JP3856049B2

JP3856049B2 - 空気清浄用フィルター材

Info

Publication number: JP3856049B2
Application number: JP08327596A
Authority: JP
Inventors: 武士前田; 勝美大川; 孝博池田; 一隆増田; 龍哉伊藤
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 1996-03-11
Filing date: 1996-03-11
Publication date: 2006-12-13
Anticipated expiration: 2016-03-11
Also published as: JPH09239213A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、室内や車内の煙草臭とかペット臭などを除去するために用いられる空気清浄用フィルター材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
煙草臭とかペット臭などを除去するこの種の空気清浄用フィルター材としては、従来、次のようなものが知られている。
【０００３】
Ａ．第１従来例（特開平１−２８８３３６号公報）
ｏ−トルイジン、ｍ−トルイジン、ｐ−トルイジンおよびｏ−、ｍ−、ｐ−フェニレンジアミンから成る群より選ばれる１種もしくは２種以上を活性炭に１〜50重量％（対活性炭）添着して吸着材を構成する。
【０００４】
Ｂ．第２従来例（特公平３−４１１８７号公報）
活性炭およびアニリンを添着した活性炭、リンゴ酸および鉄塩を添着した活性炭を混合して空気浄化剤を構成する。
【０００５】
Ｃ．第３従来例（特公平６−１９６号公報）
活性炭等の多孔性物質に無機酸アニリン塩を１種類または２種類以上添着して空気浄化剤を構成する。
【０００６】
Ｄ．第４従来例（特公平６−１５０３４号公報）
活性炭にアニリンとリン酸アニリン塩とを添着して空気浄化剤を構成する。
【０００７】
Ｅ．第５従来例（特公平６−１６８３８号公報）
リン酸アニリン塩を添着した活性炭、リン酸を添着した活性炭を混合して空気浄化剤を構成する。また、それらに無添着活性炭あるいはアニリンを添着した活性炭を混合するとか、リン酸アニリン塩に加えてアニリンをも添着した活性炭を用いるなどによって空気浄化剤を構成する。
【０００８】
Ｆ．第６従来例（特開平７−１３６５０２公報）
細孔直径が10〜 100オングストロームの細孔の容積が0.25〜 1.1cc/gの活性炭素材に、アミノベンゼンスルホン酸３〜50重量％を添着して吸着材を構成する。また、アミノベンゼンスルホン酸に加えて芳香族アミンをも添着して吸着材を構成する。アミノベンゼンスルホン酸としてｐ−アミノベンゼンスルホン酸を用い、かつ、芳香族アミンとしてｐ−トルイジンを用いて吸着材を構成する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、実際の煙草臭に関しては、その主成分が、アセトアルデヒドＣＨ₃ＣＨＯ、アンモニアＮＨ₃、酢酸ＣＨ₃ＣＯＯＨを中心として二酸化窒素ＮＯ₂および有機酸の混合物であり、上述従来例のような、アセトアルデヒドとアミノ基とのシフ塩基反応を利用するためのアミン類添着活性炭では、アンモニアを除去しづらい欠点があった。
【００１０】
また、アミン類添着活性炭は塩基性を示すため、煙草臭の主成分中の酢酸やその他の有機酸がアミノ基と酸−塩基反応を生じ、アセトアルデヒド単成分に対する吸着性能は優れていても、煙草臭の主成分中の酢酸に対する吸着性能が低い欠点があった。
【００１１】
また、第１従来例のように、ｐ−トルイジン単体を添着したものでは、保存中に性能が劣下して寿命が低い欠点があった。
一方、第２、第３、第４および第５従来例のように、リン酸、アニリン塩を添着した吸着材では、アニリンのアミノ基が塩基性に乏しく、アルデヒド類に対する吸着活性が低い欠点があった。
【００１２】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、アセトアルデヒドのみならず、アンモニアおよび酢酸のいずれに対しても長期にわたって高い吸着性能を発揮できる吸着材を提供できるようにすることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の空気清浄用フィルター材は、上述のような目的を達成するために、細孔直径が10〜 100オングストロームの細孔の容積が0.25〜 1.1cc/gの活性炭素材に、電子供与基を有する芳香族アミン３〜30重量％と不揮発性鉱酸３〜30重量％とを添着して構成する。
