JP2645251B2 - ガス吸着素子 - Google Patents

ガス吸着素子

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JP2645251B2 JP3508266A JP50826691A JP2645251B2 JP 2645251 B2 JP2645251 B2 JP 2645251B2 JP 3508266 A JP3508266 A JP 3508266A JP 50826691 A JP50826691 A JP 50826691A JP 2645251 B2 JP2645251 B2 JP 2645251B2
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Seibu Giken Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は不活性ガスたとえば空気中に含まれる活性ガ
ス特に有機用材蒸気、悪臭物質等有害ガスを選択吸着し
て除去し、洗浄な不活性ガスたとえば空気を得るガス吸
着素子に関するものである。
背景技術 ゼオライトはアルミノ珪酸塩を主成分とし、その結晶
水を離脱して生じる細孔の径の差によつて水分その他有
機溶剤蒸気等気体分子をその分子径に応じて選択吸着す
るためモレキユラシーブ（分子篩）として吸着剤に使用
されている。
除湿機用素子としてはたとえば特開昭54−19548号公
報に、石綿紙、ガラス繊維紙等のシートにモレキユラシ
ーブ（4A,13X等）を付着し、波付け、積層加工を施した
円筒形のハニカム構造体よりなる回転再生型除湿体が提
案され、また特開昭63−240921号にはＡ型、Ｘ型、Ｙ型
等の合成ゼオライトまたはモルデナイトその他の天然ゼ
オライトの粉末に結合剤を加え、押出成形、プレス成形
等によりハニカム構造とした除湿材が提案されている。
一方、有機溶剤蒸気、悪臭ガス等を空気中から吸着分離
する回転吸着素子としてはたとえば特開昭53−50068号
公報に繊維状活性炭を含有する紙によりハニカム構造に
した素子が提案されている。
上記のゼオライトはモレキユラシーブと呼ばれるよう
に気体分子をその分子径に応じて選択吸着し得るもので
あるが、有機溶剤蒸気、悪臭ガス等を空気中から吸着分
離しようとする場合には、該空気中には必ず水蒸気が共
存するため、有機溶剤蒸気、悪臭ガス等とともに水蒸気
も必ず吸着される。水分子の径は2.8AÅ、これに対し有
機溶剤あるいは悪臭ガスの分子径はたとえばベンゼンが
6.7Å、シクロヘキサンが6.1Å等とすべての水分子の径
より大きく、ゼオライトは水のみを吸着分離することは
できても水蒸気の共存下に有機溶剤蒸気あるいは悪臭ガ
スのみを吸着分離することはできず、むしろ水蒸気を優
先的に吸着し、有機溶剤蒸気あるいは悪臭ガスの吸着は
優先的に吸着された水分子によつて阻害され、従つて処
理空気の絶対湿度が高い場合には有機溶剤蒸気あるいは
悪臭物質を効率よく吸着分離することはできない。活性
炭は疎水性吸着剤であり、炭化水素等非極性分子を優先
的に吸着するが、可燃性のため再生に130℃以上の温度
の熱風を使用すれば発火の危険がある。また吸着した溶
剤の種類によつては吸着発熱が大きく吸着素子が発火す
るおそれがあり、使用が極めて困難である。更にこの素
子をある期間使用して油分の附着等により活性が低下し
たときにこれを賦活する場合には300℃前後の高温処理
をしなければならないが、この高温処理には熱風は使用
できず過熱水蒸気を用いて賦活する必要がある等の欠陥
があつた。
発明の開示 本発明は吸着剤としてシリカ成分含量を高くして疎水
性を与えたゼオライトを吸着剤として使用し、両端面に
透通した多数の小透孔を有するブロツク状即ちハニカム
