JP4194729B2 - 多孔質吸着剤およびフィルター - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気浄化剤に関する。さらに詳しくは、気相中に含まれるアルデヒド類、特にホルムアルデヒド、アセトアルデヒド等の低級アルデヒド類に優れた除去性能を示す多孔質吸着剤に関する。
【０００２】
【従来の技術】
これまで、生活環境や作業環境に存在する臭気の除去を目的に種々の吸着剤が開発されている。近年、これらの臭気に含まれる成分のうち、特にホルムアルデヒド、アセトアルデヒド等の低級アルデヒド類に対して、生活環境や作業環境の改善、向上の面から、臭気、有害性の問題が指摘されており、より有効な除去剤が強く要望されている。
【０００３】
従来、低級アルデヒド類を除去するため、活性炭、活性白土、シリカゲル、活性アルミナ等の多孔質吸着剤が多く用いられており、なかでも活性炭を担体とする多孔質吸着剤が多く使用されている。しかしながら、これらの吸着剤は、低級アルデヒド類に対する吸着性能が低く、しかも、吸着性能の持続性、すなわち、寿命が短い欠点がある。
【０００４】
この改善策として、多孔質担体に各種有機化合物や無機化合物を担持させて低級アルデヒド類の吸着性能を高めた様々な吸着剤も提案されている。例えば、特公昭６０−５４０９５号公報、特開昭５５−１５９８３６号公報、特開昭６０−４８１３８号公報、特開平４−３５８５３６号公報及び特開平１１−２８５６１９号公報に、低級アルデヒド類と反応性を有するアニリン、ヒドラジン類、脂肪族系第１級アミン又は第２級アミン、飽和環状第２アミン、尿素類などの有機化合物を活性炭等の多孔質担体に添着した吸着剤などが提案されている。また、活性炭などの多孔質担体に、酸性アンモニウム塩、亜硫酸塩、金属酸化物、金属硫酸塩、金属酢酸塩、金属カルボン酸塩等の無機化合物を担持したもの、さらに触媒として白金化合物を前述の吸着剤に担持したものも提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、有機化合物を担持した吸着剤は、吸着性能が経時的に不安定であり、臭気等による人体への有害性も問題となる。さらに、これらの有機化合物を担持した吸着剤は耐熱性に劣るという欠点も有しており、吸着速度の点で必ずしも充分であるとはいえない。
【０００６】
一方、無機化合物を担持させた吸着剤も知られているが、これらは一般的に吸着速度が充分ではなく、白金化合物などの触媒を担持させたものは、常温では除去性能が低いという欠点を有している。以上のように、従来提案されている吸着剤は、低級アルデヒド類の除去に対して満足なものであるとは言い難い。したがって、本発明の目的は、低級アルデヒド類を常温で効率よく長時間に亘り除去することができ、除去速度、耐熱性、安全性に優れた吸着剤を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記目的を達成するため鋭意検討を重ね、本発明に至った。すなわち、本発明は、分子中に尿素結合を有する環状尿素化合物５〜３０重量％及び無機酸又は有機酸５〜１５重量％を活性炭に担持せしめてなる低級アルデヒド類の吸着剤である。また、本発明の別の発明は、該低級アルデヒド類の吸着剤を成形したフィルターである。
【０００８】
【発明の実施の態様】
本発明で用いられる分子中に尿素結合を有する環状尿素化合物は、尿素の水素原子１つ以上をアルキル基もしくはアシル基にて置換したものを指す。
【０００９】
環状尿素類としては、２−イミダゾリドン（エチレン尿素）、ヒダントイン、アラントイン、アロキサン酸、パラバン酸（オキサリル尿素）、５，５−ジメチルヒダントイン（アセチルウレア）、ウラゾール、バルビツル酸（マロニル尿素）、アロキサン（メソオキサリル尿素）、ジアルル酸（ヒドロキシマロニル尿素）、ウラミル（アミノバルビツル酸）、ジリツル酸（ニトロバルビツル酸）、ビオルル酸（イソニトロソバルビツル酸）、プソイド尿酸（ウレイドバルビツル酸）、ウラシル（２，４−ジヒドロキシピリミジン）、チミン（５−メチルウラシル）、イソシアヌル酸、尿酸（２，６，８−トリオキシプリン）、アロキサンチン等を挙げることができる。
【００１０】
環状尿素化合物のなかでも、２−イミダゾリドン（エチレン尿素）又はプソイド尿酸が好ましい。尿素化合物は、一種単独あるいは二種以上の組み合わせで使用される。活性炭に対する環状尿素化合物の担持量は、活性炭無水物重量当たり５〜３０重量％である。
