JP2013184137A - 空気浄化フィルター及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】一酸化炭素を効果的に除去することができる空気浄化フィルター及びその製造方法を提供する。
【解決手段】 フィルター基材１と、金ナノ粒子４が金属酸化物５に担持されて形成された金ナノ粒子触媒２と、金ナノ粒子触媒２をフィルター基材１に固定させるための１種又は２種以上の金属塩水和物を含むバインダー３とを有することを特徴とする空気浄化フィルター１０により、上記課題を解決した。この空気浄化フィルター１０は、金属酸化物５の表面に金ナノ粒子４を担持させて形成された金ナノ粒子触媒２を準備する工程と、金ナノ粒子触媒２と１種又は２種以上の金属塩化合物と水溶媒とを混合して金ナノ粒子触媒固定用スラリーを調製する工程と、金ナノ粒子触媒固定用スラリーをフィルター基材１に付着乾燥する工程により製造する。
【選択図】図１

Description

本発明は、一酸化炭素を効果的に除去することができる空気浄化フィルター及びその製造方法に関する。

一酸化炭素は、非常に中毒性の強いガスであり、一酸化炭素が生活環境の空気中に含まれると人体に深刻な影響を及ぼす。具体的には、一酸化炭素は、酸素に比べて２００倍以上もヘモグロビンと結合しやすいという特性を有する。そのため、人が一酸化炭素を吸入すると、一酸化炭素が酸素よりも優先して血液中のヘモグロビンと結合するので、酸素はヘモグロビンと結合することができず、血液の酸素運搬能力が低下してしまう。その結果、人体は酸素不足に陥り、いわゆる一酸化炭素中毒が引き起こされる。

一酸化炭素の生活環境中での発生源としては、例えば、たばこの煙が挙げられる。たばこの煙に含まれる主な有害物質には、ニコチン、タール及び一酸化炭素が挙げられ、一酸化炭素はたばこの煙に１％〜３％程含まれる。１本のたばこの喫煙で一酸化炭素とヘモグロビンとの結合は１％〜２％程増加するといわれている。一酸化炭素がヘモグロビンと結合した一酸化炭素ヘモグロビンは体内での半減期が３時間〜４時間程度であるので、常時喫煙する人は慢性的な酸素不足に陥っていることになる。また、主流煙に含まれる一酸化炭素濃度は、たばこ１本当たり約３０ｍｇであるのに対し、副流煙に含まれる一酸化炭素濃度は、たばこ１本当たり約１５０ｍｇであり、主流煙よりも副流煙の方が一酸化炭素を多く含んでいる。そのため、副流煙を吸入することによる受動喫煙の影響も問題になっている。たばこの煙に含まれる一酸化炭素により、虚血性心疾患、末梢動脈疾患及び慢性呼吸器疾患の発生が危惧され、さらに妊娠時の胎児への影響等が心配される。

一酸化炭素の人体への影響を低減する対策としては、建屋内を全面禁煙にすることが望ましいが、小規模の飲食施設や遊戯施設等では全面禁煙にできない場所が多くあり、いわゆる分煙設備及びその技術のニーズが高まっている。たばこの煙に含まれる主な有害物質のうち、ニコチン及びタールは有機物であるので、通常のフィルターで物理的に吸着除去することができるが、一酸化炭素は気体であり、これまでは物理的に除去することができずに排気により除去されていた。ただし、排気によって除去された一酸化炭素は、建屋内で還流しないように建屋外に完全に排気することが必要であり、大掛かりな配管工事等が必要になる。そのため、導入コストが高く、分煙設備の普及の妨げになっている。このような状況から、一酸化炭素の効果的な除去技術の開発が望まれている。

一酸化炭素の除去技術として、非特許文献１には、金ナノ粒子を酸化物表面に固定した触媒（以下、「金ナノ粒子触媒」ともいう。）が提案されており、室温で一酸化炭素を効果的に酸化除去できることが記載されている。こうした金ナノ粒子触媒を製造した例として、例えば特許文献１には、昇華性の金前駆体と無機担体又は有機担体とを、室温下、常圧で、機械的摩擦を加えながら固相混合した後に還元処理することにより、担体の表面に金微粒子を分散、固定することが提案されている。また、例えば特許文献２には、金化合物溶液にカルコゲン化物を添加して形成された金−カルコゲン系イオンと担体とを接触させて、担体に金−カルコゲン系イオンを吸着させたり、又は、その金−カルコゲン系イオンの溶液を酸性にしたりすることにより、担体表面に金カルコゲナイドを沈殿析出させることが提案され、その後に担体を分離、加熱することにより、金微粒子を担体表面に析出させて分散、固定化することが提案されている。

また、金ナノ粒子触媒を有機基材に固定した例として、例えば特許文献３には、基体と、シランモノマーが表面に結合し、シランモノマー及び基体表面の化学結合により該基体に固定される無機微粒子と、その無機微粒子の表面に担持された少なくとも２種類の触媒微粒子とを有する複合化触媒担持体が提案されている。また、例えば特許文献４には、無機微粒子を含む基体と、その基体の表面に接合し、表面に接合界面周縁部を有する金ナノ微粒子とを有する抗ウイルス剤が提案されている。

