JP4760599B2 - アルデヒド類ガス除去フィルター - Google Patents

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本発明は、アルデヒド類ガスの優れた除去フィルターに関し、更に詳しくは、常温で長期にわたって除去性能を維持できるアルデヒド類ガス除去フィルターに関する。
従来より、建物の室内や自動車の車内等におけるタバコ臭の除去を主目的とした脱臭フィルターが広く用いられている。これらは、タバコ臭の主成分であるアセトアルデヒド、あるいはシックハウスの原因物質であるホルムアルデヒド等の除去を目的とするものであり、これらのフィルターに含有される除去剤は多くの検討がなされている。
活性炭は各種有機物質を吸着除去する除去剤として古くから知られているが、低分子で高極性の有機物(例えば、アセトアルデヒド、ホルムアルデヒド等)は十分吸着除去することができず、上述の用途に用いる場合は、活性炭にアミン類やアスコルビン酸等を担持させて吸着除去能を高めたものが用いられている。
このように、アミン類を担持させたものとしては、例えば、アニリンを用いたものや(例えば特許文献1参照)、エタノール系アミン等を用いたものが開示されている(例えば特許文献2参照)。
しかしながら、アミン類を担持させる技術は、担持アミン類の状態は不安定であることから、熱的および経時的な化学変化による失活が起こりやすく、長期にわたって満足すべき除去性能を発現することが困難であるという問題がある。また、アスコルビン酸においても、吸湿すると空気中で容易に酸化分解され、失活してしまい性能劣化が起こるという問題がある。
一方、アルデヒド類ガスの除去剤として、酸化鉄等の金属酸化物が近年注目を集めている。前記金属酸化物として、例えば、酸化鉄、銀担持アルミナがある(例えば非特許文献1参照)。
しかしながら、かかる酸化鉄、もしくは銀担持アルミナは、十分な除去活性を得るためには、高温条件が必要であり、一般生活における温湿度領域では、除去活性が低く、十分な除去性能が得られないという問題がある。
また、銀酸化物粒子とマンガン酸化物粒子からなるマンガン酸化物含有物、および、酸化鉄によるホルムアルデヒドの分解除去が開示されている(例えば特許文献3参照)。しかしながら、かかるマンガン酸化物含有物は、PRTR第一種指定化学物質であるマンガン酸化物が含有されており、環境汚染の懸念があるという問題がある。また、開示されている酸化鉄(Fe)のみでは、一般生活における温湿度領域では活性が低く、十分な除去性能を得られないという問題がある。
また、吸着性多孔質担体に銀及び/又は銀化合物を担持して成ることを特徴とする悪臭物質除去用触媒が開示されている(例えば特許文献4参照)。しかしながら、かかる悪臭物質除去用触媒では一般生活における温湿度領域における活性が低く、十分な除去性能を得られないという問題がある。
上述のとおり、一般生活における温湿度領域で、環境汚染への影響が低く、かつ、長期にわたって除去性能を維持できるアルデヒド類ガス除去フィルターは見当たらないのが現状である。ここで言う、一般生活における温湿度領域とは、温度範囲でおおよそ−30〜50℃、湿度範囲でおおよそ20〜95RH%のことである。
特開昭56−53744号公報 特開昭60−202735号公報 特開2000−79157号公報 特開平7−155611号公報 Applied Catalysis B: Environmental, Vol.8, pp.405-415(1996)
本発明は上記従来技術の課題を背景になされたものであり、一般生活における温湿度領域で長期にわたって満足すべき除去性能を発現することができ、かつ、環境汚染への影響が低いアルデヒド類ガス除去フィルターを提供することを目的とする。