【００１１】
本発明において、環状尿素化合物を無機酸又は有機酸とともに担持させることにより、得られる吸着剤の除去速度を大幅に向上させることができる。本発明で用いられる無機酸としては、例えば塩酸、硫酸、硝酸、リン酸等が挙げられ、有機酸としては、例えばカルボン酸、スルホン酸、スルフィン酸、フェノール、エノール、チオフェノール、イミド、オキシム、芳香族スルホンアミド、第一級及び第二級ニトロ化合物等を挙げることができる。
【００１２】
なかでも、無機酸としては、塩酸、硫酸、硝酸、リン酸、有機酸としては、カルボン酸、スルホン酸、スルフィン酸が好ましい。無機酸又は有機酸は、一種単独あるいは二種以上の組み合わせで使用される。活性炭に対する無機酸又は有機酸の担持量は、５〜１５重量％である。
【００１３】
尿素化合物及び無機酸又は有機酸を担持させる担体としては活性炭が用いられる。活性炭の形状としては粉末状、粒状、繊維状、布状あるいは球状、円柱状、ハニカム状、板状、紙状、シート状等の形状に成型されたもの等のいずれでもよい。
【００１４】
環状尿素化合物類及び無機酸又は有機酸を活性炭に担持させるには次のような方法が挙げられる。水に可溶な環状尿素化合物と無機酸又は有機酸を用いる場合、次のような（１）又は（２）の方法が採用される。（１）当該化合物及び無機酸又は有機酸を予め水に溶解せしめ、この水溶液に活性炭を浸漬した後、乾燥して担持する。（２）当該化合物及び無機酸又は有機酸を予め水に溶解し、この水溶液を活性炭に噴霧又は散布した後、乾燥して担持する。環状尿素化合物類と無機酸又は有機酸を担持させる順番はとくに限定されない。
【００１５】
また、水に可溶、不溶を問わず、次の（３）〜（５）の方法によることもできる。（３）当該化合物及び無機酸又は有機酸に、分散剤、バインダー等を加えてエマルジョンを調製し、該エマルジョンを活性炭に散布し、担持する。（４）粉末状、粒状あるいは繊維状の活性炭に、当該化合物、及び無機酸又は有機酸、溶媒、バインダー等を加えて、造粒あるいはハニカム状、板状、紙状等に成型する。（５）粉末状、粒状あるいは繊維状の活性炭を（３）に加えてエマルジョンを調製し、ウレタンフォーム、不織布、紙、ハニカム状その他の成型加工品等に含浸あるいは塗工し、例えば空気浄化剤、低級アルデヒド類の吸着剤として使用する。
【００１６】
前記（３）、（４）における担持方法において、必要に応じて使用されるバインダーとしては、例えば、カルボキシメチルセルロース、アクリルエマルジョン、フッ化エチレンディスパージョン、ニトロセルロース、ポリビニルアルコール、水ガラス、パルプ等を挙げることができる。バインダーの使用量は少ないほど好ましい。
【００１７】
環状尿素化合物などを活性炭に担持して得られる低級アルデヒド類の吸着剤は、空気浄化剤として好ましく使用されるが、さらに成形してフィルターとし、空気浄化用のフィルターとして使用すると実用的であり、好ましい。低級アルデヒド類の吸着剤を成形するには、本発明の吸着剤に微粒子バインダーを混合して該吸着剤の表面をコートし、加圧成形すればよい。微粒子バインダーとしては、水や有機溶媒を使用せず、加熱融着できるものが好ましい。このような観点から、バインダーとしては熱可塑性樹脂が好ましいが、軟化温度及び溶融温度の点で、ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂が好ましい。摩擦強度が要求される場合は、６−ナイロン、６，６−ナイロンなどのポリアミド樹脂を使用すればよい。
【００１８】
これらのバインダーは、低級アルデヒド類の吸着剤の吸着性を阻害しないように、粒径はできるだけ小さい方が望ましく、また吸着剤に対する使用量も少なくする方が望ましい。しかしながら、バインダーの粒径があまり小さいと、バインダーの吸着剤表面へのコート層が薄くなりすぎ、成形時の強度が低下することがあるので、中心粒径を１μｍ以上、３０μｍ以下とするのが望ましい。また、バインダーの使用量は、通常２〜４０重量部で実施されるが、上述したように、吸着能の低下を防ぐ点から、できるだけ少ない量で実施する方がよい。
【００１９】
