JP3530516B2 - 空気浄化用吸着材及び空気浄化装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、汚染空気浄化に廃木材
の木炭などを原料とした空気浄化用吸着材とこれを利用
した空気浄化装置に関するものである。室内空間におい
て発生する揮発性有害化学物質（ＶＯＣ）、住宅建材の
接着剤から放出されるホルムアルデヒドガスや消毒剤の
グルタルアルデヒド等化学性臭気ガス、或いはアセトア
ルデヒドガス，アンモニアガス，酢酸ガスアンモニア等
の臭気ガスを吸着・脱臭機能を持つ吸着材を、建築廃棄
木材や林業廃棄木材や有機物の廃棄材料などリサイクル
材などを原料とする炭化材によってつくり、また、これ
ら吸着材とフラワーポットとの組合せによって、水分吸
着による植物への水分補給と有害ガスの吸着分解を可能
とし、室内インテリアとして優れ、尚且つ植物の代謝作
用や土によるメンテナンスフリーで運転可能な空気浄化
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術及びその欠点】空気浄化装置は、空気中の
ガス状汚染物質に起因するシックハウス過敏症対策とし
てハウスダスト（チリ、塵埃など）、ウィルス、タバコ
の煙の煤煙物質などの空気中に含まれる粒子状の物質を
除去する機能だけでなく、タバコの煙の臭いの成分であ
るアセトアルデヒドガス，アンモニアガス，酢酸ガスな
どや、住宅建材の接着剤から放出されるホルムアルデヒ
ドガスや消毒剤のグルタルアルデヒドなど揮発性有害化
学物質ガス（ＶＯＣ）の空気中に含まれるガス状物質を
除去する機能をも求められており、それを解決するもの
として集塵を目的としたＨＥＰＡフィルタによる方法
と、臭いや有害ガスを吸着する活性炭フィルタによる方
法が家庭用の空気浄化装置として代表される。

【０００３】また、トイレや屎尿処理でアンモニアガス
やアミン、硫化水素ガス等の悪臭を送風機で土穣に循環
し、土の土壌菌や植物等による悪臭の分解をする方法な
どや、活性炭や無機鉱物粉、化学変調消臭剤やマスキン
グ剤を散布して悪臭を吸収する方法などがある。

【０００４】これまでの家庭や工場など空気浄化装置で
空気浄化に使われたフィルタは、ＨＥＰＡフィルタが代
表的で０．３マイクロメートルの微細粒子を９９．９７
％除去できる繊維系フィルタである。 また、活性炭フ
ィルタは、活性炭の比表面積の大きさによる吸着性を利
用したもので空気浄化装置のフィルタケース内に活性炭
のペレットが充填されたフィルタやプラスチックバイン
ダーによって成形されたものがある。 これらの空気浄
化装置では、吸気口から吸い込んだ空気を活性炭フィル
タを通して排気口から排出することにより、空気中に含
まれる粒子状物質およびガス状物質を吸着するようにな
っている。

【０００５】しかし、活性炭は数ミクロンに粒形が揃え
られ、その表面に形成されている細孔内も平均１０〜２
０Åの細孔でガスを補足するため、分子量の大きなガス
分子が細孔内に入ってくると、それ以前に細孔内に補足
されていた分子量の小さなガス分子が細孔外へ出ていっ
てしまうという欠点がある。そのため、揮発性有害化学
ガス（ＶＯＣ）については除去できるものの、ホルムア
ルデヒドやグルタルアルデヒドなどの分子量の小さいガ
ス物質やアンモニアガスなどについては十分に除去する
ことができなかった。

【０００６】また、活性炭フィルタの場合は、フィルタ
ケースに合わせ高分子樹脂をバインダーとしてパネル状
に成形するため、バインダーによる表面性能の低下と、
充填された活性炭のペレット同士が密着して、空気を通
す際の圧力損失が増大して十分な流量の空気を通せない
ことなど、空気浄化能力が低くなる欠点があった。

【０００７】この他、活性炭フィルタの他に光触媒酸
化，オゾン酸化の作用によるものがある。しかし、光触
媒酸化による脱臭方法は、脱臭速度が遅いだけでなく、
励起光源（紫外線）を併設する必要がある。そして、こ
の励起光源として紫外線ランプを使用することでコスト
高、かさばる、消費電力が大きくなるなどの欠点があ
る。

【０００８】また、オゾン酸化による脱臭方法では、過
剰オゾンを分解する装置が必要不可欠であり、コスト
高、電力消費が大きいだけでなく、過剰オゾンそのもの
が人体に有害なために安全性の点で好ましくないなどの
問題がある。

【０００９】ＨＥＰＡフィルタは微細な浮遊ゴミの除去
に効果があるが、ガス状物質の吸着除去や分解には役立
たない。

【００１０】他に揮発性固形やスプレー式の消臭剤や化
学剤のマスキングや変調法による消臭剤もあるが、これ
らは化学剤や植物性芳香剤による中和や変調によるもの
であり、有害物質の除去とは根本的に違うものである。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】室内の汚染空気で、タ
バコの臭気には、アセトアルデヒド、アンモニア、低級
アミン、炭化水素、硫化水素等が含まれており、これら
の臭気分子の中でもアンモニア、低級脂肪酸、アセトア
ルデヒドといった比率の高い分子に対し、活性炭吸着材
は吸着性能が低く、臭気分子の再放出を起こすという弱
点を持っている。

