JP4904695B2

JP4904695B2 - 脱臭体および脱臭体の製造方法およびそれを用いた脱臭装置

Info

Publication number: JP4904695B2
Application number: JP2005032541A
Authority: JP
Inventors: 光宏佐野; 好文守屋
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-02-09
Filing date: 2005-02-09
Publication date: 2012-03-28
Anticipated expiration: 2025-02-09
Also published as: JP2006217995A

Description

本発明は、生活空間の気体に含まれる臭気物質を吸着除去でき、特にタバコの主成分で、ＶＯＣの一種でもある有害性の高いアセトアルデヒドを有害性の小さい酢酸へ転化し、それを吸着除去することができる脱臭体および脱臭体の製造方法およびそれを用いた脱臭装置に関するものである。

従来、白金族を用いた触媒を高温（２００℃以上）で作動させ、臭気物質などを水や二酸化炭素などへ分解する白金系の熱触媒が広く知られている。また、特開平１０−１８０１０８号にはマンガンを主体とする遷移金属による複合酸化物を用いた脱臭用の触媒について開示されている。これによるとマンガンとコバルトの複合酸化物により、５０℃でアセトアルデヒドを８０％分解されるとしている（例えば、特許文献１参照）。

さらには、常温での臭気の分解触媒として、比表面積が大きな担体に光触媒を担持した光触媒脱臭フィルターとして以下の発明がある（例えば、特許文献２、特許文献３参照）。
特開平１０−１８０１０８号公報特開平６−３４３８７５号公報特開２００３−５３１９６号公報

しかしながら、従来の白金系の触媒や上記特許文献１に開示の脱臭体では作動温度が高く、エアコンや空気清浄機などに応用できないという課題があり、また光触媒は吸着剤などと比較して脱臭速度が遅いことや、光源が必要であるためサイズを小さくできない、コストが高い、耐衝撃性が弱いなどの課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、生活空間で発生する臭気を物理吸着作用を有する吸着剤により吸着除去できる脱臭体を提供することを目的とする。

上記課題を解決するに本発明の脱臭体は、少なくとも吸着作用を有する疎水性の吸着剤と親水性の金属酸化物と触媒作用を有する金属と前記吸着剤を担持する担体とから構成され、前記金属がアルデヒド類をカルボン酸へ転化後、前記吸着剤で吸着除去することを特徴とするもので、生活空間で発生する臭気を物理吸着作用を有する吸着剤により吸着除去でき、特に有害なアセトアルデヒドを白金系の触媒により常温で酢酸へ転化し、吸着剤により吸着除去できる脱臭体を実現できる。

本発明によれば、生活空間で発生する臭気を吸着除去でき、特に有害なアセトアルデヒドを常温で有害性の小さい酢酸へと転化し、吸着除去できる脱臭体を提供することができる。また、本発明によれば、人の手を煩わすことなく、メンテナンスフリーで使用できる脱臭装置を提供することができる。

第１の発明は、少なくとも吸着作用を有する疎水性の吸着剤と親水性の金属酸化物と触媒作用を有する金属と前記吸着剤を担持する担体とから構成され、前記金属がアルデヒド類をカルボン酸へ転化後、前記吸着剤で吸着除去することを特徴とするもので、生活空間で発生する臭気を物理吸着作用を有する吸着剤により吸着除去でき、特に有害なアセトアルデヒドを白金系の触媒により常温で酢酸へ転化し、吸着剤により吸着除去できる脱臭体を実現できる。

第２の発明は、疎水性の吸着剤が疎水性ゼオライトであるもので、シリカ分を高めたゼオライトは極性が小さくなるため、非極性の臭気分子を吸着できるようになり、また雰囲気の湿度に依存することなく臭気分子を吸脱着できるようになるため、多様な臭気分子を吸着除去できる脱臭体を実現できる。

第３の発明は、担体が無機繊維から形成されるハニカム構造体であるもので、通気抵抗が小さく、比表面積が大きいため、圧損を抑え、臭気の吸脱着効率が高い脱臭体を実現できる。

第４の発明は、金属が少なくとも吸着剤表面に担持されている構成としたもので、さらに触媒作用を有する金属の分散性を高め、比表面積を大きくすることができるため、触媒活性の高い脱臭体を実現できる。

