JP2018532442A - 呼吸保護のための濾材 - Google Patents

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Abstract

呼吸保護フィルタは、濾過媒体を含む。当該濾過媒体は、1〜4nmの範囲の平均細孔径(BJH法)と、少なくとも300m/g、又は少なくとも350m/g、又は少なくとも400m/gの表面積(BET)とを有する鉄ドープ酸化マンガン材料を含む。
【選択図】図1

Description

発明の詳細な説明
[背景]
呼吸フィルタのカートリッジに用いられる吸着剤は、典型的には、活性炭をベースとしている。活性炭の特質は、高表面積及び有機蒸気を吸着する能力である。活性炭は、概して、アンモニア等の低沸点の極性化合物の吸着が不十分であるため、追加の材料を表面に加え、化学反応によってこれらの汚染物質を除去する。
酸性ガス、アンモニア、シアン化物、又はアルデヒド等の有害ガスを濾過するため、含浸として知られるプロセスにおいて、特定の化学物質を活性炭に加える。例えば、ルイス酸遷移金属塩である塩化亜鉛を炭素に加え、アンモニア除去のための吸着剤を生成させる。任意の支持体(例えば、活性炭等)の含浸は、支持体の高表面積を損なうことなく、十分な量の反応性含浸剤を組み込むというバランスを必要とする。
含浸剤材料を吸着剤構成成分として検討する際、毒性、適切な条件下での安定性、及び反応性等の因子が重要な特質となる。銅及び亜鉛をベースとする伝統的な炭素含浸剤は、多くの場合、2+酸化状態の酸化物であり、水溶液又はアンモニア溶液に可溶なCu塩及び/若しくはZn塩で処理した活性炭の熱分解(約180〜200℃)によって生成される。しかしながら、これらの無機酸化物が活性炭等の材料上で支持されない場合、それぞれは、通常、低多孔度及び低表面積の悪影響を被る。
[概要]
本開示は、呼吸保護のための濾材に関する。特に、当該濾材は、呼吸気流から有害ガスを除去することができる鉄ドープ酸化マンガン材料等の、酸化マンガン材料である。当該鉄ドープ酸化マンガン材料は、低温水系レドックス共沈法又はシュウ酸塩熱分解法のいずれかを用い、調製することができる。
一態様において、呼吸保護フィルタは、空気流入口及び空気流出口を有し、かつある量の濾過媒体を流体連通内及び空気流入口と空気流出口との間に収容する、ハウジングを備える。濾過媒体は、1〜4nmの範囲の平均細孔径(BJH法)と、少なくとも300m/g、又は少なくとも350m/g、又は少なくとも400m/gの表面積(BET)を有する、鉄ドープ酸化マンガン材料を含む。
更なる態様において、鉄ドープ酸化マンガン材料を生成させる方法は、鉄(III)塩をマンガン(II)塩と水中で組み合わせ、水性塩混合物を生成させる工程と、過マンガン酸塩溶液をこの水性塩混合物とブレンドし、湿潤状態の沈殿物を生成させる工程と、を含む。次に、方法は、沈殿物を分離し、かつ乾燥させ、鉄ドープ酸化マンガン材料を生成させる工程を含む。
更なる態様において、鉄ドープ酸化マンガン材料を生成させる方法は、鉄(II)塩をマンガン(II)塩と水中で組み合わせ、水性塩混合物を生成させる工程を含む。pHが7〜8の範囲であるシュウ酸アンモニウム溶液を調製した後、シュウ酸アンモニウム溶液を水性塩混合物とブレンドし、湿潤状態のシュウ酸Fe/Mn沈殿物を生成させる。次に、方法は、湿潤状態のシュウ酸Fe/Mn沈殿物を乾燥させ、水を除去して乾燥状態のシュウ酸Fe/Mn沈殿物を生成させた後、この乾燥状態のシュウ酸Fe/Mn沈殿物を200〜250℃の範囲の温度で加熱し、鉄ドープ酸化マンガン材料を生成させる工程を含む。
これら及び様々な他の特徴並びに利点は、以下の詳細な説明を読むことにより、明らかになるであろう。
本開示は、本開示の様々な実施形態の以下の詳細な説明を、添付の図面と共に検討することにより、更に完全に理解することができる。
例示的な呼吸保護フィルタの概略図である。 例示的な方法のフロー図である。 別の例示的な方法のフロー図である。
[詳細な説明]