こうした特許文献３，４には、無機微粒子の表面をシランモノマーで被覆した後、この無機微粒子をシランモノマーのグラフト重合により有機基体に結合させ、この有機基体をアルカリ性の四塩化金酸四水和物溶液に浸漬させ、攪拌した後、減圧乾燥して窒素雰囲気下で１００℃で加熱し、有機基体に固定された複合化触媒担持体等を得ることが提案されている。また、特許文献３，４には、上記した無機微粒子が金属酸化物の微粒子であることが提案され、上記した有機基体がＰＥＴ製不織布であることが提案されている。

特許文献３，４に記載の技術によれば、有機基体にシランモノマーの化学結合を介して複合化触媒担持体等を固定するので、低温でしかも充分な耐久性を保持する状態で固定することができるとしている。そのため、金属やセラミック等の無機基体はもちろん、従来は不可能であった有機系の素材を含む部材を基体とする複合化触媒担持体等を提供することができるとしている。

特開２００８―２５９９９３号公報 特開２００９―２４０９５１号公報 特開２０１０―５５６８号公報 特開２０１１―２１３７１９号公報

Haruta,M., "Catalysis Today", 36, p.153-166(1997).

しかしながら、特許文献３，４で提案された技術で得られた複合化触媒担持体は、空気中の一酸化炭素を除去する能力が不十分であるという問題があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、空気中の一酸化炭素を効果的に除去できる新しい空気浄化フィルター及びその製造方法を提供することにある。

本発明者は、上記課題について鋭意検討し、空気中の一酸化炭素を除去する能力が十分に発揮されない原因は、金ナノ粒子触媒を基材に固定させるためのバインダーに有機成分や官能基が存在するためであると推定した。そこで、本発明者は、有機成分や官能基を有さない金属塩水和物を、金ナノ粒子触媒を基材に固定させるバインダーとして用いたところ、上記課題が解決できることを見出し、本発明を完成させた。

上記課題を解決するための本発明に係る空気浄化フィルターは、フィルター基材と、金ナノ粒子が金属酸化物に担持されて形成された金ナノ粒子触媒と、該金ナノ粒子触媒を前記フィルター基材に固定させるための１種又は２種以上の金属塩水和物を含むバインダーとを有することを特徴とする。

この発明によれば、金ナノ粒子触媒をフィルター基材に固定させるためのバインダーとして１種又は２種以上の金属塩水和物を適用したので、有機成分や官能基を有さないバインダーにより金ナノ粒子触媒をフィルター基材に固定させることができる。その結果、金ナノ粒子触媒の触媒活性を著しく低下させることなくフィルター基材に固定できるので、空気中の一酸化炭素を効果的に除去することができる。

本発明に係る空気浄化フィルターにおいて、前記金属塩水和物が、珪酸塩水和物、アルミニウム塩水和物及びカルシウム塩水和物のいずれか１種又は２種以上を含む。

本発明に係る空気浄化フィルターにおいて、前記金属酸化物が、酸化チタンである。

本発明に係る空気浄化フィルターにおいて、前記フィルター基材が、有機材料で形成された不織布である。

この発明によれば、フィルター基材が有機材料で形成された不織布であるので、適度な通気性を有する。その結果、空気中の一酸化炭素を効果的に除去できる。

上記課題を解決するための本発明に係る空気浄化フィルターの製造方法は、金属酸化物に金ナノ粒子を担持させて形成された金ナノ粒子触媒を準備する工程と、前記金ナノ粒子触媒と１種又は２種以上の金属塩化合物と水溶媒とを混合して金ナノ粒子触媒固定用スラリーを調製する工程と、前記金ナノ粒子触媒固定用スラリーをフィルター基材に付着乾燥する工程と、を有することを特徴とする。

この発明によれば、金ナノ粒子触媒と１種又は２種以上の金属塩化合物と水溶媒とを混合して金ナノ粒子触媒固定用スラリーを調製する工程と、その金ナノ粒子触媒固定用スラリーをフィルター基材に付着乾燥する工程とを有するので、有機成分や官能基を有さないバインダーにより金ナノ粒子触媒をフィルター基材に固定させることができる。その結果、金ナノ粒子触媒の触媒活性を著しく低下させることなくフィルター基材に固定できるので、空気中の一酸化炭素を効果的に除去することができる空気浄化フィルターを製造できる。

本発明に係る空気浄化フィルターによれば、有機成分や官能基を有さないバインダーにより金ナノ粒子触媒をフィルター基材に固定させることができるので、金ナノ粒子触媒の触媒活性を著しく低下させることなくフィルター基材に固定できる。その結果、空気中の一酸化炭素を効果的に除去できる空気浄化フィルターになる。

本発明に係る空気浄化フィルターの製造方法によれば、有機成分や官能基を有さないバインダーにより金ナノ粒子触媒をフィルター基材に固定させることができるので、金ナノ粒子触媒の触媒活性を著しく低下させることがなく、空気中の一酸化炭素を効果的に除去することができる空気浄化フィルターを製造できる。