【００１２】又活性炭フィルタは空気循環時の通気性が
課題となっており、連続運転による圧力損失が高く、こ
のため吸着・脱臭性能の高い吸着材やフィルタが求めら
れている。

【００１３】また、空気中に含まれる揮発性有害化学物
質（ＶＯＣ）ガスのうち、特にホルムアルデヒドについ
ては、近年、発ガン性物質として、また、シックハウス
症候群の主原因物質として注目されており、ＷＨＯの基
準では室内濃度を０．０８ｐｐｍ以下にすることが求め
られている。また、グルタルアルデヒドは、病院の内視
鏡機器、手術・歯科医療機器の消毒剤として主に使われ
ている。医療機関という特定の業種、消毒剤という限ら
れた分野で使われているため、国内での健康被害例はま
だ潜在的でホルムアルデヒドほど社会的には注目されて
いない。しかし、欧米ではグルタルアルデヒドが使われ
始めた１９６０年代初頭から、その毒性を指摘する発症
例が発表されていて、欧米各国はホルムアルデヒドと同
等以上の厳しい法の規制をしている。消毒剤としてＨＩ
Ｖウィルスを殺せるほど高い消毒効果が期待できる反
面、蒸発ガスを不用意に浴びた場合、強い副作用をもた
らす物質である。人体への影響は頭痛、倦怠感、ぜんそ
く、神経障害、化学物質過敏症といったホルムアルデヒ
ドと同じ症状が現れ、これに対しての従来の空気浄化機
のフィルタでは、ＷＨＯの基準を満たす除去方法は、換
気等を除いて有効な装置はまだ確立されていない。

【００１４】この他、悪臭ガスである硫化水素、メルカ
プタン類、硫化アルキル類などの硫黄化合物が含まれる
臭素ガスを脱臭除去する方法として、アルカリ吸収法、
湿式酸化法、オゾン酸化法、活性炭吸着法などによる各
種装置があるが、これらの装置は工場や特定施設の大掛
かりな脱臭方法であり一般家庭や病室等で使える装置と
はなっていない。

【００１５】また、特定悪臭物質である硫化ジメチル、
二硫化ジメチルのような硫化アルキル類は十分満足でき
るまで脱臭除去する方法は確立されていない。

【００１６】家庭用の空気浄化機に使われているＨＥＰ
Ａフィルタに添着されている化学吸着物質は、アルカリ
吸収法、湿式酸化法による薬剤で、主にホルムアルデヒ
ドを吸着する化学剤として、アスコルビン酸，アニリ
ン，リンゴ酸，アミノエチルエタノールアミン，ベンジ
ルアミン，ポリエチレンイミン，モルホリンを含むアミ
ン類，ビタミン，塩素酸塩，亜塩素酸塩，酸化鉄，酸化
コバルト，硫酸第二銅，硫酸第一鉄，塩化第一スズ，ト
リエチレンジアミン，ヨウ素，ヨウ化カリウム，ヨウ化
第一スズ、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸カ
リウム、硝酸亜鉛、硝酸銀などである。

【００１７】また、硫化水素，メチルメルカプタン，ア
ンモニア，アセトアルデヒド，ホルムアルデヒドなどを
除去する化学剤としては各種有機化合物（アスコルビン
酸，アニリン，リンゴ酸，アミノエチルエタノールアミ
ン，ベンジルアミン，ポリエチレンイミン，モルホリン
を含むアミン類，ビタミンなど）や、各種金属塩（塩素
酸塩，亜塩素酸塩，酸化鉄，酸化コバルト，硫酸第二
銅，硫酸第一鉄，塩化第一スズ）や水酸化ナトリウム、
水酸化カリウム、炭酸カリウム、硝酸亜鉛、硝酸銀など
であるが、これらの化学剤は、いずれもカビや雑菌の繁
殖防止などを目的に使われており吸着性除去や脱臭・分
解作用は低くい。

【００１８】一方、悪臭の除去に土壌を利用する方法
は、従来、野外の便所や屎尿浄化処理設備などで利用さ
れている。浄化装置から発生する硫化水素，メチルメル
カプタン，アンモニア，などの臭気を土の中にパイプに
よって導入し土壌バクテリアや細菌類によって除去する
方法が知られている。この方法の場合は土壌の毛細管現
象によって水分が適度に浸透し、尚且つ通気性を保ち細
菌類の生息できる適度な環境が維持される必要がある。
土だけでは十分な許容量が保てない場合が多く、保水能
力と通気性に十分な管理が必要となってくる。そのため
大規模な土穣面積や通風装置等が必要である。また、こ
の方式はカビや雑菌の繁殖による細菌類が生成するため
有機物等からの二次汚染や二次臭気の発生など防止対策
が必要である。

【００１９】これまで室内でフラワーポット等に直接空
気を通して室内空気の悪臭除去や空気浄化を行なうこと
は、土の特性と植物の能力の面から二次的に発生する臭
気の問題が懸念され、大抵の場合腐敗臭や有機生成物や
肥料の悪臭が室内に拡散されるケースが大半で、吸着能
力と分解能力の高い吸着材を使用しないと実用化できな
い欠点があった。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明は、前述した従来
技術の問題点に鑑みてなされたもので、室内の有害ガス
吸着性能を高めるため活性炭に代わる針葉樹木炭等を主
原料とした吸着性能の大きい炭化材と、化学的吸着・分
解作用を組み合わせることで有害ガス物質の吸着・脱臭
を可能にしようするものである。

