JP4959051B2 - 微少結晶から製造される多孔質ペレット吸着剤 - Google Patents

Description

【０００１】
［発明の背景］
発明の分野
本発明は、金属酸化物、金属水酸化物およびこれらの混合物からなる群より選定される細かく分割された吸着剤のペレット成形体およびそのようなペレットの製造方法に広く関する。ペレットは好ましくは、その単位質量当たりの表面積および全細孔容積が各々プレスされる前の開始時の金属吸着剤の前記値の少なくとも約２５％を保持する独立の塊（ｓｅｌｆ−ｓｕｓｔａｉｎｉｎｇ ｂｏｄｉｅｓ）を得るため、細かく分割された金属吸着剤を約５０ｐｓｉ〜６，０００ｐｓｉの圧力でプレスすることで製造される。使用時、標的組成物を破壊的吸着（ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅｌｙ ａｄｓｏｒｂ）させ、または化学吸着させるため、本発明の吸着剤ペレットを標的組成物と接触させる。
【０００２】
従来の技術
空気の質、特に屋内の空気の質に関する問題が増加している。大抵の場合において、屋内の空気の質は屋外のものより悪い。空気からの気体の状態の汚染物質の除去は、種々の原理の利用により達成できる。これらの原理には、吸着、触媒による変換、吸収を含む。これらの原理の中でも、吸着は最も広く利用されている方法である。吸着では、ガス、気体または液体が吸着剤の面に接触し、ある程度そこに付着する。この吸着は、残留する物理的な力（ファンデルワールス力）または吸着される分子を吸着する面により強く結合させる化学結合の結果である。吸着は様々な固体の面で起こるが、空気の浄化に好ましい吸着特性を示すのはごくわずかな物質である。このような物質には、活性炭、ゼオライト、モレキュラーシーブ、シリカゲルおよび活性アルミナが含まれる。
活性炭は、空気の浄化処理に最も普通に使用されている。最も良質の活性炭はココナッツの殻から作られ、単位質量当たりの表面積が約６００ｍ² ／ｇ〜９００ｍ² ／ｇである。しかし、活性炭は空気汚染物質の吸着力が弱く、吸着された物質が時間が経つと継続的な空気の流れと共に放出されうる。さらに、活性炭は浄化することが困難である。
屋内の空気を浄化するための他の道具は、静電フィルターである。静電フィルターは屋内の空気から微粒子を除去するのに効果的に作用する。大気汚染の問題となる気体の化学物質は多数あるが、静電フィルターは空気から気体状の化学物質の多くを除去するのに不適当である。これらのうち、最も一般的なものには、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、メタノール、塩化メチレン、四塩化炭素、一酸化炭素、ジメチルアミン、トルエン、ベンゼン、二酸化硫黄、アセトニトリル、ニトロソアミンおよび二酸化窒素が含まれる。
微少結晶は、空気からクロロカーボン、酸性ガス、軍事用の化学兵器および殺虫剤を除去するのに用いる吸着剤として作用する表面積の大きい物質を形成する。微少結晶の独特な化学反応性は、有毒物質の破壊的吸着および化学吸着を可能とし、空気の浄化において大きな利点を有する。しかし、微少結晶は占有容積が大きく、静電気伝導性を有する非常に細かいダストであり、それ故、取り扱いが困難であり、時に不便である。
空気中の汚染物質を強く吸着することができ、該汚染物質を経時的に放出することがない吸着剤組成物への需要が存在する。さらに、このような吸着剤組成物は、取り扱いが容易であるべきであり、かつ、微少結晶の吸着剤に比べて占有容積が小さくあるべきである。
【０００３】
発明の概要
本発明は、これらの問題を解決する吸着剤のペレット成形体およびそのようなペレット成形体を用いて幅広い種類の標的物質を吸着する方法を提供する。この目的のため、本発明は、細かく分散された吸着剤をプレスすることにより形成される吸着剤ペレットの使用を意図する。本発明の吸着剤の反応は、幅広い温度で実施できるが、標的組成物が気体として存在する温度が好ましい。
