JP4810967B2 - アセトアルデヒド除去用触媒体およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、有害なアセトアルデヒドを酸化作用により無害な酢酸に転化するアセトアルデヒド除去用触媒体およびその製造方法に関するものである。

アセトアルデヒドは発がん性を有する有害物質であるが、一般的な吸着材料である活性炭やゼオライトにはほとんど吸着せず、これを除去するには、触媒体を用いて完全分解するか、無害な酢酸に転化させて吸着材料に吸着させる手段が考えられる。

従来のこの種の触媒体としては、遷移金属酸化物や貴金属などの触媒材料をハニカム体などの基材に塗布、もしくは含浸、担持し、触媒活性が発現する温度に加熱して、アセトアルデヒドを含む空気を通気して用いるものが一般的である（例えば、特許文献１参照）。発明者らの実験によれば、触媒材料としてコバルト酸化物を用いるものが、最も活性温度が低く、常温付近で活性を有し酢酸に転化することが判明している。
特開平６−１５７３９６号公報

しかしながら、発明者らの実験によれば、コバルト酸化物を用いた触媒体においても、常温でアセトアルデヒドから酢酸に転化させる場合に、濃度依存性が大きいことが判明している。具体的には１００ｐｐｍ以上の高濃度であればアセトアルデヒドを高効率で酢酸に転化させることができるのに対して、１０ｐｐｍ以下の低濃度では活性が低いかもしくは発現しないことが明らかとなった。

よって、タバコ臭気などに含まれる１０ｐｐｍ以下の低濃度のアセトアルデヒドを除去するには、触媒温度を上げることが必要となり、除去装置として考えた場合、規模が大きくなるものであった。

本発明の触媒体は、前記従来の課題を解決するもので、常温において低濃度のアセトアルデヒドを酢酸へ転化させることにより、簡便な装置により無害化もしくは除去することが可能となる触媒体を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の触媒体は、少なくともコバルト酸化物を含む触媒と基材から構成される触媒体において、触媒体を酸性溶液で洗浄することにより触媒体の表面状態を改質させたものであり、これにより、常温において低濃度のアセトアルデヒドも酢酸へ転化させることができるため、簡便な装置により、無害化もしくは除去することが可能となる。

本発明の触媒体は、常温において低濃度のアセトアルデヒドを酢酸へ転化させることができるため、簡便な装置により無害化もしくは除去することが可能となる。

第１の発明は、少なくともコバルト酸化物を含む触媒と基材から構成される触媒体において、触媒体を酸性溶液で洗浄することにより触媒体の表面状態が改質され、常温において低濃度のアセトアルデヒドを酢酸へ転化させることができるため、簡便な装置により無害化もしくは除去することが可能となる。

第２の発明は、特に第１の発明の触媒体において、コバルト酸化物は四三酸化コバルトを含むことにより、より確実に低濃度のアセトアルデヒドを常温で酢酸に転化させることができる。

第３の発明は、特に第１または２の発明の触媒体において、酸性溶液は硫酸を含む水溶液とすることにより、同様に、より確実に低濃度のアセトアルデヒドを常温で酢酸に転化させることができる。

第４の発明は、特に第３の発明の硫酸を含む水溶液において硫酸の濃度を０．０１％以上１０％以下の範囲とすることにより、同様に、より確実に低濃度のアセトアルデヒドを常温で酢酸に転化させることができる。

第５の発明は、特に第１から第４の発明の触媒体において、基材には吸着材料が含有されていることにより、アセトアルデヒドから転化した酢酸も除去することができる。

第６の発明は、特に第５の発明の触媒体において、吸着材料はゼオライト、シリカ、アルミナ、活性炭のいずれかが含まれていることにより、アセトアルデヒドから転化した酢酸も、より確実に除去することができる。

第７の発明は、特に第１から第６の発明の触媒体において、基材は通気性を有する形状とすることにより、簡便な手段でアセトアルデヒドの除去装置を構成することができる。

第８の発明は、特に第７の発明の触媒体において、通気性を有する基材の形状はハニカム形状とすることにより、高効率で低圧損のアセトアルデヒドの除去装置を構成することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における触媒体の構成を示す斜視図である。図１において触媒体１は、平面部と波板部が交互に積層されたハニカム形状の基材表面に触媒材料としてコバルト酸化物が担持されて構成されている。