以下の詳細な説明では、本明細書の一部を形成し、いくつかの具体的な実施形態を例示として示す添付の図面を参照する。本開示の範囲又は趣旨から逸脱することなく、他の実施形態が想定され、かつ実施され得ることを理解されたい。したがって、以下の詳細な説明は、限定的な意味では解釈しないものとする。
本明細書で用いる全ての科学用語及び技術用語は、特に明記しない限り、当該技術で通常用いられる意味を有する。本明細書で与えられる定義は、本明細書で頻繁に用いる特定の用語の理解を助けるためのものであり、本開示の範囲を限定することを意図するものではない。
別途記載のない限り、本明細書及び特許請求の範囲で用いる特徴的なサイズ、量、及び物理的特性を表す全ての数字は、全ての場合において、用語「約」によって修飾されるものと理解されたい。したがって、別途記載のない限り、前述の明細書及び添付の特許請求の範囲において示される数値パラメータは、本明細書に開示される教示を利用する当業者が所望する特性に応じて変わり得る近似値である。
端点による数値範囲の記述には、その範囲内に含まれる全ての数(例えば1〜5は、1、1.5、2、2.75、3、3.80、4、及び5を含む)、並びにその範囲内の任意の範囲が含まれる。
本明細書及び添付の特許請求の範囲で用いる場合、単数形「a」、「an」及び「the」は、内容から別の判断が明らかでない限り、複数の指示対象を有する実施形態を包含する。
本明細書及び添付の特許請求の範囲で用いる場合、用語「又は」は、内容から別の判断が明らかでない限り、「及び/又は」を含む意味で概して用いられる。
本明細書で用いる場合、「有する(have)」、「有する(having)」、「含む(include)」、「含む(including)」、「含む(comprise)」、「含む(comprising)」等は、これらのオープンエンドの意味で用いられ、「含むが、限定されない」ことを概して意味する。「から本質的になる(consisting essentially of)」、「からなる(consistingof)」等は、「含む(comprising)」等に包含されるものと理解される。
本開示は、呼吸保護のための濾材に関する。活性炭と同様に、遷移金属酸化物は、高表面積及び高多孔度を有し、かつ他の遷移金属をドープし、有害ガスの吸着を潜在的に高めることができる。特に、本開示における濾材は、呼吸気流から有害ガスを除去することができる鉄ドープ酸化マンガン材料等の、酸化マンガン材料である。鉄ドープ酸化マンガン材料等の酸化マンガン材料は、1〜4nmの範囲の平均細孔径(BJH法)と、少なくとも300m/g、又は少なくとも350m/g、又は少なくとも400m/gの表面積(BET)とを有する。当該鉄ドープ酸化マンガン材料は、低温水系レドックス共沈法又はシュウ酸塩熱分解法のいずれかを用い、調製することができる。鉄ドープ酸化マンガン材料は、米国標準ふるい系列で12〜50の範囲のメッシュサイズに顆粒化される。次に、鉄ドープ酸化マンガン材料は、呼吸保護フィルタエレメントに配置することができる。本開示内容は、これらに限定されるものではないが、下記に示した実施例の説明により、本開示の様々な態様の理解が得られるであろう。
図1は、例示的な呼吸保護フィルタ10の概略図である。呼吸保護フィルタ10はハウジング20を含み、ハウジング20は、空気流入口22及び空気流出口24を有し、かつある量の濾過媒体30を流体連通内及び空気流入口22と空気流出口24との間に収容する。濾過媒体30は、鉄ドープ酸化マンガン材料を含む。
濾過媒体30は、例えば、活性炭等の1つ以上の別の種類の濾過材料を含み得る。多くの実施形態において、濾過媒体30は、自立型の顆粒鉄ドープ酸化マンガン材料を含む。濾過媒体30は、少なくとも20重量%、又は少なくとも30重量%、又は少なくとも50重量%の自立型の顆粒鉄ドープ酸化マンガン材料を含み得る。
濾過媒体30は、本明細書に記載の鉄ドープ酸化マンガン材料、又は酸化マンガン材料、又は鉄ドープ酸化マンガン材料と酸化マンガン材料との組み合わせを含み得る。
当該鉄ドープ酸化マンガン材料又は酸化マンガン材料は、周囲条件において、又は、大気圧かつ−20〜40℃かつ相対湿度5%〜95%において、濾過媒体30を通過する空気流から1種以上の有害ガスを除去することができる。これらの有害ガスとしては、二酸化硫黄、アンモニア、及びホルムアルデヒド蒸気等の、酸性ガス又は塩基性ガスの群からの例が挙げられる。
