JP3521748B2 - 空気浄化フィルターおよび空気浄化器 - Google Patents

空気浄化フィルターおよび空気浄化器

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、吸着材と光触媒と
を組み合わせた空気浄化フィルターおよびこれを用いた
空気浄化器に関する。
【0002】
【従来の技術】吸着材と光触媒とを組み合わせた空気浄
化フィルターは、光触媒に光を照射して励起し、吸着材
に吸着させた臭気成分等の汚染成分を分解除去するもの
である。例えば、特許第2574840号には、活性炭
等の吸着材の表面に酸化チタン等の光触媒を担持させた
フィルターを用いた脱臭装置が開示されている。
【0003】この脱臭装置は、光触媒による分解作用に
より長時間の脱臭性能および繰り返し使用時の再生能力
が高く、フィルター寿命(交換期間)が長い、という優
れた特徴がある。しかし、使用開始直後数分程度の極く
短時間に発揮される初期脱臭性能は必ずしも十分ではな
かった。初期脱臭性能が重要になる典型的例は、自動車
内の脱臭装置である。すなわち、車内臭は新車時に最も
強く、これに対応するためには上記従来の脱臭装置では
初期脱臭性能が不十分であった。
【0004】初期の吸着能力を向上させるためには、化
学吸着を用いる方法が有効であると考えられる。しか
し、吸着材に光触媒を担持させた上記従来の方法では、
化学吸着基自体が光触媒により分解されてしまうため、
化学吸着効果を発揮できない。また、初期吸着能力を高
める別の方法として、吸着材の配合量を増加させること
が考えられる。しかし、吸着材の量が多くなると吸着量
に対して光触媒による分解能力が相対的に小さくなるの
で、吸着物の分解除去が不十分になり、吸着材の再生能
力が低下し、繰り返し使用時のフィルター性能が低下
し、フィルター寿命(交換期間)が短くなる。これを補
足するために、例えば下層吸着材と上層光触媒との2層
構造にすることが考えられるが、光触媒の担持量が多く
なり、安定して担持させることが困難になる。
【0005】このように、従来の空気浄化フィルターで
は、長時間性能および繰り返し使用時性能すなわちフィ
ルター寿命と初期浄化性能とを両立させることができな
いという問題があった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、長時間性能
および繰り返し性能と初期性能とを兼備した空気浄化フ
ィルターおよびそれを用いた空気浄化器を提供すること
を目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の目的は、本発明に
よれば、吸着材小粒子の表面に光触媒を担持させた吸着
分解粒子から成る吸着分解膜と、該膜内に散在し且つ該
膜から露出した吸着材大粒子とを含むフィルター層を有
することを特徴とする空気浄化フィルターによって達成
される。
【0008】本発明によれば、更に上記本発明の空気浄
化フィルターと、該フィルターの光触媒を励起するため
の光源とを備えた空気浄化器が提供される。
【0009】
【発明の実施の形態】本発明においては、吸着材小粒子
の表面に光触媒を担持させた吸着分解粒子から成る吸着
分解膜により、光触媒による吸着物の分解作用および吸
着材の再生作用を確保し、それによって長時間性能およ
び繰り返し性能が確保できると同時に、上記吸着分解膜
内に散在し且つ該膜から露出した吸着材大粒子により、
使用開始短時間における吸着作用を確保し、それによっ
て初期性能を確保できる。
【0010】ここで吸着材小粒子および吸着材大粒子と
は両者相互の大小関係を意味し、吸着材小粒子の表面に
光触媒を担持した吸着分解粒子が二次元的に連なって形
成する吸着分解膜中に散在する吸着材大粒子がこの吸着
分解膜から露出し得るように両者の相対サイズを選択す
ればよく、両者のサイズをそれぞれ具体的な数値で限定
されるものではない。
【0011】典型的な一例として、吸着材として活性炭
を用い、光触媒として酸化チタンを用いた場合は、活性
炭小粒子のサイズは30μm程度であり、これに酸化チ
タンを担持させた吸着分解粒子(酸化チタン担持活性炭
粒子)としてもほぼ同程度である。活性炭大粒子のサイ
ズは吸着分解粒子のサイズより大きければ、吸着分解膜
から露出可能であり、更に望ましい態様として吸着分解