本発明者らは上記課題を解決するため、鋭意研究した結果、遂に本発明を完成するに到った。すなわち本発明は、(1)銀元素(Ag)と鉄元素(Fe)をAg/Fe(モル比)=0.001〜1の範囲で含有し、かつ、(2)BET比表面積が50m/g以上であることを特徴とする銀−鉄系除去剤を含有するアルデヒド類ガス除去フィルターである。
本発明によるアルデヒド類ガス除去フィルターは、銀元素(Ag)と鉄元素(Fe)をAg/Fe(モル比)=0.001〜1の範囲で含有し、かつ、BET比表面積が50m/g以上である銀−鉄系除去剤を含有しているため、一般生活における温湿度領域で、長期にわたっての高性能な除去が可能であり、また、環境汚染への影響が少ないという利点を有する。
以下、本発明を詳細に説明する。本発明におけるアルデヒド類ガス除去フィルターは銀−鉄系除去剤を含有することが好ましい。銀−鉄系除去剤のフィルター全体に対する含有比率、および、銀−鉄系除去剤を除くその他の成分については特に限定しない。その他の成分としては、活性炭等の一般的な吸着剤、触媒等の他に、不織布、織布、ペーパー等といったフィルター基材、および、それらをつなぎ合わせるバインダー、結着剤が含まれる。
前記銀−鉄系除去剤において、銀元素(Ag)と鉄元素(Fe)をAg/Fe(モル比)=0.001〜1の範囲で含有することが好ましい。より好ましくは、0.01〜0.5である。さらに好ましくは、0.1〜0.5である。銀元素(Ag)のみ、もしくは、鉄元素(Fe)のみを含有する有機化合物除去剤では一般生活における温湿度領域において十分な除去性能は実現できない。しかしながら、銀元素(Ag)と鉄元素(Fe)をAg/Fe(モル比)=0.001〜1の範囲で含有すると、その相乗効果により非常に高い除去性能を実現することができることを本発明者は見出した。相乗効果のメカニズムは明確ではないが、次の(1)〜(4)のように推測される。つまり、最初に、(1)アルデヒド類ガスが鉄元素上に捕捉される、さらに、(2)鉄元素上に捕捉されたアルデヒド類ガスが鉄の電子授受作用により活性化され分解されやすい状態になる、最後に、(3)そのごく近傍に位置する銀元素により、鉄元素上で活性化されたアルデヒド類ガスが分解される。その際、(4)近傍に位置する鉄元素からの電子授受作用を受け、銀元素においても、その分解力が向上していると考えられる。Ag/Fe(モル比)が1より大きい場合と、鉄元素が銀元素により被覆され、前記相乗効果のメカニズムにおける(1)、および、(2)が阻害されてしまい、相乗効果が小さくなり、その結果、十分な除去性能が実現できなくなる。一方、Ag/Fe(モル比)が0.001より小さいと、銀化合物が少な過ぎるため、前記相乗効果のメカニズムにおける(3)の影響が小さくなり、結果として、十分な除去性能が実現できなくなる。
前記銀−鉄系除去剤におけるBET比表面積は、50m/g以上であることが好ましい。BET比表面積が50m/g以上であれば、低温での高い除去性能を実現することができることを本発明者は見出したからである。より好ましくは100m/g以上であり、更に好ましくは150m/g以上である。BET比表面積の上限は特に限定するものではないが、1000m/g以下であることが好ましい。この範囲を超えると、除去性能はほとんど変化しない一方で、製造が非常に困難になるという不都合が生じるからである。
本発明における銀−鉄系除去剤の製造方法は特に定めない。例えば、酸化銀と酸化鉄を乳鉢等で機械的に混合する方法、銀塩、鉄塩および有機酸を含有する溶液を乾燥、焼成して製造する方法、酸化鉄粒子の分散液中で酸化銀を沈殿させる方法、酸化鉄と酸化銀を同時に沈殿させる共沈法等が挙げられる。
本発明におけるアルデヒド類ガス除去フィルターの形状に関しては特に定めない。例えば、ハニカム形状、プリーツ形状等の一般的なフィルター形状が挙げられる。