本発明の吸着剤とバインダーとを混合するには、工業的に実施される例えば通常のミキサー、リボンミキサー、スタテイックミキサー、ボールミル、サンプルミル、ニーダーなどを使用することができるがこの限りではない。本発明の吸着剤と樹脂の微粒子バインダーとを攪拌することにより発生する静電気を利用して、吸着剤の表面に微粒子を極めて薄く均一にコートすることができる。形成されたコート層の強度はかなり高く、一旦形成されると通常の操作では容易に剥離しない。なお、攪拌時、その他の熱源として、マイクロ波、赤外線、遠赤外線又は高周波などを照射することもできる。
【００２０】
本発明の吸着剤は、板状、格子状、ハニカム状、紙状、シート状など任意の形状に成形することができるが、板状又は格子状に成形するのが実用的であり、好ましい。とくに、格子状の形状に成形することにより、通気時の圧力損失を低く抑えることができる。成形方法としては公知の加圧成形方法が使用可能であり、例えば、本発明の吸着剤を型枠に封入し、加熱しながら加圧圧着する方法、ベルト上に散布して加熱しながらローラー、エンドレスベルトなどで加圧圧着する方法などをあげることができる。このようにして得られたフィルターは活性炭の微粉の発生が極めて低い。以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２１】
【実施例】
アセトアルデヒド通気除去試験
アセトアルデヒド通気除去試験を以下の条件で行った。
測定サイズ：６０ｍｍ×６０ｍｍ
活性炭量：７．５ｇ充填
温度：２５℃
全ガス流量：１１０リットル（Ｌ）／ｍｉｎ
ガス組成：アセトアルデヒド１０ｐｐｍを含有する相対湿度５０％の空気
【００２２】
ホルムアルデヒド通気除去試験
ホルムアルデヒド通気除去試験を以下の条件で行った。
測定サイズ：６０ｍｍ×６０ｍｍ
活性炭量：７．５ｇ充填
温度：２５℃
全ガス流量：１１０Ｌ／ｍｉｎ
ガス組成：ホルムアルデヒド１０ｐｐｍを含有する相対湿度５０％の空気
【００２３】
実施例１
ＢＥＴ比表面積１０００ｍ２／ｇ、粒度２０〜４０メッシュの椰子殻活性炭に３０重量％の２−イミダゾリドン及び１１重量％のリン酸を含む水溶液を噴霧し、１０５℃で３時間乾燥して２−イミダゾリドン１４重量％及びリン酸５重量％を担持した活性炭を製造した。該活性炭を使用してアセトアルデヒド及びホルムアルデヒド通気除去試験を行った。結果を表１及び表２に示す。
【００２４】
実施例２
実施例１と同じ活性炭に、３０重量％のプソイド尿酸及び１１重量％のリン酸を含む水溶液を噴霧し、１０５℃で３時間乾燥してプソイド尿酸１４重量％及びリン酸５重量％を担持した活性炭を製造した。該活性炭を使用して実施例１と同様にアセトアルデヒド及びホルムアルデヒド通気除去試験を行った。結果を表１及び表２に示す。
【００２５】
比較例１
実施例１と同じ活性炭に、３０重量％の２−イミダゾリドン水溶液を噴霧し、１０５℃で３時間乾燥して２−イミダゾリドン１４重量％を担持した活性炭を製造した。該活性炭を使用してアセトアルデヒド及びホルムアルデヒド通気除去試験を行った。結果を表１及び表２に示す。
【００２６】
比較例２
実施例１と同じ活性炭に、３０重量％のプソイド尿酸水溶液を噴霧し、１０５℃で３時間乾燥してプソイド尿酸１４重量％を担持した活性炭を製造した。該活性炭を使用してアセトアルデヒド及びホルムアルデヒド通気除去試験を同様に行った。結果を表１及び表２に示す。
【００２７】
比較例３
実施例１と同じ活性炭に、１１重量％のリン酸水溶液を噴霧し、１０５℃で３時間乾燥してリン酸５重量％を担持した活性炭を製造した。該活性炭を使用してアセトアルデヒド及びホルムアルデヒド通気除去試験を同様に行った。結果を表１及び表２に示す。
【００２８】
比較例４
実施例１と同じ活性炭を１０５℃で３時間乾燥した後、アセトアルデヒド及びホルムアルデヒド通気除去試験を同様に行った。結果を表１及び表２に示す。
【００２９】
【表１】
Figure 0004194729
【００３０】
【表２】
Figure 0004194729
【００３１】
実施例３〜６
実施例１と同じ活性炭に、尿素化合物として２−イミダゾリドンと表３に示す無機酸又は有機酸を担持し、表３に示す吸着剤を得た。アセトアルデヒド通気除去試験を同様に行い、表４に示す結果を得た。以上の結果から、本発明に用いられる活性炭は低級アルデヒド類を効率よく長時間に亘り除去する能力を持ち、除去速度に優れていることが明らかである。
【００３２】
【表３】
Figure 0004194729
【００３３】
【表４】
Figure 0004194729
【００３４】
比較例５