図２に図１の拡大断面図を示す。図２に示すように、触媒体１はハニカム形状の基材２１の表面に触媒材料としてコバルト酸化物２２が担持されて構成されている。

本実施の形態ではハニカムを構成する基材２１については、基材２１の材料を特定していないものであるが、ここではシリカ、アルミナを原料とする無機繊維から作成された基材を用いている。

ここで用いたコバルト酸化物２２は、コバルトの硝酸塩の水溶液に、水酸化ナトリウムを滴下させることにより生成した沈殿物を吸引ろ過、洗浄の工程を経て、３００℃で焼成したものを粉砕して用いている。

このコバルト酸化物を分析した結果、四三酸化コバルトが９０％以上占めるものであった。

以上の触媒体１を、０．５％の濃度に調整した硫酸水溶液に１時間浸漬洗浄させた後、１３０℃で乾燥させた。

ここで、本実施の形態における触媒体の機能を調べる実験を行った。

評価ガスとしてはアセトアルデヒドを用い、アセトアルデヒドを１０ｐｐｍに調整し、また空間速度を１２０００／ｈとして常温で通気試験を行った。なお対照実験１として、硫酸溶液による処理を行わなかった触媒体でも同様に実験を行った。実験結果を図３に示す。

図３は、アセトアルデヒドを１０ｐｐｍで通気したときの出口のアセトアルデヒドおよび酢酸の濃度の経時変化を示した実験特性図である。実線がアセトアルデヒドであり、破線が酢酸である。

図３において、本実施の形態ではアセトアルデヒドは３０分程度時間が経過すれば出口濃度は６ｐｐｍ程度で安定しており、また酢酸は初期には確認されなかったが、通気開始から１時間以降に発生が認められ、４時間以上経過すれば酢酸も６ｐｐｍ程度生成し、転化率は６０％程度で安定した。一方、対照実験１においては、アセトアルデヒドの出口濃度はほぼ単調に減少し、また８時間経過後も酢酸の発生は認められなかった。

これは、本実施の形態ではアセトアルデヒドを通気すると酸化コバルトの触媒作用によりアセトアルデヒドは酢酸に転化するが、基材はシリカ、アルミナの無機繊維から作成されているため、初期にはアセトアルデヒドおよび酢酸は基材に吸着される。その後アセトアルデヒドは吸着破過した後、安定して転化し除去される。酢酸は、アセトアルデヒドより長時間基材に吸着されるが、いずれ吸着破過することを示している。

一方、対照実験１では、酸による洗浄処理を行わなかったコバルト酸化物は、表面状態が改質されず触媒活性が小さいため、アセトアルデヒドは酢酸に転化せず、吸着作用による除去しかできなかったと考えられる。

以上のように本実施の形態では、四三酸化コバルトを主成分とするコバルト酸化物を触媒材料とし、ハニカム基材に担持させた触媒体１を、０．５％の濃度に調整した硫酸水溶液に１時間浸漬洗浄させ、１３０℃で乾燥処理することにより、低濃度のアセトアルデヒドを酢酸に転化させる機能を持ち触媒体として構成できるものである。

次に、浸漬させる硫酸の濃度を０．００１％から５０％まで変化させて触媒体を作成し、同様の実験を行った。実験結果を図４に示す。図４では、流通開始後２４時間経過し、安定した転化率を、硫酸濃度に対してプロットしたものである。

図４に示されるとおり、硫酸濃度に対して転化率はピークを持ち、０．０１％より低いもしくは１０％より高い濃度では、転化率が低下し活性が低いことが示されている。

以上のように、洗浄処理する硫酸の濃度を０．０１％以上１０％以下の範囲とすることにより、確実にアセトアルデヒドを常温で酢酸に転化させることができる。

さらに次に酸性溶液として硫酸以外に、硝酸、塩酸、酢酸の０．５％水溶液で洗浄処理し、同様の実験を行った。２４時間経過後の転化率で比べれば、無処理０％、硫酸６０％、硝酸１５％、塩酸５％、酢酸２０％であった。

以上のように、酸性溶液として特に硫酸を用いることにより、高効率でアセトアルデヒドを酢酸に転化させることができる。

さらに次にコバルト酸化物として、２００℃で焼成したものを粉砕して用いて実験を行った。この時このコバルト酸化物を分析した結果、四三酸化コバルト（Ｃｏ_３Ｏ_４）はほとんど存在せず酸化コバルト（ＣｏＯ）が９０％以上を占めるものであった。２４時間経過後の酢酸への転化率は３０％であり、上記の四三酸化コバルトが主成分の触媒体のときの転化率である６０％と比較すれば転化率は低下するものであった。

