JP4785780B2 - 一酸化炭素除去触媒体 - Google Patents

Description

本発明は、気体中に含まれる一酸化炭素を効率的に除去する一酸化炭素除去触媒体に関する。

一酸化炭素は、人体に極めて有毒であることが知られており、自然環境における一酸化炭素濃度は、０．０１〜０．２ｐｐｍ程度である。ところが、近年、家屋の気密性が高くなっているため、換気が十分に行われない室内において石油やガスなどを用いた暖房器具や調理機器を使用した場合や、多数人がタバコを喫煙したなどの場合において、室内の一酸化炭素の濃度が１０ｐｐｍ以上に高まることがある。

一酸化炭素は、酸素よりも約２５０倍も赤血球中のヘモグロビンと結合しやすい。また、ヘモグロビンの４つある結合サイトのうち１つが一酸化炭素と結合したカルボキシヘモグロビンは、他のサイトに結合した酸素を放出しにくいという性質を持つ。よって、微量の一酸化炭素が人体に取り込まれた場合でも、酸素運搬能力が減少して、人体が酸素欠乏状態になる。この結びつきは非常に強く、結合後７２時間くらいは影響がでる。この結果、血液中の赤血球が増加する多血症（赤血球増加症）状態になり、血栓等が生じやすくなる。

一般に、一酸化炭素濃度が２００ｐｐｍ以上となると、２〜３時間で前頭部に軽度の頭痛といった一酸化炭素中毒症状が生じる。この濃度未満であっても、上述したように人体が酸素欠乏状態となると、血管内皮を障害するとともに、ＨＤＬコレステロール（いわゆる善玉コレステロール）を破壊するため、動脈硬化を促進させることが知られている。このように、中毒になる濃度以下であっても、一酸化炭素は循環器系や血管系の健康障害をひきおこす危険性があることから、一酸化炭素を常温室内環境で迅速に除去することが強く望まれている。

従来、一酸化炭素除去用の触媒として、ＭｎＯ_２−ＣｕＯ系のホプカライト触媒が利用されていた。しかし、このホプカライト触媒は、空気中の水分によって、一酸化炭素を酸化除去する能力が低下してしまうため、通常の室内環境（温度１０〜３０℃、湿度２０〜６０％）では長時間使用することができないという問題があった。

一酸化炭素除去触媒に関する技術としては、下記特許文献１が提案されている。

米国特許第4991181号

特許文献１は、シリカゲルなどに酸化スズなどを担持したものにＰｔを担持させ、少量の水を加えることにより一酸化炭素を酸化除去する技術である。この技術によると、効率的に一酸化炭素を除去できるとされる。

しかし、この技術は、未だ一酸化炭素除去性能が十分でない。

ところで、室内環境においては、一酸化炭素以外にも、トリメチルアミン、ホルムアルデヒド、メチルメルカプタン、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、アンモニア、二酸化イオウ、硫化水素等の有害物質が存在する場合がある。このため、これらの有害物質も一酸化炭素とともに除去することが求められている。

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を行ったところ、ＰｔやＡｕ等の触媒物質の一酸化炭素酸化除去能力が、触媒物質近傍に水分を存在させ、且つその水分量が多いほど高まることを見出した。また、これらの触媒物質は、水分を存在させても、トリメチルアミン、ホルムアルデヒド、メチルメルカプタン、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、アンモニア、二酸化イオウ、硫化水素等の有害物質をも除去できることを見出した。本発明は、上記知見に基づいて完成されたものであって、通常の室内環境で使用する場合においても一酸化炭素の除去率が高く、且つ使用寿命の長い一酸化炭素除去触媒体を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明は、気体に含まれる一酸化炭素の酸化反応を触媒する触媒物質と、前記触媒物質と接触して配置された水分保持体と、からなる一酸化炭素除去触媒体であって、前記触媒物質は、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｈ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｉｒからなる群より選択された少なくとも一種以上の金属の微粒子であり、且つその平均粒径が１０ｎｍ以下であり、前記水分保持体は、親水性ポリマーと、当該親水性ポリマーに保持された水分子と、を有してなるものであることを特徴とする。

