JP2021513429A - 多目的複合ガスフィルター - Google Patents

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Abstract

本発明は、ガス流に対して透過性の三次元多孔質支持体と、第１の望ましくない分子を除去するための第１の複数の活性粒子および第２の望ましくない分子を除去するための第２の複数の活性粒子とを含む、ガス流から複数の標的分子を除去するためのフィルターに関し、第１の複数の活性粒子が、第２の複数の活性粒子とは異なり、第１および第２の複数の活性粒子が、固体支持体中にまたは固体支持体によって固定化される。本発明は、同じフィルター内で異なる化学組成を有する様々な化学特性を有する複数の別個の活性領域を含有する複合フィルターを使用して捕捉または変換することによって、気流から成分を除去するための複合フィルターである。

Description

本発明は、複合フィルター、および空気調和機または空気清浄機における前記複合フィルターの使用に関する。さらに、本発明は、複合フィルターを備える空気清浄装置に関係する。さらに、本発明は、空気調和装置、空気清浄装置、または空気清浄装置および空気調和装置の両方を備え、装置のうちのいずれか１つが複合フィルターを備える、電動車両に関する。本発明はまた、複合フィルターを通して周囲空気を輸送することを含む、周囲空気から汚染成分を除去する方法に関する。本発明は、同じ複合フィルター内で化学組成が異なる様々な化学特性を有する複数の別個の活性領域を含有する複合フィルターを使用して捕捉または変換することによって、気流から成分を除去するための複合フィルターである。
大気汚染は、健康に悪く；世界保健機関によると、それは交通事故、糖尿病、およびエイズの合計よりも毎年多くの人々を殺害する最大の環境脅威である。世界銀行は、大気汚染の複合的な影響が主要経済国にとって重大な流出であることを報告している。
大気汚染は、多くのガスおよび凝縮相種を含む。人間の健康へのその影響に焦点を当てると、大気汚染の主成分のいくつかは、粒子状物質（ＰＭ）、オゾン（Ｏ３）、一酸化窒素（ＮＯ）、二酸化窒素（ＮＯ２）、ホルムアルデヒド（ＣＨ２Ｏ）などの揮発性有機化合物（ＶＯＣ）、および一酸化炭素（ＣＯ）である。一般的な例は、ディーゼルエンジンは、その動作の性質上、微細な粒子状物質（ディーゼルすす）ならびに一酸化窒素および二酸化窒素、共に「ＮＯｘ」と示されるＮＯおよびＮＯ２の重要な供給源になる可能性がある。大気汚染は、場所および時間によって大きく変動し；その供給源は、大気内に形成される一次排出物または汚染である場合がある。バックグラウンド濃度の上昇に加えて、局地的な発生源が存在し得る。局地的な発生源には、ディーゼル車、家畜、薪ストーブまたは石炭ストーブで家を暖房している人々、砂嵐、産業または農業の燃焼などが含まれ得る。加えて、非常に局地的な大気汚染源、例えば、たばこの煙が存在し得る。大気汚染は、車内にも見られ、例えば、車が太陽の下に置かれると、温度が非常に高くなり、車内から多くの望ましくない揮発性化合物が放出される可能性がある。
大気汚染は、人間の健康にかなりの脅威を与える。例として、推定で年間４０，０００人の早期死亡は、英国における低品質の空気への曝露に関連しており、英国のビジネス、社会、および医療サービスにかかるコストは、合計で年間２００億ポンドを超える。
これらの早期死亡の大部分は、主に燃焼プロセスが原因で生成される二酸化窒素に起因する可能性があり、車両の排気ガスは、都市部でのＮＯ２の主な発生源である。人間の健康に対するＮＯ２の悪影響は、十分に文書化されており、気道の刺激、肺機能障害、既存の喘息の悪化、および呼吸器感染症に対する感受性の増加などが含まれる。ＥＵによって設定された年間平均限界は、４０μｇ／ｍ３であり、時間平均としてのＮＯ２の平均濃度限界は、２００μｇ／ｍ３である。
加えて、産業および農業からの排出など、多くの不快な臭いがある。食品生産、プラスチック製造、製油所、塗装、および接着は、広範な揮発性有機化合物（ＶＯＣ）およびＰＭを発生する。家畜生産は、アンモニアおよび硫化水素を含む強い臭いを生ずる可能性がある。これらの化合物が人々に与える影響には、刺激、頭痛、喘息、および他の健康への影響が含まれ得る。臭い自体は、一般的に規制されている。
オープンまたはセミオープンスペースの人々、例えばストリートキャニオン、ショップ、レストラン、カフェ、クラブ、電車、バス、および飛行機のためのものを含む交通機関の駅およびターミナル、空港ターミナル、ショッピングモール、路上の歩行者などがあるストリートキャニオンなどは、交通、料理、産業、および他の発生源からの汚染された空気に曝露される。
大気汚染への人間の曝露を防止することは、複雑である。これは、輸送保有車両全体を低排出車両に変換することを伴う可能性があり、所要時間およびコストが原因で非現実的となり得る。発生源での汚染を防止することは、好ましい解決策であるが、多くの発生源（山火事、粉塵、輸送、暖房など）は、制御が困難であり、発生源制御が多くの発生源に対して普遍的に実装されるまで、空気清浄装置が特有の場所の人および企業を保護することが求められる。空気浄化機は、Ｏ３、ＶＯＣ、ＮＯ２、およびＰＭ２．５などの汚染物質を除去する。それらは、主に、ファン、１つ以上のフィルター、ならびにファンおよびフィルターを収納するためのボックスを備える。機械的ろ過、吸着、気相高度酸化、および静電ろ過などの多くのろ過方法が知られており、異なる方法は、異なる除去作業に適している。
空気ろ過は、ガス流から１つ以上の成分を除去することを伴う。これは、吸着もしくは吸収、物理吸着もしくは化学吸着、液体スクラバー、またはエアロゾル粒子の場合は、衝撃および繊維または静電フィルターによる遮断によって達成され得る。活性媒体は、物理吸着のための大きな表面積（例として、活性炭、グラフェン、金属有機構造体を含む）、触媒、光触媒、光熱触媒、反応性基質（生体ろ過、化学試薬）、および均一に混合された材料、例えば、化学試薬を含浸させた活性炭を含み得る。多くの場合、気流は、例えば、触媒に続いて化学「ポリス」フィルター、または酸性スクラバーに続いて塩基性スクラバーの複数の段階の処理を受ける。貴重なフィルターは、たくさんのエネルギーを必要とすることなく少量で大量の空気を処理でき、これは、空気流に抵抗するべきではないことを意味する。小さな効果的なフィルター内で、異なるタイプの汚染に対して複数のろ過機能を組み合わせることは困難である。
吸着剤（例えば、活性炭、金属有機構造体（ＭＯＦ）（例えば、フマル酸アルミニウム、ＨＫＵＳＴ−１、ＦｅＢＴＣ、ＺＩＦ−８、またはＮｉ−ＭＯＦ−７４）および他のグラフェン／炭素ベースの材料）、触媒（例えば、金ナノクラスター、金属酸化物）、ならびに光触媒作用（例えば、二酸化チタン、混合金属酸化物、複合金属酸化物／グラフェン）は、それらと接触する汚染物質を除去する。そのようなシステムの性能は、表面をドープすることによって向上させることができるが、多くの組み合わせに、互換性がない。例えば、大気と接触するあらゆる表面は、非常に低い相対湿度での単一の分子厚から、高湿度でバルク水に化学的に似ている層までの範囲の水層で覆われる。表面汚染と相互作用するには、この層を浸透する必要がある。多くの汚染物質の水に対する親和性は、ｐＨによって劇的に変化する。いくつかの汚染物質は、酸性ガス（例えば、硫化水素、および硝酸、硫酸、亜硝酸、塩酸、ギ酸、酢酸）であり、表面との相互作用のための汚染物質の収集では、塩基性基質のほうが良好である。他の汚染物質は、塩基性ガス（例えば、アンモニア、アミン、プロトン受容体／電子供与体）であり、酸性基質は、吸着剤、触媒、または光触媒の性能を向上させる。この例では、問題は、酸および塩基が互いに中和するため、１つの材料が酸性および塩基性の両方になることができないことである。