本発明に係る空気浄化フィルターの一例を示す模式的な一部拡大図である。 金ナノ粒子触媒の一例を示す模式図である。 実施例で用いた金ナノ粒子触媒の透過型電子顕微鏡写真である。

以下、本発明に係る空気浄化フィルター及びその製造方法について説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。

［空気浄化フィルター］
本発明に係る空気浄化フィルター１０は、図１及び図２に示すように、フィルター基材１と、金ナノ粒子４が金属酸化物５に担持されて形成された金ナノ粒子触媒２と、金ナノ粒子触媒２をフィルター基材１に固定させるための１種又は２種以上の金属塩水和物を含むバインダー３とを有している。なお、図１中の符号１０’は空気浄化フィルターの構成繊維である。

空気浄化フィルター１０は、有機成分や官能基を有さないバインダー３により金ナノ粒子触媒２がフィルター基材１に固定されている。そのため、金ナノ粒子触媒２は、その触媒活性が著しく低下することなくフィルター基材１に固定されている。その結果、空気浄化フィルター１０は、空気中の一酸化炭素を効果的に除去することができる。

空気浄化フィルター１０は、図１に示すように、３次元網目構造であり、その空隙率は、特に限定されないが、例えば５０％以上９０％以下である。空気浄化フィルター１０の空隙率をこの範囲にすることにより、空気浄化フィルター１０としての実用的な通気性を有し、空気中の一酸化炭素を効果的に除去することができる。空隙率は、フィルター基材１を構成する繊維の総体積とフィルター基材１の体積とを測定し、［１−（フィルター基材１を構成する繊維の総体積／フィルター基材１の体積）］×１００によって計算された値で評価することができる。また、空気浄化フィルター１０の厚さは、特に限定されず、使用環境に応じて適宜設計できる。

空気浄化フィルター１０は、その表面のみに金ナノ粒子触媒２が固定されているものであってもよいし、空気浄化フィルター１０の厚さ方向の内部にも、金ナノ粒子触媒２が固定されているものでもよい。空気中の一酸化炭素を効果的に除去するためには、空気浄化フィルター１０の厚さ方向の内部にも、金ナノ粒子触媒２が固定されているものがより好ましい。

以下、各構成要素をさらに詳しく説明する。

（フィルター基材）
フィルター基材１は、空気浄化フィルター１０の基材である。フィルター基材１は、空気浄化用のフィルターとしての通気性があり、図１に示すように、３次元網目構造を有している材料であれば特に限定されない。フィルター基材１の形成材料としては、例えば、有機材料繊維、金属材料繊維、ガラス繊維、セラミックス繊維、天然繊維、又はカーボン繊維等を挙げることができる。なかでも、汎用性及び工業性の点から、有機材料繊維で形成された合成繊維が好ましく挙げられる。合成繊維の材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等のポリエステル樹脂；ポリエチレン、ポリプロピレン、トリメチルペンテン、環状ポリオレフィン等のポリオレフィン樹脂；トリアセチルセルロース、ジアセチルセルロース、アセテートブチレートセルロース等のセルロース系樹脂；ポリメタクリル酸メチル、メタクリル酸メチル−アクリル酸ブチル、メタクリル酸メチル−スチレン共重合体等のアクリル系樹脂；ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデン等の含ハロゲン樹脂；ポリエーテルサルホン；ポリウレタン系樹脂；ポリカーボネート樹脂；ポリスチレン等のスチレン系樹脂；ポリアミド樹脂；ポリイミド樹脂；ポリスルホン樹脂；ポリエーテル樹脂；ポリエーテルケトン樹脂；ＡＢＳ樹脂；フェノール樹脂；ユリア樹脂；メラミン樹脂等が挙げられる。特に、合成繊維で形成された有機基材である不織布が好ましく、通気性及び経済性に優れている。

フィルター基材１の形成材料の繊維径としては、特に限定されないが、例えば、５μｍ以上３０μｍ以下である。繊維径をこの範囲にすることにより、実用的な強度及び通気性を備えた空気浄化フィルター１０になる。

フィルター基材１は３次元網目構造であり、その空隙率は特に限定されないが、例えば５０％以上９０％以下の空隙率であることが好ましい。空隙率をこの範囲にすることにより、フィルター基材１に金ナノ粒子触媒２を固定させた場合であっても実用的な通気性を有し、空気中の一酸化炭素を効果的に除去することができる空気浄化フィルター１０になる。また、こうした空隙率のフィルター基材１の多くは不織布であり、そうした不織布は空隙率が高いので、その内部にまで金ナノ粒子触媒２を進入させて固定させることができ、内部での空気浄化も可能になるのでより好ましい。空隙率は、上記同様、フィルター基材１を構成する繊維の総体積とフィルター基材１の体積とを測定し、［１−（フィルター基材１を構成する繊維の総体積／フィルター基材１の体積）］×１００によって計算された値で評価することができる。