本明細書に記載の鉄ドープ酸化マンガン材料又は酸化マンガン材料は、1〜4nm、又は1〜3.5nm、又は1〜3.0nmの範囲の平均細孔径(BJH法)と、少なくとも300m/g、又は少なくとも350m/g、又は少なくとも400m/gの表面積(BET)とを有する。鉄ドープ酸化マンガン材料は、マンガン:鉄のモル比が95:5〜70:30の範囲、又は好ましくは85:15〜80:20の範囲である化学反応から調製される。
多くの実施形態において、鉄ドープ酸化マンガン材料又は酸化マンガン材料は顆粒化され、米国標準ふるい系列で12〜50又は20〜40の範囲のメッシュサイズを有する顆粒を画定する。任意の有用な顆粒化プロセスを利用することができる。多くの実施形態において、顆粒は、圧縮により、結合剤を用いずに形成される。多くの実施形態において、鉄ドープ酸化マンガン顆粒又は酸化マンガン顆粒は、水分含量が10重量%未満、又は5重量%未満である。
多くの実施形態において、鉄ドープ酸化マンガン材料粒子若しくは顆粒、又は酸化マンガン材料粒子若しくは顆粒は、見かけ密度又はかさ密度が、1.3g/mL未満、又は1g/mL未満、又は0.8g/mL未満、又は0.7g/mL未満であり得る。
図2は、例示的な方法100のフロー図である。この例示的な方法は、低温水系レドックス共沈法である。方法100は、鉄ドープ酸化マンガン材料を生成させる。当該方法は、鉄(III)塩をマンガン(II)塩と水中で組み合わせ、水性塩混合物を生成させる工程(工程110)と、過マンガン酸塩溶液をこの水性塩混合物とブレンドし(工程120)、湿潤状態の沈殿物を生成させる工程と、を含む。次に、この方法は、沈殿物を分離し、かつ乾燥させ(工程140及び150)、鉄ドープ酸化マンガン材料を生成させる工程(工程160)を含む。
水性塩混合物とブレンドした過マンガン酸塩溶液を、周囲温度において所定の時間撹拌する、又は、かき混ぜる場合がある(工程130)。所定の時間は、任意の有用な継続時間であり得る。多くの実施形態において、所定の時間は、少なくとも数時間〜48時間、又は10時間〜30時間、又は20〜24時間である。沈殿物の分離(工程140)には、例えば、濾過、遠心分離及び洗浄等の、固体を液体から分離するための任意の有用な分離法が含まれ得る。
沈殿物の乾燥(工程150)は比較的低温で実施され、沈殿物から水を除去する。乾燥工程150は、沈殿物又は沈殿物の周囲の空気の温度を、100℃以上かつ150℃未満、若しくは125℃未満、若しくは120℃以下、若しくは115℃以下、又は100〜110℃の範囲の温度まで上昇させ得る。多くの実施形態において、方法100は、全ての工程について、115℃以下又は110℃以下の処理温度を有する。多くの実施形態において、乾燥工程130、150は、湿潤状態の鉄ドープ酸化マンガン材料から水又は湿気のみを除去する。
多くの実施形態において、方法100は、125℃未満、又は120℃未満、又は115℃未満の温度で実施される。特に、過マンガン酸塩溶液と水性塩混合物とのブレンド(工程120)及びこの混合物の撹拌工程130は、周囲温度、例えば20〜30℃等で実施される。
当該方法は、水和鉄(III)塩をマンガン(II)塩と水中で組み合わせ、水性塩混合物を生成させる工程(工程110)を含み得る。多くの実施形態において、マンガン(II)塩は、水和マンガン(II)塩である。例示的な塩としては、硝酸塩、酢酸塩、硫酸塩等が挙げられる。水和マンガン(II)塩の例としては、酢酸マンガン(II)四水和物及び硫酸マンガン(II)一水和物が挙げられる。水和鉄(III)塩の例としては、硝酸鉄(III)九水和物及び硫酸鉄(III)五水和物が挙げられる。
前述の組み合わせる工程は、マンガン(II)塩:鉄(III)塩のモル比を95:5〜70:30の範囲、又は好ましくは80:20〜85:15の範囲で組み合わせることを含み得る。多くの実施形態において、方法100は、鉄ドープ酸化マンガン材料を、米国標準ふるい系列で12〜50若しくは20〜40の範囲のメッシュサイズを有する顆粒に顆粒化又は圧縮する工程(工程170)を更に含む場合がある。次に、鉄ドープ酸化マンガン顆粒は、呼吸保護フィルタ中に配置され得る。