この構成によると、水分保持体と触媒物質とが接触配置されているため、触媒物質に水分保持体から絶えず水分が供給され、触媒物質の一酸化炭素の除去活性が高められるので、どのような室内環境においても効率よく一酸化炭素を除去できる。
また、触媒物質としては、触媒活性の面から、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｈ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｉｒのいずれか一種以上を用いることが好ましい。また、触媒物質の表面積が大きいほど、反応面積が大きくなるので、平均粒径を１０ｎｍ以下とすることが好ましい。
水分保持体として、親水性ポリマーと、当該親水性ポリマーに予め保持された水分子とからなるものを用いると、触媒体の周囲に水分が存在しない環境においても水分保持体に予め保持された水分が触媒物質に供給されるので、この水分によって触媒物質の活性が高められる。
親水性ポリマーは、水分保持能力に優れ、且つ保持した水分を円滑に触媒物質に供給できるので、水分子を保持する物質として好適である。

上記構成において、前記触媒物質は、表面の一部が外部に露出した状態で前記水分保持体に保持されている構成とすることができる。

この構成であると、触媒物質が一酸化炭素と直接接触でき、且つ触媒物質は水分保持体から水分を得ることができるので、効率よく触媒作用が発揮される。

親水性ポリマーとしては、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリアクリルアミド、ポリメタクリル酸メチル、ポリビニルアルコール等を用いることができる。

以上説明したように、本発明によると、通常の室内環境においても効率的且つ長期間にわたって一酸化炭素を除去できる一酸化炭素除去触媒体を提供できる。

本発明を実施するための最良の形態を、実施例を用いて説明する。

（参考例１）
平均細孔径が２．４ｎｍであり、比表面積が７００ｍ^２／ｇのシリカゲル（豊田化工社製トヨタシリカゲルＡ形）と、触媒物質としての平均粒径が２ｎｍであるＰｔ粒子と、を質量比１０：１で混合し、これを図１に示すように筒状の容器内につめて、参考例１にかかる一酸化炭素除去触媒体を作製した。
なお、平均粒径は透過型電子顕微鏡（日本ＦＥＩ社製 ＴｅｃｎａｉＦ２０）を用いて像を観測し、像内のＰｔの粒径を測定しその相加平均をとったものである。
また、平均細孔径は、自動ガス吸着装置（日本ベル社製、ＢＥＬＳＯＲＰ ＭＩＮＩ）を用いて窒素吸脱着等温線を測定し、得られた窒素吸脱着曲線にｔ−ｐｌｏｔ法を適用してメソ細孔容積Ｖ_ｍｅｓを求め、得られた吸脱着等温線に対しＢＥＴプロットを適用し解析しＢＥＴ比表面積Ｓ_ＢＥＴ（ｍ^２／ｇ）を求め、以下の数式により求めた。

（参考例２）
平均細孔径が４Åである親水性ゼオライト（東ソー社製ゼオラムＡ−４）と、触媒物質としての平均粒径が２ｎｍであるＰｔ粒子と、を質量比１０：１で混合し、これを図１に示すように筒状の容器内につめて、参考例２にかかる一酸化炭素除去触媒体を作製した。

（実施例３）
親水性ポリマー（和光純薬工業社製ポリアクリル酸ナトリウム）１０ｇに水５ｇ保持させた。これと、触媒物質としての平均粒径が２ｎｍであるＰｔ粒子と、を質量比１０：１で混合し、これを図１に示すように筒状の容器内につめて、実施例３にかかる一酸化炭素除去触媒体を作製した。

（比較例１）
触媒物質としての平均粒径が１μｍ以下であるＰｔ粒子を、図１に示すように筒状の容器内につめて、比較例１にかかる一酸化炭素除去触媒体を作製した。

（比較例２）
触媒物質としての平均粒径が５ｍｍ以下であるＰｔペレットを、図１に示すように筒状の容器内につめて、比較例２にかかる一酸化炭素除去触媒体を作製した。

（比較例３）
シリカゲル（豊田化工社製トヨタシリカゲルＡ形）を、図１に示すように筒状の容器内につめて、比較例３にかかる一酸化炭素除去触媒体を作製した。

（比較例４）
親水性ゼオライト（東ソー社製ゼオラムＡ−４）を、図１に示すように筒状の容器内につめて、比較例４にかかる一酸化炭素除去触媒体を作製した。

（比較例５）
親水性ポリマー（和光純薬工業社製ポリアクリル酸ナトリウム）１０ｇに水５ｇ保持させたものを、図１に示すように筒状の容器内につめて、比較例５にかかる一酸化炭素除去触媒体を作製した。