本発明は、例えば、汚染物質を低減または除去するための複合フィルターに関し、これは、異なるろ過能力を有する複数の化学ドメインが存在するという意味で複合巨視的形態を有する。１つの例は、同じビーズ内で適合しない異なる化学特性を有する活性炭ビーズの混合物を使用することである。例えば、酸および塩基含浸、または触媒が埋め込まれたいくつかのビーズを他のビーズと混合することによって、異なるセットの標的汚染物質またはガス成分を複合ろ過する。化学ドメインが異なるビーズを混合して複合フィルターを作成することにより、すべてのビーズに使用される含浸剤で化学物質を混合する代わりに、特定の利点が得られる。例えば、使用する化学物質は、相互に適合しなくてもよく、または特有の成分に対する活性を阻害してもよい。ドメインの混合物を含有する複合フィルターは、例えば、異なるタイプの処理済みおよび／または未処理の活性炭ビーズの形態で、特有の汚染混合物を標的とするように最適化することができる。加えて、含浸自体が吸着を阻害したり、かつ／または利用可能な表面積を減らしたりする場合がある。また、複合フィルター内の半揮発性汚染物質を１つのビーズに捕捉することが有利になり得、その結果、再放出され、近くの反応性ビーズに捕捉され、高容量で自己再生可能な複合フィルターをもたらすことができる。本発明の複合フィルターは、支持構造体、活性炭などの吸着剤基材、ならびに化学的に活性な材料（反応性ドーパントおよび／または（光）触媒）を含み得；本発明は、改善された性能をもたらす複数の化学ドメインを有する複合フィルター形態に関する。
本発明は、ガス流に対して透過性の三次元多孔質支持体と、第１の標的分子を除去するための第１の複数の活性粒子および第２の標的分子を除去するための第２の複数の活性粒子とを含む、ガス流から複数の標的分子を除去するための複合フィルターに関係し、第１の複数の活性粒子は、第２の複数の活性粒子とは異なり、第１および第２の複数の活性粒子は、固体支持体中にまたは固体支持体によって固定化される。
さらなる態様では、本発明は、ガス流に対して透過性の三次元多孔質支持体と、第１の標的分子を除去するための第１の複数の活性粒子および第２の標的分子を除去するための第２の複数の活性粒子とを含む、ガス流から複数の標的分子を除去するための複合フィルターに関係し、第１の複数の活性粒子は、第２の複数の活性粒子とは異なり、第１および第２の複数の活性粒子は、支持体中にまたは支持体によって固定化され、第１および第２の複数の活性粒子は、活性炭粒子、金属で前処理／含浸された活性炭粒子、酵素で前処理／含浸された活性炭粒子、塩基性化合物で前処理／含浸された活性炭粒子、酸性化合物で前処理／含浸された活性炭粒子、金属有機構造体（ＭＯＦ）粒子、触媒粒子、ドープされた金属酸化物粒子、１重量％のＰｔ／ＴｉＯ２粒子、０．１重量％のＰｔ／Ｆｅ２Ｏ３粒子、３重量％のＰｔ／ＭｎＯｘ−ＣｅＯ２粒子、光触媒粒子からなる群からそれぞれ独立して選択される。実施形態では、第１の複数の活性粒子は、ドープされた金属酸化物粒子から選択され、第２の複数の活性粒子は、含浸された活性炭粒子から選択される。さらなる実施形態では、修飾グラフェン上の、金ナノクラスターまたは銀ナノクラスターなどの他の金属ナノクラスター、例えば酸化セリウム（ＩＶ）（ＣｅＯ２）粒子上の１重量％の金などのドープされた金属酸化物粒子は、特定の汚染部分を標的とする化学特性を提供するためにドープされる。なおさらなる実施形態では、第１の複数の活性粒子は、フマル酸アルミニウム、ＨＫＵＳＴ−１、ＦｅＢＴＣ、ＺＩＦ−８、またはＮｉ−ＭＯＦ−７４、Ｃｕ−ＢＴＣのうちの少なくとも１つなどの金属有機構造体粒子から選択される。さらなる実施形態では、第２の複数の活性粒子は、フマル酸アルミニウム、ＨＫＵＳＴ−１、ＦｅＢＴＣ、ＺＩＦ−８、またはＮｉ−ＭＯＦ−７４、Ｃｕ−ＢＴＣのうちの少なくとも１つなどの金属有機構造体粒子から選択される。
実施形態では、ガスは、周囲空気であり、標的分子は、周囲空気中に含まれる汚染物質である。
別の実施形態では、第１および／または第２の複数の活性粒子は、特定の汚染部分を標的とする化学特性を提供するためにドープされる。
この文脈において、ドープされたまたはドーピングは、粒子の表面に物理的に付着または化学的に結合してそれらを活性にする分子の薄層を意味することを意図し、これは、表面積全体を覆わない。ドーピングは、任意の手段で、追加の微量の物質を意図的に追加することである。それは、触媒、微量化学試薬などであり得る。ドーピングは、含浸またはコーティングによって実現できる。
さらなる実施形態では、汚染物質は、揮発性有機化合物、都市汚染物質、自然発生化合物、交通からの排出、屋内発生源（例えば、塗装壁からのガス抜き、車のダッシュボード、電子機器）、工業用地（例えば、電力プラント、塗装工場、下水処理プラント、トンネル、エアターミナル、港、フェリーターミナル、石油化学施設、材料製造、バイオ燃料の貯蔵および処理、食品生産、畜産施設）、建設現場、自然源（火災、砂嵐）、または有害および非有害濃度の汚染物質を含む職業上の大気汚染負荷のうちの少なくとも１つから選択される。典型的には、汚染物質は、オゾン、窒素酸化物、硫黄酸化物、ホルムアルデヒド、一酸化炭素、アンモニア、および硫化水素のうちの少なくとも１つから選択される。
なおさらなる実施形態では、多孔質支持体は、第３の標的分子を除去するための第３の複数の活性粒子を含み、第３の複数の活性粒子は、第１および第２の複数の活性粒子とは異なり、第３の複数の活性粒子は、固体支持体中または固体支持体によって固定化される。
さらなる実施形態では、多孔質支持本体は、さらなる標的分子を除去するためのさらなる複数の活性粒子を含み、さらなる複数の活性粒子は、第１、第２、および第３の複数の活性粒子とは異なり、さらなる複数の活性粒子は、固体支持体中または固体支持体によって固定化される。そのようなさらなる複数の活性粒子は、第４、第５、第６などとして定義され、本発明の実施形態である。
なおさらなる実施形態では、第１、第２、任意選択で第３、および任意選択でさらなる複数の活性粒子は、活性炭粒子、金属で前処理／含浸された活性炭粒子、酵素で前処理／含浸された活性炭粒子、塩基性化合物で前処理／含浸された活性炭粒子、酸性化合物で前処理／含浸された活性炭粒子、金属有機構造体（ＭＯＦ）粒子、例えば、フマル酸アルミニウム、ＨＫＵＳＴ−１（銅ベンゼン−１，３，５−トリカルボキシラート）、ＦｅＢＴＣ（鉄１，３，５−ベンゼントリカルボキシラート）、ＺＩＦ−８（２−メチルイミダゾール亜鉛塩）、またはＮｉ−ＭＯＦ−７４、例えば、１重量％の酸化セリウム（ＩＶ）（ＣｅＯ２）粒子、１重量％のＰｔ／ＴｉＯ２粒子、０．１重量％のＰｔ／Ｆｅ２Ｏ３粒子、３重量％のＰｔ／ＭｎＯｘ−ＣｅＯ２粒子上のドープされた金ナノクラスターなどの触媒粒子、光触媒粒子からなる群からそれぞれ独立して選択されるが、但し第１、第２、任意選択で第３、および任意選択でさらなる複数の活性粒子が、異なる活性粒子から選択されることを条件とする。