【００２１】第一に炭化材としては、建築は廃木材をリ
サイクル原料とするスギやヒノキの針葉樹種からなる木
炭に着目し、焼成温度を変化させて焼成することで酸性
から中性、塩基性に変化する表面性質の多様性と物理的
吸着性を利用している。

【００２２】つぎに、ポリエチレングリコール（ＰＥ
Ｇ）を木炭に添着させ特許３１０６１１２号による炭化
材の調湿操作と、焼成温度の違う炭化材を利用し、低温
焼成炭の表面の未反応カルボキシル基（−ＣＯＯＨ）や
フェノール等のＯＨ基に他の官能基を修飾し縮合反応を
利用する化学修飾炭や、また、高温焼成炭は、含酸素基
が消失してグラファイト構造になるため塩基性となる表
面特性を利用して、焼成温度や化学修飾によって炭化材
自体の表面性状を自由に制御し吸着・脱臭剤となし得る
作用、また、針葉樹木炭やゼオライトやペントナイトの
無機粘土物質およびパルプ繊維等の補助材を混合して粒
状もしくは板状に成形した悪臭ガス物質の吸着・脱臭に
着目したものである。

【００２３】室内における快適性を損なわずに吸着脱臭
機能を有し、尚且つ、ＶＯＣや種々の臭気成分、例えば
煙草の煙に含まれるアセトアルデヒドガス等に対して効
果的に安定した吸着と脱臭を発揮する吸着材、すなわち
従来の活性炭や光触媒酸化法やオゾン酸化法、アルカリ
吸収法、湿式酸化法等では十分に吸着除去できない硫化
水素やアンモニア、アセトアルデヒド等を吸着・脱臭す
る吸着材として、低温焼成炭、高温焼成炭、ＰＥＧ修飾
炭、化学修飾炭を無機粘土物質やパルブ繊維等の補助材
と混合して成形することにより、活性炭より機能的な吸
着材をつくることができ、この吸着材の性質と、室内の
有害ガスの極性、塩基性性質を利用した水分吸着作用に
よってガス吸着除去能をも高めることができ、また、こ
の吸着材を利用して室内空気浄化装置を提供しようとす
るものである。

【００２４】この空気浄化装置の特長は、空気中の水蒸
気と共に水分吸着した有害ガスを吸着材の表面に飽和さ
せ水に可溶化し有害性分を分解し、土と植物によって吸
収除去するシステムである。このシステムは、本発明に
係る吸着材と観葉植物フラワーポットとを組み合わせる
ことで吸着材の交換を極力少なくしたところに特長があ
る。

【００２５】また、吸着材の水分吸着による飽和水を植
物への水分補給機能として利用し、臭気の脱臭分解と給
水による植物の生育を助ける二面に作用するシステムと
したことで、インテリア性が高く且つ機能的なフラワー
ポット併用型の空気浄化装置となる。

【００２６】ここで言う吸着材は、建築廃棄材や間伐材
などからも製造されるもので主として針葉樹を原料とし
た低温焼成木炭（焼成温度２５０℃〜５５０℃）、高温
焼成木炭（焼成温度６００℃〜９００℃以上）等よりな
る炭化材で、その表面基質は低温から酸性、中性、塩基
性質を呈するものである。トドマツ材を例にすると回転
式炭化炉で、３Ｋ／ｍｉｎ の焼温速度で、２５０、５
００、７００、９００℃で１時間保持して得られた炭化
材の比表面積と細孔は表１の通りである。

【0027】

【表１】

【００２８】表１より、炭化材の比表面積は炭化温度が
上がる程大きくなることがわかる。しかし、一般に普及
している活性炭にくらべると、賦活処理をしていない分
比表面積は小さく、おおよそ１／３程度である。杉や
桧、松など樹種や炭化方法によって比表面積は変化する
が、水蒸気あるいは二酸化炭素による賦活処理を行えば
大きくなる。しかし、実験データからＶＯＣガス、ホル
ムアルデヒドの吸着性能に限っていえば、炭化材の比表
面積の大小はそれほど大きな問題にはならないことが判
明している。

【００２９】表２は、トドマツ炭化材の酸および塩基の
吸着量を示すもので、炭化温度が高くなるに従って炭化
材の表面は塩基性になることがわかる。このことから塩
基性のガスを効果的に吸着するには低温で焼成した炭化
材を使用し、酸性のガスを効率的に吸着するには高温で
焼成した炭化材を使用すれば良いことがわかる。

【0030】

【表２】

【００３１】表３は、炭化材への各種揮発性ガスの吸着
特性を示すもので、エチレンアミン、ジエチルアミンピ
リジミンは塩基性化合物、トルエンからメチルイソブチ
ルケトンまでは中性有機溶剤、酢酸エチルとプロピオン
酸は酸性、二酸化水素は中性である。この結果からも焼
成温度を変えることで、酸性から塩基性まで様々に表面
状態を制御できることがわかる。

【0032】

【表３】

【００３３】表４は、各種炭化材の５ｇを約２０リット
ルの容器に投入し、アンモニア濃度（初濃度：１００ｐ
ｐｍ）の経時変化を示した表で、アンモニアは塩基性で
あるため、当然焼成温度の低いほうの炭化材の吸着特性
が良好である。

【００３４】

【表４】

【００３５】また、杉と桧を４００℃で調製した炭化材
を用いて、同様の方法でアンモニア吸着能力を測定した
結果が表５である。これら表４、５から５００℃で炭化
した杉や栂の炭化材はアンモニア吸着に優れた性能を示
すのに対して、ヤシガラ活性炭は吸着性能が良くない。