【００１４】
活性炭素材としては、ヤシ殻活性炭などの粒状活性炭や、ピッチ系、フェノール系、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系、セルロース系などの活性炭素繊維が使用でき、いずれにおいても細孔直径が10〜 100オングストロームで細孔の容積が0.25〜 1.1cc/gのものを使用する。細孔直径が10オングストローム未満であると鉱酸および芳香族アミンが良好に添着できず、一方、 100オングストロームを越えると活性炭素材の表面積が減少して臭気成分に対する吸着性能が低下するからである。また、細孔の容積が0.25cc/g未満であると充分な吸着容量を確保できず、一方、 1.1cc/gを越えると強度が低下するからである。
【００１５】
電子供与基としては、アルキル基、水酸基、アルコキシル基等が例示され、その電子供与基は、アミノ基に対して、ｏ−またはｐ−の位置に付与させたものを用いるのが好ましい。ｍ−の位置に付与させたものでは、電子供与効果が充分に得られないからである。このような芳香族アミンとしては、ｏ−トルイジン（請求項２）とｐ−トルイジン（請求項３）が例示される。
【００１６】
不揮発性鉱酸としては、リン酸（請求項４）または硫酸（請求項５）が例示されるが、特には、リン酸を用いるのが好ましい。
【００１７】
活性炭素材に対する芳香族アミンおよび不揮発性鉱酸それぞれの添着量の重量割合としては、３〜30重量％、好ましくは５〜20重量％、特に好ましくは10〜15重量％である。いずれも、添着量が３重量％未満であると充分な吸着効果が得られず、一方、30重量％を越えると活性炭素材の細孔を塞いで、同様に充分な吸着効果が得られないからである。
【００１８】
【作用】
本発明の空気清浄用フィルター材の構成によれば、芳香族アミンは、常温における蒸気圧が低く、活性炭素材に添着した後の再離脱を防止でき、しかも、その芳香族アミンに電子供与基を付与することによりアミノ基の活性を高めることができる。また、不揮発性鉱酸は酸性度が高いために、それよりも酸性度が低い酢酸などの有機酸とも良好に反応させることができ、酢酸などの有機酸によるアミノ基との酸−塩基反応を防止することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。
【００２０】
（実施例１）
細孔の平均直径が16オングストロームで細孔の容積が 0.5cc/g、窒素吸着ＢＥＴ比表面積が1000m²/gのピッチ系活性炭素繊維により、目付300g/m²に成形したピッチ系活性炭素繊維フェルト (FN-300GF・10：大阪ガスケミカル株式会社製) を、ｐ−トルイジンとリン酸とを含む水溶液に浸漬し、常温で５分間保持した後に、常圧下、温度 110℃で３時間乾燥させて吸着材を得た。ｐ−トルイジンおよびリン酸それぞれの添着量は、いずれも15重量％（ピッチ系活性炭素繊維フェルトに対する重量割合を重量％で示す。以下の説明でも同じである）である。
【００２１】
（実施例２）
ｐ−トルイジンおよびリン酸それぞれの添着量を、いずれも10重量％にした以外は実施例１と同様にして吸着材を得た。
【００２２】
（実施例３）
ｐ−トルイジンの添着量を10重量％に、そして、リン酸の添着量を15重量％にした以外は実施例１と同様にして吸着材を得た。
【００２３】
（実施例４）
ｐ−トルイジンの添着量を15重量％に、そして、リン酸の添着量を10重量％にした以外は実施例１と同様にして吸着材を得た。
【００２４】
（実施例５）
ｐ−トルイジンに代えてｍ−トルイジンを用いた以外は実施例１と同様にして吸着材を得た。
【００２５】
（比較例１）
リン酸に代えてｐ−アミノベンゼンスルホン酸を用いた以外は実施例１と同様にして吸着材を得た。
【００２６】
（比較例２）
ｐ−トルイジンに代えてアニリンを用いた以外は実施例１と同様にして吸着材を得た。
【００２７】
次に、上記実施例１、実施例２、実施例３、実施例４、実施例５、比較例１および比較例２それぞれに対して行った比較実験結果について説明する。
試料としては、得られた吸着材を 290mm×380mm の大きさにカットし、それらを二層に重ねたものを、空気清浄機ＡＢＣ−Ｍ３０型（三洋電機株式会社製）に装着し、空気清浄機脱臭性能試験に関する自主基準（社団法人日本電機工業会空気清浄機技術専門委員会平成元年７月６日作成平成４年１月３１日修正分）に準拠して脱臭性能試験を行った。