また、フィルター基材１の厚さも特に限定されず、空気浄化フィルター１０の使用環境に応じて適宜選択される。

（金ナノ粒子触媒）
金ナノ粒子触媒２は、一酸化炭素を二酸化炭素に酸化させる触媒として機能するものであり、図２に示すように、金ナノ粒子４が金属酸化物５に担持されて形成されている。こうした金ナノ粒子触媒２は、光触媒のように紫外線や可視光を必要とせず、また、白金触媒のように１５０℃以上の高い温度も必要としない。そのため、金ナノ粒子触媒２を有する空気浄化フィルター１０は、特別な光源や熱源を用いることなく一酸化炭素を除去できるので、空気清浄機や空調機器の内部のような暗所に取り付けて用いることができる。

金ナノ粒子４は、金のナノ粒子であり、その金ナノ粒子４の平均粒子径は、１ｎｍ以上２０ｎｍ以下が好ましく、１ｎｍ以上５ｎｍ以下がより好ましい。金ナノ粒子４の平均粒子径をこの範囲にすることで、金ナノ粒子４の安定的な生産性を維持しつつ、金ナノ粒子触媒２の活性部位である金ナノ粒子４と金属酸化物５との接合界面（いわゆる「ペリメータ」のことである。）を多くすることができるので、触媒活性の効率性及び経済性の点で有利になる。なお、この平均粒子径は、例えば、透過型電子顕微鏡を用いて複数の触媒試料を観察し、その各々の触媒試料の写真像を側長し、観察した倍率から計算して得られた粒子径の平均値を用いることができる。

金属酸化物５は、金ナノ粒子４を担持するためのものであり、金ナノ粒子４を担持して金ナノ粒子触媒２としての活性を有するものであれば特に限定されない。金属酸化物５としては、例えば、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化鉄、酸化アルミニウム、酸化ビスマス、酸化錫、酸化イットリウム及び酸化コバルト等を挙げることができる。なかでも、触媒活性の高さ、安定性及び経済性の点から、酸化チタンが好ましく用いられる。

金属酸化物５の平均粒子径は、特に限定されないが、例えば１μｍ以上３０μｍ以下である。金属酸化物５の平均粒子径をこの範囲にすることで、金ナノ粒子触媒２は生産性に優れるものになる。また、金属酸化物５の粒子形状は、特に限定されないが、例えば、球状、回転楕円体状、多角形状、又は鱗片状等が挙げられる。この平均粒子径は、例えば、散乱式粒子計分布測定装置によって測定された値で評価することができる。

こうした金ナノ粒子触媒２は、従来公知の方法で製造できる。例えば、固相混合還元法、沈殿析出法、含浸法、滴下中和沈殿法、還元剤添加法、ｐＨ制御中和沈殿法、有機金錯体吸着法、ウォッシュコート法、コロイド焼成法等を適用できる。

（バインダー）
バインダー３は、図１に示すように、金ナノ粒子触媒２をフィルター基材１に固定させるためのものであり、１種又は２種以上の金属塩水和物で構成されている。金属塩水和物は、金属塩化合物を水和させてできる固形物であり、こうした固形物が、金ナノ粒子触媒２をフィルター基材１に固定させるバインダー３として機能する。なお、図１中の符号２ａは、金ナノ粒子触媒２とバインダー３との複合物が凝集して層状になっているものの例である。

金属塩水和物は、金属塩化合物を水和させて得られるものであれば特に限定されず、具体的には、金属塩化合物の粒子と水とを混合して、自然乾燥又は１００℃程度以下の低温乾燥で生成することができるものであれば特に限定されない。こうした金属塩水和物としては、例えば、珪酸塩水和物、アルミニウム塩水和物、カルシウム塩水和物、ジルコニウム塩水和物、マグネシウム塩水和物、及びイットリウム塩水和物等を挙げることができる。

金属塩水和物を得るための金属塩化合物としては、水和反応により金属塩水和物を生成するものであれば特に限定されず、例えば、珪酸塩化合物、アルミニウム塩化合物、カルシウム塩化合物、ジルコニウム塩化合物、マグネシウム塩化合物、及びイットリウム塩化合物等を挙げることができる。

珪酸塩化合物としては、例えば、二酸化珪素（ＳｉＯ_２）、金属シリケート等を挙げることができ、金属シリケートとしては、例えば、アルミノ珪酸塩、ジルコニウム珪酸塩、ナトリウム珪酸塩等を挙げることができる。また、アルミニウム塩化合物としては、例えば、酸化アルミニウム（アルミナ、Ａｌ_２Ｏ_３）、塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ_３）等を挙げることができる。カルシウム塩化合物としては、例えば、酸化カルシウム（ＣａＯ）等を挙げることができる。ジルコニウム塩化合物としては、例えば、酸化ジルコニウム（ジルコニア、ＺｒＯ_２）等を挙げることができる。マグネシウム塩化合物としては、例えば、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）等を挙げることができる。イットリウム塩化合物としては、例えば、酸化イットリウム（イットリア、Ｙ_２Ｏ_３）を挙げることができる。これらの金属塩化合物は、１種又は２種以上を混合して用いることができる。