さらなる実施形態では、三次元多孔質支持体は、（ｉ）網状細孔構造を有する発泡体支持本体、（ｉｉ）化学またはバイオポリマー繊維のフェルト、（ｉｉｉ）撚り繊維糸、（ｉｖ）柔軟なニット生地、（ｖ）メッシュバンドル、（ｖｉ）ストリングパイル、（ｖｉｉ）プリーツ加工された紙基材、（ｖｉｉｉ）通気性のある三次元剛性構造体（例えば、金属ワイヤーまたはモノフィラメント）、（ｖｉｉｉ）ブラシ状フィルター、ならびに（ｉｘ）空気などのガスの流れに対する反応表面の最小の流動抵抗および最大のアクセス性を与えるように設計された材料からなる群から選択される。
なおさらなる実施形態では、第１、第２、任意選択で第３、および任意選択でさらなる複数の活性粒子は、１００〜７０００ｍ２／ｇの総表面積を有する。典型的には、第１、第２、任意選択で第３、および任意選択でさらなる複数の活性粒子は、８００〜２０００ｍ２／ｇ、例えば１０００〜１７００ｍ２／ｇの総表面積を有する。
さらなる実施形態では、第１、第２、任意選択で第３、および任意選択でさらなる複数の活性粒子は、接着剤層を形成する接着剤によって支持体の細孔構造に固定される。
なおさらなる実施形態では、活性炭粒子は、活性炭球、活性炭ビーズ、および／または活性炭顆粒から選択される。
さらなる実施形態では、第１、第２、任意選択で第３、および任意選択でさらなる複数の活性粒子は、０．００５〜３．０ｍｍ、例えば０．０１〜２．０ｍｍの範囲の平均粒径を有する。
なおさらなる実施形態では、第１、第２、任意選択で第３、および任意選択でさらなる複数の活性粒子は、過マンガン酸リチウム、酢酸カルシウム、二酸化銅、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウム、または水酸化マグネシウム、過マンガン酸カリウム、二酸化マンガン、硝酸銅、酢酸マンガン、炭酸カリウム、または過マンガン酸ナトリウムで前処理された活性炭粒子から独立して選択される。
さらなる実施形態では、発泡体は、ポリエステルおよび／またはポリエーテルベースの発泡体などのポリウレタンベースの発泡体である。
なおさらなる実施形態では、接着剤層は、発泡体を接着剤で少なくとも２回、例えば２〜１０回、典型的には４〜６回コーティングすることによって得られる厚さを有する。
さらなる実施形態では、接着剤は、エチレン酢酸ビニル系接着剤などのホットメルト接着剤；または、ポリスチレン、ウレタン、液体樹脂、ポリウレタン、および／もしくはスチレンに基づく接着剤から選択される。
なおさらなる実施形態では、複合フィルターは、空気またはガスが複合フィルターを通して輸送されて、空気またはガスから汚染物質を除去するときに、低い圧力降下および特有の空間速度を示し、圧力降下は、２０Ｐａ未満であり、空間速度は、５．０００ｈ−１〜１８０．０００ｈ−１である。
さらなる態様では、本発明は、空気清浄装置における上記の態様および／または実施形態のうちのいずれか１つの複合フィルターの使用に関する。
なおさらなる態様では、本発明は、空気調和装置における上記の態様および／または実施形態のうちのいずれか１つの複合フィルターの使用に関する。
さらなる態様では、本発明は、上記の態様および／または実施形態のうちのいずれか１つの複合フィルターを備える空気清浄装置に関する。
なおさらなる態様では、本発明は、空気調和装置、空気清浄装置、または空気清浄および空気調和装置の両方を備える電動車両に関し、装置のうちのいずれか１つは、上記の態様および／または実施形態のうちのいずれか１つの複合フィルターを備える。
さらなる態様では、本発明は、上記の態様および／または実施形態のうちのいずれか１つの複合フィルターを通して周囲空気を輸送することを含む、周囲空気から汚染分子を除去する方法に関する。
本発明のさらなる目的および利点は、以下の説明および特許請求の範囲から明らかになるであろう。
広範囲の汚染に対する最適な汚染制御は、別個の化学環境を有する材料で構成される複合フィルターを使用して実現でき；これらの化学ゾーンは、必ずしも互いに適合しない。一例は、酸処理された活性炭ビーズと塩基処理された活性炭ビーズとの混合物である。混合物を含むビーズは、特有の汚染物質または汚染物質のタイプ−酸性ガスもしくは塩基性ガス、または恐らく特有の汚染形態を標的にする触媒（例えば、ホルムアルデヒドのための金ナノクラスター）を標的にするように最適化できる。酸または塩基処理は、材料の容量を減らす可能性があるため、複合フィルターに貯蔵器容量を追加するいくつかの未処理のビーズを有するのが最適な場合がある。これらのビーズは、汚染物質をつかみ、汚染物質を処理する処理ビーズの領域にそれを保持する。異なる化学環境下でビーズをブレンドすることにより、幅広い大気汚染に対する性能の深さが獲得される。
本発明は、ガス流に対して透過性の三次元多孔質支持体と、第１の標的分子を除去するための第１の複数の活性粒子および第２の標的分子を除去するための第２の複数の活性粒子とを含む、ガス流から複数の標的分子を除去するための複合フィルターに関係し、第１の複数の活性粒子は、第２の複数の活性粒子とは異なり、第１および第２の複数の活性粒子は、支持体中にまたは支持体によって固定化される。
ガスから複数の標的分子を除去する場合、「複数」という用語は、オゾン、窒素酸化物、硫黄酸化物、ホルムアルデヒド、一酸化炭素、および硫化水素などの少なくとも２種類の異なる標的分子を意味する。
本明細書で使用される「ガス流に対して透過性の三次元多孔質支持体」という用語は、ガス流に対して透過性であり、支持体自体が三次元構造であるか、または三次元構造を作成するために使用できる支持体を意味する。例としては、網状細孔構造を有する発泡体支持本体、ポリマー繊維のフェルト、撚り繊維糸、柔軟なニット生地、メッシュバンドル、ストリングパイル、プリーツ加工された紙基材、通気性のある三次元剛性構造体（例えば、金属ワイヤーまたはモノフィラメント）、ブラシ状複合フィルター、ならびにガスに対する反応表面の最小の流動抵抗および最大のアクセス性を与えるように設計された材料である。
本明細書で使用される「標的分子」という用語は、周囲空気などのガス流から除去されることが決定されている、分子のクラスターを含む１つ以上の分子を意味する。そのような決定に基づいて、複数の活性粒子が選択され、本発明の複合フィルターに組み込まれる。
本明細書で使用される「分子のクラスター」という用語は、ファンデルワールス相互作用、価電子共有（共有結合）、またはイオン結合を通して互いに結合している５〜１０５個の原子または分子の集合体である。クラスターは、異なる分子の混合物からなることができ；１つのクラスターは、異なる有機分子によって支配され得るが、他のクラスターは、酸または塩基性分子によって支配される。
第１および第２の複数の活性粒子（または第３もしくはそれ以上の活性粒子）が固体支持体に固定化されるとき、それは、そのような活性粒子が支持体に粘着されるなどの支持体に固定されることを意味し、活性粒子が支持体により固定化されるとき、それは、活性粒子が支持体の構造により所定の位置に保持されることを意味する。
実施形態では、ガスは、周囲空気であり、標的分子は、周囲空気中に含まれる汚染物質である。