図3は、鉄ドープ酸化マンガン材料を生成させる例示的な方法200のフロー図である。例示した方法は、シュウ酸塩熱分解法である。方法200は、水和鉄(II)塩をマンガン(II)塩と水中で組み合わせ、水性塩混合物を生成させる工程(工程210)を含む。次に、pHが7〜8の範囲であるシュウ酸アンモニウム溶液を調製し(工程220)、シュウ酸アンモニウム溶液を水性塩混合物とブレンドし(工程230)、湿潤状態のシュウ酸Fe/Mn沈殿物を生成させる。次に、当該方法は、湿潤状態のシュウ酸Fe/Mn沈殿物を乾燥させ(工程250)、水を除去して乾燥状態のシュウ酸Fe/Mn沈殿物を生成させた(工程260)後、乾燥状態のシュウ酸Fe/Mn沈殿物を200〜250℃の範囲の温度で加熱し(工程270)、鉄ドープ酸化マンガン材料を生成させる工程(工程280)を含む。
シュウ酸アンモニウム溶液を水性塩混合物とブレンドした(工程230)後、ブレンドした混合物を超音波処理(超音波撹拌)する場合がある。超音波撹拌(工程240)は多くの驚くべき利点をもたらすことがあり、例えば、利点の中でもとりわけ、比較的より小さい粒径及びより狭い粒度分布をもたらすこと等がある。いくつかの実施形態において、超音波撹拌が実施されない場合がある。
ブレンドした溶液の水性塩混合物(工程230)を、周囲温度において所定の時間、例えば磁気撹拌等により、撹拌する場合がある(工程240)。所定の時間は、任意の有用な継続時間であり得る。多くの実施形態において、所定の時間は、少なくとも30分間〜4時間、又は1時間〜3時間、又は約2時間である。沈殿物の分離(工程250)には、例えば、濾過、遠心分離及び洗浄等の、固体を液体から分離するための任意の有用な分離法が含まれ得る。
沈殿物の乾燥(工程260)は比較的低温で実施され、沈殿物から水を除去する。乾燥工程260は、沈殿物又は沈殿物の周囲のガスの温度を、40℃以上かつ100℃未満、又は40〜80℃の範囲、又は約60℃の温度まで上昇させ得る。乾燥状態の沈殿物は、水分含量が30重量%未満、又は25重量%未満、又は20重量%未満であり得る。
次に、乾燥状態の沈殿物(工程260より)を、二酸化炭素及び水を除去するのに十分な低温において、か焼する。か焼温度は200〜250℃、又は220〜240℃、又は約225℃であり、所定の時間は少なくとも1時間〜12時間、又は3時間〜8時間、又は約6時間である。いくつかの実施形態において、乾燥工程260及びか焼工程270を、上記の単一のか焼工程270にまとめる場合がある。
鉄ドープ酸化マンガン材料(工程280)は、100〜500nm又は200〜300nmの範囲の均一なサイズを有し得る。
方法200は、水和鉄(II)塩をマンガン(II)塩と水中で組み合わせ、水性塩混合物を生成させる工程(工程210)を含み得る。多くの実施形態において、マンガン(II)塩は、水和マンガン(II)塩である。例示的な塩としては、硝酸塩、酢酸塩、及び硫酸塩等が挙げられる。水和鉄(II)塩の例としては、硫酸鉄(II)七水和物が挙げられる。水和マンガン(II)塩の例としては、酢酸マンガン(II)四水和物及び硫酸マンガン(II)一水和物が挙げられる。
上記の組み合わせる工程は、(マンガン(II)塩):(鉄(II)塩)のモル比を95:5〜70:30の範囲、又は好ましくは80:20〜85:15の範囲で組み合わせることを含み得る。多くの実施形態において、方法200は、鉄ドープ酸化マンガン材料を、例えば、米国標準ふるい系列で12〜50若しくは20〜40の範囲のメッシュサイズを有する顆粒に顆粒化又は圧縮する工程(工程290)を更に含む場合がある。次に、鉄ドープ酸化マンガン顆粒は、呼吸保護フィルタ中に配置され得る。
本開示の目的及び利点は、以下の実施例によって更に例示されるが、これらの実施例に列挙された特定の材料及びこれらの量、並びに他の条件及び詳細は、本開示を不当に限定するものと解釈してはならない。