膜から突出させ且つその初期吸着作用を顕著に発揮させ
るには、活性炭小粒子のサイズの3倍すなわち90μm
程度以上とすることが望ましい。活性炭小粒子に担持さ
せる酸化チタンの粒子サイズの典型例は、1次粒径で1
0nm程度、凝集した状態で5μm程度である。
【0012】すなわち、例えば新車時の高濃度の臭気成
分は露出した吸着材大粒子が直ちに吸着し、その吸着物
質は周囲の吸着分解粒子によりゆっくりと分解除去さ
れ、吸着材大粒子が再生される。一方、残る臭気は数p
pb程度の低濃度であり、吸着分解粒子により吸着分解
が行われる。このように、光触媒による分解再生作用を
損なうことなく、吸着材の有効量を増大させることがで
きる。
【0013】望ましい態様においては、吸着材大粒子が
吸着分解膜から突出していることにより、浄化対象であ
る空気と吸着材大粒子との接触面積が増大するので、初
期性能を更に向上させることができる。この初期性能向
上効果は、吸着材大粒子の直径が吸着分解膜の厚さの3
倍以上であることにより特に顕著に発揮される。
【0014】また、吸着材大粒子は、吸着分解膜から露
出あるいは更に突出しており光触媒と直接接触していな
いので、吸着材大粒子に化学吸着物質を付加すれば、光
触媒により化学吸着物質が分解されずに、吸着能力、特
に初期吸着能力を更に高めることができる。本発明にお
ける吸着材大粒子は、活性炭に代表されるが、その他に
ゼオライト、セピオライト、シリカゲル等の通常吸着材
として用いられるものを適用できる。
【0015】また光触媒は、酸化チタン(TiO2 )に
代表されるが、その他に炭酸ストロンチウム(SrCO
3 )、酸化亜鉛(ZnO)、酸化第二鉄(Fe2 3
等が適用できる。吸着材大粒子に付加する化学吸着物質
は、多種多様なものが適用可能であり、酸性ガスにはア
ルカリ添着炭、塩基性ガスには酸添着炭がそれぞれ用い
られ、典型例としては、ビタミン、銀、アミノ基等が挙
げられる。
【0016】化学吸着物質は、吸着材大粒子の部位のう
ち主としてポア内に担持される。更に別の望ましい態様
として、吸着材大粒子には、過マンガン酸カリウムのよ
うな酸化剤を使用して酸化処理を行うこともできる。
【0017】
【実施例】本発明による空気浄化フィルターを下記の手
順で作製した。 <吸着材小粒子と光触媒の配合>吸着材小粒子として活
性炭粉末(平均粒径:2次粒径20μm)5g、光触媒
として酸化チタン粉末(平均粒径:1次粒径10nm、
2次粒径5μm)20g、およびPMMA(ポリメチル
メタクリレート)7.5gを乳鉢内で10分間混合し
た。
【0018】ビーカ内で、上記混合原料、アルミナゾル
2.5g、イオン交換水50mlを攪拌機内で攪拌し
た。 <吸着材大粒子の配合>得られた混合液に、吸着材大粒
子として活性炭粉末を添加した。その際、活性炭粉末の
平均粒径(2次粒径)を10μm〜300μmの範囲で
変化させ、活性炭粉末総量(小粒子+大粒子)に対する
配合量を0 vol%〜100 vol%の範囲で変化させた種
々の液を調合した。
【0019】<pH値および粘度の調整>酢酸を添加し
て液のpH値を5.5に調整した後、イオン交換水を添
加して粘度を48cpsに調整して、フィルター層形成
液とした。 <基材への塗布>基材としてアルミニウムハニカム(2
00メッシュ)をエタノールで洗浄し、乾燥させた後、
上記フィルター層形成液中に浸漬して塗布を行った。余
剰に付着した液はエアーで吹き飛ばして除去した。
【0020】<焼き付け>焼成炉内で大気中にて昇温速
度100℃/h、保持温度300℃、保持時間60分の
焼成を行い、ハニカム表面にフィルター層を形成した。
得られたフィルター層は、図1(1)(2)(3)に示
すように、活性炭小粒子の表面に酸化チタンを担持した
吸着分解粒子から成る吸着分解膜が厚さ10〜50μm
でハニカム基材表面に形成されており、この膜中に活性
炭大粒子が散在しかつこの膜から露出または突出した形
態であった。ここで、図1(1)はフィルター層の断面
を示し、図1(2)は図1(1)中の領域Pの部分の平
面図であり、図1(3)はハニカムを構成するメッシュ
1個の縦断面を示す。
【0021】上記にて作製した種々の空気浄化フィルタ
ーを用いて空気浄化器を作製した。この空気浄化器は、
図2に示したように同じフィルター1対を直列に並べ、
その間に紫外線ランプ(UVランプ)を配置した構成で