本明細書で使用される「周囲空気」という用語は、都市空気、屋内空気、工業的に放出された空気、プロセス排気、閉鎖空間内（車、バス、トラック、タクシーなどの内部）の空気、半閉鎖空間内（バス停、駅、駐車場など）の空気、交通または船から排出される空気、建設現場のプロセスを通じて排出される空気、生物起源または自然源から排出される空気、地球の大気中にある空気、地球の重力を逃れることができない空気に限定されない。
別の実施形態では、第１の複数の活性粒子は、特定の汚染部分を標的とする化学特性を提供するためにドープされる。
別の実施形態では、第２の複数の活性粒子は、特定の汚染部分を標的とする化学特性を提供するためにドープされる。
別の実施形態では、第１および第２の複数の活性粒子は、特定の汚染部分を標的とする化学特性を提供するためにドープされる。
さらなる実施形態では、汚染物質は、揮発性有機化合物、都市汚染物質、自然発生化合物、交通からの排出、屋内発生源（例えば、塗装壁からのガス抜き、車のダッシュボード、電子機器）、工業用地（例えば、電力プラント、塗装工場、下水処理プラント、トンネル、エアターミナル、港、フェリーターミナル、石油化学施設、材料製造、バイオ燃料の貯蔵および処理、食品生産、畜産施設）、建設現場、自然源（火災、砂嵐）、有害および非有害濃度の汚染物質を含む職業上の大気汚染負荷のうちの少なくとも１つから選択される。典型的には、汚染物質は、オゾン、窒素酸化物、硫黄酸化物、ホルムアルデヒド、一酸化炭素、アンモニア、および硫化水素のうちの少なくとも１つから選択される。
なおさらなる実施形態では、多孔質支持体は、第３の標的分子を除去するための第３の複数の活性粒子を含み、第３の複数の活性粒子は、第１および第２の複数の活性粒子とは異なり、第３の複数の活性粒子は、固体支持体中、または固体支持体によって固定化される。
さらなる実施形態では、多孔質支持本体は、さらなる標的分子を除去するためのさらなる複数の活性粒子を含み、さらなる複数の活性粒子は、第１、第２、および第３の複数の活性粒子とは異なり、さらなる複数の活性粒子は、固体支持体中または固体支持体によって固定化される。
なおさらなる実施形態では、第１、第２、任意選択で第３、および任意選択でさらなる複数の活性粒子は、活性炭粒子、金属で前処理／含浸された活性炭粒子、酵素で前処理／含浸された活性炭粒子、塩基性化合物で前処理／含浸された活性炭粒子、酸性化合物で前処理／含浸された活性炭粒子、金属有機構造体（ＭＯＦ）粒子、例えば、フマル酸アルミニウム、ＨＫＵＳＴ−１（銅ベンゼン−１，３，５−トリカルボキシラート）、ＦｅＢＴＣ（鉄１，３，５−ベンゼントリカルボキシラート）、ＺＩＦ−８（２−メチルイミダゾール亜鉛塩）、またはＮｉ−ＭＯＦ−７４、例えば、１重量％の酸化セリウム（ＩＶ）（ＣｅＯ２）粒子、１重量％のＰｔ／ＴｉＯ２粒子、０．１重量％のＰｔ／Ｆｅ２Ｏ３粒子、３重量％のＰｔ／ＭｎＯｘ−ＣｅＯ２粒子上のドープされた金ナノクラスターなどの触媒粒子、光触媒粒子からなる群からそれぞれ独立して選択されるが、但し第１、第２、任意選択で第３および任意選択でさらなる複数の活性粒子が、異なる活性粒子から選択されることを条件とする。さらなる実施形態では、第１、第２、および第３の複数の活性粒子が存在する。なおさらなる実施形態では、第１、第２、第３、および第４の複数の活性粒子が存在する。さらなる実施形態では、第１、第２、第３、第４、および第５の複数の活性粒子が存在する。なおさらなる実施形態では、第１、第２、第３、第４、第５、および第６の複数の活性粒子が存在する。
さらなる実施形態では、三次元多孔質支持体は、２５細孔／インチ（ＰＰＩ）未満の細孔径を有する。典型的には、細孔径は、５〜２０ＰＰＩ、例えば８〜１２ＰＰＩである。
さらなる実施形態では、三次元多孔質支持体は、（ｉ）網状細孔構造を有する発泡体支持本体、（ｉｉ）ポリマー繊維のフェルト、（ｉｉｉ）撚り繊維糸、（ｉｖ）柔軟なニット生地、（ｖ）メッシュバンドル、（ｖｉ）ストリングパイル、（ｖｉｉ）プリーツ加工された紙基材、（ｖｉｉｉ）通気性のある三次元剛性構造体（例えば、金属ワイヤーまたはモノフィラメント）、（ｖｉｉｉ）ブラシ状複合フィルター、ならびに（ｉｘ）空気などのガスの流れに対する反応表面の最小の流動抵抗および最大のアクセス性を与えるように設計された材料からなる群から選択される。
なおさらなる実施形態では、第１の複数の活性粒子は、５００〜３０００ｍ２／ｇの総表面積を有する。さらなる実施形態では、第２の複数の活性粒子は、５００〜３０００ｍ２／ｇの総表面積を有する。なおさらなる実施形態では、第３の複数の活性粒子は、５００〜３０００ｍ２／ｇの総表面積を有する。さらなる実施形態では、さらなる複数の活性粒子は、５００〜３０００ｍ２／ｇの総表面積を有する。さらなる複数の活性粒子が多孔質支持体中に存在する場合、これは、４、５、６、７、８、９、または１０個の異なる複数の活性分子を意味し得る。典型的には、第１、第２、任意選択で第３、および任意選択でさらなる複数の活性粒子は、８００〜２０００ｍ２／ｇ、例えば１０００〜１７００ｍ２／ｇの総表面積を有する。
本明細書で使用される「複数」という用語は、少なくとも３つの活性粒子が多孔質支持体中に存在し、典型的には、例えば、車で使用するためのフィルターを作製する場合、１００個を超える活性粒子が存在することを意味する。
さらなる実施形態では、第１の複数の活性粒子は、接着剤層を形成する接着剤によって支持体の細孔構造に固定される。
さらなる実施形態では、第２の複数の活性粒子は、接着剤層を形成する接着剤によって支持体の細孔構造に固定される。
さらなる実施形態では、第３の複数の活性粒子は、接着剤層を形成する接着剤によって支持体の細孔構造に固定される。
さらなる実施形態では、さらなる複数の活性粒子は、接着剤層を形成する接着剤によって支持体の細孔構造に固定される。
なおさらなる実施形態では、活性炭粒子は、活性炭球、活性炭ビーズ、および／または活性炭顆粒から選択される。
さらなる実施形態では、第１の複数の活性粒子は、０．００５〜３．０ｍｍの範囲の平均粒径を有する。さらなる実施形態では、第２の複数の活性粒子は、０．００５〜３．０ｍｍの範囲の平均粒径を有する。さらなる実施形態では、第３の複数の活性粒子は、０．００５〜３．０ｍｍの範囲の平均粒径を有する。さらなる実施形態では、さらなる複数の活性粒子は、０．００５〜３．０ｍｍの範囲の平均粒径を有する。典型的には、平均粒径は、０．０１〜２．０ｍｍの範囲である。
なおさらなる実施形態では、第１の複数の活性粒子は、過マンガン酸リチウム、酢酸カルシウム、二酸化銅、アルカリまたはアルカリ土類水酸化物、過マンガン酸カリウム、二酸化マンガン、硝酸銅、酢酸マンガン、炭酸カリウム、または過マンガン酸ナトリウムで前処理された活性炭粒子から選択される。
なおさらなる実施形態では、第２の複数の活性粒子は、過マンガン酸リチウム、酢酸カルシウム、二酸化銅、アルカリまたはアルカリ土類水酸化物、過マンガン酸カリウム、二酸化マンガン、硝酸銅、酢酸マンガン、炭酸カリウム、または過マンガン酸ナトリウムで前処理された活性炭粒子から選択される。
なおさらなる実施形態では、第３の複数の活性粒子は、過マンガン酸リチウム、酢酸カルシウム、二酸化銅、アルカリまたはアルカリ土類水酸化物、過マンガン酸カリウム、二酸化マンガン、硝酸銅、酢酸マンガン、炭酸カリウム、または過マンガン酸ナトリウムで前処理された活性炭粒子から選択される。