第５の発明は、吸着剤はゼオライトを含み、前記吸着剤に吸着したカルボン酸が、通気により脱着されることで、前記吸着剤が再生される構成としたもので、吸脱着しやすい吸着剤であるゼオライトを担持した脱臭体に通気することにより、飽和吸着に達したゼオライトが脱着再生され、メンテナンスフリーで長期間使用できる脱臭体を実現できる。

第６の発明は、担体へ、少なくとも吸着作用を有する疎水性の吸着剤を担持すると同時またはその後、親水性の金属酸化物とを担持し、前記担体を白金族の酸溶液に浸漬した後、乾燥または焼成により触媒作用を有する金属を前記金属酸化物へ担持するもので、白金等の酸溶液を用いて白金等を担持する場合、乾燥もしくは焼成時に溶液が蒸発しやすい担体の端へ集まり分散性が低下する課題があるが、予め親水性の金属酸化物を高分散させ担持しておくと金属酸化物へ酸溶液が集まりやすくなるため、白金等の比表面積を大きくすることができ、触媒活性の高い脱臭体を実現できる。

第７の発明は、金属酸化物に酸化チタンを含むもので、光触媒作用を有する酸化チタンは、表面に紫外光を照射することにより超親水性となるため、酸溶液が集まりやすくなり、白金等の比表面積を大きくすることができ、触媒活性の高い脱臭体を実現できる。

第８の発明は、少なくとも臭気を含む空気を導入する吸気口と、前記臭気を含む空気を吸気する吸気手段と、前記吸気手段により吸気した空気に含まれる臭気を脱臭するフィルターと、前記フィルターにより脱臭された空気を室内へ導入する導入口と、前記フィルターから脱着した臭気を室外へ排気する排気口とを備え、前記フィルターが請求項１〜５のいずれか１項に記載の脱臭体である脱臭装置で、吸着剤を担持した脱臭体に通気することにより、飽和吸着に達した吸着剤から脱着した臭気が室外に排気されることで、メンテナンスフリーで長期間使用できる脱臭装置を実現できる。

第９の発明は、少なくとも臭気を含む空気を導入する吸気口と、前記臭気を含む空気を吸気する吸気手段と、前記吸気手段により吸気した空気に含まれる臭気を脱臭するフィルターと、前記フィルターにより脱臭された空気を室内へ導入する導入口と、前記フィルターから脱着した臭気を室外へ排気する排気口とを備え、前記フィルターが請求項６または７記載の製造方法で製造した脱臭体である脱臭装置で、予め親水性の金属酸化物を高分散させ担持しておくと金属酸化物へ酸溶液が集まりやすくなるため、白金等の比表面積を大きくすることができ、触媒活性の高い脱臭体を有する脱臭装置を実現できる。

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（ａ）は本発明の第１の実施の形態における脱臭体を示す外観模式図であり、（ｂ）は脱臭体表面の拡大模式図である。脱臭体１は、シリカやアルミナなどの無機繊維で構成される平板および波形板を交互に積層されたハニカム構造体であり、通気方向２へ低い通気抵抗で通気することができる。

無機繊維で構成された平板および波形板は担体３となり、物理吸着作用を有する吸着剤４（以下、本実施の形態では物理吸着剤４という）および触媒作用を有する金属５（以下、本実施の形態では触媒金属５という）を繊維表面に担持する。

物理吸着剤４や触媒金属５を担体３にアンカー効果もしくは物理的な結合もしくは化学的な結合などの作用により結合させ、担持されている。このときバインダを添加し、前記効果を高めると良いが、添加量が多い場合、吸着効果や触媒活性を低下させる原因となり、少ない場合、担体３との密着力が低下し、剥がれ落ちやすくなる。望ましくは、物理吸着剤４とバインダとの固形分が重量比で１：１〜２０：１程度である。また、バインダは無機系のものが望ましく、コロイダルシリカや水ガラス、リン酸アルミニウムなどが適している。