ある。両フィルターの各メッシュ内面に形成されたフィ
ルター層に、UVランプからの紫外線が照射される。図
の左から未浄化の空気が1つ目のフィルターに達し、そ
のメッシュ内を通過しながら浄化され、UVランプの周
囲を流れ、2つ目のフィルターのメッシュ内を通過して
更に浄化されて、浄化済空気として図の右へ排出され
る。
【0022】作製した各空気浄化器についてアセトアル
デヒドの除去率を測定した。得られた結果を図3および
図4に示す。浄化対象として用いたサンプルはアセトア
ルデヒド100ppmの10リットルガスパックの気体
を循環させたものである。図3は、活性炭大粒子の平均
粒径(2次粒径)と浄化開始10分経過時点でのアセト
アルデヒド除去率との関係を示すグラフである。配合比
は、活性炭小粒子70 vol%、活性炭大粒子30 vol%
である。この例では、活性炭大粒子の平均粒径が90μ
mまでは粒径の増加に伴い短時間浄化性能が向上し、9
0μm以上になると60〜65%程度の高い除去率が安
定して得られた。この場合、活性炭小粒子の平均粒径は
30μmなので、活性炭大粒子の平均粒径90μmはそ
の3倍に相当する。
【0023】図4は、活性炭粉末の総量(小粒子+大粒
子)に対する活性炭大粒子の配合量と短時間(10
分)、長時間(60分)、繰り返し(5回)の各除去率
との関係を示すグラフである。活性炭小粒子の平均粒径
は30μm、活性炭大粒子の平均粒径は100μmであ
る。この例では、短時間特性については、活性炭大粒子
の配合量が10 vol%以上であれば60〜65%の高い
除去率が得られる。一方、長時間特性および繰り返し特
性は、活性炭大粒子の配合量が50 vol%以下で90〜
100%の高い除去率が得られる。したがって、この例
の場合、活性炭大粒子の配合量を10〜50 vol%の範
囲とすることで、長時間および繰り返しの浄化性能と、
短時間の浄化性能とを同時に向上させることができる。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
長時間性能および繰り返し性能と初期性能とを兼備した
空気浄化フィルターおよびそれを用いた空気浄化器が提
供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明の空気浄化フィルターを示す図
であり、図1(1)はフィルター層の断面図、図1
(2)は図1(1)中の領域Pの部分の平面図、および
図1(3)はハニカムを構成するメッシュ1個の縦断面
図である。
【図2】図2は、本発明の空気浄化フィルターを用いた
空気浄化器の構成例を示す断面図である。
【図3】図3は、本発明の空気浄化フィルターの性能試
験結果を示すグラフであり、活性炭大粒子の平均粒径
(2次粒径)と浄化開始10分経過時点でのアセトアル
デヒド除去率(短時間性能)との関係を示す。
【図4】図4は、本発明の空気浄化フィルターの性能試
験結果を示すグラフであり、活性炭粉末の総量(小粒子
+大粒子)に対する活性炭大粒子の配合量と短時間(1
0分)、長時間(60分)、繰り返し(5回)の各除去
率との関係を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B01D 53/86 B01J 35/02 A61L 9/00 A61L 9/16

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 吸着材小粒子の表面に光触媒を担持させ
    た吸着分解粒子から成る吸着分解膜と、該膜内に散在し
    且つ該膜から露出した吸着材大粒子とを含むフィルター
    層を有することを特徴とする空気浄化フィルター。
  2. 【請求項2】 該吸着材大粒子が該吸着分解膜から突出
    していることを特徴とする請求項1記載の空気浄化フィ
    ルター。
  3. 【請求項3】 該吸着材大粒子の直径が、該吸着分解膜
    の厚さの3倍以上であることを特徴とする請求項1また
    は2記載の空気浄化フィルター。
  4. 【請求項4】 請求項1から3までのいずれか1項に記
    載の空気浄化フィルターと、該フィルターの光触媒を励
    起するための光源とを備えたことを特徴とする空気浄化
    器。
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