状積層体に成形してなり該小透孔表面に上記高シリカゼ
オライトがあらわれているガス吸着素子を提供すること
によつて、前記の水蒸気と共存して有機溶剤蒸気、臭気
物質を含有する不活性気体たとえば空気中の水蒸気を吸
着せず、有機溶剤蒸気、臭気物質を効率よく吸着するガ
ス吸着素子を得たものである。
ゼオライトの組成は一般式 xM2/nO・Al2O3・ySiO3・zH2O （但しＭはアルカリ金属またはアルカリ土類金属でｎは
その原子価、ｙ≧１） であらわせるが、ｙは通常１〜10である。たとえば東洋
曹達工業株式会社から吸着剤「ゼオラムＡ−４」として
販売されている4A型ゼオライトは1.0±0.2Na2O・Al2O3
・1.85±0.5 SiO2・zH2Oの組成である。ここでｙがほぼ
８以上になるようにシリカ成分含量を高めた高シリカゼ
オライトを使用すると疎水性となり水分子等極性の大き
い物質に対する吸着能力が低下し、有機溶剤蒸気、悪臭
物質等無極性または極性の小さい物質をよりよく吸着す
るようになる。
疎水性の高シリカゼオライトを得る方法には従来のｙ
＝１〜６のゼオライトを脱アルミニウムする方法と直接
Na2O−Al2O3−SiO2−H2O系から合成する方法とがあり、
前者の脱アルミニウム法には（１）ｙ＝３のエリオナイ
ト、ｙ＝５のモルデナイト、ｙ＝６のＬゼオライト等を
鉱酸に浸して加熱する方法、（２）ｙ＝３〜６のＹ型ゼ
オライト、ｙ＝５のモルデナイト等をホスゲン気体中で
熱処理する方法、（３）Ｍ＝NH4またはＨ、ｙ＝３〜６
のＹ型ゼオライトを好ましくはスチーム共存下で焼成す
る方法、（４）ｙ＝２のＡ型ゼオライト、ｙ＝２〜３の
Ｘ型ゼオライト、ｙ＝３〜６のＹ型ゼオライト等に四塩
化珪素の蒸気を高温で接触させ SiCl4＋Al2O3→SiO2＋AlCl3 の反応によりゼオライト中のアルミニウムの一部を珪素
で置換する方法等があり、本発明で使用し得る疎水性の
高シリカゼオライトはｙの値がほぼ８以上であればよ
い。勿論上記の何れの方法においてもモレキユラシーブ
としての必須要件として概略３Å以上の細孔が保持され
ていることが必要である。
本発明では上記の疎水性の高シリカゼオライトが効率
よく有機溶剤蒸気および悪臭物質を吸着分離するように
両端面に透通した多数の小透孔を有するブロツク状即ち
ハニカム形状にガス吸着素子を形成する。ハニカム構造
のブロツクに成形する方法としてはたとえば上記の高シ
リカゼオライトの粉末をカオリナイトその他の無機結合
剤と混和して押出成形、プレス成形等の方法によりハニ
カム状に成形する方法も用いられるが、紙、布等シート
状の担体をハニカム状に成形し、その成形前または成形
後に高シリカゼオライトの粉末を無機バインダーととも
にシート状担体の表面および内部に結合付着せしめる方
が使用した高シリカゼオライトが処理気体に接触する面
積が大きく有効に活用される。シート状の担体としては
金属薄板、プラスチツクシート等表面が平滑で滲透性の
ないものより紙、布、不繊布等繊維を聚合して空隙のあ
るように形成したシートの方が高シリカゼオライトがシ
ート表面のみならずその繊維間隙においても担持される
ので好ましく、特に繊維がかさ高で空隙率の大きい繊維
シートが望ましい。またガス吸着に当つては脱着再生の
必要があり、脱着には加熱を必要としない圧力スイング
法も使用し得るが加熱による脱着再生の方が装置が簡単
で操作も便利であり、この加熱再生には素子の耐熱性、
不燃性が求められ、従って発火のおそれのない無機繊維
紙たとえばセラミツクス繊維、ロツクフアイバー、スラ
グフアイバー、ガラス繊維等またはこれ等の混合繊維を
主成分とする紙を使用する。アスベスト繊維も無機繊維
で発火性はないが健康上問題があるので使用を避ける。
更に上記の無機繊維を主成分とする紙を用いてガス吸着
素子を製造する工程の適宜の段階において紙を焼成し、