物理吸着剤４は、ゼオライト、シリカゲル、セピオライト、アルミナ、活性炭等の物理吸着作用を有する物質が用いられるが、製造上、触媒焼成のために４００℃以上に昇温することや吸脱着のし易さを考慮すると、ゼオライトが最も望ましく、特にシリカ／アルミナ比が大きいため極性が小さい疎水性ゼオライトを用いるとよい。これにより、非極性の臭気分子も吸着するようになり、また雰囲気の湿度に依存することなく臭気分子を吸脱着できるため、多様な臭気分子を吸脱着できる脱臭体を実現できる。

また、本実施の形態で用いた疎水性ゼオライトは０．１〜１０μｍ程度の径であるが、この大きさに限定されるものではない。しかしながら、大きさを小さくした方が、同体積での表面積を大きくとることができるので好ましい。さらに、疎水性ゼオライトの形は図中にあるような球状に限定されるものではなく、また実際は物理吸着剤の一次粒子が集まり、二次粒子を形成したり、さらには三次粒子を形成したりした粒子が担体３へ担持されていると考えられる。脱臭体の表面に凹凸を設けることにより、単位体積あたりの表面積を増やすことができるようになり、より効果的である。

本実施の形態では、脱臭体１に無機繊維で構成される平板および波形板を交互に積層されたハニカム構造体を用いたが、物理吸着剤４を格子状に押出成型を行ったハニカム構造体を用いても良い。これにより、バインダを用いることがなくハニカム構造体全体を物理吸着剤４とすることができるので、吸着効果が高い脱臭体を実現できる。

触媒金属５は、白金族に属し触媒作用を有する元素でルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、白金が挙げられ、特に扱いやすさや入手のしやすさ、触媒活性などの理由で、白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウムを用いることが望ましい。また触媒金属５もアンカー効果もしくは物理的な結合もしくは化学的な結合などの作用により、担体３あるいは物理吸着剤４に担持されている。

次に担持方法について説明する。物理吸着剤４の担体３への担持方法については、スプレーなどを用いた噴霧法、ディップ法などあるが、物理吸着剤４と必要に応じてバインダを水や溶剤などに分散もしくは溶解させ、ハニカム構造体をそのスラリーあるいは溶液に浸漬することで担持するディップ法が望ましい。また、粉末状の物理吸着剤４を分散させ、スラリーを作製する場合、物理吸着剤４の平均径は小さい方が望ましく、一次粒子の平均径で１μｍ以下程度が望ましい。さらには、なるべく凝集が起こらないように水や溶媒に分散させることが望ましく、必要に応じて分散剤を添加すると良い。

触媒金属５の担持は、物理吸着剤４の担体３への担持方法と同様に、白金粉末を水に分散させディップにより担持させる方法もあるが、塩化白金酸塩酸溶液やジニトロジアンミン白金硝酸溶液などの白金を含む溶液へハニカム構造体を浸漬後、乾燥、焼成を行うことで、微粒化し高分散で白金を担持できる。

担持の順番としては、ハニカム構造体へ物理吸着剤４を担持後に、上記方法で白金等の触媒金属５を担持する方法が望ましい。これにより、触媒金属５が物理吸着剤４表面にも担持され、比表面積を大きくすることができる。また、ハニカム構造体を硝酸溶液などへ浸漬後、いったん６０〜１５０℃で乾燥後、４００℃以上で焼成させることが望ましい。

乾燥工程を設けない場合、水分のみが激しく蒸発し、触媒金属５粒子が表面に出てこないため、触媒作用が小さくなる。さらには、物理吸着剤４を担持するときに酸化チタンやシリカのような親水性の金属酸化物を添加しておき同時に担持する、あるいは物理吸着剤４を担持後に親水性の金属酸化物を担持すると良い。白金などをハニカム構造体へ溶液のディップにより担持後、乾燥させる場合、乾燥時に溶液が蒸発しやすい端面へ集まりその部分への触媒金属５の析出が多くなる傾向があるが、親水性の物質を担持しておくことにより、その部分へも溶液が集まり蒸発していくので、触媒金属５を高分散させ担持することができる。