【003６】

【表５】

【００３７】表６は、各種炭化材の５ｇを約２０リット
ルの容器に投入し、ホルムアルデヒド濃度（初濃度：１
００ｐｐｍ）の経時変化を示した表である。ホルムアル
デヒドの場合は吸着特性に対する原料や焼成温度の違い
はほとんど認められず、数時間で１ｐｐｍ程度までホル
ムアルデヒド濃度が減少する

【003８】

【表６】

【００３９】このように焼成温度の違う炭化材を利用
し、低温焼成炭の表面の未反応カルボキシル基（−ＣＯ
ＯＨ）やフェノール等のＯＨ基に他の官能基を修飾し縮
合反応を利用する化学修飾炭や、又高温焼成炭は、含酸
素基が消失してグラファイト構造になるため塩基性とな
る表面特性を有しており、この性質を利用して、焼成温
度や化学修飾によって炭化材自体の表面性状を自由に制
御し吸着・脱臭剤として利用しようとするものである。
化学修飾炭は、ＰＥＧ及び水酸化ナトリウム（ＮａＯ
Ｈ）や水酸化カリウム（ＫＯＨ）等の他、分子に−ＯＨ
基や−ＣＯＯＨ、−Ｎ＜（−ＮＨ２、−ＮＨφ、−Ｎ
φ）、＞ＣＯ、−Ｏ−等の基を持っている薬剤が適して
おり、脂肪酸塩、スルホン酸塩、リン酸塩、アミン塩、
第級アンモニア塩、グリセリン脂肪酸、ソルビタン脂肪
酸、ショ糖脂肪酸等の無機・有機両性を持たせた化合物
やアスコルビン酸，アニリン，リンゴ酸，アミノエチル
エタノールアミン，ベンジルアミン，ポリエチレンイミ
ン，モルホリンを含むアミン類，ビタミン，塩素酸塩，
亜塩素酸塩，酸化鉄，酸化コバルト，硫酸第二銅，硫酸
第一鉄，塩化第一スズ，トリエチレンジアミン，ヨウ
素，ヨウ化カリウム，ヨウ化第一スズなどが適してい
る。

【００４０】次の方法は、各種炭化材の水蒸気吸着能力
に着目したもので、表７に示すように湿度９０％で測定
した水蒸気吸着量（Ｗ１）と湿度５５％に下げた時の吸
着量（Ｗ２）の差、調湿能力ＨＣＣ（Ｈｕｍｉｄｉｔｙ
Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｃａｐａｃｉｔｙ）を見ると、炭化
材（木炭）の調湿能力は１．０〜３．０％と高くない。

【004１】

【表７】

【００４２】したがって、木炭（炭化材）を使った調湿
手段は大量の木炭を必要とし、そのため空気中の湿度調
整等に木炭を使用することはあまり適しない。 そこで
本発明では．木炭のＶＯＣ吸着能力を損なうことなく、
木炭自体に大きな水分吸着性あるいは調湿能力を付与で
きれば、各種有害ガスの極性、塩基性性質を利用し、と
りわけ極性のホルムアルデヒドや硫化水素，メチルメル
カプタン，アンモニアガスは空気中では極性成分を水分
子が取り囲む形で存在するので、この極性ガスと水分子
の吸着凝集する性質を利用して吸着しようとするもので
ある。

【００４3】つまり一般的に吸着材には空気中の水分を
吸着する高い性能が求められるが、試行錯誤の結果、表
８に示す実験によってポリエチレングリコール（ＰＥ
Ｇ）を木炭に修飾させると相対湿度７５％と９５％での
調湿能力（ＨＣＣ）が１０％〜２０％前後の大きな吸放
湿性能が得られることが確かめられ、空気中の調湿操作
にきわめて有効であることが判明した。このことで空気
中の水蒸気や水分を取込むことで水溶性ガスや極性有害
ガスの吸着性が高くなることを利用したのが本発明の特
長である。

【0044】

【表８】

【００４5】このＰＥＧ修飾した吸着材は、湿度が高い
室内環境において連続的に運転すると空気中の水蒸気が
飽和して雨滴化し、実験ではＰＥＧ重量に対して１８６
％／Ｗの水分を取り込み水滴化することが確認され、室
内の植物プラントに利用した場合は頻繁に水やりをしな
くても植物が必要とする給水が可能なことが確認され
た。

【００４6】上記表８は、建築廃材から製造した木炭
（炭化材）２０ｇにＰＥＧの水溶液を含浸させ、乾燥
後、恒温湿環境に置いて、どの程度空気中の水分がＰＥ
Ｇに吸収されるのか検討した結果を表したものである。
ＰＥＧの水溶液濃度は、ＰＥＧ６００、１０００、１５
００について、それぞれ３０ｗｔ％、４０ｗｔ％、５０
ｗｔ％、で実験した。この結果からＰＥＧ６００の資料
に至っては担持したＰＥＧの重量に対して１８６％の重
量の水分を取り込んだことになる。また、相対湿度の変
化に応じて湿気を吸脱するスピードが早く活性炭や未処
理炭が一度吸着した湿気を離しにくいのに対して特定の
調湿対応性があり、極性ガスの吸着性にすぐれているこ
とが確認された。