これに含まれている少量の有機成分を焼却除去する。高
シリカゼオライトの粉末を混合して抄紙した不燃紙を使
用する方法もある。
ハニカムの波の波長１は2.5〜4.5mm、波高ｈは1.0〜
3.0mmの範囲が好ましく、波長および波高が大き過ぎる
とガス吸着素子の展開表面積が小さくなつてガス吸着の
効率が低くなり、逆に波長および波高が小さ過ぎると処
理空気および再生空気の流れによる圧力損失が大きくな
り経済的な運転ができなくなる。
図面の簡単な説明 第１図は本発明のガス吸着素子の例を示す斜視図、第
２図は片波成形積層体を示す断面図、第３図はガス吸着
濃縮装置の例を示す一部欠截斜視図、第４図は本発明の
ガス吸着素子の性能の処理入口空気湿度による変化を示
すグラフ、第５図は対照例のガス吸着素子の性能の処理
入口空気湿度による変化を示すグラフ、第６図は本発明
のガス吸着素子の性能の素子回転速度による変化を示す
グラフ、第７図は本発明のガス吸着素子の性能の小透孔
の長さによる変化を示すグラフである。
第３図においては４はガス吸着素子、５はケーシン
グ、６はセパレータ、７は処理ゾーン、８は再生ゾー
ン、９はギヤドモータ、11は処理空気、12は再生空気を
示す。
発明を実施するための最良の形態 シリカ・アルミナ系のセラミツクス繊維に少量の結城
質合成繊維および少量の無機または有機のバインダーを
加え見掛け比重0.3〜0.45程度の低密度（坪量60〜150g/
m2程度）、厚さ0.10〜0.30mm程度に抄造した無機繊維紙
を幅400mm、波の波長3.4mm、波高1.8mmになるようにコ
ルゲート成形し、合成樹脂たとえばポリ酢酸ビニールと
無機質バインダーとを混合した接着剤を用いて第２図に
示す如く平面紙１と波形紙２とを該波形紙２の波の稜線
において接着して片波成形体を得、第１図に示す如く芯
材Ｃに該片波成形体を捲付けて両端面に透通した多数の
小透孔３を有する径320mmの円筒状のハニカム積層体に
成形した。高シリカゼオライトとしてNaYゼオライト即
ちxNa2O・Al2O3・ySiO2・zH2O（但しｘ≒5,y≒5,z≒9,
細孔径ほぼ10Å）を四塩化珪素で処理しそのAl2O3の一
部をSiO2で置換したゼオライトxNa2O・Al2O3・ySiO2・z
H2O（但しｘ≒1,y≒200,z≒9,細孔径ほぼ10Å）（たと
えばドイツ連邦共和国デグサ社のDAYゼオライト）を微
粉砕してシリカまたはアルミナの水性ゾル中に分散し、
得られたゾルに上記成形品を浸漬し、無機繊維紙1,2の
繊維間隙および無機繊維紙の表面にヒドロゾル中のシリ
カまたはアルミナの微粒子を結合剤として高シリカゼオ
ライトを付着せしめ、乾燥後450℃で３〜４時間焼成し
てシート中の有機物を除去しゼオライトを脱水しガス吸
着素子を得た。高シリカゼオライトの無機繊維紙に対す
る附着率は約35wt％であつた。この焼成はゼオライトの
含浸前に行つてもよい。
第１図の如く円筒状で得られた本発明のガス吸着素子
はたとえば第３図に示す如く該ガス吸着素子４をケーシ
ング５内に駆動回転可能に保持したセパレータ６により
処理ゾーン７と再生ゾーン８とに分離し、ギヤモータ9,
駆動ベルト10により素子４を回転させ、処理空気11を処
理ゾーン７に高温の再生空気12を再生ゾーン８に送入
し、処理空気11中の活性成分たとえば有機溶剤蒸気、悪
習物質等を吸着して清浄な空気13を得るものである。尚
第３図中14はプーリー、15はテンションプーリー、16は
ゴムシール、17は再生空気加熱器である。
素子４の円筒の長さ400mm、回転速度10r.p.h、再生空
気量対処理空気量1:10、処理入口空気温度25℃±２℃、
処理空気および再生空気の流速2m/sec.、再生入口空気