実施例中の全ての部、百分率、比、その他は、特に明記しない限り、重量による。用いた溶媒及び他の試薬は、別途明記しない限り、Sigma−Aldrich Corp.(St.Louis,Missouri)から入手される。
材料一覧
Figure 2018532442
方法1の調製手順:実施例1〜5。
ドープした酸化マンガン試料は、完全な反応混合物中の金属のモル比に従って命名する。例えば、80Mn20FeOxは、Mn含有試薬対Fe含有試薬を4:1のモル比で含有した反応混合物から得た材料を指す。
調製は、KMnOとMn(OCCH・4HOとの比が一定であったという点でモジュール方式であったが、反応混合物に添加した鉄のモル量は、変更した。
実施例1は100:0のMn:Feである
実施例2は90:10のMn:Feである
実施例3は85:15のMn:Feである
実施例4は80:20のMn:Feである
実施例5は75:25のMn:Feである。
以下に実施例3の調製の代表的な手順を記載する:2Lの三角フラスコ中で、KMnO(19.0g、0.12mol)を脱イオン水200mLで処理し、混合物を磁気撹拌した。別のビーカー中で、Mn(OCCH・4HO(44.1g、0.18mol)を脱イオン水100mLに溶解した。この桃色の溶液にFe(NO・9HO(30.3g、0.075mol)を加え、褐色の溶液を生成させた。次に、この溶液を、過マンガン酸塩を含む三角フラスコに、最初の50mLをパスツールピペットによって加えた後、残りの50mLをゆっくり注いだ。混合物の粘度の上昇が観察され、撹拌の妨げとなったため、脱イオン水200mLを加え、効率的な撹拌を再開した。次いで溶液を放置し、22時間磁気撹拌した。次に、暗色の沈殿物を吸引濾過により分離し、脱イオン水300mLで4回に分けて洗浄した。次に、洗浄した固体をパイレックスの皿に移し、100℃で20時間乾燥させた。この後、スパーテルを用い、固体をより小さい断片に粉砕した後、110℃で1.5時間又は水分含量が<5重量%となるまで再度乾燥した。次に、乾燥した固体を乳鉢及び乳棒により粉砕し、米国標準ふるい系列で20×40の顆粒にサイズを調整した。次に、残存する微粉を、13mmのダイス及びCarverプレスを用い、70000PSIの圧力を用い、ペレットに成形した。次に、ペレットを粉砕し、米国標準ふるい系列で20×40の顆粒にサイズを調整した。顆粒を再度脱イオン水で洗浄し(150mLで4回に分けて)、100℃で3時間乾燥した。実施例4−Cu及び4−Znは、Fe(NO・9HOの代わりにCu(NO・2.5HO又はZn(NO・6HOを用い、上記と同様に調製した。
方法2の調製手順:実施例6〜8。
MnSO/FeSO混合溶液(0.25M)を、MnSO・HO及びFeSO・7HOを以下のMn:Feモル比で脱イオン水400mLに溶解して調製した:
実施例6は100:0のMn:Feである
実施例7は90:10のMn:Feである
実施例8は80:20のMn:Feである。
(NH溶液(0.25M)を、(NH・HO(Alfa Aesar)14.2gを脱イオン水400mLに溶解して調製した。(NH溶液のpHを、8(体積)%のNH・HOを用い、7〜8に調整した。Masterflex蠕動ポンプを用い、得られた(NH溶液を、MnSO/FeSO溶液に、穏やかな超音波処理(Branson Sonifier 450、20W)を適用しながら、2時間超の時間をかけ、ゆっくりと加えた。沈殿した固体の生成が、2時間の間に観察された。(NH溶液の添加終了後、沈殿物を遠心分離により分離し、pHが約7に達するまで、脱イオン水で繰り返し洗浄した。次いで、生成物を、60℃のオーブン内において、空気中で終夜乾燥した。次に、乾燥したシュウ酸塩沈殿物を、乳鉢及び乳棒で粉砕し、225℃で6時間、空気中で加熱し、最終粉末を得た。続いて、粉末を、17mmのダイス及び液圧プレスを用い、8000PSIの圧力を用い、ペレットに成形した。次に、ペレットを粉砕し、20×40の顆粒にサイズを調整した。実施例8−Cuは、FeSO・7HOの代わりにCuSO・5HOを用い、更に、最終の加熱時間を250℃で5時間として、上記のように調製した。
試験方法
管試験