より具体的には、本発明の吸着ペレットは、金属酸化物、金属水酸化物およびこれらの混合物からなる群から選定されるある量の細かく分散された吸着剤の粉末をプレスまたは凝集することにより形成する。より好ましくは、粉末はＭｇ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｆｅ、Ｖ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｌ若しくはＺｎの酸化物または水酸化物である。金属酸化物が最も好ましい吸着剤粉末であり、ＭｇＯ、ＣａＯが特に好ましい。ペレットを形成するのに、従来の調製された粉末を使用することができるが、好ましい粉末はＵｔａｍａｐａｎｙａ等（Ｃｈｅｍ．Ｍａｔｅｒ．，３：１７５−１８１（１９９１））のエアロゾル技術により調製される。原料の粉末は、平均的な晶子の大きさが約２０ｎｍまでであることが好ましく、より好ましくは、約３ｎｍ〜９ｎｍである。本発明のペレットは、吸着剤粉末を約５ｐｓｉ〜６，０００ｐｓｉの圧力で、より好ましくは約５００ｐｓｉ〜５，０００ｐｓｉの圧力で、最も好ましくは約２，０００ｐｓｉの圧力でプレスする。圧力は通常、自動プレスまたは油圧プレスにより粉末に施与され、当業者は、いずれかの圧力施与手段または他の凝集手段（遠心凝集または振動凝集）によりペレットを好適に形成することができる。さらに、結合剤や充填剤を吸着剤粉末に混合させてもよく、該混合物を手で圧縮してペレットを形成してもよい。本明細書において、凝集するまたはプレスされたとは、吸着剤粉末を互いにプレスすることおよび互いにプレスされた吸着剤粉末のいずれをも含む。凝集には、独立の塊を形成するための、吸着剤粉末への吹き付け、接着、遠心分離、振動または圧縮を含み、独立の塊は随意に吸着剤粉末以外のコア材料の周囲に形成されていてもよい。一例を挙げると、本発明の吸着剤粉末はろ材のような多孔質の基体に埋め込んでもよく、該基体上に保持させてもよい。
金属酸化物ペレットを所望する場合、対応する金属水酸化物を金属酸化物へと熱変換（即ち、真空下５００℃での終夜活性化）してもよい。活性化は金属水酸化物粉末、最終的な金属水酸化物ペレットのいずれに対しても行うことができる。しかし、最初に金属水酸化物をペレットにプレス成形し、その後、熱変換により金属酸化物ペレットとするのが好ましい。
【０００４】
本発明のペレットは、プレスされる前の金属酸化物または金属水酸化物粒子（いずれもペレットを形成するのに使用される）の単位質量当たりの多点表面積の少なくとも約２５％を保持している。より好ましくは、ペレットの単位質量当たりの多点表面積は、プレスされる前の開始時の金属酸化物または金属水酸化物の粒子の少なくとも約５０％であり、最も好ましくは少なくとも約９０％である。他の態様において、ペレットはプレスされる前の金属酸化物または金属水酸化物の粒子の全細孔容積の少なくとも約２５％を有しており、より好ましくは少なくとも約５０％であり、最も好ましくは少なくとも約９０％である。最も好ましい形態において、本発明のペレットは上記単位面積当たりの多点表面積および全細孔容積のいずれをも保持している。
細孔の半径に関して、好ましいペレット成形した吸着剤の平均細孔半径は少なくとも約４５Åであり、より好ましくは約５０Å〜約１００Åであり、最も好ましくは約６０Å〜約７５Åである。本発明のペレットの密度は通常、約０．２ｇ／ｃｍ³ 〜約２．０ｇ／ｃｍ³ であり、より好ましくは約０．３ｇ／ｃｍ³ 〜約１．０ｇ／ｃｍ³ であり、最も好ましくは約０．４ｇ／ｃｍ³ 〜約０．７ｇ／ｃｍ³ である。本発明のペレットの面対面の最小寸法（例えば、球状または筒状のペレット体の場合の直径）は、少なくとも約１ｍｍであり、より好ましくは、約１０〜約２０ｍｍである。