なおさらなる実施形態では、さらなる複数の活性粒子は、過マンガン酸リチウム、酢酸カルシウム、二酸化銅、アルカリまたはアルカリ土類水酸化物、過マンガン酸カリウム、二酸化マンガン、硝酸銅、酢酸マンガン、炭酸カリウム、または過マンガン酸ナトリウムで前処理された活性炭粒子から選択される。
さらなる実施形態では、三次元多孔質支持体は、網状細孔構造を有する発泡体支持本体から選択される。好ましくは、発泡体は、ポリエステルおよび／またはポリエーテルベースの発泡体などのポリウレタンベースの発泡体である。
なおさらなる実施形態では、接着剤層は、発泡体を接着剤で少なくとも２回コーティングすることによって得られる厚さを有する。典型的には、接着剤で発泡体を２〜１０回、例えば４〜６回コーティングする。
さらなる実施形態では、接着剤は、ホットメルト接着剤から選択される。さらなる実施形態では、接着剤は、エチレン酢酸ビニル系の接着剤から選択される。
なおさらなる実施形態では、接着剤は、ポリスチレン、ウレタン、液体樹脂、ポリウレタン、および／またはスチレンに基づく接着剤から選択される。
なおさらなる実施形態では、複合フィルターは、空気またはガスが複合フィルターを通して輸送されて、空気またはガスから汚染物質を除去するときに、低い圧力降下および特有の空間速度を示し、圧力降下は、２０Ｐａ未満であり、空間速度は、５．０００ｈ−１〜１８０．０００ｈ−１である。
さらなる態様では、本発明は、空気清浄装置における上記の態様および／または実施形態のうちのいずれか１つの複合フィルターの使用に関する。
なおさらなる態様では、本発明は、空気調和装置における上記の態様および／または実施形態のうちのいずれか１つの複合フィルターの使用に関する。
さらなる態様では、本発明は、上記の態様および／または実施形態のうちのいずれか１つの複合フィルターを備える空気清浄装置に関する。
なおさらなる態様では、本発明は、空気調和装置、空気清浄装置、または空気清浄および空気調和装置の両方を備える電動車両に関し、装置のうちのいずれか１つは、上記の態様および／または実施形態のうちのいずれか１つの複合フィルターを備える。
さらなる態様では、本発明は、上記の態様および／または実施形態のうちのいずれか１つの複合フィルターを通して周囲空気を輸送することを含む、周囲空気から汚染分子を除去する方法に関する。
異なる態様に関連して説明されたありとあらゆる実施形態は、個別におよび組み合わせの両方で、上述のさらなる態様にも当てはまる。
本明細書で使用される「空気清浄装置」という用語は、例えば、汚染物質または汚染物質の一部を除去する本発明の複合フィルターを通して空気を導くことにより、空気が汚染物質から清浄されるユニットに空気を引き込み、次いで、例えば、ファン、風力、または同様の手段によって、ユニットから排出されるように構成されたユニットを意味する。そのような空気清浄装置の典型的な構成は、当業者に知られている。空気清浄装置は、例えば電力ケーブルから電流を受け取るように適合される。
本明細書で使用される場合、「微粒子物質」という用語は、平均質量空気力学的直径（ＭＭＡＤ）が３００ｎｍ未満の粒子を意味する。「ナノ粒子」または「微粒子」という用語は、微粒子物質と同義的に使用される。
本発明は、空気清浄装置がその中に組み込まれた街路備品の典型的な実施形態を示す添付の図面を参照してより完全に説明される。
これらの図面は、決して本発明の範囲を限定するものではなく、本発明をよりよく理解するために当業者を導くことのみを意図している。
複数の活性粒子が異なる網状細孔構造複合フィルターを有する発泡体支持本体（１０）を示す図である。フィルター本体（１０）の小さなセクションが拡大され（１９）、異なる活性粒子が示される（１１、１２、１３、１４、１５、１６）。例えば、第１の活性粒子（１１）は、触媒ビーズ、またはより具体的には酸化セリウム（ＩＶ）触媒粒子上の金ナノクラスターであり得る。第２の活性粒子（１２）は、活性炭ビーズ、より具体的には過マンガン酸カリウムを含浸させた活性炭粒子であり得る。第３の活性粒子（１３）は、塩基性／アルカリ性活性炭ビーズ、より具体的には、水酸化カリウムを含浸させた活性炭粒子であり得る。第４の活性粒子（１４）は、酸性活性炭粒子、より具体的には、硝酸が含浸された活性炭粒子であり得る。第５の活性粒子（１５）は、活性ＭＯＦ粒子、より具体的にはＨＫＵＳＴ−１粒子であり得る。第６の活性粒子（１６）は、活性炭粒子、より具体的には表面積をできるだけ高く保つために、含浸なしの活性炭粒子であり得る。発泡体壁（１８）は、発泡体壁の間に空のスペース（１７）を有する多孔質構造を構成する。活性粒子は、細孔の表面上に粘着され得る。 活性粒子（２４〜２９）が異なるポリマー繊維フィルター（２０）のフェルトを示す図である。フィルター（２０）の小さなセクションが拡大され（３０）、異なる活性粒子が示される（２４〜２９）。異なる活性粒子は、図１と同じものから選択してもよく、その結果、活性粒子（１１〜１６）は、それぞれ（２４〜２９）に対応する。フェルトは、繊維（２１）および空のスペース（２２）からなる。活性粒子は、繊維の表面上に粘着され得る。 活性粒子（４３〜４８）が異なる紡績糸または撚り繊維糸フィルター（４０）を示す図である。フィルター（４０）の小さなセクションが拡大され（４２）、異なる活性粒子が示される（４３〜４８）。異なる活性粒子は、図１と同じものから選択してもよく、その結果、活性粒子（１１〜１６）は、それぞれ（４３〜４８）に対応する。糸（４０）は、示すように紡糸される繊維（４９）で構成される。活性粒子は、糸の表面上に粘着され得る。 活性粒子（５３〜５８）が異なる柔軟なニット生地フィルター（５０）を示す図である。フィルター（５０）の小さなセクションが拡大され（５１）、異なる活性粒子が示される（５３〜５８）。異なる活性粒子は、図１と同じものから選択してもよく、その結果、活性粒子（１１〜１６）は、それぞれ（５３〜５８）に対応する。ニット生地（５０）は、繊維（５１）および空のスペース（５２）からなる。活性粒子は、布の表面上に粘着され得る。 活性粒子（７３〜７８）が異なるスポンジまたはメッシュバンドルのフィルター（７９）を示す図である。フィルター（７９）の小さなセクションが拡大され（７０）、異なる活性粒子が示される（７３〜７８）。異なる活性粒子は、図１と同じものから選択してもよく、その結果、活性粒子（１１〜１６）は、それぞれ（７３〜７８）に対応する。メッシュフィルター（７９）は、メッシュ内の繊維（７１）および空のスペース（７２）からなる。活性粒子は、繊維の表面上に粘着され得る。 活性粒子（１２３〜１２８）が異なる１つのストリングフィルター（１２０）で作製されたストリングパイルまたはバンドルを示す図である。フィルター（１２０）の小さなセクションは、ストリング（１２２）の拡大図であり、異なる活性粒子が示される（１２３〜１２８）。異なる活性粒子は、図１と同じものから選択してもよく、その結果、活性粒子（１１〜１６）は、それぞれ（１２３〜１２８）に対応する。ストリングフィルター（１２０）は、バンドルに作製された複数のストリング（１２９）からなる。活性粒子は、ストリングの表面上に粘着され得る。 活性粒子（９３〜９８）が異なるプリーツ加工された紙または不織布基材フィルター（９０）を示す図である。