【００４7】

【実施例】以下の実施例に基づいて、本発明をさらに詳
細に説明する。尚、ここに開示する実施例は、発明を実
施する場合の具体化の一例を例示するに過ぎず、本発明
をこの開示の実施例に限定するものではない。本発明で
は、炭化材に化学処理を施したＰＥＧ修飾炭、化学修飾
炭、低温焼成炭、高温焼成炭を粒状、およびこれら炭化
材粉とゼオライトやペントナイトの無機粘土物質および
パルプ繊維等の補助材を混在して粒状もしくは成形した
ものや、一部を焼成炭のままを吸着材として利用してい
るのが特長である。

【００４8】又本件発明は、これらの吸着材を室内用フ
ラワーポットに装填し、もしくは栽培土壌に混入し揮発
性有害化学物質（ＶＯＣ）やタバコの煙中の臭いの成分
であるアセトアルデヒドガス，アンモニアガスを吸着・
脱臭・分解フィルタとして利用することを特長としてい
る。

【００４9】これらの吸着材は、水分吸着特性を利用し
植物への吸水と、吸着したアンモニアやタバコの煙中の
煤煙物質などの空気中に含まれる物質を植物や土或いは
バクテリアに吸収分解させることで空気浄化装置と室内
用の植物育成用フラワーポットを装置としていることも
特長の一つである。

【００50】図１の実施形例により説明すると、フラワー
ポット１は二重としたもので、上部と下部に空気の取入
口２と排出口３を設けた外鉢４と、側面に流通孔５，５
を設けた中鉢６を重ねて中間に流通空間７を設け、取入
口２，中鉢６の開口部から排出口３への空気の流通を自
在とし、取入口２に防塵フィルタ８を装填し、流通空間
７に、ＰＥＧ修飾炭、化学修飾炭、高温焼成炭、低温焼
成炭およびこれら炭化材をゼオライトやペントナイトの
無機粘土物質およびパルプ繊維等の補助材と混合もしく
は複合成形してなる吸着材９を充填し、排出口３には外
側への送風ファン１０を設け中鉢６内には栽培土１１を
充填し植物１２を植え、外鉢４の下部に水溜部１３を設
けたものである。吸着材９であるＰＥＧ修飾炭、化学修
飾炭、高温焼成炭、低温焼成炭およびこれら炭化材をゼ
オライトやペントナイトの無機粘土物質およびパルプ繊
維等の補助材と混合させて充填したり、又一種又は二種
以上の混合したものを層状としたり、順次層状に並べた
り、又成形して充填することもできる。

【００５1】また、図４に示すように給水した水や吸着
材９が吸湿した水滴が外鉢４の下部の水溜部１３に溜っ
た場合、中鉢６に沿って装填した不織布や紙等の繊維質
の吸上材１４により毛細管現象で吸い上げられフラワー
ポット１（中鉢６）内の植物１２への給水が可能な構造
となっている。

【００５2】また、性能の違う吸着材９，９を層状に配
列することよって空気中の水分子と凝集した極性質のガ
スが水蒸気や吸着材９、殊にＰＥＧ修飾炭層に吸着・濃
縮され、同時に吸着材９に吸収された水に極性ガス成分
が可溶化し分解除去される。その後、吸着材９の低温焼
成炭および化学修飾炭層、高温焼成炭層によって、非極
性ガスが吸着濃縮される構造となっている。この層状構
造や性能の違う吸着材９，９を混合することは、空気中
には水蒸気が常に介在しており吸着材の表面が水蒸気で
被われた場合、水に馴染みにくい非極性のガスの吸着特
性が落ちてくる欠点をカバーすることができ、そのため
一旦、空気中から水分および極性ガスを除去した後に別
の吸着材に非極性ガスを除去させる機能を有するもので
ある。この役割を果たすのが低温焼成炭と高温焼成炭の
層状構造であり、図２では吸着材９のＰＥＧ修飾炭を第
一層、化学修飾炭を第ニ層、低温焼成炭を第三層、高温
焼成炭を第四層とした構成例であるが、これは本発明に
係る一例であって層順を変更してもよく、又吸着する非
極性ガスや極性ガスおよび水分吸収、通気能力や不燃性
などの要求によっては無機粘土や石灰、パルプ繊維等補
助材の混合による方法でも良い。

【００５3】図１、図３、図４、図５では外鉢４と中鉢
６の二重に構成されたフラワーポット１の形態を示して
いるが、図６に示すように単体のフラワーポット１の実
施形態として栽培土１１に吸着材と９，９を混合して粒
状にしたものを混ぜ、空気を通過させることでも同様の
効果が期待できる。また、図５に示す実施例のように吸
着材９，９を紙や繊維状に成形した形態で流通空間７に
装填しても同様の効果が期待できる。

【００５4】吸着材９の内、特に２５０℃〜５００℃前
後で焼成した杉や桧の木炭はアンモニアやトリメチルア
ミンなどの塩基性ガスの吸着に高い吸着特性を持ってい
る。しかし、これら低温焼成炭９がアンモニアやトリメ
チルアミンなどの塩基性ガス吸着性に優れていると言っ
ても木炭表面の細孔による吸着のみで分解する訳ではな
い。

【００５5】本発明ではアンモニアやトリメチルアミン
などの塩基性ガスを除去する目的で、吸着材９として
の、低温焼成炭の酸性の表面特性と、ＰＥＧ修飾炭や化
学修飾炭の化学吸着を利用することにより、又場合によ
って吸着材９としてはゼオライトやベントナイト、パル
プ繊維などの補助材を利用することにより、空気中では
極性成分を水分子が取り囲む形で存在する極性ガスを水
分子の吸着凝集する性質を利用した水分吸着で取り除
き、その後、土や植物に吸収させ脱臭・分解することが
できる。