金属塩化合物の平均粒子径は、特に限定されないが、例えば、１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。金属塩化合物の粒子径をこの範囲にすることで、この金属塩化合物の粒子径に基づいた金属塩水和物を生成できるので、金ナノ粒子触媒２をフィルター基材１に均一且つ高い密着力で固定することができる。この平均粒子径は、例えば、透過型電子顕微鏡を用いて複数の金属塩化合物試料を観察し、その各々の金属塩化合物試料の写真像を側長し、観察した倍率から計算して得られた粒子径の平均値を用いることができる。

金属塩化合物を水和させて金属塩水和物にするための水は、通常、金属塩化合物の水和反応を促進させるために、酸性、中性又はアルカリ性のものを用いる。酸性又はアルカリ性の水は、例えば、水に塩酸又は水酸化ナトリウム等の酸又は塩基を添加して調製できる。

本発明では、金属塩水和物をバインダー３として、金ナノ粒子触媒２をフィルター基材１に固定させることにより、金ナノ粒子触媒２が有する触媒活性を著しく低下させることなくフィルター基材１に固定させることができる。こうして、金ナノ粒子触媒を従来一般的に用いられている有機バインダーやシランカップリング剤等の無機バインダーでフィルター基材１に固定させた場合のように、金ナノ粒子触媒の触媒活性が低下して、空気中の一酸化炭素を除去する能力が不十分になるという問題を解決している。

なお、バインダー３に含まれる有機成分や官能基が金ナノ粒子触媒２の触媒活性を低下させる現象のメカニズムは、現時点では明確には分かっていないが、バインダー３に含まれる有機成分や官能基がペリメータに存在する酸素ラジカルを消費し、一酸化炭素の分解に寄与する酸素ラジカルが減少するためであると考えられる。

金属塩水和物は、有機成分や官能基を有さないので、一酸化炭素の分解に寄与する酸素ラジカルがそれらの有機成分や官能基によって無駄に消費されることが無いと考えられる。そのため、金属塩水和物をバインダー３として用いた空気浄化フィルター１０は、金ナノ粒子触媒２の触媒活性を著しく低下させることなく空気中の一酸化炭素を効果的に除去することができると考えられる。また、金属塩水和物は、構造がそれほど緻密ではないため、金ナノ粒子触媒２の活性部位である接合界面に一酸化炭素が到達することを妨げることはなく、金ナノ粒子触媒２のフィルター基材１への固定及び金ナノ粒子触媒２の触媒活性を両立させることができると考えられる。また、バインダー３は、金ナノ粒子触媒２をフィルター基材１と高い密着力で固定することができるので、空気浄化フィルター１０は、フィルター基材１から金ナノ粒子触媒２が剥離、脱落することがなく、長期間にわたって使用できるものになる。なお、バインダー３は、金属塩化合物の水和反応により生成するので、厳密には、金属水酸化物、水和した金属水酸化物、金属酸化物、水和した金属酸化物、金属酸化水和物等の複合物であると考えられる。

なお、従来一般的に用いられている無機バインダーであるシランカップリング剤は、グラフト重合等させる際に高いエネルギーの放射線を照射したり、高温に加熱したりすることにより、有機成分や官能基を除去することができる。しかしながら、こうした有機成分や官能基の除去方法では、フィルター基材１が有機基材で形成されている場合、その有機基材が脆くなったり、分解したりしてしまい、フィルター基材１の強度が十分に確保できないという問題がある。一方、金属塩水和物による固定では、高いエネルギーを照射したり、高い温度にしたりする必要がないので、有機基材に対しても問題なく金ナノ粒子触媒２を固定できる。

金属水和物の同定は、例えば、Ｘ線光電子分光を用いて行うことができる。また、バインダー３中の有機成分や官能基の有無は、例えば、フーリエ変換赤外分光により分析することができる。この場合、フィルター基材１が例えば合成樹脂で形成された不織布であるときには、その合成樹脂の有機成分や官能基であるか、バインダー３の有機成分や官能基であるかがわからなくなるため、フィルター基材１を取り除いたうえで分析する必要がある。

［空気浄化フィルターの製造方法］
本発明に係る空気浄化フィルター１０の製造方法は、金属酸化物５の表面に金ナノ粒子４を担持させて形成された金ナノ粒子触媒２を準備する工程（金ナノ粒子触媒準備工程）と、金ナノ粒子触媒２と１種又は２種以上の金属塩化合物と水溶媒とを混合して金ナノ粒子触媒固定用スラリーを調製する工程（金ナノ粒子触媒固定用スラリー調製工程）と、その金ナノ粒子触媒固定用スラリーをフィルター基材１に付着乾燥する工程（付着乾燥工程）とを有する。

空気浄化フィルター１０の製造方法によれば、有機成分や官能基を有さないバインダー３により金ナノ粒子触媒２をフィルター基材１に固定させることができるので、金ナノ粒子触媒２の触媒活性を著しく低下させることがなく、空気中の一酸化炭素を効果的に除去することができる空気浄化フィルター１０を製造できる。以下、各工程について説明する。