このように、コバルト酸化物として四三酸化コバルトを含むことにより、より確実に低濃度のアセトアルデヒドを常温で酢酸に転化させることができるものとなる。

（実施の形態２）
図５は、本発明の第２の実施の形態における触媒体の拡大断面図を示すものである。図５に示すように、触媒体はハニカム形状の基材５１の表面に触媒材料としてコバルト酸化物５２が担持されて構成されている。

本実施の形態ではハニカムを構成する基材５１については、吸着材料であるゼオライトを粘土などのバインダーと混練し、押し出しにより成型し、焼成したものである。

ここで用いたコバルト酸化物５２は、同様にコバルトの硝酸塩の水溶液に、水酸化ナトリウムを滴下させることにより生成した沈殿物を吸引ろ過、洗浄の工程を経て、３００℃で焼成したものを粉砕して用いている。

実施の形態１と同様に、以上の触媒体を、０．５％の濃度に調整した硫酸水溶液に１時間浸漬洗浄させた後、１３０℃で乾燥させた。

ここで、本実施の形態における触媒体の機能を調べる実験を行った。

同様にアセトアルデヒドを１０ｐｐｍに調整し、また空間速度を１２０００／ｈとして常温で通気試験を行った。

図６は、アセトアルデヒドを１０ｐｐｍで通気したときの出口のアセトアルデヒドおよび酢酸の濃度の経時変化を示した実験特性図である。実線がアセトアルデヒドであり、破線が酢酸である。

図６において、本実施の形態ではアセトアルデヒドは２時間程度時間が経過すれば出口濃度は６ｐｐｍ程度で安定しており、また酢酸は通気開始から２４時間経過しても発生が認められなかった。

このように基材に吸着材料が含有されていることにより、アセトアルデヒドから転化した酢酸も除去することができる。

ここでは吸着材料としてゼオライトを用いたが、シリカ、アルミナ、活性炭などの吸着材料を用いても同様にアセトアルデヒドから転化した酢酸も除去することができる。

以上のように、本発明にかかる触媒体は、低濃度のアセトアルデヒドも酢酸に転化させることが可能となるため、家庭用脱臭機や空気清浄機の他、業務用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１における触媒体の構成を示す斜視図 本発明の実施の形態１における触媒体の拡大断面図 本発明の実施の形態１におけるアセトアルデヒドおよび酢酸の出口濃度を示す実験特性図 本発明の実施の形態１における硫酸濃度と転化率の関係を示す実験特性図 本発明の実施の形態２における触媒体の拡大断面図 本発明の実施の形態２におけるアセトアルデヒドおよび酢酸の出口濃度を示す実験特性図

符号の説明

１ 触媒体
２１ 基材
２２ 触媒（コバルト酸化物）
５１ 基材（ゼオライトの押し出し成型基材）
５２ 触媒（コバルト酸化物）

Claims (9)

1. 少なくともコバルト酸化物を含む触媒と基材から構成され、酸性溶液で洗浄することにより表面を改質させたアセトアルデヒド除去用触媒体。
2. コバルト酸化物は四三酸化コバルトを含むコバルト酸化物である請求項１に記載のアセトアルデヒド除去用触媒体。
3. 酸性溶液は硫酸を含む水溶液である請求項１または２に記載のアセトアルデヒド除去用触媒体。
4. 硫酸を含む水溶液は濃度が０．０１％以上１０％以下の範囲である硫酸水溶液である請求項３に記載のアセトアルデヒド除去用触媒体。
5. 基材には吸着材料が含有されている請求項１から４のいずれか一項に記載のアセトアルデヒド除去用触媒体。
6. 吸着材料はゼオライト、シリカ、アルミナ、活性炭のいずれかが含まれている請求項５に記載のアセトアルデヒド除去用触媒体。
7. 基材は通気性を有する形状の基材である請求項１から６のいずれか一項に記載のアセトアルデヒド除去用触媒体。
8. 通気性を有する形状はハニカム形状である請求項７に記載のアセトアルデヒド除去用触媒体。
9. 少なくともコバルト酸化物を含む触媒と基材とから構成される触媒体を用意する工程と、前記触媒体を酸性溶液で洗浄する工程とを備えたアセトアルデヒド除去用触媒体の製造方法。