【００５6】つまり、空気中の水分を取り込むことで水
溶性ガスや極性有害ガスの吸着性を改善し吸着率を高
め、同時に取込んだ水溶性ガスを空気中の水分を水滴化
した水に可溶化して土や植物に吸収させ徐々に分解す
る。また、分解されにくい非極性ガスは混合や層状に配
された吸着材９の低温焼成炭によって選択的に吸着され
細孔内に固定し、徐々に土や植物に吸収させ脱臭・分解
することができる。

【００５7】本発明は、従来の活性炭フィルタの調湿能
力が低く、一度吸った水分を離さないことによる吸着拒
絶や湿度が高くなるとガス吸着効果が低下する欠点をカ
バーし、空気中に水分がある環境、即ち湿気のある環境
で機能するよう発明したもので、特に高温焼成炭をベー
スにしたＰＥＧ修飾炭およびゼオライトやペントナイ
ト、セルロース繊維などの補助材によって成形された吸
着材９が、その塩基質の表面性能や修飾した化学剤等に
より酸性の窒素酸化物、硫黄化合物などの臭気ガスに優
れた吸着性を発揮し、同時に硫化水素、メルカプタン
類、硫化アルキル類などの硫黄化合物が含まれている臭
素ガス中の硫黄化合物をも吸着するなどの特長が生まれ
る。よって、この水溶性ガスを選択的に吸着することで
非極性ガスの吸着を低温焼成炭や化学修飾炭の吸着材９
に選択的に吸着固定することが可能となる。

【００５8】フラワーポット１との組合せによる空気浄
化装置１５は、高温焼成炭をベースとした吸着材９、お
よびＰＥＧ修飾炭による吸着材９によって水滴化した水
の植物への吸収と、栽培土１１の土壌菌や植物１２によ
る吸収・分解を利用したもので、装置内部で起こる２次
分解による悪臭を外部に拡散するのを防止すると同時
に、植物１２の無機栄養素として吸収除去される成分を
吸着させようとするものである。

【００５9】有害ガスの吸着材９は、空気に接触する有
効面積の比率が大きいことが効果的であるが、活性炭の
細孔が１ｎｍ以下の平均１０〜２０Åのミクロポアが大
半であるのに対して、本発明に係る杉や桧木炭の場合、
炭化温度が低い場合は３ｎｍ以下の細孔はできずメソポ
アやマクロポアで比表面積も１００〜２００ｍ^２／ｇ前
後となる。また、７００℃〜９００℃で炭化すると１ｎ
ｍ以下のミクロポアが発達し比表面積も３５０〜６００
ｍ^２／ｇとなる。 つまり吸着材９としての低温焼成炭
は、木材の導管や樹脂管の形態をとどめたポアの構造で
あり比表面積も少ない。しかし、針葉樹炭のポアの構造
は広葉樹炭にくらべ連通した孔を作っており、しかも壁
体も薄いのが特長で揮発性有害化学物質（ＶＯＣ）など
のガス状物質の吸着に効果的な特性を持っている。これ
は、パルプやポリエステル繊維や有機繊維を用いたも
の、セラミック繊維やガラス繊維のような無機繊維を用
いたもの、或いは有機無機混合繊維を用いたものに比較
しても、空気に接触する有効面積比率やポアの形状が多
様であることや、低温焼成炭は表面に未反応カルボキシ
ル基（−ＣＯＯＨ）やフェノール等のＯＨ基が残り酸性
基質に変化することなど、非極性ガスの吸着材として好
ましい。

【００60】また、高温焼成炭にＰＥＧ修飾による吸着材
９は、その塩基質の表面性能により酸性の窒素酸化物、
硫黄化合物などの臭気ガスに優れた吸着性を発揮し、同
時に硫化水素、メルカプタン類、硫化アルキル類などの
硫黄化合物が含まれている臭素ガス中の硫黄化合物をも
吸着するなどの特性が生まれる。この水分吸着による極
性ガスを選択的に吸着することで、非極性ガスを前述し
た低温焼成炭や化学修飾炭に吸着固定することで飛躍的
に有害ガスの吸着固定また分解が可能となる。資源的に
も建築廃棄木材のリサイクル木炭や林業廃棄材や間伐材
を原料とした炭化材を使用することで安価な吸着材９を
製造することが大きなメリットである。

【００６1】また、本発明に係る吸着材９は、杉や桧の
木炭を利用した炭化材のみを使用したものに限定したも
のではなく、化学合成繊維、パルプ繊維、綿花繊維、石
綿繊維、ガラス繊維、炭素繊維や炭化した植物繊維、ピ
ートモス、木紛・木チップ、また、ゼオライトやベント
ナイト、石灰石、石炭、泥炭、黒土、バーキュライト、
水酸化マグネシウム、石膏等の無機材料、これらを単
独、複合した補助材をも併用したものでも良い。

【００６2】炭化材は、廃木材木炭のまま若しくは粒
状、球状や板状に成形されたものが利用されるが、その
際、使用目的に応じて基礎材料となる木炭（炭化材）に
化学合成繊維、パルプ繊維、綿花繊維、石綿繊維、ガラ
ス繊維、炭素繊維や炭化した植物繊維、ピートモス、木
紛・木チップ、また、ゼオライトやベントナイト、石灰
石、石炭、泥炭、黒土、バーキュライト、水酸化マグネ
シウム、石膏等の無機材料を配合し、ポリビニルアルコ
ールやアクリル樹脂等を混合して成形したもの、さらに
アクリル樹脂等の高分子ポリマーを配合して成形しその
後焼成して高分子をグラファイト化して成形する方法等
が適している。