（金ナノ粒子触媒準備工程）
金ナノ粒子触媒準備工程は、金ナノ粒子４を金属酸化物５に担持させて金ナノ粒子触媒２を準備する工程である。金ナノ粒子触媒準備工程により、金ナノ粒子４が金属酸化物５に担持されるので、一酸化炭素を二酸化炭素に酸化させる触媒として機能する金ナノ粒子触媒２を調製することができる。なお、金ナノ粒子４、金属酸化物５、金ナノ粒子触媒２及び金ナノ粒子触媒２の調製方法は、「空気浄化フィルター」の「金ナノ粒子触媒」欄で説明した内容と同様であるので、ここではその説明を省略する。

（金ナノ粒子触媒固定用スラリー調製工程）
金ナノ粒子触媒固定用スラリー調製工程は、金ナノ粒子触媒２をフィルター基材１に固定させるための金ナノ粒子触媒固定用スラリーを調製する工程である。金ナノ粒子触媒固定用スラリーは、金ナノ粒子触媒２と金属塩化合物の粒子と水溶媒とを混合してスラリーを調製した後、このスラリーを酸性又はアルカリ性にすることにより調製できる。なお、金属塩化合物は、「空気浄化フィルター」の「バインダー」欄で説明した内容と同様であるので、ここではその説明を省略する。

金ナノ粒子触媒固定用スラリーを酸性又はアルカリ性にする方法は、例えば、塩酸や水酸化ナトリウム等の酸又は塩基を金ナノ粒子触媒固定用スラリーに添加する方法が挙げられる。金ナノ粒子触媒固定用スラリーを酸性又はアルカリ性にすることにより、金属塩化合物の水和反応が進行し、金ナノ粒子触媒２をフィルター基材１に固定するためのバインダー３としての金属塩水和物を生成することができる。

金ナノ粒子触媒固定用スラリーの粘度は、例えば１００Ｐａ・ｓ以上１０００Ｐａ・ｓ以下である。金ナノ粒子触媒固定用スラリーの粘度をこの範囲にすることで、フィルター基材１に安定的に付着させることができ、また、金ナノ粒子触媒２及び金属塩化合物の粒子の沈降を防ぐことができる。粘度は、回転粘度計によって測定された値で評価することができる。

金ナノ粒子触媒固定用スラリーには、金ナノ粒子触媒２及び金属塩化合物の粒子の分散性を高め沈降を抑制するためにエタノールやイソプロピルアルコール等のアルコールを添加してもよい。なお、アルコールを前記したスラリーに添加する場合であっても、後述する付着乾燥工程でこうしたアルコールは金ナノ粒子触媒固定用スラリーから揮発するので、空気浄化フィルター１０にアルコールが含まれることはない。

（付着乾燥工程）
付着乾燥工程は、金ナノ粒子触媒固定用スラリーをフィルター基材１に付着させて、その後乾燥する工程である。付着乾燥工程により、金ナノ粒子触媒固定用スラリーをフィルター基材１に接触させて、フィルター基材１と金ナノ粒子触媒２との間に金属塩水和物の固形物を生成できる。その結果、この金属塩水和物は、金ナノ粒子触媒２をフィルター基材１に固定させるバインダー３として機能するので、金ナノ粒子触媒２がフィルター基材１に固定された空気浄化フィルター１０を作製することができる。

フィルター基材１の空隙率は、金ナノ粒子触媒固定用スラリーを付着させる量に応じて、空気浄化フィルター１０が実用的な通気性を有するように適宜選択される。その他、フィルター基材１については、「空気浄化フィルター」の「フィルター基材」欄で説明した内容と同様であるので、ここではその説明を省略する。

付着乾燥工程の付着方法は、金ナノ粒子触媒固定用スラリーをフィルター基材１に付着できれば特に限定されず、例えば、金ナノ粒子触媒固定用スラリーをフィルター基材１に塗布する方法や、金ナノ粒子触媒固定用スラリーをフィルター基材１に吹付ける方法や、金ナノ粒子触媒固定用スラリー中にフィルター基材１を浸漬させて引き上げる方法等が挙げられる。

金ナノ粒子触媒固定用スラリーをフィルター基材１に塗布する方法としては、特に限定されないが、従来公知の塗布方法を適用できる。こうした塗布方法としては、例えば、グラビアコート、フレキソコート、ロールコート、リバースロールコート、スクリーンコート、エアーナイフコート、キスコート、ダイコート、ナイフコート、ブレードコート、カーテンコート、スロットオリフィス、ロールナイフコート、バーコート等が挙げられる。

金ナノ粒子触媒固定用スラリーをフィルター基材１に吹付ける方法としては、特に限定されないが、例えば、金ナノ粒子触媒固定用スラリーをスプレーで吹付ける方法等が挙げられる。