フィルター（９０）の小さなセクションは、ストリング（９２）の拡大図であり、異なる活性粒子が示される（９３〜９８）。異なる活性粒子は、図１と同じものから選択してもよく、その結果、活性粒子（１１〜１６）は、それぞれ（９３〜９８）に対応する。基材フィルター（９０）は、プリーツ加工されたフィルター基材（９９）からなる。活性粒子は、プリーツ加工された紙の表面に粘着され得る。 活性粒子（１０３〜１０８）が異なる三次元剛性構造体フィルター（１００）を示す図である。フィルター（１００）の小さなセクションは、三次元剛性構造体（１０２）の拡大図であり、異なる活性粒子が示される（１０３〜１０８）。異なる活性粒子は、図１と同じものから選択してもよく、その結果、活性粒子（１１〜１６）は、それぞれ（１０３〜１０８）に対応する。構造体フィルター（１００）は、剛性フレーム（１０９）からなる。活性粒子は、構造体上に粘着され得る。 ブラシ糸（１３２）上に活性粒子を有する羽毛またはブラシ状フィルター（１３０）を示す図である。フィルター（１３０）の小さなセクションは、ブラシ糸（１３９）の拡大図であり、異なる活性粒子が示される（１３３〜１３８）。異なる活性粒子は、図１と同じものから選択してもよく、その結果、活性粒子（１１〜１６）は、それぞれ（１３３〜１３８）に対応する。ブラシ状フィルター（１３０）は、活性粒子が粘着され得る複数のブラシ糸（１３２）からなる。
本明細書に引用された出版物、特許出願、および特許を含むすべての参考文献は、各参考文献が個別にかつ具体的に参照により組み込まれることが示され、その全体が本明細書に記載された場合と同程度に、参照により本明細書に組み込まれる。
本明細書ではすべての見出しおよび小見出しを便宜上使用しているだけであり、決して本発明を限定するものと解釈されるべきではない。
本明細書で別段の指示がない限り、または文脈によって明らかに矛盾しない限り、そのすべての可能な変形における上記の要素の任意の組み合わせが本発明に包含される。
本明細書における値の範囲の列挙は、本明細書で別段の指示がない限り、範囲内に含まれる各個別の値を個別に参照する短い方法として機能することのみを意図しており、各個別の値は、個別に本明細書に記載されているかのように本明細書に組み込まれる。特に明記しない限り、本明細書で提供されるすべての正確な値は、対応する概算値を表す（例えば、特定の要因または測定に関して提供されるすべての正確な例示的な値は、適切な場合、「約」によって変更された対応する概算測定も提供すると見なすことができる）。
本明細書に記載されるすべての方法は、本明細書で別段の指示がない限り、または文脈によって明らかに矛盾しない限り、任意の適切な順序で実行することができる。
本発明を説明する文脈で使用される用語「ａ」および「ａｎ」および「ｔｈｅ」ならびに類似の指示対象は、本明細書で別段の指示がないかまたは文脈によって明らかに矛盾しない限り、単数および複数の両方を挿入すると解釈されるべきである。したがって、「ａ」および「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、少なくとも１つ、または１つ以上を意味し得る。
本明細書で使用される「および／または」という用語は、個々の代替案および組み合わされた代替案を意味し、例えば、「第１および／または第２の障壁」は、一方の障壁のみ、他方の障壁のみ、または同時に第１の障壁および第２の障壁の両方を意味することを意図する。
本明細書で提供されるありとあらゆる例、または例示的な言語（例えば、「など」）の使用は、単に本発明をよりよく明らかにすることを意図しており、特に明記しない限り、本発明の範囲を限定するものではない。本明細書中のいかなる言葉も、明確に述べられていない限り、任意の要素が本発明の実施に必須であることを示すと解釈されるべきではない。
「から選択される」または「からなる群から選択される」が使用される場合の説明を通して、それはまた、述べられた用語のすべての可能な組み合わせ、ならびに各個々の用語を意味する。
本明細書における特許文書の引用および組み込みは、便宜のためにのみ行われ、そのような特許文書の有効性、特許性、および／または実施可能性のいかなる見解も反映されない。
１つもしくは複数の要素に関して「備える」、「有する」、「含む」、または「含有する」などの用語を使用する本発明の任意の態様または実施形態の本明細書の説明は、特に明記されていない限り、または文脈によって明確に矛盾しない限り、特定の要素「からなる」、「から本質的になる」、もしくは「実質的に含む」本発明の類似の態様もしくは実施形態のサポートを提供することを意図している（例えば、特定の要素を含むと本明細書で説明される組成物は、特に明記されていない限り、もしくは文脈によって明らかに矛盾しない限り、その要素からなる組成物も記載していると理解されるべきである）。
本発明は、本明細書に提示される態様または特許請求の範囲で引用される主題のすべての修正および等価物を、適用される法律によって許可される最大限の範囲まで含む。
前述の説明で開示された特徴は、別々におよびそれらの任意の組み合わせの両方で、本発明をその多様な形態で実現するための材料であり得る。
例：特有の汚染組成を標的とする複合フィルター
広く定義された活性粒子は、物理的または化学的のいずれかで基材に付着させることができる。物理的な付着は、フェルトもしくは紙の２つの薄層の間、またはコンパクトなストリングパイル内、または２つのナイロンメッシュの間の小さなポケットに繊維糸が撚られたり、ヒートシールされるとき、もしくはナイロンメッシュと粒子複合フィルターとの間の小さなポケットにヒートシールされるときに活性粒子を捕捉できる。１つの化学的な付着は、活性粒子を基材の表面に付着させる接着剤層を加えることにより影響を受ける可能性がある。
より具体的には、図１に示されるような発泡体ベースの複合フィルターは、米国特許第５，８２０，９２７号でＯｅｈｌｅｒらによって記載されたのと同様の方法で、または以下の説明を通じて調製され得る。発泡体基材は、活性粒子の堅固な付着を保証する粘着剤層でコーティングされる。接着粘着剤層は、好ましくはホットメルト接着剤から作製することができるが、ポリスチレン、ＡＢＳ、スチレン、または他の接着剤も機能する。
複合フィルターの合成は、ジクロロメタン（ＤＣＭ）などの好適な溶媒を使用して発泡体を膨張させるステップ、および例えば、ホットメルト接着剤スティックをＤＣＭに溶解することによって、基材を粘着剤でコーティングするステップを含む。溶媒は、１ＬのＤＣＭに溶解した３Ｍ＃３７９２ホルトメルト粘着剤スティックなどの５０グラムのエチレン酢酸ビニル系の接着剤で調製できる。粘着剤スティックが溶解するまで、溶媒を撹拌および加熱しながら、蓋付きの閉じたガラス瓶に保管する必要がある。溶媒温度は、３５℃を超えないようにすべきである。溶媒は、発泡体を例えば２倍に膨張させる。
次いで、発泡体を溶媒に入れ、膨張させる。発泡体の膨張により、発泡体の細孔径が増加し、発泡体の表面積が増加し、これにより活性炭粒子の被覆率が増加する。約１０秒後、発泡体を取り除き、振盪し、粘着剤でいかなる細孔も塞がれないようにする。発泡体は、溶媒に浸漬すると収縮する。これは、基材と活性炭粒子との間の最適な結合を与えるように作用する。次いで、発泡体を金属ラック上に置き、乾燥させる。最適な粘着剤層の厚さは、発泡体が２〜１０回、最適には５回、複数回コーティングされるときに得られる。基材を溶媒に入れるとき、発泡体全体が溶媒と接触するのに十分長い間、発泡体のみが溶媒中にとどまることが重要であるが、溶媒が既に確立された粘着剤層を溶解するほど長くはない。最終コーティング後、発泡体を金属ラック上に置き、炭素粒子を「ウェット」発泡体の上に注ぐ。次いで、発泡体を裏返し、炭素粒子を反対側に注ぐ。