【０００５】
おおまかに言うと、本発明によるペレット成形した吸着剤の使用は、吸着剤の粉末を流体状（すなわち、液体または気体）の標的組成物と接触させることにより実施できる。好ましい接触系は、標的組成物を含む流体の流れが多量のペレットを循環するいかなる種類の流体反応装置をも含む。他の好適な接触系は、ペレット成形した吸着剤を含み、ガスまたは液体から標的組成物をろ過するのに使用される隔膜の作成を含む。接触工程は幅広い温度および圧力で実施できるが、好ましくは輸送する流体および標的組成物が気体として存在する温度である。
本発明の方法を用いれば、幅広い種類の標的組成物を吸着することができる。これら標的組成物には、原料の金属酸化物または金属水酸化物によって、破壊的吸着または化学吸着のいずれかによって吸着されるいかなる組成物を広く含む。より好ましくは、これら標的組成物は、酸、アルコール、アルデヒド、Ｐ，Ｓ，Ｎ，Ｓｅ若しくはＴｅの原子を含む化合物、炭化水素化合物（例えば、ハロゲン化の、または非ハロゲン化の炭化水素化合物のいずれも）および有毒金属化合物からなる群から選定される。
【０００６】
好ましい態様の詳細な説明
以下実施例により、本発明における好ましい方法を示す。ただし、これら実施例は例示を目的とするものであり、本発明の包括的な範囲は何らこれに限定されない。以下の実施例において、ＡＰ−ＭｇＯおよびＡＰ−ＣａＯは各々エアロゲル（またはオートクレーブ）調製された酸化物を表す。ＣＰ−ＭｇＯおよびＣＰ−ＣａＯは各々従来の技術で作製された酸化物を表す。ＣＭ−ＭｇＯおよびＣＭ−ＣａＯは各々市販の酸化物を表す。
【０００７】
実施例１
本実施例では、吸着剤ＡＰ−Ｍｇ（ＯＨ）₂ のペレットを調製し、その面特性を決定した。これらの特性を粉末状のＡＰ−Ｍｇ（ＯＨ）₂ と比較した。
材料および手法
１．ＡＰ−Ｍｇ（ＯＨ）₂ 粉末（非活性化）の調製
高度に分散された微少結晶Ｍｇ（ＯＨ）₂ サンプルをＵｔａｍａｐａｎｙａ等（Ｃｈｅｍ．Ｍａｔｅｒ．，３：１７５−１８１（１９９１））が示したオートクレーブ処理により調製した。この手順において、１０重量％マグネシウムメトキシドのメタノール溶液を調製し、８３重量％のトルエンを添加した。溶液はその後、蒸発を防止するためにアルミホイルで覆い、攪拌しながら水を０．７５重量％まで滴下して加水分解させた。反応が終了したことを保証するため、混合物を終夜攪拌した。これをガラスライナを有する容量６００ｍｌのＰａｒｒ小型反応装置を用いてオートクレーブ中で処理し、ゲルを作製した。ゲル溶液を反応装置中に置き、反応装置を密封して窒素ガスで１００ｐｓｉまで加圧することにより、窒素ガスで１０分間洗浄した。反応装置はその後、１℃／分の加熱速度で４時間をかけて２６５℃まで加熱した。温度はその後、２６５℃で１０分間平衡させた（最終的な反応装置の圧力は約７００ｐｓｉであった）。この時点で圧力を放出し、溶媒を排出するためにベントした。最後に、反応装置を窒素ガスで１０分間洗浄した。
【０００８】
２．ＡＰ−Ｍｇ（ＯＨ）₂ ペレットの調製
凝集した粉末を除去するために、上記により調製したＡＰ−Ｍｇ（ＯＨ）₂ 粉末を乳鉢と乳棒を用いてすりつぶした。一部の粉末はその後、直径１２ｍｍの球状のペレットを形成するために小型の油圧プレス上に置き、１，０００ｐｓｉ〜１０，０００ｐｓｉの範囲の圧力を施与してペレットを形成した。得られたペレットは面特性の測定を容易にするため、ふるいを用いて粉砕してより小さなペレットとした（ふるいの目の大きさは０．２５〜１．１６８ｍｍであった）。
