JP3639430B2

JP3639430B2 - 空気浄化用フィルター及びその製造方法

Info

Publication number: JP3639430B2
Application number: JP10217598A
Authority: JP
Inventors: 隆志谷口
Original assignee: Nichias Corp
Current assignee: Nichias Corp
Priority date: 1998-03-30
Filing date: 1998-03-30
Publication date: 2005-04-20
Anticipated expiration: 2018-03-30
Also published as: JPH11276910A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気中の人体に有害もしくは不快とされる成分の浄化を目的とした空気浄化用フィルターに係わり、特に上記成分の分解可能な浄化用触媒を用いた空気浄化用フィルター及びその製造方法の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の空気浄化用フィルターには、多種多様な空気浄化用部材が、例えば、セラミック繊維製の紙から作られたハニカム構造体や、セラミック繊維織物を波形に型付けしたもの等が用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の空気浄化用フィルターでは、例えば光触媒用フィルターにおいては、その触媒である酸化チタンが紫外線にあたらなければ性能が発揮できない特性上、ハニカム構造体の場合はセル（空壁）の大きさや、フィルター厚みに制限を受け易い。また、繊維織物の場合、その緻密な表面にのみ活性があるため接触表面積が小さい。
【０００４】
更には、織物を透過するように空気を流す方法もあるが、織物の強度維持や触媒が載っている等のため、どうしても緻密な表面になってしまい通過時の圧力損失が大きくなってしまう。
【０００５】
本発明の目的はかかる従来技術の課題を解決するために、低圧損で接触面積の大きい空気浄化用フィルターを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の空気浄化用フィルターは、繊維径が５〜１０μｍ、縦方向、および横方向の密度が１３〜２０本／２５ｍｍであり、厚さ０．０９〜０．１３ｍｍ、空間率が３０〜５０％である通気性織物に気相化学反応触媒をコーティングさせたことを特徴とする空気浄化用フィルターにおいて、前記通気性織物の繊維表面を酸等で荒らしたことを要旨とする。なお、本発明において、上記通気性織物を複数本一定間隔で平行に配置し、該通気性織物間を多数の結合糸で連結して成る繊維質多層構造体の繊維表面上に、気相化学反応触媒をコーティングしてもよい。
【０００７】
また本発明の空気浄化用フィルターの製造方法は、上記繊維表面上に、気相化学反応触媒液をスプレーで吹き付けてコーティングすることを要旨とする。
【０００８】
本発明の空気浄化用フィルターにおいて、前記通気性織物は、ガラス繊維、シリカ繊維、アルミナ繊維等の無機繊維、もしくはアクリル繊維、アラミド繊維、ナイロン繊維等の有機繊維を用いることが好ましい。
【０００９】
また、前記気相化学反応触媒としては、アナターゼ型酸化チタン（ＴｉＯ₂）から成る光触媒、又はＴｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｗ，Ｒｅ，Ｒｕ，Ｔｃ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ａｇ，Ａｕ，Ｓｎ，Ｐｂより選ばれた少なくとも１種類以上の遷移金属を用いて成る脱オゾン触媒、もしくは脱臭触媒を用いてもよい。
【００１０】
更に前記本発明の空気浄化用フィルターの製造方法において、前記通気性織物に前記気相化学反応触媒をコーティングする前に、その繊維表面を酸等で荒らす処理を施してもよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態では、縦方向、横方向に一定間隔で織り込まれた、網目状の通気性織物に３次元立体構造形成させた物、もしくは一定間隔で平行に配置された複数の通気性織物、及び該通気性織物間を連結する多数の結合糸から成る繊維質多層構造体の繊維表面上に、気相化学反応触媒をコーティングすることによって従来では成しえなかった低圧損で接触面積の大きい空気浄化用フィルターを得ることができる。
【００１２】
ここで言う網目状の通気性織物はＪＩＳに記載されているような「織物」である。しかし、本発明においてはその中でも繊維径が５〜１０μｍ、組織としては平織りの織物が好ましく、空間率は３０〜５０％程度が好ましい。３次元立体構造の形成に関しては、接触面積を広く取れる形であり、且つ圧力損失が極端に増大しなければ特にこれを規定するものでは無い。
【００１３】
使用される繊維は、担持される触媒が有機物の分解活性を持つ場合や、２００℃近い熱処理温度を必要とする場合などは無機繊維であることが好ましく中でも長繊維が作りやすいガラス繊維が好ましい。さらに触媒が乗り易いように繊維表面を酸などで荒らす処理を施せばなお良い。
【００１４】
気相化学反応触媒はその用途によって多数の物が利用可能であるが、その粒径が１０μ以下が好ましい。通常、触媒成分単独ではバインダー効果が無いためコーティングするには、何らかのバインダーを必要とするが、その使用用途によっては無機バインダーの方が好ましく、バインダー粒子径が触媒成分の粒子径より小さい物である方が、バインダー効果を期待できる。