炭素を導入するための作業時間は、約１／２−１分である。活性炭粒子は、活性炭球、活性炭ビーズ、活性化粒状炭素粒子、またはそれらの混合物のいずれかであり得る。活性炭粒子は、１ｎｍ未満の細孔が優勢である約１０００〜１７００ｍ２／ｇの高表面積を有する。ここで、発泡体は、複合フィルターと表示される。
複合フィルターは、最大のパッキングを保証し、複合フィルターに固着したあらゆる余分な炭素粒子を除去する振動テーブルに置く間の２０〜３０分間乾燥させる。振動テーブルは、６０Ｗの出力を用いて４００Ｈｚの周波数で振動する。炭素粒子が表面に固着したら、複合フィルターを１１５〜１３５℃、最適には１２３℃の温度で１０〜２５分間、最適には１５分間オーブンに入れる。この温度で粘着剤層の粘度が低下し、炭素粒子を粘着剤層に浸透可能にする。温度が高すぎると粘着剤層の粘度が高くなりすぎて基材が分解するため、適切な温度は非常に重要であるが、温度が低すぎると粘着剤層が硬くなりすぎて、活性炭粒子が正しく浸透しなくなる。加熱直後、複合フィルターを振動テーブルに１０分間、または複合フィルターが冷えるまで置く。テーブルからの振動と合わせた粘着剤の粘度低下により、炭素粒子が粘着剤層とより強固に結合し、粘着剤が活性炭粒子の表面細孔に浸透し、それによって、活性炭粒子を基材にしっかりと捕捉可能にする。
柔軟なニット生地、メッシュバンドル、通気性のある三次元剛性構造体（例えば、金属ワイヤーまたはモノフィラメント）、およびブラシ状複合フィルターは、すべて発泡体支持体について説明したのと同様の方法で複合フィルター媒体のための支持体構造として使用できる。
ホルムアルデヒドを標的とするために、活性粒子は、（１重量％の酸化セリウム（ＩＶ）（ＣｅＯ２）粒子、１重量％のＰｔ／ＴｉＯ２粒子、０．１重量％のＰｔ／Ｆｅ２Ｏ３粒子、３重量％のＰｔ／ＭｎＯｘ−ＣｅＯ２粒子上のドープされた金ナノクラスターのような）触媒であり得、または過マンガン酸カリウム、４−アミノ安息香酸（ＰＡＢＡ）、もしくはヘキサメチレンジアミン（ＨＭＤＡ）などの含浸された酸活性炭粒子、二酸化チタン（ＴｉＯ２）のような光触媒粒子、またはフマル酸アルミニウム、ＨＫＵＳＴ−１（ベンゼン−１，３，５−トリカルボン酸銅）、ＦｅＢＴＣ（１，３，５−ベンゼントリカルボン酸鉄）、ＺＩＦ−８（２−メチルイミダゾール亜鉛塩）、もしくはＮｉ−ＭＯＦ−７４のような金属有機構造体粒子が必要である。ＮＯｘを標的とするために、活性粒子は、硝酸カリウム（ＫＮＯ３）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、炭酸カリウム（Ｋ２ＣＯ３）、または硫酸カリウム（Ｋ２ＳＯ４）などの含浸を伴うカリウム含有アルカリ活性炭粒子であり得る。ＶＯＣを標的とするために、活性粒子は、多数の分子を吸着する利用可能な表面積／能力が高い活性炭粒子であり得、これは、含浸なしの活性炭粒子であり得る。硫化水素、二酸化硫黄、硝酸、硫酸、亜硝酸、塩酸、ギ酸、酢酸のような酸性ガスを標的とするために、塩基性処理された活性粒子が必要である。一方、アンモニア、アミン、プロトン受容体／電子供与体のような塩基性ガスは、酸性粒子によってより効果的に除去される。二酸化硫黄および硫化水素を標的とする活性粒子は、水酸化カリウム（ＫＯＨ）もしくは水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）または別の同様の塩基などの塩基性含浸を伴う活性炭粒子であり得る。アンモニアを標的とするためには、活性粒子は、表面層に（カルボン酸基のような）ブレンステッド酸のような酸素表面基またはルイス酸部位を大量に有するように修飾された活性炭粒子であり得る。この活性粒子は、硝酸（ＨＮＯ３）処理された、硫酸（Ｈ２ＳＯ４）処理された、または同様の酸処理された活性炭粒子のような酸含浸させた活性炭粒子であり得る。
高濃度のホルムアルデヒド、ＮＯｘ、およびＶＯＣを除去するには、複合フィルターは、少なくとも３つの異なる活性粒子が必要である。
１）ホルムアルデヒド、ＮＯｘ、およびＶＯＣの除去を標的とする１つの複合フィルターの例は、次のように３つの異なる活性粒子間の比を有することができる：酸化セリウム（ＩＶ）上の１〜３５重量％の金ナノクラスター、４０〜９５重量％の水酸化カリウム（アルカリ性／塩基性）含浸させた活性炭、および１〜３０重量％の活性炭粒子。
２）同じ大気汚染を標的とする別の複合フィルターの例は、次のように３つの活性粒子間の比を有することができる：１〜３０重量％の過マンガン酸カリウム含浸させた活性炭、４０〜９５重量％の水酸化カリウム（アルカリ／塩基性）含浸させた活性炭、および１〜３０重量％の活性炭粒子。
すべての重量％は、活性粒子の重量％である。硫化水素および二酸化硫黄のような硫黄種は、金属中心に対して非常に反応性が高いため、触媒を被毒することが知られている。これを克服する１つの方法は、差別化された活性粒子比、もしくは前半にある粒子比、および残りの半分に別の粒子比を有する複合フィルター、または所与の粒子タイプの割合が、複合フィルターの前面から背面の深さによって変動する複合フィルターを作製することである。その場合、上流の粒子比は、硫黄化合物を標的とする大量の活性粒子を有することができる。これらは、硫黄化合物を除去し、それによって触媒が被毒するのを防止する。次いで、複合フィルターの下流側は、触媒粒子の割合が増加した活性粒子濃度を有することができる。
３）触媒被毒の問題を克服する複合フィルターの例は、複合フィルターの上流側で次の比を有することができる：４５〜９５重量％の水酸化カリウム（アルカリ性／塩基性）含浸させた活性炭、５〜４０％の酸性活性粒子、および５〜３０重量％の活性炭粒子。複合フィルターの下流側は、次の比を有することができる：酸化セリウム（ＩＶ）上の５〜６０重量％の金ナノクラスター、２０〜６０重量％の水酸化カリウム（アルカリ／塩基性）活性炭、１〜２０重量％の酸性含浸させた活性粒子、および１〜２０重量％の活性炭粒子。
別の複合フィルターの例は、アンモニアを除去するように設計された複合フィルターである。
４）ＮＯｘ、ホルムアルデヒド、ＶＯＣ、およびアンモニアを標的とする複合フィルターの例は、次の活性粒子比を有することができる：酸化セリウム（ＩＶ）上の１〜３０重量％の金ナノクラスター、４０〜９５重量％の水酸化カリウム（アルカリ性／塩基性）含浸させた活性炭、１〜３０重量％の活性炭、および１〜１５重量％の硝酸または硫酸含浸させた活性炭。

Claims (25)

  1. ガス流から複数の標的分子を除去するための複合フィルターであって、前記ガス流に対して透過性の三次元多孔質支持体と、第１の標的分子を除去するための第１の複数の活性粒子および第２の標的分子を除去するための第２の複数の活性粒子とを含み、前記第１の複数の活性粒子が、前記第２の複数の活性粒子とは異なり、前記第１および第２の複数の活性粒子が、前記支持体中にまたは支持体によって固定化され、前記第１および第２の複数の活性粒子が、活性炭粒子、金属で前処理／含浸された活性炭粒子、酵素で前処理／含浸された活性炭粒子、塩基性化合物で前処理／含浸された活性炭粒子、酸性化合物で前処理／含浸された活性炭粒子、金属有機構造体（ＭＯＦ）粒子、触媒粒子、ドープされた金属酸化物粒子、１重量％のＰｔ／ＴｉＯ２粒子、０．１重量％のＰｔ／Ｆｅ２Ｏ３粒子、３重量％のＰｔ／ＭｎＯｘ−ＣｅＯ２粒子、光触媒粒子からなる群からそれぞれ独立して選択される、複合フィルター。