ＡＰ−Ｍｇ（ＯＨ）₂ 粉末の別の一部をＳｔｏｋｅｓ自動プレスを用いてペレット成形した。Ｓｔｏｋｅｓプレスは計器を有していないため、実際に施与された圧力は不明である。しかし、ペレット成形時に実際に施与された圧力は、計器を有するペレタイザー上での上部パンチの動作を制御することにより再現できる。低圧縮とは、サンプルを粉砕させることなく取り扱うことができるようにするのに十分な圧力である。高圧縮とは、機械が稼動不能になることなく、または取り出し時にペレットが割れることがない最大限の圧力である。中圧縮は低圧縮と高圧縮のおよそ中間の設定である。
【０００９】
３．ＡＰ−Ｍｇ（ＯＨ）₂ 粉末およびペレットの単位質量当たりの表面積の決定
上記により調製した粉末および、プレス成形により得られたペレットの単位質量当たりの表面積および合計細孔容積を測定した。
各々の準備手順から調製した７０ｍｇのマグネシウム水酸化物のサンプルを用いて単位質量当たりの表面積を測定した。具体的には、粉末サンプルを動的減圧下（約１×１０^-2 Ｔｏｒｒ）で１２０℃まで加熱し、該温度で１０分間保持し、その後冷却した。単位質量当たりの表面積を測定するため、液体窒素温度での窒素の吸着を用いてＢｒｕｎａｕｅｒ−Ｅｍｍｅｔｔ−Ｔｅｌｌｅｒ（ＢＥＴ）単点および多点吸着法を実施した。ＢＥＴ表面積測定法については、引用することにより本明細書の一部をなすＬｏｗｅｌｌの論文（Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｔｏ Ｐｏｗｄｅｒ Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｒｅａ，Ｌｏｗｅｌｌ，Ｓ．，Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ＆Ｓｏｎｓ：Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ（１９７９））に記載されている。
【００１０】
４．ＡＰ−Ｍｇ（ＯＨ）₂ の合計細孔容積の決定
合計細孔容積をＢａｒｒｅｔ，Ｊｏｙｎｅｒ ａｎｄ Ｈａｌｅｎｄａ（ＢＪＨ）法を用いて決定した。サンプルを窒素ガスで充填されたマニホールドと接続された密閉ガラスセル中に置き、サンプルの細孔が液体窒素で充填されていることを保証するため、サンプル上の圧力が大気圧と等しくなるまで、サンプルセルを液体窒素中に浸した。サンプル上の圧力が大気圧の９５％まで減少した時点で、サンプルから放出された窒素ガスの容積をＢＥＴ測定機を用いて測定した。この脱離プロセスは大気圧の９０％、８５％、８０％と、５％まで続けた。各々の合間において、サンプルから放出された窒素ガスを測定し、合計細孔容積を得るのに使用した。ＢＥＴ合計細孔容積測定技術については、引用することにより本明細書の一部をなすＱｕａｎｔａｃｈｒｏｍｅ ＮＯＶＡ２２００ガス吸着分析装置のユーザマニュアル（４．０１版）に記載されている。
【００１１】
結果および考察
１．粉末のＡＰ−Ｍｇ（ＯＨ）₂ とペレット成形したＡＰ−Ｍｇ（ＯＨ）₂ の特性の比較
ａ．小型油圧プレスで形成されたペレット
多点ＢＥＴ法での単位質量当たりの表面積は、粉末の３４６ｍ² ／ｇから１０，０００ｐｓｉでプレスしたペレットでは４．１５ｍ² ／ｇまで減少した。単点ＢＥＴ法での単位質量当たりの表面積でも同様の結果が得られ、粉末での６３５ｍ² ／ｇから、１０，０００ｐｓｉでプレスしたペレットでは８．２９ｍ² ／ｇまで減少した。合計細孔容積も同様に、粉末の０．９５６ｃｃ／ｇから１０，０００ｐｓｉでプレスしたペレットでは０．０１２１７ｃｃ／ｇまで減少した。平均細孔半径は圧力の変化にほとんど影響されなかった。しかし、等温曲線には細孔の形状の変化を示す実質的な変化が見られた。粉末サンプル（ペレット成形前）は、１，０００ｐｓｉを圧力を施与されたサンプルとほぼ同一である。結果を表１に示した。
【００１２】
【表１】

ａ：ペレットの大きさは０．２５０〜１．１６８ｍｍ。