【００１５】
上記触媒の担持方法については、一般的な溶液含浸法では繊維間の空壁に液の表面張力による造膜が発生し易く、目詰まりを起こし易い。本発明においては、例えば、触媒液をスプレーで吹き付ける方法をとることで目詰まりを防いでいる。
【００１６】
次に本発明での触媒担体の基材として使われる繊維質多層構造体は種々の方法で製造することができるが、その代表的な例は、特開平３−２４９２３８号公報に記載されている“立体織物”である。この立体織物は上記公報記載の発明に従い製織される特異なもので、その構造は、上記公報の特許請求の範囲第１項の記載及び図面を引用して説明すると、図８，９のように、複数段状で各段に列状に配置された経糸２１に対して緯糸２２が転移蛇行して各段の夫々が一層の織地２４を構成すると共に、上下に対峙して位置する上記一層の各織地２４間を、溺糸２３（結合糸）を上記経糸２１群のいずれかの溺めるべき箇所の前後に位置するコースの緯糸２２に溺ませて結合したものであり、且つ、溺糸２３の結合箇所が織成方向において緯糸２２の少なくとも１コースづつずれて結合されているものである（実際には、緯糸２２相互間に図１に現れているような大きな隙間はなく、各緯糸２２は通常の織物の緯糸と同様に隣接するもの同士が接するほど密に配置されている。溺糸２３も、織成方向には緯糸２２と同様に密に配置されている。）。
【００１７】
繊維質多層構造体の中でも上記触媒担体の基材として特に好ましいのものは、結合糸が通気性織物層間に全く均一に分布しているのではなく規則的な粗密ある分布をしているものである。すなわち、特開平３−２４９２３８号公報のものが通常そうであるように、通気性織物層に垂直な平面内において結合糸が密に分布して壁状部分を形成し、この壁状部分が織物層間に等間隔で存在するものが好ましい。
【００１８】
通気性織物層は層数２〜５程度のものが使い易く、各層の間隔は約５〜１０ｍｍが適当である。また、織物層間の結合糸が密に存在する上記壁状部分は約１〜５ｍｍの間隔で存在することが望ましい。繊維質多層構造体の素材繊維は特に限定されず、各種有機繊維、無機繊維を用途に応じて選ぶことができるが、腐食性ガスを扱う反応や高温化学反応に使用する触媒の担体として使用するものの場合は、耐食性や耐熱性にすぐれたガラス繊維、シリカ繊維、アルミナ繊維、アルミノシリケート繊維等の無機繊維が好ましい。
【００１９】
繊維質多層構造体は、柔軟で織成可能なセラミック繊維から作られたものであるから、通常の二次元的な織物と同様、そのままでは自己保形性がない。通気性織物層を水平にして置けば結合糸が屈曲して通気性織物層の間隔は狭まり、また、織物層を垂直にしても安定な姿勢を保つことはできない。本発明においては、この柔軟な繊維質多層構造体を、結合糸が伸び切り通気性織物各層は一定間隔で平行配置された状態でバインダー処理し、全体の剛性を強化して形状を固定したものを担体とするのが好ましい。
【００２０】
バインダー処理による形状固定は、適当な治具を用いて結合糸が伸び切った状態に保った繊維質多層構造体をシリカゾル、アルミナゾル、チタニアゾル等からなる無機質バインダーに浸漬し、その後、空気中で加熱乾燥してバインダーを硬化させることにより行うことができる。
【００２１】
触媒担体として装置に取り付けたときの形状安定性を確保するため、前記担体は約３０ｇ／ｃｍ²未満の荷重を通気性織物層に垂直な方向に加えても容易には変形しないものであることが望ましい。従って、バインダーは上記座屈強度を達成可能な程度に付着させることが望ましく、少なくとも、処理後の繊維質多層構造体が自らの重量によっては変形しない程度に付着させることが必要である。しかしながら、過剰のバインダーは通気性織物層や結合糸群をすべて覆って有効接触表面積を減少させるなど、前記担体の特長を失わせるので好ましくない。
【００２２】
本発明の触媒担体に触媒を担持させるには、触媒付着量を向上させる目的でアルミナゾル溶液に浸漬、乾燥し、その後、触媒水溶液中に浸漬するなどの方法で触媒含浸処理を行えばよく、特に困難はない。触媒を担持させた後の使用法は特に限定されるものではないが、標準的には、通気性織物層と平行な方向に、且つ結合糸群が前述のように“壁”を形成している場合はその壁とも平行な方向に、被処理ガスを流す態様で使用する。これにより、大きな接触面積を確保しながらきわめて低い圧損失でガス処理を行うことができる。
【００２３】
上述のように、繊維質多層構造体に自己保形性を付与してなる上記触媒担体はきわめて大きな空隙率と接触面積表面積を有するので、きわめて低い圧力損失で効率のよいガス処理を可能にすると共に、熱容量が小さく、反応開示時に速やかな触媒活性の立ち上がりを可能にする。また、ほとんど繊維からなり、繊維間の微細空隙が豊富なので、触媒担持能力にも優れている。さらに、可撓性ある織物構造のものであるから、熱的衝撃にもよく耐え、耐久性に優れている。
【００２４】
【実施例】
以下、図面に示す本発明の実施例を説明する。
図１は本発明による空気浄化用フィルターＡの一実施例である。同図において、１は金属製の枠体で、図２に示すように枠体１の上下かつ前後の枠部材１ａ〜１ｄには縦方向に所定間隔で複数本の針金２が立設されている。３は、図３に示すようなガラス繊維の糸より成る前記触媒担体で、スプレーガンにより光触媒、例えば、アナターゼ型酸化チタンを塗布し室温で乾燥してある。この帯状シート３は風の流れ方向に対して垂直になるように、上記前後の各針金２に対して互い違いに掛けられて波状になるように組み込まれている。
【００２５】
【表１】

