JP4696231B2 - 触媒フィルタの製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、触媒フィルタの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
放電プラズマによって触媒を活性化して空気浄化（臭いや有害ガスの分解）を行う空気浄化装置においては、放電領域の近傍に触媒フィルタを配置している。平面状の触媒フィルタの場合には、その表面近傍に放電電極を配置するのが最も良い。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、その様な浄化部では、浄化部の形式上、空気と触れる表面積は、電極−触媒フィルタの対の数に比例する。従って、空気と触れる面積を飛躍的に大きくするのは困難である。触媒フィルタを、ハニカムや顆粒の充填物にすると、外表面積が向上する。しかし、放電電極を触媒フィルタの表面近傍に配することは難しい。
【０００４】
一方、空気と触れ合う面積が大きく、且つ放電電極との組み合わせが容易な触媒フィルタの形状としては、平面状を呈する、布や不織布等の繊維体が挙げられる。しかし、これら平面状の繊維体と、触媒を混ぜた溶液との親和性が低いので、触媒を繊維体に高密度で付着させるのは難しい。また、これら繊維体を、無機の多孔質物質から作成することは通常できない。
【０００５】
本発明の目的は、無機繊維体に触媒を高密度で担持させることができ、空気浄化効率に優れた触媒フィルタの製造方法の提供にある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
触媒前駆物質であるところの金属石鹸液に無機繊維体を入れて引き上げ、付着した金属石鹸液の有機分を除いて触媒を繊維表面に担持させる。
金属石鹸液は、脂肪酸成分がオクチル酸やナフテン酸である金属石鹸を有機溶媒に溶かしたものが好適である。
【０００７】
また、触媒は、放電により活性化する、マンガン−鉄系、マンガン−コバルト系、マンガン−銅系、マンガン−ニッケル系、鉄−銀系を用いることができる。
無機繊維体は、ガラス繊維、セラミック繊維、金属繊維等が好適であり、形状は、織布、編布、不織布、フェルト状、または綿状が好適である。
【０００８】
金属石鹸液は、無機繊維体表面との親和性に優れているので、触媒前駆物質である金属石鹸液が繊維に充分に付着する。
【０００９】
この無機繊維体を金属石鹸液中から引き上げ、金属石鹸液の有機分を除去することによって触媒を繊維表面に担持させる。有機分を除去する方法は、焼成、加熱、長時間放置がある。この触媒フィルタは、無機繊維体に触媒を高密度で担持させることができ、空気浄化効率に優れる。
【００１０】
また、金属石鹸液により無機繊維体に触媒物質を担持することの副次的な効果として、触媒の長寿命化が上げられる。放電下で使用する従来の脱臭触媒においては、二酸化炭素まで完全酸化されない物質が、触媒上に蓄積するので、時間経過とともに性能が低下していく。しかし、無機繊維体に担持した触媒においては、ミクロ的に見て触媒が平面的に付着しているために、その様な生成物が蓄積することがなく、時間経過による性能低下が起き難い。
【００１１】
そして、空気浄化装置に用いる場合は、パルスまたは交流を印加して放電を行う電極間に、請求項１、請求項２または請求項３に記載の製造方法により得た触媒フィルタを配し、空気流発生手段により発生する空気流が触媒フィルタの内部または表面を通過する様にする。この場合、少なくとも、放電により活性化する触媒を使用する。なお、電極の形状は、長方形板状、平行線状、メッシュ状、または螺旋状であるのが好ましい。放電により触媒が活性化し、ホルムアルデヒド、トルエン、アセトアルデヒド等の臭い成分、およびシックハウスを引き起こす有害成分を分解することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明の一実施例（請求項１〜３に対応）を、図１〜図４に基づいて説明する。
空気浄化装置の浄化装置本体１は、図２に示す様に、触媒を担持させた触媒フィルタ２を電極３、４で挟み込んで折り畳んでなる。そして、放電電源５が各電極３、４間に電気接続される。
【００１３】
本実施例では、常温触媒（金微粒子）、および放電により活性化する放電活性化触媒（マンガン−コバルト系）の両方を触媒に用いている。
常温で触媒として機能するものとして、金以外に、白金や酸化銅がある（参考例）。
放電により活性化する放電活性化触媒は、マンガン、鉄、アルミニウム、これらの酸化物、それらの混合体、または複合酸化物が好適である（参考例）。