ｂ：粉末の単位質量当たりの多点表面積との比較による、ペレットに保持された単位質量当たりの多点表面積のパーセントである。
ｃ：粉末の合計細孔容積との比較による、ペレットに保持された合計細孔面積のパーセントである。
ｄ：細孔形状の種類に関する符号は以下の通りである。
Ａ：両端が開放している円筒状の細孔。
Ｄ：１つの端または両端が開放している狭いくびれを有するテーパー状の、またはくさび型の細孔。
Ｅ：ボトルネック状の細孔。
【００１３】
表１は、面特性が形成時の圧力に依り大きく変化することを示している。粉末からペレット成形する際に１，０００ｐｓｉでプレスする場合、単位質量当たりの表面積と合計細孔容積の変化はわずかであり、そのため、これらのペレットはいかなる種類の流動系の反応装置にも使用することができる。結論としては、１，０００ｐｓｉで成形したＡＰ−Ｍｇ（ＯＨ）₂ のペレットは、単位質量当たりの表面積または細孔容積の実質的な損失を伴うことなく、かつ、静電気力によって引き起こされる問題を発生することなく理想的に作用する。
【００１４】
ｂ．Ｓｔｏｋｅｓ自動プレスで成形したペレット
表２を参照すると、ペレット成形によりＡＰ−Ｍｇ（ＯＨ）₂ の単位質量当たりの表面積および多孔性が減少しないことを再度確認できる。いくつかの例においては、単位質量当たりの表面積が粉末での値よりも高くなっている。低圧縮で成形したペレットは非常にもろく、活性化（真空下５００℃での加熱）の後では粉末に変化していた。中圧縮で成形したペレットは性質が改善され、活性化後にわずかな量の粉末が存在していた。高圧縮で成形したペレットは頑丈で、活性化により崩壊せず、粉末を発生しなかった。そのため、中圧縮または高圧縮で成形したペレットが理想的である。Ｓｔｏｋｅｓプレスは圧力計を有しないので、高圧縮試験で使用した圧力の正確な値は不明である。しかし、表２の特性を表１と比較すると、高圧縮の圧力は２，０００ｐｓｉ付近と思われる。
【００１５】
【表２】

ａ：粉末の単位質量当たりの多点表面積との比較によるペレットの単位質量当たりの多点表面積のパーセント。
ｂ：粉末の合計細孔容積との比較によるペレットの合計細孔容積のパーセント。ｃ：細孔形状の種類に関する符号は以下の通りである。
Ａ：両端が開放している円筒状の細孔。
Ｅ：ボトルネック状の細孔。
【００１６】
実施例２
本実施例では、吸着剤ＡＰ−ＭｇＯペレット（１つのサンプルはペレットの状態で活性化させ、別の１つのサンプルは粉末の状態で活性化させた）をＡＰ−Ｍｇ（ＯＨ）₂ から調製し、その物理特性を決定した。これらの特性を粉末状のＡＰ−ＭｇＯの特性と比較した。本実施例の目的は、ＡＰ−ＭｇＯペレットが粉末の状態で活性化させたものと、ペレットの状態で活性化させたものとで実質的に同一の面特性を保持しているか否かを決定することである。結論的には好ましくは、水酸化物の状態でペレット成形し、その後ペレットを活性化することによりペレットを酸化物に転換する。
【００１７】
材料および手法
１．ＡＰ−Ｍｇ（ＯＨ）₂ 粉末（非活性化）およびＡＰ−ＭｇＯ粉末（活性化）の調製
高度に分散された微少結晶Ｍｇ（ＯＨ）₂ サンプルを、引用することにより本明細書の一部をなすＵｔａｍａｐａｎｙａ等（Ｃｈｅｎ．Ｍａｔｅｒ．，３：１７５−１８１（１９９１））に示されたオートクレーブ処理により調製した。この手順において、１０重量％マグネシウムメトキシドのメタノール溶液を調製し、８３重量％のトルエン溶液を添加した。溶液はその後、蒸発を防止するためにアルミホイルで覆い、攪拌させながら水を０．７５重量％まで滴下することにより加水分解させた。反応が終了したことを保証するため、混合物を終夜攪拌させた。これをガラスライナを有する容量６００ｍｌのＰａｒｒ小型反応装置を用いてオートクレーブ中で処理し、ゲルを作製した。ゲル溶液を反応装置中に置いた後、反応装置を密封し、窒素ガスを用いて１００ｐｓｉまで加圧することにより、窒素ガスで１０分間洗浄した。