  2. 前記第１の複数の活性粒子が、ドープされた金属酸化物粒子から選択され、前記第２の複数の活性粒子が、含浸させた活性炭粒子から選択される、請求項１に記載の複合フィルター。
  3. 前記ドープされた金属酸化物粒子――例えば修飾グラフェン上の金ナノクラスターまたは銀ナノクラスターなどの他の金属ナノクラスター、例えば酸化セリウム（ＩＶ）（ＣｅＯ２）粒子上の１重量％の金など――が、特定の汚染部分を標的とする化学特性を提供するためにドープされる、請求項２に記載の複合フィルター。
  4. 前記第１の複数の活性粒子が、金属有機構造体粒子、例えばフマル酸アルミニウム、ＨＫＵＳＴ−１、ＦｅＢＴＣ、ＺＩＦ−８、またはＮｉ−ＭＯＦ−７４、Ｃｕ−ＢＴＣのうちの少なくとも１つから選択される、請求項１に記載の複合フィルター。
  5. 前記第２の複数の活性粒子が、金属有機構造体粒子、例えばフマル酸アルミニウム、ＨＫＵＳＴ−１、ＦｅＢＴＣ、ＺＩＦ−８、またはＮｉ−ＭＯＦ−７４、Ｃｕ−ＢＴＣのうちの少なくとも１つから選択される、請求項２または３に記載の複合フィルター。
  6. 前記第１および／または第２の複数の活性粒子が、特定の汚染部分を標的とする化学特性を提供するためにドープされる、請求項１に記載の複合フィルター。
  7. 前記多孔質支持体が、第３の標的分子を除去するための第３の複数の活性粒子を含み、前記第３の複数の活性粒子が、前記第１および第２の複数の活性粒子とは異なり、前記第３の複数の活性粒子が、固体支持体中または固体支持体によって固定化される、請求項１〜６のいずれか一項に記載の複合フィルター。
  8. 前記多孔質支持本体が、さらなる標的分子を除去するためのさらなる複数の活性粒子を含み、前記さらなる複数の活性粒子が、前記第１、第２，および第３の複数の活性粒子とは異なり、前記さらなる複数の活性粒子が、前記固体支持体中または前記固体支持体によって固定化される、請求項１〜７のいずれか一項に記載の複合フィルター。
  9. 前記第１、第２、第３、および任意選択でさらなる複数の活性粒子が、活性炭粒子、金属で前処理／含浸された活性炭粒子、酵素で前処理／含浸された活性炭粒子、塩基性化合物で前処理／含浸された活性炭粒子、酸性化合物で前処理／含浸された活性炭粒子、金属有機構造体（ＭＯＦ）粒子、触媒粒子、ドープされた金属酸化物粒子、１重量％のＰｔ／ＴｉＯ２粒子、０．１重量％のＰｔ／Ｆｅ２Ｏ３粒子、３重量％のＰｔ／ＭｎＯｘ−ＣｅＯ２粒子、光触媒粒子からなる群からそれぞれ独立して選択されるが、但し前記第１、第２、任意選択で第３、および任意選択でさらなる複数の活性粒子が、異なる活性粒子から選択されることを条件とする、請求項７および８に記載の複合フィルター。
  10. 前記三次元多孔質支持体が、（ｉ）網状細孔構造を有する発泡体支持本体、（ｉｉ）化学またはバイオポリマー繊維のフェルト、（ｉｉｉ）撚り繊維糸、（ｉｖ）柔軟なニット生地、（ｖ）メッシュバンドル、（ｖｉ）ストリングパイル、（ｖｉｉ）プリーツ加工された紙基材、（ｖｉｉｉ）通気性のある三次元剛性構造体（例えば、金属ワイヤーまたはモノフィラメント）、（ｖｉｉｉ）ブラシ状フィルター、および（ｉｘ）前記ガス流に対する反応表面の最小の流動抵抗および最大のアクセス性を与えるように設計された材料からなる群から選択される、請求項１〜９のいずれか一項に記載の複合フィルター。
  11. 細孔径が、２５、またはより正確には５〜２０ＰＰＩである、請求項１に記載の複合フィルター。
  12. 前記第１、第２、任意選択で第３、および任意選択でさらなる複数の活性粒子が、１００〜７０００ｍ２／ｇの総表面積を有する、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の複合フィルター。
  13. 前記第１、第２、任意選択で第３、および任意選択でさらなる複数の活性粒子が、８００〜２０００ｍ２／ｇの総表面積を有する、請求項１２に記載の複合フィルター。
  14. 前記第１、第２、任意選択で第３、および任意選択でさらなる複数の活性粒子が、接着剤層を形成する接着剤によって前記支持体の細孔構造に固定される、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の複合フィルター。
  15. 前記第１または第２の複数の活性粒子が、活性炭球、活性炭ビーズ、および／または活性炭顆粒などの活性炭粒子から選択される、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の複合フィルター。
  16. 前記第１、第２、任意選択で第３、および任意選択でさらなる複数の活性粒子が、０．００５〜３．０ｍｍの範囲の平均粒径を有する、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の複合フィルター。
  17. 前記第１、第２、任意選択で第３、および任意選択でさらなる複数の活性粒子が、過マンガン酸リチウム、酢酸カルシウム、二酸化銅、水酸化カリウム、過マンガン酸カリウム、マンガン二酸化銅、硝酸銅、酢酸マンガン、炭酸カリウム、または過マンガン酸ナトリウムで前処理された活性炭粒子から独立して選択される、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の複合フィルター。
  18. 前記発泡体が、ポリウレタンベースの発泡体である、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の複合フィルター。
  19. 前記接着剤層が、前記発泡体を前記接着剤で少なくとも２回コーティングすることによって得られる厚さを有する、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の複合フィルター。
  20. 前記接着剤が、ホットメルト接着剤、またはポリスチレン、ウレタン、液体樹脂、ポリウレタン、および／もしくはスチレンに基づく接着剤から選択される、請求項１〜１９のいずれか一項に記載の複合フィルター。
  21. 請求項１〜２０のいずれか一項に記載の複合フィルターの空気清浄装置における使用。
  22. 請求項１〜２０のいずれか一項に記載の複合フィルターの空気調和装置における使用。
  23. 請求項１〜２０のいずれか一項に記載の複合フィルターを備える空気清浄装置。
  24. 空気調和装置、空気清浄装置、または空気清浄装置および空気調和装置の両方を備え、前記装置のいずれか１つが、請求項１〜２０のいずれか一項に記載の複合フィルターを備える、電動車両。
  25. 請求項１〜２０のいずれか一項に記載の複合フィルターを通して周囲空気を輸送することを含む、周囲空気から汚染分子を除去する方法。
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