更には、マンガン−鉄系、マンガン−コバルト系、マンガン−銅系、マンガン−ニッケル系、鉄−銀系がより好ましい。
【００１４】
触媒フィルタ２は、以下の様にして製造したものである。
（１）石鹸液に、触媒となるべき金属を添加して金属石鹸液を作成する。
本実施例では、石鹸液は、脂肪酸成分がオクチル酸のものをトルエンに溶かしたものである。石鹸液は、その他、脂肪酸成分がナフテン酸のものをトルエンに溶かしたもの、脂肪酸成分がオクチル酸とナフテン酸とからなるものをトルエンに溶かしたものでも良い。
【００１５】
（２）この金属石鹸液に無機繊維体を入れる。金属石鹸液は、無機繊維体表面との親和性に優れているので、触媒前駆物質である金属石鹸液が繊維に充分に付着する。
なお、本実施例では、無機繊維体として、直径数μｍのガラス繊維を厚さ１ｍｍの不織布に加工したものを使用している。
なお、他にセラミック繊維、金属繊維等も使用することができる。
無機繊維体の形状は、織布、編布、不織布、フェルト状、または綿状が好適である。
【００１６】
（３）この無機繊維体（ガラス繊維製の不織布）を、金属石鹸液中から引き上げ、ガラス繊維の融点未満の温度で焼成し、触媒を繊維表面に担持させる。つまり、金、白金を除く金属成分は、金属石鹸液中においてイオン化し、石鹸液中の有機分と結合した状態で存在している。
【００１７】
この有機分と結合した金属成分を、焼成することによって金属酸化物とし、有機分を除去する。
この金属酸化物が放電活性化触媒として機能する。
なお、常温触媒として機能する金、白金は、焼成によっても酸化されることなく、繊維表面に担持される。
【００１８】
電極３、４は、長方形状を呈するメッシュ状であり、図２に示す様に、触媒フィルタ２を両側から挟む様に配されている。
この電極３、４間には、放電電源５により交流の高電圧が印加される。
なお、浄化装置本体１の基本構造を図１に示す。
この浄化装置本体１を図３に示す反応器６に装着して、反応器６下方から触媒フィルタ２中を通過する様に、１００ｐｐｍのアセトアルデヒドまたはトルエンを流し、高電圧を印加し、反応器６上方から出るガスを分析して除去率を測定したところ、図４の（ａ）、（ｂ）に示す結果が得られた。アセトアルデヒドに関しては最大６０％（放電有）除去することができ、トルエンに関しては約２０％（放電無）或いは約４５％（放電有）除去することができた。
【００１９】
また、粉末タイプの従来の浄化装置本体を図３に示す反応器６に装着して、反応器６下方から触媒フィルタ２中を通過する様に、１００ｐｐｍのアセトアルデヒドを流し、高電圧を印加し、反応器６上方から出るガスを分析して除去率を測定した結果との比較を図１０に示す。
【００２０】
本実施例は、以下の利点を有する。
［ア］浄化装置本体１は、ガラス繊維製の不織布に、常温触媒と放電活性化触媒とを高密度で担持させているので、この浄化装置本体１を採用した空気浄化装置は、空気浄化効率に優れる。また、触媒フィルタ２は、平面形状であるので、両側から電極３、４を配置し易い。
【００２１】
［イ］放電活性化触媒以外に常温触媒も不織布に担持させているので、この浄化装置本体１を採用した空気浄化装置は、常温触媒だけで空気浄化ができる汚れ環境の場合には、放電電源５を作動させない運転モードで空気浄化を行うことができる。
【００２２】
［ウ］図１０の比較結果より、浄化装置本体７を採用した空気浄化装置は、アセトアルデヒド除去率を、従来の粉末タイプの空気浄化装置より、長い時間に亘って高く維持することができる。
【００２３】
つぎに、参考例を、図６および図７に基づいて説明する。
図６に示す空気浄化装置の浄化装置本体７は、触媒を担持させた触媒フィルタ７１を折り畳んだものである。
【００２４】
本参考例では、常温触媒として、金微粒子（Ａｕ１．１ｍｇ、Ａｕ１．５ｍｇ）を用いている。比較品は、ハニカム体のみ、およびハニカム体にプラチナ粒子（２．０ｍｇ）を担持したものを用いている。
【００２５】
触媒フィルタ７１は、以下の様にして製造したものである。
（１）石鹸液に、金微粒子を入れ、常温で攪拌して分散させる。
本参考例では、石鹸液は、脂肪酸成分がナフテン酸のものをトルエンに溶かしたものである。石鹸液は、その他、脂肪酸成分がオクチル酸のものをトルエンに溶かしたもの、脂肪酸成分がオクチル酸とナフテン酸とからなるものをトルエンに溶かしたものでも良い。
【００２６】
（２）この金属石鹸液に無機繊維体を入れる。金属石鹸液は、無機繊維体表面との親和性に優れているので、石鹸液中に分散した金微粒子が繊維の隙間に入り込む。
なお、本参考例では、無機繊維体として、直径数μｍのガラス繊維を厚さ１ｍｍの不織布に加工したものを使用している。
なお、他にセラミック繊維、金属繊維等も使用することができる。無機繊維体の形状は、織布、編布、不織布、フェルト状、または綿状が好適である。