以下、実施例によって本発明の作用効果をより具体的に示す。下記実施例は本発明方法を限定するものではなく、前・後記の趣旨に沿って設計変更することはいずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。
(BET比表面積の測定方法)
除去剤サンプルを約100mg採取し、120℃で12時間真空乾燥した後、秤量した。自動比表面積装置ジェミニ2375(マイクロメリティックス社製)を使用し、液体窒素の沸点(−195.8℃)における窒素ガスの吸着量を相対圧が0.02〜0.95の範囲で徐々に高めながら40点測定し、上記サンプルの吸着等温線を作製した。相対圧0.02〜0.15での結果をBETプロットし、重量当りのBET比表面積[m/g]を求めた。
(アセトアルデヒド除去性能の測定方法)
5Lのテドラーバッグ中にアセトアルデヒド100ppmを含む温度25℃、湿度50RH%の空気、および、1ccの大きさのフィルターサンプルを封入した。中に入っているフィルターサンプルとアセトアルデヒドを含む空気が十分に接触、反応するように、テドラーバッグを適宜振った。なお、テドラーバッグ周囲の雰囲気温度は25℃とした。3時間後のテドラーバッグ内のアセトアルデヒドガス濃度をFID付きガスクロマトグラフにて測定し、反応前後のアセトアルデヒドの濃度変化からアセトアルデヒド除去量[mg]を求め、これをフィルターサンプルの大きさで割ることにより、除去容量[mg/cc]を算出した。
(Ag/Fe比の測定方法)
エネルギー分散型蛍光X線分析装置(SHIMADZU製EDX−800)を使用し、FP法(ファンダメンタルパラメータ法)で、除去剤サンプルの銀元素、および、鉄元素の含有率(重量分率)を測定した。さらに、得られた含有率をモル分率に変換した後、銀元素モル分率を鉄元素モル分率で割ることによりAg/Fe比(モル比)を算出した。
(実施例1)
硝酸鉄(III)九水和物(和光純薬社製)5g、硝酸銀(ナカライテスク社製)21mg、クエン酸(ナカライテスク社製)2.38gを10mlのイオン交換水に溶解させ、60分間撹拌した。その水溶液を真空乾燥した後、電気炉で温度300℃条件下1時間焼成処理を施したところ除去剤が得られた。得られた除去剤について、BET比表面積、Ag/Fe比を測定した。
さらに、得られた除去剤60mg、リン酸二水素アルミニウム(ナカライテスク社製)20mg、アルギン酸ナトリウム(ナカライテスク社製)20mgをイオン交換水1ml中に投入し、よく撹拌して、ペーストが得られた。前記ペースト中に430セル/inchのセル数を有するアルミ製ハニカム2ccを投入し、ペースト全量をハニカム上に添着した。さらに、120℃条件で乾燥して、フィルターサンプルが得られた。得られたフィルターサンプルについてアセトアルデヒド除去性能を測定した。
(実施例2)
塩化第2鉄六水和物(ナカライテスク社製)13.5gを60mlのイオン交換水に溶解させ、30%過酸化水素水(ナカライテスク社製)5.0g添加した後、15分間撹拌した。その後、炭酸アンモニウム(ナカライテスク社製)12.0gを含有する水溶液100mlをゆっくりと添加した。添加後、1時間撹拌した。得られた溶液を濾別し、イオン交換水で濾液が中性になるまで水洗した後、80℃、窒素気流下で一昼夜乾燥したところ、鉄化合物が得られた。
硝酸銀(ナカライテスク社製)638mgを300mlのイオン交換水に溶解させ、上記で得られた鉄化合物3.0gを添加し、よく撹拌した。さらに、2%水酸化ナトリウム水溶液15gをゆっくりと添加し、終夜撹拌した。得られた溶液を濾別し、イオン交換水で濾液が中性になるまで水洗した後、80℃、窒素気流下で一昼夜乾燥したところ、除去剤が得られた。得られた除去剤について、BET比表面積、Ag/Fe比を測定した。