こうした付着方法によれば、金ナノ粒子触媒固定用スラリーをフィルター基材１に均一に付着させることができるので、金ナノ粒子触媒２をフィルター基材１に均一に固定できる。また、フィルター基材１の表面のみではなく、フィルター基材１の厚さ方向の内部にまで金ナノ粒子触媒固定用スラリーを付着させることができるので、フィルター基材１の厚さ方向の内部にまで金属ナノ粒子触媒２を固定できる。

また、金ナノ粒子触媒固定用スラリーをフィルター基材１に吹付ける方法によれば、金ナノ粒子触媒固定用スラリーを霧状にしてフィルター基材１に付着させるので、金ナノ粒子触媒固定用スラリーの使用量の制御がしやすく、生産性を向上させることができる。

必要に応じて、金ナノ粒子触媒固定用スラリーをフィルター基材１に付着させる前に、フィルター基材１を洗浄する洗浄工程を導入してもよい。フィルター基材１の洗浄は、フィルター基材１に洗浄液を噴霧したり、フィルター基材１を洗浄液中に浸漬したりして行われる。洗浄液としては、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ハイドロフルオロエーテル等の親水性エーテル類、水、弱酸性水溶液、弱アルカリ性水溶液、炭素数１〜４のアルコール類、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類、酢酸メチルや酢酸エチル等の水に部分的に混和するエステル類等を挙げることができる。

付着乾燥工程の乾燥方法は、金ナノ粒子触媒固定用スラリーから水溶媒を蒸発させて除去できれば特に限定されない。例えば、自然乾燥又は１００℃以下の低温乾燥等が挙げられる。

こうした金属塩水和物による金ナノ粒子触媒２の固定化は、高いエネルギーや高い温度を与えずに金ナノ粒子触媒２をフィルター基材１に固定できるので、実用的で廉価な有機基材で形成されたフィルター基材１を用いた空気浄化フィルター１０を製造することができる。

本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例の記載に限定されるものではない。

［実施例１］
金ナノ粒子触媒を以下のように析出沈降法を適用して準備した。まず、テトラクロロ金酸四水和物（関東化学株式会社製、ＨＡｕＣｌ_４・４Ｈ_２Ｏ）６２．８ｍｇを蒸留水１５０ｍＬに加えて攪拌し、金イオン水溶液を調製した。次いで、金属酸化物として、酸化チタン粒子（日本エアロジル株式会社製、商品名：ＡＥＲＯＸＩＤＥ ＴｉＯ_２ Ｐ２５）を用い、この酸化チタン粒子１ｇを前記した金イオン水溶液に加え１時間攪拌した。このとき、金イオン水溶液は７０℃にし、ｐＨを７〜８の範囲にした。次いで、ここに蒸留水１Ｌを加えて攪拌した後上澄み液を除去する水洗作業をｐＨが変化しなくなるまで５回繰り返した。その後、沈殿物をろ過、洗浄し、１２０℃で１２時間乾燥して、金ナノ粒子が酸化チタン粒子に担持された金ナノ粒子触媒を得た。

金ナノ粒子触媒固定用スラリーを以下のようにして調製した。まず、得られた金ナノ粒子触媒を遊星ボールミルで平均粒子径５μｍまで粉砕した。次いで、金属塩化合物として、酸化アルミニウム粉体（シーアイ化成株式会社製、平均粒子径３１ｎｍ）及び二酸化珪素粉体（シーアイ化成株式会社製、平均粒子径２５ｎｍ）の２種を用い、それぞれ６０質量％、２０質量％、及び蒸留水２０質量％となるように混練し、凝集物の無い均一なスラリーを得た。次いで、このスラリー０.５ｇに上記した平均粒子径５μｍの金ナノ粒子触媒５ｇを加えて混合した。次いで、水酸化ナトリウム水溶液を加えてｐＨを１１〜１２の範囲に調整し、金ナノ粒子触媒固定用スラリーを得た。なお、上記の混練及び混合は、超音波を照射しながら行ない、得られた金ナノ粒子触媒固定用スラリーの粘度は６００Ｐａ・ｓであった。

空気浄化フィルターを以下のようにして作製した。フィルター基材として、繊維径２０μｍ〜３０μｍ、空隙率８７％のポリエステル製不織布（日本バイリーン株式会社製、商品名：ＦＳ−６２００）を用いた。まず、この不織布を３００ｍｍ×３００ｍｍの大きさにカットし、この不織布にベーカーアプリケーター（株式会社小平製作所社製、型番：ＹＢＡ−７型）を用いて前記した金ナノ粒子触媒固定用スラリーを塗布した。その後、余分な金ナノ粒子触媒固定用スラリーをゴムスキージですき取ることで除去した後、１００℃で乾燥して金ナノ粒子触媒を前記したフィルター基材である不織布に固定した。こうして、空気浄化フィルターを得た。

なお、フィルター基材は、前処理としてハイドロフルオロエーテル洗浄液（３Ｍ社製、商品名：ＮＯＶＥＣ７１００）に浸漬させて超音波洗浄し、乾燥させる処理を行った。

［実施例２］
金属塩化合物として、酸化アルミニウム粉体及び二酸化珪素粉体酸化の代わりに、カルシウム粉体（宇部マテリアル株式会社製、平均粒子径５００ｎｍ）を用いた以外は、実施例１と同様にして、空気浄化フィルターを作製した。

