りん青銅製の板を折り曲げたものの中央部を切り欠いてなるものであり、気体吸着デバイス１における水酸化ナトリウムを収容した空間側の外表面に備えた。

以上のように構成された気体吸着デバイス１を、酸性ガスであるフッ化水素を１％、空気を５％、アルゴンを９４％含む吸着対象ガスを封入したテドラーバッグ内に入れた後、突起物６に応力を加え、気体吸着デバイス１の内外空間を連通化した。連通化した１０分後、テドラーバッグ内のガス組成分析を実施した。その結果、テドラーバッグ内で検出されたガスはアルゴンのみであり、フッ化水素および空気成分は検出されなかった。

このことから、本構成により、銅イオン交換したＺＳＭ−５型ゼオライト２は、適用時まで劣化が抑制され、かつ、酸性ガスによる酸化劣化やその結果による反応生成物を生じることなく、化学吸着性の強固な吸着力を発揮し、吸着対象ガスを速やかに吸着除去することができたと判断した。

（実施例２）
ペレット状の銅イオン交換したＺＳＭ−５型ゼオライト２と、酸性ガス吸着材３として粒状の水酸化ナトリウムを使用し、気体難透過性の容器９として、ポリエチレンテレフタレート製のものを用いた。支持体１２はステンレス製であり、孔が開いており、酸性ガス吸着材３の収容空間におけるＺＳＭ−５型ゼオライト２から遠い方の容器９に内接している。容器９に応力を加える部材１１は、ステンレス製のクリップであり、容器９に接する部分が鋭利になっており、この鋭利な部分が、支持体１２の孔に重なるように取り付けられている。ＺＳＭ−５型ゼオライト２の収容空間と酸性ガス吸着材３の収容空間とを仕切る仕切り１０は、連通ウレタンフォームである。

以上のように構成された気体吸着デバイス８を、酸性ガスであるフッ化水素を１％、メタンを１％、二酸化炭素を１０％、アルゴンを８８％含む吸着対象ガスを封入した密封ガラス容器内に設置し、その後、加熱により気体吸着デバイス８の内外空間を連通化した。連通化した１０分後、テドラーバッグ内のガス組成分析を実施した。その結果、テドラーバッグ内で検出されたガスはアルゴンのみであり、フッ化水素および空気成分は検出されなかった。このことから、本構成により、銅イオン交換したＺＳＭ−５型ゼオライト２は、適用時まで劣化が抑制され、かつ、酸性ガスによる酸化劣化やその結果による反応生成物を生じることなく、化学吸着性の強固な吸着力を発揮し、吸着対象ガスを速やかに吸着除去することができたと判断した。

次に、本発明の気体吸着デバイスの実施例と比較する比較例を示す。

（比較例１）
特許文献１に開示されたＢａ−Ｌｉ合金を金属性容器と酸化カルシウムで被う構造の気体吸着デバイスを比較例１として、実施例１と同様の組成の吸着対象ガス、すなわち、酸性ガスであるフッ化水素を１％、空気を５％、アルゴンを９４％含む吸着対象ガスを封入したテドラーバッグ内に封入し、その１０分後、テドラーバッグ内のガス組成分析を実施した。その結果、テドラーバッグ内で検出されたガスは、フッ化水素１％、空気５％、アルゴン９４％のままであり、吸着挙動が確認できなかった。

そのため、２４時間経過後に、再度テドラーバッグ内のガス組成分析を実施したところ、検出されたガスは、フッ化水素０．５％、空気１％、アルゴン９７％、不明ガス１．５％であった。このことから、本比較例の気体吸着デバイスは、吸着速度が遅く、またフッ化水素および空気の吸着挙動は確認されるものの、同定不可能な不明ガスが検出されている。この不明ガスは、おそらく、酸性ガスであるフッ化水素とＢａ−Ｌｉ合金の反応生成ガスであると考えられる。

（比較例２）
実施例２の構成において、酸性ガス吸着材を気体吸着デバイスに封入しないものを比較例２として説明する。気体吸着デバイスの作製方法など、酸性ガス吸着材を用いないことを除き、実施例２に準じる。

この気体吸着デバイスを、酸性ガスであるフッ化水素を１％、メタンを１％、二酸化炭素を１０％、アルゴンを８８％含む吸着対象ガスを封入した密封ガラス容器内に設置し、その後、加熱により気体吸着デバイスの内外空間を連通化した。連通化した１０分後、テドラーバッグ内のガス組成分析を実施した。その結果、テドラーバッグ内で検出されたガスは、二酸化炭素２％、不明ガス１％、アルゴン９７％であった。

このことから、本比較例の気体吸着デバイスは、フッ化水素およびメタン、二酸化炭素の吸着挙動は確認されるものの、実施例では確認されなかった二酸化炭素の残存や、同定不可能な不明ガスが検出されている。おそらく、二酸化炭素の残存は酸性ガスであるフッ化水素との反応による酸化劣化の影響であり、不明ガスは酸性ガスであるフッ化水素と銅イオン交換したＺＳＭ−５型ゼオライトの反応生成ガスであると考えられる。

本発明による気体吸着デバイスは、大気中では十分な空気遮断性を有することにより、空気の吸着による劣化を抑制し、かつ、吸着対象ガスに酸性ガスが含まれる場合でも、優れた気体吸着能力を発揮することができるので、真空を利用した機器、例えばプラズマディスプレイや真空断熱材など、高純度不活性ガス環境や、減圧環境が必要な機器において、ガス吸着により、不純物除去や真空環境を実現可能な用途へ適用できる。また、リチウム電池など、内部発生するガスを吸着除去する用途へも適用可能である。いずれも、吸着対象ガスに酸性ガスを含む場合に、特に有効である。

１気体吸着デバイス
２銅イオン交換したＺＳＭ−５型ゼオライト
３酸性ガス吸着材
４容器
５仕切り
６突起物
７貫通孔
８気体吸着デバイス
９容器
１０仕切り
１１応力を加える部材
１２支持体
１３貫通孔

Claims

少なくとも銅交換したＺＳＭ−５型ゼオライトと、酸性ガス吸着材と、気体難透過性素材からなる容器とからなり、前記容器は、通気性を制御可能な仕切りにより少なくとも２つ以上の空間に仕切られており、前記銅交換したＺＳＭ−５型ゼオライトと前記酸性ガス吸着材は、それぞれ前記容器の異なる空間に収容されている気体吸着デバイス。
酸性ガス吸着材が、アルカリ金属水酸化物またはアルカリ土類金属水酸化物である請求項１に記載の気体吸着デバイス。
仕切りが、連続多孔体である請求項１または２に記載の気体吸着デバイス。
遠隔操作により容器を開封して、銅交換したＺＳＭ−５型ゼオライトと酸性ガス吸着材が収容されている空間を外部空間と通気可能にする機構を備えた請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の気体吸着デバイス。