以下、脱臭体に対する実験例を示す。

疎水性ゼオライトを水に分散させ、バインダとして固形分濃度２０ｗｔ％のコロイダルシリカを加え、水と疎水性ゼオライトとコロイダルシリカとの比が、８：２：１のスラリー（以下、本実施の形態ではスラリーＡという）と、水と酸化チタンとコロイダルシリカとの比が、４０：２：１のスラリー（以下、本実施の形態ではスラリーＢという）と、白金量が０．５ｗｔ％のジニトロジアンミン白金硝酸溶液（以下、本実施の形態では溶液Ａという）と、水と活性炭と白金粉末とコロイダルシリカとの比が、８：２：０．０２：１のスラリー（以下、本実施の形態ではスラリーＣという）とを作製した。

次に、アルミナとシリカの繊維からなるハニカム構造体（１００×６２×ｔ１０、２０５セル／ｉｎｃｈ^２）を４つ用意した（以下、本実施の形態ではそれぞれ、ハニカムＡ、ハニカムＢ、ハニカムＣ、ハニカムＤという）。

ハニカムＡ、ハニカムＢ、ハニカムＣをスラリーＡに浸漬、１３０℃での乾燥を２回繰り返し、それぞれに疎水性ゼオライトを０．１ｇ／ｃｃ担持した。その後、ハニカムＡを溶液Ａに浸漬させ、１３０℃で乾燥した後、６００℃で１０分間の焼成を行い、０．０６ｇの白金を担持させた。また、ハニカムＢをスラリーＢに浸漬させ、１３０℃で乾燥を行い、酸化チタンを０．０１ｇ／ｃｃ担持した。その後、ハニカムＢを溶液Ａに浸漬させ、１３０℃で乾燥した後、６００℃で１０分間の焼成を行い、０．０６ｇの白金を担持させた。次に、ハニカムＤをスラリーＣに浸漬させ、１３０℃で乾燥を行い、疎水性ゼオライト０．１ｇ／ｃｃ、白金０．０６ｇを担持させた。

作製した４種類のハニカムサンプルにファンを取り付け、各サンプルをそれぞれ１０ｐｐｍのアセトアルデヒド濃度に調整した４０Ｌ容器の中へ入れた。２７０Ｌ／ｍｉｎの流量でサンプルを通過するようにファンを調整し、容器内のアセトアルデヒド濃度減衰からワンパスでの酢酸への転化率を算出した。また、実験開始から６０分後の酢酸の濃度も測定した。

実験後、それぞれのサンプルを容器から取り出し、臭気のない場所でファンを作動させ、約２０℃で６０分間通気を行った。その後、上記実験を行った。これら一連の実験、通気を１０回繰り返した。表１に実験結果を示す。なお、ハニカムＡを用いた実験が実施例１、ハニカムＢを用いた実験が実施例２、ハニカムＣを用いた実験が比較例１、ハニカムＤを用いた実験が比較例２である。また、「Ｎ．Ｄ」は検出限界（０．０５ｐｐｍ）以下を示す。

表１より、白金によりアセトアルデヒドが酢酸へ転化されており、親水性の金属酸化物である酸化チタンを担持したものについては転化率が向上している。これは、白金の分散性が向上したものによる効果と考えられる。また、実施例１、２については１０回目の酢酸濃度が０．１ｐｐｍと小さく、一方比較例２は５ｐｐｍと大きい。これは、ゼオライトは活性炭と比較して、通気により酢酸が脱着され再生率が高いことを示している。

以上から、アセトアルデヒドを常温で酢酸へと転化し、吸着除去できる脱臭体を実現でき、また通気による脱着で物理吸着作用を有する吸着剤を再生させることができるので、メンテナンスフリーで長期間使用できる脱臭体を提供することができる。

（実施の形態２）
図２は本発明の第２の実施例における脱臭体の模式図である。部屋１０内部に脱臭装置１１が設置されている。脱臭装置１１は吸気手段１３と、吸気口１４と、脱臭用のフィルター１５と、脱臭された空気を部屋に戻す導入口１７と、臭気を含む空気２０を部屋から排気する排気口１９からなる。また、導入口１７と排気口１９との間には、これらを切り替える切替弁１８がある。

吸気手段１３はシロッコファン、ターボファン、プロペラファン、クロスフローファン、貫流ファン等が一般の吸気手段として使用され、特に限定するものではない。本実施の形態ではプロペラファンを用いた。また、吸気手段１３はフィルター１５への送風手段としても用いることができる。