（実験１）
上記参考例１，２、実施例３、比較例１〜５にかかる一酸化炭素除去触媒体に対して、図１に示すように、ＣＯ含有空気を流し、室温（２５℃）において、一酸化炭素を除去する試験を行った。湿度は５０％、ＣＯ濃度は２００ｐｐｍ、空間速度（ＳＶ値）は１２２０００ｈｒ^−１とした。この結果を下記表１に示す。

上記表１から、また、参考例１，２、実施例３は、ＣＯ除去率が４０％と、比較例１〜５の０〜１０％よりも高いことがわかる。

このことは、次のように考えられる。Ｐｔ触媒の一酸化炭素酸化除去触媒活性は、Ｐｔの周囲に水分が多いほど高まる。実施例、参考例は、Ｐｔは吸水性のシリカゲル、親水性ゼオライトや、水と親水性ポリマーとからなる水分保持体に担持されており、Ｐｔのみを用いた比較例１、２よりも周囲の水分量が多い。よって、実施例、参考例のほうが、比較例よりも高いＰｔ触媒活性を示すため、ＣＯ除去率が高まる。また、Ｐｔの平均粒径を小さくすると、反応面積が大きくなるため、触媒活性が大きくなる（比較例１，２参照）。また、シリカゲル、親水性ゼオライト、親水性ポリマー自体には、全く触媒活性がない（比較例３〜５参照）。

（実験２）
上記参考例１にかかる一酸化炭素除去触媒体に、室温（２５℃）において、異なる湿度雰囲気で、一酸化炭素を除去する試験を行った。ＣＯ濃度は２００ｐｐｍ、空間速度（ＳＶ値）は１２２０００ｈｒ^−１とした。この結果を下記表２に示す。

上記表２から、湿度が高いほどＣＯ除去率が高まる傾向にあるが、湿度が５０％以上となると、湿度を上げてもＣＯ除去率に大きな差がないことがわかる。

（実験３）
上記参考例１にかかる一酸化炭素除去触媒体を、２５℃、湿度６０％の雰囲気に３６時間放置し、シリカゲルに水分を吸着させた。この後、室温（２５℃）において一酸化炭素を除去する試験を行った。湿度は１０％、ＣＯ濃度は２００ｐｐｍ、空間速度（ＳＶ値）は１２２０００ｈｒ^−１とした。この試験でのＣＯ除去率は３５％であった。

これは、上記実験２での湿度１０％での結果である２０％よりもはるかに高い値であり、低湿度環境で一酸化炭素を除去する場合において、水分保持体として吸湿性物質を用いる場合、予め吸湿させることが好ましいことがわかる。

以上説明したように、本発明によると、湿度条件にかかわらず、長時間にわたって一酸化炭素を除去可能な一酸化炭素除去触媒体を提供できる。この一酸化炭素除去触媒体は、上記実施例のように筒状の容器につめたり、あるいは基体にスプレー噴霧したり、不織布パッケージに充填したりする方式等、さまざまな条件で使用可能である。よって産業上の意義は大きい。

図１は、参考例１にかかる一酸化炭素除去触媒体の概略図である。

Claims (2)

1. 気体に含まれる一酸化炭素の酸化反応を触媒する触媒物質と、
   前記触媒物質と接触して配置された水分保持体と、
   からなる一酸化炭素除去触媒体であって、
   前記触媒物質は、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｈ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｉｒからなる群より選択された少なくとも一種以上の金属の微粒子であり、且つその平均粒径が１０ｎｍ以下であり、
   前記水分保持体は、親水性ポリマーと、当該親水性ポリマーに保持された水分子と、を有してなるものである、
   ことを特徴とする一酸化炭素除去触媒体。
2. 請求項１に記載の一酸化炭素除去触媒体において、
   前記触媒物質は、表面の一部が外部に露出した状態で前記水分保持体に保持されている、
   ことを特徴とする一酸化炭素除去触媒体。