【００２６】
表１は上記フィルターＡと比較例としての従来のフィルターＢの特性比較を示す。比較例のフィルターＢは図４に示すようにセラミック繊維１０から成る公知のハニカム構造体に光触媒を担持させたものである。
またフィルターＡにおいて、例えば、シート１は５０×１０００ｍｍの寸法で、針金２は内寸２５０×５０ｍｍでその設置間隔は１０ｍｍ、光触媒の担持量は約３０（ｇ／ｍ²）である。
【００２７】
更に表１における各技術要語を下記に説明する。
「接触面積」とは、フィルターに空気が流れた時、フィルターの壁もしくは繊維表面と空気が接触することができる面積である。
「開口率」とは、空気の流れ方向に対して開いた空間の割合で、例えば管状の物で、流れを疎外する物がない場合である。
「密度」とは、別名かさ比重で体積当りの重量で空壁が多い、もしくは構成されている分子が軽ければ密度は小さくなる。
「触媒担持量」とは、体積当りの触媒重量で、これが多いと触媒活性、寿命などがよくなる。
「圧力損失」とは、フィルターに風が流れる時、その入口と出口側で生じる圧力差のことである。これが小さい程、風が流れるために必要な圧力が少なくて済み、ファン等が小さくなり、コストが低くなる。
なお、表１で、圧力損失はフィルターＡの記載寸法において、フィルターＢは厚み５０ｍｍにおいて、通過風量２（ｍ／ｓ）で測定した値を示す。
【００２８】
次に、上記２種類のフィルターＡ，Ｂを図５に示す如く光触媒脱臭装置により、温度２５℃、湿度約６０％、臭気成分としてアセトアルデヒドを１０ｐｐｍ含んだ１（ｍ³）の密容器１１中で同一運転条件での臭気成分残存濃度による相対評価をした。成分測定は、検知管（ガステック社製）測定法で行なった。３０分後の測定値を表２に示す。
【００２９】
【表２】