【００６3】これまでの家庭用空気浄化装置や空調機の
場合、フィルタや吸着材に柔らかい繊維や空隙材を使う
ことで湿気による湿潤化や適度な温度環境になること
で、吸着材に発生するカビや雑菌の繁殖をどうするかと
言う問題があった。特に病院や老人ホーム、また、学校
等でこれらを使用した場合病原菌の温床となり院内感染
も指摘されていた。

【００６4】本発明の空気浄化装置では、当初から湿潤
な使用環境を想定しており前述したカビや雑菌の繁殖に
対してはＰＥＧ修飾木炭が効果的に働く。即ちポリエチ
レングリコール（ＰＥＧ）は非イオン系の界面活性剤で
あり、フラワーポット内部の微生物の生育を阻害しない
低毒性の薬剤である。そのためＰＥＧを１５〜２０ｗｔ
％溶かした水溶液に２０ｗｔ％程度の４級アンモニア塩
水溶液を混合して使用することで吸着材の殺菌性を確保
する方法が適している。また、吸着材にカチオン系界面
活性剤や、各種金属塩（塩素酸塩，亜塩素酸塩，酸化
鉄，酸化コバルト，硫酸第二銅，硫酸第一鉄，塩化第一
スズなど）を混合し添着処理した木炭を使用することで
カビや雑菌の繁殖防止することも本発明の特長の一つで
ある。

【００６5】図１、図３乃至図６は、室内の悪臭や有害
ガス状物質を吸着・脱臭（分解）するフラワーポット１
形の空気浄化装置１５を示したものである。図２のもの
は下部の取入口２から送風し上部の排出口３から空気を
排出する容器１６を使用して空気浄化装置１５としたも
ので、容器１６にＰＥＧ修飾炭、化学修飾炭、低温焼成
炭、高温焼成炭の吸着材９…の各々を層状に使用したも
のであるが、容器１６などとの関係で個々の吸着材９，
９…を適宜配置、または混合して使用する方法や、フラ
ワーポット１の土に混ぜる方法などがある。

【００６6】図１、図３は、植物１２を育てる栽培土１
１を入れた中鉢６と外鉢４の間の流通空間７に、ＰＥＧ
修飾炭、化学修飾炭、低温焼成炭、高温焼成炭などの吸
着材９，９…の混合したものを入れたものの実施例であ
り、図６は外鉢４をフラワーポット１とし、栽培土１１
と吸着材９，９…を混ぜて入れたものである。

【００６7】ＰＥＧ修飾炭等の吸着材９の吸湿作用によ
って空気中のホルムアルデヒドガスやアンモニアガスを
水分吸着によって行い吸着材９の表面に付いた水滴によ
って可溶化したガス成分を植物用の水分として栽培土１
１に吸収させ植物１２と栽培土１１の土穣菌によって吸
収・分解される。

【００６8】図５は吸着材９をパルプ繊維等によってフ
ィルム状に成形されたフィルタを使用した場合の実施例
である。

【００６9】図４は、外鉢４と中鉢６によるフラワーポ
ット１としたもので、空気の流れを表わしたものであ
り、図１に係るフラワーポット１の構造は、植物の生育
客土（栽培土１１）を入れる中鉢６と外鉢４に分けら
れ、中鉢６は網目状もしくは多孔質な形態や不織布など
が望ましく、また、外鉢４と中鉢６との流通空間７に吸
着材９，９…を装填されており、また、吸着材９，９…
の上部と下部に空気の循環用の空気取入口２と排出口３
が設けられ、フラワーポット１の下部の排出口３近傍に
取付けられた送風ファン１０によって空気が循環する構
造としてある。この場合、吹出し方式か吸出し方式いず
れも可能であるがフラワーポット１への水分の補給を考
えた場合、上部に水分吸着性の高い吸着材９を充填する
のが望ましいことと、フラワーポット１内の二次発生し
た悪臭等の拡散を吸着材９に再吸収させるためには吸出
し方式が適している。この場合のファン１０の可動は電
気モーターもしくは太陽発電モーターいずれでも良い。
また、過剰な給水や吸着水のオーバーフローを防ぎ、中
鉢６に水溜部１３から水分を植物１２に給水する吸上材
１４が取付けられた構造が適している。図中１７は受
皿。

【００70】図６に係るフラワーポット１の構造は植物１
２を生育する栽培土１１に吸着材９，９…を適宜混合
し、下層に空気の循環用の送風ファン１０を取付けた吸
出し方式による実施例で、この場合もフラワーポット１
の上部に水分吸着性の良い吸着材９を充填するのが望ま
しく、フラワーポット１の二次発生した悪臭等の拡散を
吸着材９に再吸収させるためには吸出し方式が適してい
る。

【００７1】本発明に係る水分吸着特性を持つ吸着材
９、９は、空気中では極性成分を水分子が取り囲む形で
存在する極性ガスと水分子の吸着凝集する性質を利用し
たものであり、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）１５
〜２０ｗｔ％を溶かした水溶液に高温焼成（６００℃〜
９００℃）の粒状炭を浸漬もしくは塗布した後、十分に
乾燥して、そのまま用いる場合と、粉体にしてＰＥＧや
添加する各種材料を配合し、ポリビニルアルコールやア
クリル樹脂等を混合して成形したもの、さらにアクリル
樹脂等の高分子ポリマーを配合して成形しその後焼成し
て粒状、球状、板状等に成形した方法により製作するの
が適している。