管試験装置を破過試験に用いた。用いた試料管は、ベース付近に細かいステンレス鋼メッシュを有するポリ塩化ビニル(PVC)(内径=6.5mm)で構成されている。これらの管に、規定容積の試験用濾材顆粒を充填し、下端部を硬質の表面に繰り返しタッピングし、一定の容積に充填する。試料管を、ultra−torr(Swagelok)継手を用い、可撓性のテフロンチューブに連結する。次いで、所望の濃度のチャレンジガスを、垂直管を通し、管の上(入口)部分を経由して規定の流量で供給し、更に、管の下端(出口)を通過して吸着床から流出する流出ガスを検出器に移し、分析する。
二酸化硫黄破過試験:
市販供給業者から得た、又は、所定の実施例に従って調製した濾材顆粒の、容積1.7cc相当の試料を、上で概説した管試験装置に移し、秤量した。肉眼で著しい容積の減少が観察されなくなるまで、濾材顆粒をタッピングした。次いで、Linde(Whitby,ON,Canada)の認定ガス混合物からの空気中に1000±10%ppmの二酸化硫黄(SO)を含有する約200mL/分の試験流に、管内の試料を暴露した。濾材顆粒の下流の空気を、MIRAN SapphIRe IR携帯型空気分析器を用いる、又は、pHの変化(Fortier et al.Appl.Surf.Sci.2007,253,3201〜3207)によるいずれかにより、破過についてモニターした。破過時間は、試料の下流で20ppmの濃度が観察された時間と規定した。
アンモニア破過試験:
市販供給業者から得た、又は、所定の実施例に従って調製した濾材顆粒の、容積1.7cc相当の試料を、上で概説した管試験装置に移し、秤量した。肉眼で著しい容積の減少が観察されなくなるまで、濾材顆粒をタッピングした。次いで、Linde(Whitby,ON,Canada)の認定ガス混合物からの空気中に1000±10%ppmのアンモニア(NH)を含有する約200mL/分の試験流に、管内の試料を暴露した。濾材顆粒の下流の空気を、MIRAN SapphIRe IR携帯型空気分析器を用いる、又は、pHの変化(Fortier et al.J.Coll.Interf.Sci.2008,320,423〜435)によるいずれかにより、破過についてモニターした。破過時間は、試料の下流で20ppmの濃度が観察された時間と規定した。
ホルムアルデヒド破過試験:
用いた試料管は、ベース付近にASTM Aガラスフリット(145〜175μm)を有するガラス(内径=9mm)で構成されている。これらの管に、容積0.9ccの試験用濾材顆粒を充填する。下端部を硬質の表面に繰り返しタッピングし、これらの試験用濾材顆粒を一定の容積に充填する。試料管を、ultra−torr(Swagelok)継手を用い、可撓性のテフロンチューブに連結する。次に、所望の濃度のホルムアルデヒドを、垂直管を通し、管の上(入口)部分を経由して規定の流量で供給し、更に、管の下端(出口)を通過して吸着床から流出する流出ガスを検出器に移す。この場合、出口のガス流は、メタナイザを用い、二酸化炭素(CO)及びホルムアルデヒド(HCHO)をメタン(CH)に変換し、SRIガスクロマトグラフ(GC)により分析した。フレームイオン化検出器(FID)を用い、CO及びHCHOについて固有の時間に通過するメタンを検出した。GCのカラムは30m、内径0.53mmのRT U−Bond(Restek)であった。次いで、パラホルムアルデヒド粉末を用いて調製したパラホルムアルデヒドの揮発試料からの空気中に250ppmのHCHOを含有する約250mL/分の試験流に、管内の試料を暴露した。濾材顆粒の下流の空気を、SRI GCを用い、破過についてモニターした。破過時間は、試料の下流で1ppmの濃度が観察された時間と規定した。
粉末X線回折:
Phillips PW1720 X線発生装置を用い、電圧40kVかつ電流30mAで作動させ、粉末X線回折パターンを収集した。このシステムは、Cu Kα放射線源(波長=1.54178Å)及び回折ビームモノクロメータを備えている。典型的な条件は、走査速度0.05°/ステップ、及び滞留時間40秒/ステップであった。試料を微粉に粉砕し、アルミニウム試料ホルダーに固定した。
表面積及び細孔径の測定:
吸着等温線及び細孔径分布を、Micromeritics ASAP2010を用い、77Kで測定した。測定前に試料を150℃で2〜3日間脱気し、残留水分を除去した。細孔径分布は、Micromeritics提供のソフトウェア(ASAP 2010 V5.03C)を用い、BJH法(1〜300nm)を用い、測定した。BJH方は既知の方法であり、E.P.Barrett,L.G.Joyner,P.H.Halenda,J.Am.Chem.Soc.73(1951)373に記載されている。
Figure 2018532442
実施例1〜8の試料に、上記の試験方法を用い、蒸気又はガスをチャレンジした。試験結果を下記の表3に、活性炭に銅化合物、モリブデン化合物及び硫酸塩を含浸させて調製したウェトラライトマルチガス吸着剤である市販のCalgon URCの試験結果と共に示す。
Figure 2018532442

全ての濾材顆粒は、20×40メッシュサイズで試験した。
試料容積:1.7cc(SO、NH)、0.9cc(HCHO)
破過時間についての2〜3回の試験の平均
Calgon Carbon Company(Pittsburgh,PA,USA)より市販のCalgon URC(入手状態)。
Carus Corporation(Peru,IL,USA)より市販のCarulite(入手状態で、20×40メッシュの顆粒にサイズを調整した)。
Nは、試験が実施されなかったことを示す。
方法2の調製手順:実施例9〜10。
MnSO/FeSO混合溶液(0.25M)を、MnSO・HO及びFeSO・7HOを以下のMn:Feのモル比で溶解して調製した:
実施例9は80:20のMn:Feである
実施例10は90:10のMn:Cuである
実施例9は、磁気撹拌を用い、超音波処理(超音波混合)を用いずに調製した。MnSO/FeSO混合溶液(0.25M)及び(NH(0.25M)溶液は、上記のように調製した。(NH溶液のpHを、8(体積)%のNH・HOを用い、約10に調整した。Masterflex蠕動ポンプを用い、得られた(NH溶液を、MnSO/FeSO溶液に、激しく磁気撹拌しながら、15時間の時間をかけ、ゆっくりと加えた。(NH溶液の添加終了後、沈殿物を濾過により分離し、pHが約7に達するまで、脱イオン水で繰り返し洗浄した。次いで、生成物を、60℃のオーブン内において、空気中で終夜乾燥した。次に、乾燥したシュウ酸塩沈殿物を、乳鉢及び乳棒で粉砕し、225℃で6時間、空気中で加熱し、最終粉末を得た。続いて、粉末を、17mmのダイス及び液圧プレスを用い、8000PSIの圧力を用い、ペレットに成形した。次に、ペレットを粉砕し、20×40メッシュの顆粒にサイズを調整した。実施例10は、FeSO・7HOの代わりにCuSO・5HOを用い、更に、最終の加熱時間を250℃で5時間として、実施例9と同様に調製した。
Figure 2018532442

Nは、試験が実施されなかったことを示す。
Figure 2018532442

全ての濾材顆粒は、20×40メッシュサイズで試験した。
試料容積:1.7cc(SO、NH)、0.9cc(HCHO)
破過時間についての2〜3回の試験の平均
Nは、試験が実施されなかったことを示す。
このように、呼吸保護のための濾材の実施形態が開示されている。
本明細書で言及した全ての参考文献及び刊行物は、これらが本開示に直接矛盾し得る場合を除き、これらの全容が参照により本開示に明示的に組み込まれる。具体的な実施形態を本明細書において例示し記述したが、様々な代替及び/又は等価の実施により、図示及び記述されている具体的な実施形態を、本開示の範囲を逸脱することなく置き換え可能であることが、当業者には理解されるであろう。本出願は、本明細書において論じられている具体的な実施形態のいかなる適合例又は変形例であっても包含することが意図される。したがって、本開示は、特許請求の範囲及びその等価物によってのみ限定されるものとする。開示された実施形態は例示目的で提示されており、限定を目的とするものではない。

Claims (17)

  1. 空気流入口及び空気流出口を有し、かつある量の濾過媒体を流体連通内及び前記空気流入口と前記空気流出口との間に収容する、ハウジングを備え、