さらに、得られた除去剤60mg、リン酸二水素アルミニウム(ナカライテスク社製)20mg、アルギン酸ナトリウム(ナカライテスク社製)20mgをイオン交換水1ml中に投入し、よく撹拌して、ペーストが得られた。前記ペースト中に430セル/inchのセル数を有するアルミ製ハニカム2ccを投入し、ペースト全量をハニカム上に添着した。さらに、120℃条件で乾燥して、フィルターサンプルが得られた。得られたフィルターサンプルについてアセトアルデヒド除去性能を測定した。
(実施例3)
塩化第2鉄六水和物(ナカライテスク社製)13.5gを60mlのイオン交換水に溶解させ、30%過酸化水素水(ナカライテスク社製)5.0g添加した後、15分間撹拌した。その後、炭酸アンモニウム(ナカライテスク社製)12.0gを含有する水溶液100mlをゆっくりと添加した。添加後、1時間撹拌した。得られた溶液を濾別し、イオン交換水で濾液が中性になるまで水洗した後、80℃、窒素気流下で一昼夜乾燥したところ、鉄化合物が得られた。
酸化銀(I)(和光純薬工業製)435mgと上記で得られた鉄化合物3.0gをメノウ乳鉢で混合し、除去剤を得た。得られた除去剤について、BET比表面積、Ag/Fe比を測定した。
さらに、得られた除去剤60mg、リン酸二水素アルミニウム(ナカライテスク社製)20mg、アルギン酸ナトリウム(ナカライテスク社製)20mgをイオン交換水1ml中に投入し、よく撹拌して、ペーストが得られた。前記ペースト中に430セル/inchのセル数を有するアルミ製ハニカム2ccを投入し、ペースト全量をハニカム上に添着した。さらに、120℃条件で乾燥して、フィルターサンプルが得られた。得られたフィルターサンプルについてアセトアルデヒド除去性能を測定した。
(実施例4)
硝酸鉄(III)九水和物(和光純薬社製)5g、硝酸銀(ナカライテスク社製)1.05g、クエン酸(ナカライテスク社製)2.38gを10mlのイオン交換水に溶解させ、60分間撹拌した。その水溶液を真空乾燥した後、電気炉で温度300℃条件下1時間焼成処理を施したところ除去剤が得られた。得られた除去剤について、BET比表面積、Ag/Fe比を測定した。
さらに、得られた除去剤60mg、リン酸二水素アルミニウム(ナカライテスク社製)20mg、アルギン酸ナトリウム(ナカライテスク社製)20mgをイオン交換水1ml中に投入し、よく撹拌して、ペーストが得られた。前記ペースト中に430セル/inchのセル数を有するアルミ製ハニカム2ccを投入し、ペースト全量をハニカム上に添着した。さらに、120℃条件で乾燥して、フィルターサンプルが得られた。得られたフィルターサンプルについてアセトアルデヒド除去性能を測定した。
(比較例1)
硝酸鉄(III)九水和物(和光純薬社製)5g、クエン酸(ナカライテスク社製)2.38gを10mlのイオン交換水に溶解させ、60分間撹拌した。その水溶液を真空乾燥した後、電気炉で温度300℃条件下1時間焼成処理を施したところ除去剤サンプルが得られた。得られた除去剤サンプルについて、BET比表面積、Ag/Fe比を測定した。
さらに、得られた除去剤60mg、リン酸二水素アルミニウム(ナカライテスク社製)20mg、アルギン酸ナトリウム(ナカライテスク社製)20mgをイオン交換水1ml中に投入し、よく撹拌して、ペーストが得られた。前記ペースト中に430セル/inchのセル数を有するアルミ製ハニカム2ccを投入し、ペースト全量をハニカム上に添着した。さらに、120℃条件で乾燥して、フィルターサンプルが得られた。得られたフィルターサンプルについてアセトアルデヒド除去性能を測定した。
(比較例2)
硝酸銀(ナカライテスク社製)1.05g、クエン酸(ナカライテスク社製)2.38gを10mlのイオン交換水に溶解させ、60分間撹拌した。その水溶液を真空乾燥した後、電気炉で温度300℃条件下1時間焼成処理を施したところ除去剤サンプルが得られた。得られた除去剤サンプルについて、BET比表面積、Ag/Fe比を測定した。