【００２８】
測定対象ガスは、アンモニアＮＨ₃、アセトアルデヒドＣＨ₃ＣＨＯおよび酢酸ＣＨ₃ＣＯＯＨであり、そして、脱臭性能試験装置は、図１の全体構成の平面図に示すように、ガラスまたはアクリル製で透明でかつ開閉扉（図示せず）を有する密閉容器（容量：１ｍ×１ｍ×１ｍ＝１m³）１内に、汚染成分発生用の吸煙機２と、発生した煙草の煙を密閉容器１内全体に撹拌する撹拌ファン３（風量：0.7m³/min)と、前述した試料を装着した空気清浄機４と、第１および第２の検知管式ガス測定器５ａ，５ｂとを設けて構成される。
【００２９】
吸煙機２は、図２の分解斜視図に示すように、煙草ホルダー６と送風機（東芝型換気扇ＶＦＰ−１２Ｈ60Hz相当品）７とから構成されている。煙草ホルダー６には、周方向に所定間隔を隔てて５個の差し込み孔８が形成されるとともに、中央箇所にネジ挿通孔９が形成され、ネジ挿通孔９に挿通したネジ１０を、送風機７の中央箇所に形成されたネジ穴１１にネジ込んで煙草ホルダー６を送風機７に取り付けるように構成されている。そして、図示しないが、煙草ホルダー６の外周面と送風機７とを、その全周にわたって隙間が生じないように粘着テープで固定し、煙草ホルダー６に５本の煙草１２を差し込むことができるようになっている。前記撹拌ファン３は、密閉容器１内の臭気分布を一定にするために、例えば 0.7m³/minなど、送風機７と同程度の風量のものが選ばれる。
【００３０】
第１の検知管式ガス測定器５ａは、図３の（ａ）の側面図に示すように、押し引き操作型の吸い込みポンプ１３にアセトアルデヒド検知管(No.92Ｌ：ガステック社製）１４を取り付け、それに接続チューブ１５を介してアンモニア検知管（No.3Ｌ：ガステック社製）１６を取り付け、アセトアルデヒドとアンモニアの濃度を同時に検知するように構成されている。一方、第２の検知管式ガス測定器５ｂは、図３の（ｂ）の側面図に示すように、前述同様の吸い込みポンプ１３に酢酸検知管(No.81Ｌ：ガステック社製）１７を取り付け、酢酸の濃度を検知するように構成されている。前記吸煙機２の送風機７、撹拌ファン３および空気清浄機４それぞれは、いずれも密閉容器１の外部からリモコンスイッチＳによって運転できるように構成されている。
【００３１】
上記装置を用い、先ず、５本の煙草（マイルドセブン：日本たばこ産業株式会社製）を吸煙機２に取り付けて６〜８分で同時に５本の煙草を燃焼させる。ただし、吸煙機２は、最も燃焼の早い煙草がフィルターに達したところで運転を停止させ、残りは自然発煙させる。
【００３２】
上記発煙時には、空気清浄機４を停止しておき、煙草の燃焼が終了して発煙が終わってから２〜５分後に、第１の検知管式ガス測定器５ａによりアセトアルデヒドとアンモニアそれぞれの初期濃度を測定し、その後に第２の検知管式ガス測定器５ｂにより酢酸の初期濃度を測定する。
【００３３】
次いで、撹拌ファン３を停止した後、空気清浄機４を30分間運転してから停止し、前述の場合と同様にしてアセトアルデヒド、アンモニアおよび酢酸それぞれの濃度を測定した。
【００３４】
以上の操作を繰り返して合計36〜40本の煙草を燃焼させる。
【００３５】
そして、上述各試料それぞれにおいて、アセトアルデヒド、アンモニアおよび酢酸それぞれの除去率（％）と総合効率（％）とを次式のようにして求めたところ、表１に示す結果が得られた。
除去率（％）＝（１−Ｃ／Ｃ₀）×100
ただし、Ｃ₀は初期濃度、Ｃは30分後の濃度である。
総合効率（％）
＝（アンモニアの除去率＋アセトアルデヒドの除去率×２＋酢酸の除去率）÷４
ただし、アセトアルデヒドの除去率を２倍にして重みづけをしている。
【００３６】
【表１】

【００３７】
上記結果から、実施例のものは、いずれにおいても、比較例に比べて、アンモニアを良好に吸着除去できていることが明らかであった。また、電子供与基をｐ−の位置に付与させた実施例のものは、ｍ−の位置に付与させた実施例のものよりも吸着性能を高くできることが明らかであった。
【００３８】
そして、リン酸に代えてｐ−アミノベンゼンスルホン酸を添着したもの（比較例１）は、酢酸に対する吸着性能が低下し、実際の煙草臭に対して清浄効果が低下することが明らかであった。更に、アニリンを添着させたもの（比較例２）よりもｐ−トルイジンを添着させたもの（実施例１）の方が高い清浄効果を得られることが明らかであった。
【００３９】
また、ｐ−トルイジンに代えて０−トルイジンを用いた場合もほぼ同等の効果が得られた。リン酸に代えて硫酸を用いた場合には、やや吸着性能が劣るものの充分な吸着効果が得られた。
【００４０】