    前記濾過媒体が、1〜4nmの範囲の平均細孔径(BJH法)と、少なくとも300m/g、又は少なくとも350m/g、又は少なくとも400m/gの表面積(BET)とを有する鉄ドープ酸化マンガン材料を含む、呼吸保護フィルタ。
  2. 前記鉄ドープ酸化マンガン材料が、周囲条件において、又は、大気圧かつ−20〜40℃かつ相対湿度5%〜95%において、前記濾過媒体を通過する空気流から有害ガスを除去することができる、請求項1に記載の呼吸保護フィルタ。
  3. 前記鉄ドープ酸化マンガン材料が、マンガン:鉄のモル比が95:5〜70:30の範囲、又は好ましくは80:20〜85:15の範囲である化学反応から生成される、請求項1又は2に記載の呼吸保護フィルタ。
  4. 前記鉄ドープ酸化マンガン材料が、米国標準ふるい系列で12〜50又は20〜40の範囲のメッシュサイズを有する顆粒を画定する、請求項1〜3のいずれか一項に記載の呼吸保護フィルタ。
  5. 前記鉄ドープ酸化マンガン材料が、1.3g/mL未満、若しくは1g/mL未満、若しくは0.8g/mL未満、若しくは0.7g/mL未満の見かけ密度又はかさ密度を有する、請求項1〜4のいずれか一項に記載の呼吸保護フィルタ。
  6. 前記鉄ドープ酸化マンガン材料が、圧縮形成された顆粒の形態である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の呼吸保護フィルタ。
  7. 鉄(III)塩をマンガン(II)塩と水中で組み合わせ、水性塩混合物を生成させる工程と、
    過マンガン酸塩溶液を前記水性塩混合物とブレンドし、湿潤状態の沈殿物を生成させる工程と、
    前記沈殿物を分離し、かつ乾燥させ、鉄ドープ酸化マンガン材料を生成させる工程と、
    を含む、方法。
  8. 前記方法が、全ての方法工程について115℃以下である処理温度を有する、請求項7に記載の方法。
  9. 前記ブレンドする工程が、20〜30℃の範囲の処理温度を有する、請求項7又は8に記載の方法。
  10. 前記組み合わせる工程が、マンガン(II)塩:鉄(III)塩のモル比を95:5〜70:30の範囲、又は好ましくは80:20〜85:15の範囲で組み合わせることを含む、請求項7〜9のいずれか一項に記載の方法。
  11. 前記鉄ドープ酸化マンガン材料を、米国標準ふるい系列で12〜50若しくは20〜40の範囲のメッシュサイズを有する顆粒に顆粒化又は圧縮する工程を更に含む、請求項7〜10のいずれか一項に記載の方法。
  12. 前記鉄ドープ酸化マンガン材料を呼吸保護フィルタ中に配置する工程を更に含む、請求項7〜11のいずれか一項に記載の方法。
  13. 鉄(II)塩をマンガン(II)塩と水中で組み合わせ、水性塩混合物を生成させる工程と、
    pHが7〜8の範囲であるシュウ酸アンモニウム溶液を調製する工程と、
    前記シュウ酸アンモニウム溶液を前記水性塩混合物とブレンドし、湿潤状態のシュウ酸Fe/Mn沈殿物を生成させる工程と、
    前記湿潤状態のシュウ酸Fe/Mn沈殿物を乾燥させ、水を除去して乾燥状態のシュウ酸Fe/Mn沈殿物を生成させる工程と、
    前記乾燥状態のシュウ酸Fe/Mn沈殿物を200〜250℃の範囲の温度で加熱し、鉄ドープ酸化マンガン材料を生成させる工程と、
    を含む、方法。
  14. 前記ブレンドする工程が超音波混合を含む、請求項13に記載の方法。
  15. 前記組み合わせる工程が、マンガン(II)塩:鉄(II)塩のモル比を95:5〜70:30の範囲、又は好ましくは80:20〜85:15の範囲で組み合わせることを含む、請求項13又は14に記載の方法。
  16. 前記鉄ドープ酸化マンガン材料を、米国標準ふるい系列で12〜50若しくは20〜40の範囲のメッシュサイズを有する顆粒に顆粒化又は圧縮する工程を更に含む、請求項13〜15のいずれか一項に記載の方法。
  17. 前記鉄ドープ酸化マンガン材料を呼吸保護フィルタ中に配置する工程を更に含む、請求項13〜16のいずれか一項に記載の方法。
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