さらに、得られた除去剤60mg、リン酸二水素アルミニウム(ナカライテスク社製)20mg、アルギン酸ナトリウム(ナカライテスク社製)20mgをイオン交換水1ml中に投入し、よく撹拌して、ペーストが得られた。前記ペースト中に430セル/inchのセル数を有するアルミ製ハニカム2ccを投入し、ペースト全量をハニカム上に添着した。さらに、120℃条件で乾燥して、フィルターサンプルが得られた。得られたフィルターサンプルについてアセトアルデヒド除去性能を測定した。
(比較例3)
硝酸鉄(III)九水和物(和光純薬社製)5g、硝酸銀(ナカライテスク社製)3.15g、クエン酸(ナカライテスク社製)2.38gを10mlのイオン交換水に溶解させ、60分間撹拌した。その水溶液を真空乾燥した後、電気炉で温度300℃条件下1時間焼成処理を施したところ除去剤サンプルが得られた。得られた除去剤サンプルについて、BET比表面積、Ag/Fe比を測定した。
さらに、得られた除去剤60mg、リン酸二水素アルミニウム(ナカライテスク社製)20mg、アルギン酸ナトリウム(ナカライテスク社製)20mgをイオン交換水1ml中に投入し、よく撹拌して、ペーストが得られた。前記ペースト中に430セル/inchのセル数を有するアルミ製ハニカム2ccを投入し、ペースト全量をハニカム上に添着した。さらに、120℃条件で乾燥して、フィルターサンプルが得られた。得られたフィルターサンプルについてアセトアルデヒド除去性能を測定した。
(比較例4)
硝酸鉄(III)九水和物(和光純薬社製)5g、硝酸銀(ナカライテスク社製)1.05g、クエン酸(ナカライテスク社製)2.38gを10mlのイオン交換水に溶解させ、60分間撹拌した。その水溶液を真空乾燥した後、電気炉で温度600℃条件下2時間焼成処理を施したところ除去剤サンプルが得られた。得られた除去剤サンプルについて、BET比表面積、Ag/Fe比を測定した。
さらに、得られた除去剤60mg、リン酸二水素アルミニウム(ナカライテスク社製)20mg、アルギン酸ナトリウム(ナカライテスク社製)20mgをイオン交換水1ml中に投入し、よく撹拌して、ペーストが得られた。前記ペースト中に430セル/inchのセル数を有するアルミ製ハニカム2ccを投入し、ペースト全量をハニカム上に添着した。さらに、120℃条件で乾燥して、フィルターサンプルが得られた。得られたフィルターサンプルについてアセトアルデヒド除去性能を測定した。
結果を表1に示す。表1より明らかなように、本発明である実施例1〜4は、鉄元素(Fe)のみの場合(比較例1)、銀元素(Ag)のみの場合(比較例2)、Ag/Fe(モル比)が1より大きい場合(比較例3)と比較して高除去性能であることが分かる。また、BET比表面積が小さい場合(比較例4)も、本発明である実施例4と比較して性能が低いことが分かる。
Figure 0004760599
本発明によるアルデヒド類ガス除去フィルターは、銀元素(Ag)と鉄元素(Fe)をAg/Fe(モル比)=0.001〜1の範囲で含有し、かつ、BET比表面積が50m/g以上である銀−鉄系除去剤を含有しているため、一般生活における温湿度領域で、長期にわたっての高性能な除去が可能であり、また、環境汚染への影響が少ないという利点を有するフィルターを提供できるものである。

Claims (1)

  1. 銀元素と鉄元素を銀元素/鉄元素(モル比)=0.001〜1の範囲で含有し、かつ、BET比表面積が50m/g以上であることを特徴とする銀−鉄系除去剤を含有するアセトアルデヒド、またはホルムアルデヒドガス除去フィルター。
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