次に、添着剤としてｐ−アミノベンゼンスルホン酸とｐ−トルイジンとを用いた比較例３による試験結果について説明する。
【００４１】
（比較例３）
ｐ−アミノベンゼンスルホン酸 1.6部およびｐ−トルイジン１部を含む水溶液 500部に、細孔の平均直径が16オングストロームで細孔の容積が 0.5cc/g、窒素吸着ＢＥＴ比表面積が1000m²/gのピッチ系活性炭素繊維（アドールＡ−１０：株式会社アドール製）10部を浸漬し、常温で５分間保持した後に、常圧下、温度 110℃で３時間乾燥させて吸着材を得た。この吸着材におけるｐ−アミノベンゼンスルホン酸とｐ−トルイジンとの合計添着量は、ピッチ系活性炭素繊維の重量の23％であり、また、ｐ−アミノベンゼンスルホン酸とｐ−トルイジンとのモル比は、１： 1.1であった。
【００４２】
試験方法としては、閉鎖循環式試験装置法に準拠した。
先ず、閉鎖循環式試験装置について説明すれば、図４の全体構成図に示すように、チャンバー（内容積22リットル）２１に、第１の開閉弁２２を介装した汚染成分の供給配管２３が接続されるとともに、循環ポンプ２４と流量計２５とカラム（内径25mm）２６とを介装した循環用配管２７が接続されている。また、チャンバー２１には温度計２８が付設され、試験時の温度が22〜26℃の範囲に維持されるように監視できるようになっている。
【００４３】
循環ポンプ２４の入口側箇所と出口側箇所とが、第２の開閉弁２９を介装したバイパス配管３０を介して接続されるとともに、バイパス配管３０の下流側との接続箇所と流量計２５との間に、第３の開閉弁３１を介装したサンプリング用配管３２が接続され、また、流量計２５とカラム２６との間に第４の開閉弁３３が介装され、循環ポンプ２４を停止した状態の初期において、チャンバー２１内に導入される汚染成分を抽出して、それらの濃度を測定し、初期濃度が設定された濃度になるように調整できるようになっている。
【００４４】
上記装置を用い、カラム２６内に、所定重量（0.5g±0.1g）の比較例３の試料を充填し、前述のようにして初期濃度を調整した後に循環ポンプ２４を60分間駆動し、毎分５リットルで汚染成分を循環させ、循環ポンプ２４を停止した。
【００４５】
その循環終了後の汚染成分に対し、アセトアルデヒドおよびアンモニアそれぞれの濃度を測定し、初期濃度と比較して残存率を求めたところ、いずれも 0.5％であった。
【００４６】
このように、添着剤としてｐ−アミノベンゼンスルホン酸とｐ−トルイジンとを用いたものは、アセトアルデヒドおよびアンモニアに対して高い吸着性能を有するにもかかわらず、前述したように、酢酸に対しては十分な吸着性能を発揮できなかった。このｐ−アミノベンゼンスルホン酸に代えて、本発明の実施例のようにリン酸を用いることにより、酢酸に対しても十分な吸着性能を発揮できることになる。
【００４７】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の空気清浄用フィルター材によれば、常温における蒸気圧が低い芳香族アミンに電子供与基を付与することによってアミノ基の活性を高め、その芳香族アミンに加えて、酸性度が高い不揮発性鉱酸を添着し、酢酸などの有機酸によるアミノ基との酸−塩基反応を防止しながらも、不揮発性鉱酸によって酢酸などの有機酸とも良好に反応させるから、芳香族アミンによりアセトアルデヒドを長期にわたって良好に吸着するのみならず、不揮発性鉱酸によりアンモニアおよび酢酸のいずれに対しても長期にわたって高い吸着性能を発揮させることができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】脱臭性能試験装置の全体構成を示す平面図である。
【図２】吸煙機の分解斜視図である。
【図３】検知管式ガス測定器の側面図である。
【図４】閉鎖循環式試験装置の全体構成図である。
【符号の説明】
４…空気清浄機

Claims

細孔直径が10〜 100オングストロームの細孔の容積が0.25〜 1.1cc/gの活性炭素材に、電子供与基を有する芳香族アミン３〜30重量％と不揮発性鉱酸３〜30重量％とを添着したことを特徴とする空気清浄用フィルター材。
請求項１に記載の芳香族アミンがｏ−トルイジンである空気清浄用フィルター材。
請求項１に記載の芳香族アミンがｐ−トルイジンである空気清浄用フィルター材。
請求項１、請求項２または請求項３のいずれかに記載の不揮発性鉱酸がリン酸である空気清浄用フィルター材。
請求項１、請求項２または請求項３のいずれかに記載の不揮発性鉱酸が硫酸である空気清浄用フィルター材。