【００２７】
（３）この無機繊維体（ガラス繊維製の不織布）を引き上げると、金微粒子が繊維の隙間に入った状態になり、触媒が無機繊維体に付着する。
（４）引き上げた無機繊維体（ガラス繊維製の不織布）を、ガラス繊維の融点未満の温度で焼成し、金微粒子（触媒）を繊維表面に担持させる。
【００２８】
この浄化装置本体７および比較品を図６に示す、１ｐｐｍのホルムアルデヒドで満たしたガラス製の密閉容器（１．４リットル）内に入れて、濃度変化を測定したところ、図７に示す結果が得られた。
【００２９】
金微粒子（Ａｕ１．５ｍｇ）を用いたものは、約４０分で０．１ｐｐｍ以下にホルムアルデヒドを除去することができた。
【００３０】
本参考例は、以下の利点を有する。
［ア］浄化装置本体７は、ガラス繊維製の不織布に、常温触媒を高密度で担持させているので、この浄化装置本体７を採用した空気浄化装置は、常温触媒だけで空気浄化ができる汚れ環境下で高効率で空気浄化が行える。また、触媒フィルタ７１は、平面形状であるので、安価であり、且つ取り扱いが簡単である。
【００３１】
本発明は、上記実施例以外につぎの実施態様を含む。
ａ．上記実施例の浄化装置本体１は、図５に示す様に、電極３、４間に触媒フィルタ２を挟み込んで積層する構成に変更しても良い。こうすれば、触媒フィルタ２を折り畳む手間が省ける。
【００３２】
ｂ．放電電源５は、交流の高電圧以外に、高圧パルスを発生する装置であっても良い。
【００３３】
ｃ．下記に示す実験結果により、図８のＡ型の範囲内の酸化物触媒を用いれば、放電下における酸化物触媒の活性化レベルを高くすることができる（請求項１〜３に対応）。
【００３４】
触媒の作動原理は、図９に示す様に、放電によって発生した活性酸素やオゾンを対象ガス分子と結合させるものであると考えられる。従って、浄化装置下流でのオゾン濃度とガス除去率とを比較することで、物質ごとの活性レベルが把握できる。即ち、無触媒時の放電で生じたオゾンが触媒を追加することで低減され、且つ、図９に示す原理によって触媒が対象ガスを除去するものであると言える。
【００３５】
マンガンや鉄を含むものは、必ず上記の性質を持ち、それとの複合物としては、銅、コバルト、銀、およびアルミニウムが好適である。また、ガンマアルミナも活性物質として好適である。これらの添加触媒量を増加させれば、図９のグラフ上の位置を更に、右上方向に移行させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例に係る空気浄化装置の浄化装置本体の基本構造を示す説明図である。
【図２】 本発明の一実施例に係る空気浄化装置の浄化装置本体の説明図である。
【図３】 この浄化装置本体を反応器内に装着した状態を示す説明図である。
【図４】 反応器を用いて調べた、アセトアルデヒドの除去率を示すグラフ（ａ）、およびトルエンの除去率を示すグラフ（ｂ）である。
【図５】 浄化装置本体の他の構成を示す説明図である。
【図６】 参考例に係る空気浄化装置の浄化装置本体をホルムアルデヒドで満たしたガラス製の密閉容器内に入れた状態を示す説明図である。
【図７】 密閉容器を用いて調べた、ホルムアルデヒドの濃度変化を示すグラフである。
【図８】 触媒毎の、オゾン低減率とガス除去率との関係を示すグラフである。
【図９】 放電下での触媒の作動を示す説明図である。
【図１０】 本発明の一実施例に係る空気浄化装置の浄化装置本体と、粉末タイプの従来の浄化装置本体とを反応器に装着した場合の、アセトアルデヒド除去率と酢酸生成率との経時変化を示すグラフである。
【符号の説明】
２、７１ 触媒フィルタ
３、４ 電極

Claims (3)

1. 触媒前駆物質であるところの金属石鹸液に無機繊維体を入れて引き上げ、付着した金属石鹸液の有機分を除いて触媒を繊維表面に担持させるようにした触媒フィルタの製造方法において、前記触媒が、放電により活性化する、マンガン−鉄系、マンガン−コバルト系、マンガン−銅系、マンガン−ニッケル系、鉄−銀系のいずれかであることを特徴とする触媒フィルタの製造方法。
2. 前記無機繊維体は、ガラス繊維、セラミック繊維、または金属繊維の何れかであり、形状は、織布、編布、不織布、フェルト状、または綿状であることを特徴とする請求項１記載の触媒フィルタの製造方法。
3. 前記金属石鹸液は、脂肪酸成分がオクチル酸やナフテン酸である金属石鹸を有機溶媒に溶かしたものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の触媒フィルタの製造方法。

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