温度150℃±２℃の条件で トルエン 空気中の含有量 550ppm キシレン 空気中の含有量 1100ppm イソプロピルアルコール 空気中の含有量 760ppm ｎ−ブチルアセテート 空気中の含有量 340ppm 夫々の絶対湿度 ２〜19g/kg の処理空気を通したときの溶剤除去率（％）を第４図に
示す。ここで溶剤除去率とは処理出口空気の溶剤含有率
を処理入口空気の溶剤含有率で割った商を１から引いた
値をいう。尚処理入口空気中の溶剤の濃度がある範囲で
変つても溶剤除去率は殆んど変らない。
対照例として従来市販されている親水性のゼオライト
の一例、東洋曹工業株式会社製「ゼオラムＦ−９」（細
孔径10Å）を使用して上記実施例と同一方法により製造
したガス吸着素子について上記同様の試験をして得られ
た結果即ち溶剤除去率を第５図に示す。第５図により明
らかな如く親水性ゼオライトでは処理空気の素子入口に
おける絶対湿度がほぼ8g/kg′以下の場合にはすべての
有機溶剤についての除去率が90％以上であるが、処理入
口空気の絶対湿度が8g/kg′より高くなると溶剤除去率
は急激に低下する。これは使用したゼオライトが親水性
のため有機溶剤の分子よりも空気中の水蒸気を優先的に
吸着する結果である。これに対し本発明で使用する高シ
リカゼオライトでは第４図により明らかな如く試験した
すべての有機溶剤について処理入口空気の絶対湿度の如
何に係らず90％以上の溶剤除去率を示した。尚処理入口
空気の温度を５〜50℃、流速を１〜3m/sec.、再生入口
空気の温度を100〜160℃、有機溶剤蒸気の濃度を20〜27
00ppmの範囲でいろいろ変化し、有機溶剤の種類も変え
て試験したが何れの場合にも90〜100％の溶剤回収率を
示した。
次に素子の回転速度による溶剤除去率の変動を見るた
め、前記実施例の方法で得られた素子を第３図の装置に
組込み、処理入口空気温度15℃、処理空気および再生空
気の流速2m/sec.、再生入口空気温度140℃、処理入口空
気の絶対湿度5.0g/kg（○印）および16.5kg 処理入口空気中の溶剤蒸気濃度：トルエン500ppmの条件
で素子の回転速度を６〜26r.p.h.の範囲で変動し、トル
エンの除去率を測定した結果を第６図に示す。これによ
り素子の回転数の変化により溶剤除去率が変化し、この
試験に供した素子では最も溶剤除去率の高い最適回転数
はほぼ12r.p.h.であることがわかる。
次に小透孔の長さの変化による溶剤除去率の変動を見
るため、前記の方法で得られゼオライト含浸後の無機繊
維紙の厚さ0.20mm、コルゲートの波長3.4mm、波高1.8mm
とし、小透孔の長さＬを100mm〜500mmの範囲で変えた素
子を第３図の装置に組込み、処理入口空気温度 15℃、
再生入口空気温度 150℃、処理空気および再生空気の流
速 2m/sec.、処理入口空気の絶対湿度 15g/kg、処理入
口空気中の溶剤蒸気濃度：キシレン 1100ppm、素子の回
転速度 15r.p.h.の条件で運転し、キシレンの除去率を
測定した結果を第７図に示す。これにより小透孔の長さ
が100〜300mmの程度では溶剤の吸着除去は充分には行わ
れず、小透孔の長さがほぼ400mm以上になると溶剤の吸
着除去は95％以上即ちほぼ完全となり、それ以上小透孔
を長くするのは無駄であることが分る。
産業上の利用可能性 本発明は上記の如く疎水性の高シリカゼオライトを吸
着剤としてガス吸着素子を製造したので、不活性気体た
とえば空気中に含まれる比較的少量の有機溶剤蒸気また
は悪臭成分を吸着するに当り空気中に必ず含有される水
蒸気を吸着することが極めて少なく、従つて湿度の如何
にかかわらず空気その他の他不活性気体からその中に含
まれる有機溶剤蒸気または悪臭成分を高効率で吸着濃縮
除去し得る効果を有するものである。しかも素子に吸着
された有機溶剤または悪臭成分は100〜160℃程度の温度
でほぼ脱着されるのでたとえば第３図に示したような回