実施例１と同じ活性炭に、アニリンを噴霧し、１０５℃で３時間乾燥してアニリン８重量％を担持した活性炭を製造した。このようにして得られたアニリン担持活性炭を使用してアセトアルデヒド通気除去試験を同様に行った。結果を表５に示す。
【００３５】
比較例６
実施例１と同じ活性炭に、アニリンを噴霧し、１０５℃で３時間乾燥してアニリン８重量％を担持した活性炭を製造した。得られた吸着剤の耐熱性をみるため、空気中にて１４０℃で３時間熱処理を施し、アセトアルデヒド通気除去試験を同様に行い、表５に示す結果を得た。
【００３６】
実施例７
実施例１と同じ活性炭に、３０重量％の２−イミダゾリドン及び１１重量％のリン酸を含む水溶液を噴霧し、１０５℃で３時間乾燥して２−イミダゾリドン１４重量％及びリン酸５重量％を担持した活性炭を製造した。得られた吸着剤の耐熱性をみるため、空気中にて１４０℃で３時間熱処理を施し、アセトアルデヒド通気除去試験を同様に行い、表５に示す結果を得た。
【００３７】
実施例８
実施例１と同じ活性炭に、３０重量％の２−イミダゾリドン及び１１重量％の硫酸を含む水溶液を噴霧し、１０５℃で３時間乾燥して２−イミダゾリドン１４重量％及び硫酸５重量％を担持した活性炭を製造した。得られた吸着剤の耐熱性をみるため、空気中にて１４０℃で３時間熱処理を施し、アセトアルデヒド通気除去試験を同様に行い、表５に示す結果を得た。以上の結果から、本発明の吸着剤が耐熱性にも優れていることが明らかである。実施例１〜８から、本発明の吸着剤が低級アルデヒド類を常温下において効率よく除去し、吸着速度、耐熱性にも優れていることは明らかである。
【００３８】
【表５】
Figure 0004194729
【００３９】
実施例９
実施例１で得られた２−イミダゾリドン及びリン酸を担持した活性炭８５ｇと中心粒径２０μｍの微粉末ポリエチレン１５ｇをミキサーに入れ均一に混合した。これを、縦１００ｍｍ×横１００ｍｍ×高さ１０ｍｍで４セル／インチ、開口率４２％の格子状型枠内に流し混み、１３０℃で３０ｍｉｎ、１０ｋｇ／ｃｍ２の加圧下で圧着し、格子状成形体を作製した。これを１０枚重ねて塩化ビニル製のカラムに充填し空気浄化用のフィルターとした。このフィルターに３０℃、４０％ＲＨでホルムアルデヒド５ｐｐｍを含有する試験ガスを風量２０Ｌ／分で２４時間通気した後の出口ガス濃度をガステック検知管（９１Ｌ）で測定し、表６に示す結果を得た。
【００４０】
比較例７
比較例１で得られた２−イミダゾリドンを担持した活性炭を使用し、実施例９と同様にして空気浄化用のフィルターを作製した。該フィルターを使用して、実施例９と同様にホルムアルデヒド通気除去試験を行った。結果を表６に示す。
【００４１】
比較例８
比較例３で得られたリン酸を担持した活性炭を使用し、実施例９と同様にして空気浄化用のフィルターを作製した。該フィルターを使用して、実施例９と同様にホルムアルデヒド通気除去試験を行った。結果を表６に示す。
【００４２】
比較例９
比較例４で得られた活性炭を使用し、実施例９と同様にして空気浄化用のフィルターを作製した。該フィルターを使用して、実施例９と同様にホルムアルデヒド通気除去試験を行った。結果を表６に示す。
【００４３】
【表６】
Figure 0004194729
【００４４】
【発明の効果】
本発明により、分子中に尿素結合を有する尿素化合物並びに無機酸及び／又は有機酸を多孔質担体に担持した多孔質吸着剤を提供することができる。本発明の多孔質吸着剤は、低級アルデヒド類を常温で効率よく除去し、吸着速度、耐熱性、安全性にも優れるので、低級アルデヒド類の吸着剤として好適であり、また、フィルターに成形して空気浄化用として使用することができる。

Claims (5)

  1. 分子中に尿素結合を有する環状尿素化合物５〜３０重量％及び無機酸又は有機酸５〜１５重量％を活性炭に担持せしめてなる低級アルデヒド類の吸着剤。
  2. 該環状尿素化合物が２−イミダゾリドン又はプソイド尿酸である請求項１記載の低級アルデヒド類の吸着剤。
  3. 該低級アルデヒド類の吸着剤が空気浄化剤である請求項１又は２記載の低級アルデヒド類の吸着剤。
  4. 請求項１〜３いずれかに記載の低級アルデヒド類の吸着剤を成形したフィルター。
  5. 該フィルターが空気浄化剤用のフィルターである請求項４記載のフィルター。
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