［比較例１］
金ナノ粒子触媒固定用スラリーに含まれる金属塩化合物の代わりに、ポリビニルピロリドンをエタノールで希釈した有機バインダーを用いた以外は、実施例１と同様にして空気浄化フィルターを作製した。

［評価］
（ア）実施例１で得られた金ナノ粒子触媒を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観察した。（イ）実施例１，２で得られた空気浄化フィルターを走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した。（ウ）実施例１，２及び比較例１で得られた空気浄化フィルターについて、目視によりフィルター基材からの粉体の脱落や剥離の有無を確認した。（エ）実施例１，２及び比較例１で得られた空気浄化フィルターの空隙率を、フィルター基材を構成する繊維の総体積とフィルター基材の体積とを測定し、（１−フィルター基材を構成する繊維の総体積／フィルター基材の体積）×１００によって計算した。（オ）実施例１，２及び比較例１で得られた空気浄化フィルターについて一酸化炭素の除去試験を行った。

一酸化炭素の除去試験は、作製した空気浄化フィルターに濃度８００ｐｐｍの一酸化炭素ガスを毎分５０ｍＬで通気させ、その通気したガスを熱伝導度検出器ガスクロマトグラフィー装置（株式会社島津製作所社製、型番：ＧＣ−２０１４ＡＴ）を用いて分析することにより行った。なお、８００ｐｐｍの一酸化炭素ガスの濃度は、たばこの副流煙に含まれる一酸化炭素の濃度と同等である。

［結果］
実施例１で得られた金ナノ粒子触媒をＴＥＭで観察した結果を図３に示す。実施例１で得られた金ナノ粒子触媒は、粒子径が１０ｎｍ以下の金ナノ粒子が酸化チタン粒子に担持された構造をしていることが確認された。

実施例１，２で得られた空気浄化フィルターをＳＥＭで観察した結果、実施例１，２で得られた空気浄化フィルターは、図２に示すように、フィルター基材の表面に金ナノ粒子触媒の粉体がバインダーにより固定されていることが確認された。

実施例１，２及び比較例１で得られた空気浄化フィルターからの粉体の脱落や剥離の有無を目視で観察した結果、空気浄化フィルターからの粉体の脱落や剥離は確認されなかった。

実施例１，２及び比較例１で得られた空気浄化フィルターの空隙率は、それぞれ７３％，７１％，７４％であった。

実施例１，２及び比較例１で得られた空気浄化フィルターについて一酸化炭素の除去試験を行った結果、実施例１，２及び比較例１で得られた空気浄化フィルターは、それぞれ９３％，９０％及び２０％の一酸化炭素を除去することが確認された。また、除去された一酸化炭素は、酸化されて二酸化炭素に変換されていることが確認された。

ここで、一酸化炭素の除去試験の参考実験として、実施例１で得られた金ナノ粒子触媒を、フィルター基材に固定せずに、実施例１で用いた不織布をほぐした繊維と共にガラス管に詰めて、上記した一酸化炭素の除去試験を行った。その結果、９８％の一酸化炭素が除去されることが確認された。

こうした一酸化炭素の除去試験の結果から、金属塩水和物をバインダーとして用いた空気浄化フィルターは、金ナノ粒子触媒の活性を著しく低下させることなく、効果的に空気中の一酸化炭素を除去できることが示された。

１ フィルター基材
２ 金ナノ粒子触媒
２ａ 金ナノ粒子触媒とバインダーとの凝集物
３ バインダー（金属塩水和物）
４ 金ナノ粒子
５ 金属酸化物
１０ 空気浄化フィルター
１０’ 空気浄化フィルターの構成繊維

Claims (5)

1. フィルター基材と、金ナノ粒子が金属酸化物に担持されて形成された金ナノ粒子触媒と、該金ナノ粒子触媒を前記フィルター基材に固定させるための１種又は２種以上の金属塩水和物を含むバインダーとを有することを特徴とする空気浄化フィルター。
2. 前記金属塩水和物が、珪酸塩水和物、アルミニウム塩水和物及びカルシウム塩水和物のいずれかを含む、請求項１に記載の空気浄化フィルター。
3. 前記金属酸化物が、酸化チタンである、請求項１又は２に記載の空気浄化フィルター。
4. 前記フィルター基材が、有機材料で形成された不織布である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の空気浄化フィルター。
5. 金属酸化物に金ナノ粒子を担持させて形成された金ナノ粒子触媒を準備する工程と、
   前記金ナノ粒子触媒と１種又は２種以上の金属塩化合物と水溶媒とを混合して金ナノ粒子触媒固定用スラリーを調製する工程と、
   前記金ナノ粒子触媒固定用スラリーをフィルター基材に付着乾燥する工程と、を有することを特徴とする空気浄化フィルターの製造方法。