転再生式ガス吸着装置に組立てて連続的に空気その他不
活性ガス中の活性ガスを吸着し濃縮し燃焼して除去する
ことができ、高シリカゼオライトを定着させるハニカム
積層体として無機繊維を主成分とする不燃紙その他シー
トを使用するときは、該シートよりなるハニカム積層体
は高シリカゼオライトとともに高熱に耐え発火のおそれ
なく、この防火性は素子を構成する不燃紙またはハニカ
ム積層体を450℃で約３〜４時間焼成してその中に少量
含有される有機物質を分解または燃焼により除去するこ
とによつて一層敢然となり、たとえば高沸点のオイルミ
ストが高シリカゼオライトの細孔内に付着して素子の吸
着性能が低下した場合にはこの素子に350℃程度の熱風
を通すことによりオイルミストなどを除去し素子を賦活
再生することができる。
また本発明の製造法では不燃紙等の薄いシート状の担
体をハニカム状に成形し、ハニカムを450〜500℃にて焼
成しこれに無機バインダー等を使用して高シリカゼオラ
イトの粉末を含浸附着せしめるので、製造も特殊の機械
装置を要することなく簡易廉価にでき、得られたガス吸
着素子において使用した高シリカセオライトの大部分が
吸着剤として有効に働き、担体として不燃紙の如く繊維
の聚合体よりなり空隙率の大きい材料特に低密度に抄造
した無機繊維紙を使用するときは高シリカゼオライトが
無機繊維紙の表面のみならずその繊維間隙にも定着し担
持能力が大きくなる等種々の特徴効果を有するものであ
る。

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】両端面に透通する多数の小透孔を有するハ
    ニカム状積層体に成形してなり、該小透孔壁面に疎水性
    の高シリカゼオライト即ちxM2/nＯ・Al2O3・ySiO2・zH2
    O（但しＭはアルカリ金属またはアルカリ土類金属、ｎ
    はその原子価、ｙはシリカ対アルミナのモル比で約８以
    上のゼオライト）の粉末があらわれていることを特徴と
    するガス吸着素子。
  2. 【請求項２】高シリカゼオライトが大部分のアルミニウ
    ム分を除去したゼオライトである特許請求の範囲第１項
    記載のガス吸着素子。
  3. 【請求項３】主成分が無機繊維であるシートを片波成形
    体とし、この片波成形体を積層して多数の小透孔を有す
    るハニカム積層体を形成し、無機バインダーを使用して
    シリカ対アルミナのモル比が約8:1以上の疎水性の高シ
    リカゼオライトの粉末を該小透孔の繊維間隙および壁面
    に定着することを特徴とするガス吸着素子の製造法。
  4. 【請求項４】高シリカゼオライトが大部分のアルミニウ
    ム分を除去したゼオライトである特許請求の範囲第３項
    記載のガス吸着素子の製造法。
  5. 【請求項５】シートが低密度に抄造したものである特許
    請求の範囲第３項記載のガス吸着素子の製造法。
  6. 【請求項６】ハニカム積層体を成形する前または後に無
    機繊維紙を焼成する特許請求の範囲第３項記載のガス吸
    着素子の製造法。
  7. 【請求項７】無機繊維シートの厚さを0.10〜0.30mm程
    度、コルゲートの波長を2.5〜4.5mm程度、波高を1.0〜
    3.0mm程度、小透孔の長さを100〜500mm程度とする特許
    請求の範囲第３項記載のガス吸着素子の製造法。
  8. 【請求項８】主成分が無機繊維である紙料に高シリカゼ
    オライト粉末を混入して抄造した紙を積層して多数の小
    透孔を有するハニカム積層体を形成することを特徴とす
    るガス吸着素子の製造法。
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