【００３０】
表２において、「脱臭率」とは脱臭フィルターの脱臭効率（臭いの除去率）で、（（入口濃度−出口濃度）／入口濃度）×１００で表される。例えば、入口濃度１０ｐｐｍ、出口濃度０ｐｐｍなら脱臭率は１００％になる。
なお、本発明において、気相化学反応触媒の担体としての通気性織物の形状としては、例えば、図６及び図７のようにしてもよい。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、従来の空気浄化用フィルターの問題点を改良し、触媒担体としての通気性織物の形状、寸法に制約が少なく、また低圧損で接触面積が大きく、脱臭率の高い空気浄化用フィルターを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の空気浄化用フィルターの一実施例を示す概略図である。
【図２】金属製枠体を示す概略図である。
【図３】ガラス繊維シートを示す図である。
【図４】従来のハニカム構造体を示す図である。
【図５】脱臭率測定方法を示す図である。
【図６】通気性織物の形状の一例を示す図である。
【図７】通気性織物の形状の他の例を示す図である。
【図８】繊維質多層構造体の構造を示す斜視図である。
【図９】図８の経糸と直交し緯糸と平行な面に沿う断面図である。
【符号の説明】
１金属製枠体
２針金
３ガラス繊維シート

Claims

繊維径が５〜１０μｍ、縦方向、および横方向の密度が１３〜２０本／２５ｍｍであり、厚さ０．０９〜０．１３ｍｍ、空間率が３０〜５０％である通気性織物に気相化学反応触媒をコーティングさせたことを特徴とする空気浄化用フィルターにおいて、前記通気性織物の繊維表面を酸等で荒らしたことを特徴とする空気浄化用フィルター。
上記通気性織物がガラス繊維、シリカ繊維、アルミナ繊維等の無機繊維、もしくはアクリル繊維、アラミド繊維、ナイロン繊維等の有機繊維よりなることを特徴とする請求項１記載の空気浄化用フィルター。
上記気相化学反応触媒がアナターゼ型酸化チタンからなる光触媒であることを特徴とする請求項１又は２記載の空気浄化用フィルター。
上記気相化学反応触媒がＴｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｗ，Ｒｅ，Ｒｕ，Ｔｃ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ａｇ，Ａｕ，Ｓｎ，Ｐｂより選ばれた少なくとも１種類以上の遷移金属を用いたことを特徴とする請求項１又は２記載の空気浄化用フィルター。
前記気相化学反応触媒がその触媒成分の粒子径より小さい粒子径の無機バインダーによりコーティングされていることを特徴とする請求項１又は２記載の空気浄化用フィルター。
繊維径が５〜１０μｍ、縦方向、および横方向の密度が１３〜２０本／２５ｍｍであり、厚さ０．０９〜０．１３ｍｍ、空間率が３０〜５０％である通気性織物に気相化学反応触媒液をスプレーで吹き付けてコーティングさせることを特徴とする空気浄化用フィルターの製造法において、前記通気性織物の繊維表面を酸等で荒らしたことを特徴とする空気浄化用フィルターの製造法。
一定間隔で平行に配置された複数の前記通気性織物及び該通気性織物間を連結する多数の結合糸からなる繊維質多層構造体の繊維表面上に、気相化学反応触媒をコーティングさせたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の空気浄化用フィルター。
前記繊維質多層構造体が２〜５層の通気性織物層を有することを特徴とする請求項７記載の空気浄化用フィルター