次に動作方法について説明する。部屋１０内で臭気が発生した場合、脱臭装置１１は臭気を含む空気１２を吸気手段１３により吸気口１４を通して吸い込み、フィルター１５を通り脱臭され、脱臭された空気１６は導入口１７を通り、部屋１０へ戻される。フィルター１５が飽和吸着に達し、部屋１０内に臭気がない場合、切替弁１８によって通気方向を室外へ排出する排気口１９側へ切り替え、吸気手段１３を作動させ通気させることにより、臭気が飽和吸着した物理吸着作用を有する吸着剤から臭気を脱着させ、脱着させた臭気を含む空気２０を室外へ排出することができる。

したがって、この動作を繰り返すことにより、メンテナンスフリーで長期間使用できる脱臭装置を実現できる。

以上のように、本発明にかかる脱臭体および脱臭体の製造方法および脱臭体を用いた脱臭装置は、上述したように生活空間で発生する臭気を吸着除去でき、特に有害なアセトアルデヒドを常温で有害性の小さい酢酸へと転化し、吸着除去できる脱臭体を提供することができ、また人の手を煩わすことなく自動的に吸脱着を制御し、メンテナンスフリーで長期間使用できる脱臭装置を提供することができる。

さらに、脱臭体はエアコン、生ごみ処理機、ＶＯＣ分解機、介護用脱臭機などへ搭載することにより、メンテナンスフリーで長期間利用できる脱臭機能、有害物質分解機能を付加することができるものである。

（ａ）本発明の第１の実施の形態における脱臭体を示す外観模式図（ｂ）同脱臭体表面の拡大模式図本発明の第２の実施の形態における脱臭装置を示す断面模式図

符号の説明

１脱臭体
２通気方向
３担体
４物理吸着作用を有する吸着剤
５触媒作用を有する金属
１０部屋
１１脱臭装置
１２臭気を含む空気
１３吸気手段
１４吸気口
１５フィルター
１６脱臭された空気
１７導入口
１８切替弁
１９排気口
２０臭気を含む空気

Claims

少なくとも吸着作用を有する疎水性の吸着剤と、親水性の金属酸化物とを担持した担体に、触媒作用を有する白金族の金属をさらに担持して構成され、前記金属がアルデヒド類をカルボン酸へ転化後、前記カルボン酸を前記吸着剤で吸着除去することを特徴とする脱臭体。
疎水性の吸着剤が疎水性ゼオライトである請求項１記載の脱臭体。
担体が無機繊維から形成されるハニカム構造体である請求項１または２記載の脱臭体。
金属が少なくとも吸着剤表面に担持されている構成とした請求項１〜３のいずれか１項に記載の脱臭体。
前記吸着剤に吸着したカルボン酸が、通気により脱着されることで、前記吸着剤が再生される構成とした請求項１〜４のいずれか１項に記載の脱臭体。
担体へ、少なくとも吸着作用を有する疎水性の吸着剤を担持すると同時またはその後、親水性の金属酸化物とを担持し、前記担体を白金族の酸溶液に浸漬した後、乾燥または焼成により触媒作用を有する金属を前記金属酸化物へ担持する脱臭体の製造方法。
金属酸化物を酸化チタンを含む材料とする請求項６記載の脱臭体の製造方法。
少なくとも臭気を含む空気を導入する吸気口と、前記臭気を含む空気を吸気する吸気手段と、前記吸気手段により吸気した空気に含まれる臭気を脱臭するフィルターと、前記フィルターにより脱臭された空気を室内へ導入する導入口と、前記フィルターから脱着した臭気を室外へ排気する排気口とを備え、前記フィルターが請求項１〜５のいずれか１項に記載の脱臭体である脱臭装置。
少なくとも臭気を含む空気を導入する吸気口と、前記臭気を含む空気を吸気する吸気手段と、前記吸気手段により吸気した空気に含まれる臭気を脱臭するフィルターと、前記フィルターにより脱臭された空気を室内へ導入する導入口と、前記フィルターから脱着した臭
気を室外へ排気する排気口とを備え、前記フィルターが請求項６または７記載の製造方法で製造した脱臭体である脱臭装置。