【００７2】また、非極性ガス吸着用の吸着材９は、低
温焼成炭（２５０℃〜５５０℃）をそのまま用いる場合
と、炭化材を粉にして添加する化学合成繊維、パルプ繊
維、綿花繊維、石綿繊維、ガラス繊維、炭素繊維や炭化
した植物繊維、ピートモス、木紛・木チップ、また、ゼ
オライトやベントナイト、石灰石、石炭、泥炭、黒土、
バーキュライト、水酸化マグネシウム、石膏等の無機材
料を配合し、ポリビニルアルコールやアクリル樹脂等を
混合して成形したもの、さらにアクリル樹脂等の高分子
ポリマーを配合して成形しその後焼成して粒状、球状、
板状等に成形した方法により製作するのが適している。

【００７3】

【効果】廃棄木材や間伐材及び有機物の廃棄材料などの
リサイクル材を原料することで有効利用を促進し新しい
吸着材を安価に提供でき、又廃木材による木炭は細孔の
形状も多様で５０Å、及び２００Å程度で、これらを吸
着材として有害ガスの吸着に水分の影響や吸着材の表面
基質の関係で新たな吸着材として効果的な利用ができ
る。

【００７4】活性炭は、平均１０〜２０Åの細孔が存在
しており、この微細孔構造による吸着作用を気層におけ
る脱臭や、液層における精製浄化等で利用している。し
かし、活性炭の吸着は脱臭剤として利用されているにも
かかわらず、確立された作用となっていない。つまり、
活性炭は固体吸着材であるが悪臭ガスの吸着では全てに
優れていると言い難く、また、原料の問題と国内生産の
場合コスト高になることから１００％海外依存となって
おり国内では全く生産されていない。

【００７5】本発明は資源的にも建築廃棄木材のリサイ
クル炭や林業廃棄材や間伐材を原料とした炭化材を使用
することで安価に吸着材を製造することが可能で、建設
リサイクル等の促進からも大きなメリットがある。本発
明の実施形態の例示として、フラワーポットと吸着材を
組合せ水分吸着による植物への水分補給と有害ガスの分
解の２面的作用を有し、室内インテリアとして優れ、尚
且つ植物の代謝作用や土によってメンテナンスフリーで
長期間連続運転可能な空気浄化装置を提供することが可
能となる。

【００７6】特に近年のシックハウス症候群や化学物質
過敏症の主たる原因物質である揮発性化学物質（ＶＯ
Ｃ）の除去に優れた効果を発揮し、建物の構造や機械設
備に影響されることなく、大容量の空気浄化装置として
室内に設置できることになり、快適な居住環境を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】フラワーポットとした空気浄化装置の断面説明
図。

【図２】他実施例に係わる空気浄化装置の断面説明図。

【図３】他実施例に係わるフラワーポットとした空気浄
化装置の断面説明図。

【図４】フラワーポットとした空気浄化装置の中鉢の周
囲に吸い上げ材を設けた要部断面説明図。

【図５】フラワーポットとし紙状とした吸着材を装填し
た空気浄化装置の断面説明図。

【図６】フラワーポットとした外鉢の中に栽培土と吸着
材を混入した断面説明図。

【符号の説明】

１はフラワーポット ２は取入口 ３は排出口 ４は外鉢 ５，５は流通口 ６は中鉢 ７は流通空間 ８は防塵フィルタ ９は吸着材 １０はファン １１は栽培土 １２は植物 １３は水溜部 １４は吸上材 １５は空気浄化装置 １６は容器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｆ２４Ｆ 7/00 Ｆ２４Ｆ 7/00 Ａ (56)参考文献 特開2001−17859（ＪＰ，Ａ) 特開2000−211910（ＪＰ，Ａ) 特開2001−321426（ＪＰ，Ａ) 特許3106112（ＪＰ，Ｂ２) 登録実用新案3070424（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B01J 20/00 - 20/34

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 針葉樹木炭等の炭化材からなる極性ガス
   吸着に適した高温焼成炭、およびＰＥＧ修飾炭、非極性
   の揮発性有害化学物質ガスの吸着に適した低温焼成炭、
   および化学修飾炭を無機粘土物質やパルブ繊維等の補助
   材と混合、積層或は成形してなる空気浄化用吸着材。
2. 【請求項２】 針葉樹木炭等の炭化材からなる極性ガス
   吸着に適した高温焼成炭、およびＰＥＧ修飾炭、非極性
   の揮発性有害化学物質ガスの吸着に適した低温焼成炭、
   および化学修飾炭にカチオン系界面活性剤や、各種金属
   塩（塩素酸塩，亜塩素酸塩，酸化鉄，酸化コバルト，硫
   酸第二銅，硫酸第一鉄，塩化第一スズなど）また、水酸
   化ナトリウムや水酸化カリウム等を添着しカビや雑菌の
   繁殖防止と湿気吸着をコントロール自在とした空気浄化
   用吸着材。
3. 【請求項３】 フラワーポット或いはその他の容器に、
   針葉樹木炭等の炭化材にＰＥＧ修飾炭、化学修飾炭、低
   温焼成炭、高温焼成炭、及び、これら炭化材粉とゼオラ
   イトやペントナイトの無機粘土物質およびパルプ繊維等
   の補助材からなる吸着材を単独或いは栽培土と混在、層
   状或いは紙状に成形して装填し、空気の流通を自在とし
   た空気浄化装置。