反応装置はその後、１℃／分の加熱速度で４時間をかけて２６５℃まで加熱した。その後、該温度で１０分間平衡させた（最終的な反応装置の圧力は７００ｐｓｉである）。この時点で圧力を放出し、溶媒を排出するためにベントした。最後に、反応装置を窒素ガスで１０分間洗浄した。 Ｍｇ（ＯＨ）₂ はペレット成形した後に活性化するものと、活性化した後にペレット成形するものの２つに分離した。後者のサンプルのＭｇ（ＯＨ）₂ 粒子はその後、ＭｇＯに熱転換させた。これは、動的減圧条件下（１０^-2 Ｔｏｒｒ）で最高温度６００℃まで６時間かけて加熱する温度上昇速度で加熱することにより実施した。ＭｇＯの調製に関しては、引用することにより本明細書の一部をなすＰＣＴ公報ＷＯ９５／２７６７９号にさらに詳細に記載されている。
【００１８】
２．ＡＰ−Ｍｇ（ＯＨ）₂ ペレットおよびＡＰ−ＭｇＯペレットの調製
凝集した粉末を除去するため、上記により調製したマグネシウム水酸化物粉末およびマグネシウム酸化物粉末を各々別個に乳鉢と乳棒を用いてすりつぶした。各々の粉末の一部をＳｔｏｋｅｓ自動プレスを用いてペレット成形し、ＡＰ−Ｍｇ（ＯＨ）₂ ペレットおよびＡＰ−ＭｇＯペレットを得た。Ｓｔｏｋｅｓプレスは圧力計を有していないため、実際に施与された圧力は不明である。しかし、圧力計を有するペレタイザー上での上部パンチの動作を制御することにより、ペレット調製時に実際に施与された圧力を再現することができる。低圧縮とは、サンプルがばらばらに崩れることなく取り扱うのに十分な圧力である。高圧縮とは、機械が動作不能になることなく、または取り出し時にペレットが割れることのない最大限の圧力である。中圧縮とは、低圧縮と高度縮のおよそ中間程度の圧力設定である。
【００１９】
３．ＡＰ−Ｍｇ（ＯＨ）₂ ペレットのＡＰ−ＭｇＯペレットへの活性化
上記ＡＰ−Ｍｇ（ＯＨ）₂ 粉末の活性化と同様の方法で、ＡＰ−Ｍｇ（ＯＨ）₂ ペレットをＡＰ−ＭｇＯペレットに熱変換させた。
【００２０】
４．ＡＰ−ＭｇＯの単位質量当たりの表面積および合計細孔容積の決定
ペレット成形後に活性化したペレットおよび活性化後にペレット成形したペレットのいずれもについて、単位質量当たりの表面積と合計細孔容積を測定した。これらの測定は実施例１に記載したのと同様の方法で実施した。
【００２１】
結果および考察
Ａ．ペレット成形前に活性化したＡＰ−ＭｇＯペレットとペレット成形後に活性化したＡＰ−ＭｇＯペレットの特性比較
本実施例の結果を表３および表４に示した。これらの結果を比較すると、マグネシウム水酸化物からペレット成形し、その後加熱したものの方が、粉末で活性化し、その後ペレット成形したものよりも単位質量当たりの表面積が大きく、より多孔性であることが確認できる。
表３は、水酸化物ペレットの活性化により調製されたマグネシウム酸化物の単位質量当たりの表面積および孔径分布を示す。
【００２２】
【表３】

ａ：粉末の単位質量当たりの多点表面積との比較によるペレットの単位質量当たりの多点表面積のパーセント。
ｂ：粉末の合計細孔容積との比較によるペレットの合計細孔容積のパーセント。ｃ：細孔形状の種類に関する符号は以下の通りである。
Ａ：両端が開放している円筒状の細孔。
Ｅ：ボトルネック状の細孔。
【００２３】
【表４】

ａ：粉末の単位質量当たりの多点表面積との比較によるペレットの単位質量当たりの多点表面積のパーセント。
ｂ：粉末の合計細孔容積との比較によるペレットの合計細孔容積のパーセント。ｃ：細孔形状の種類に関する符号は以下の通りである。
Ａ：両端が開放している円筒状の細孔。
Ｅ：ボトルネック状の細孔。
【００２４】
実施例３
本実施例では、従来の方法で調製したＭｇＯおよびＣａＯと、エアロゲル調製のＭｇＯおよびＣａＯについて、面および細孔の特性を比較した。本実施例において、一部のサンプルは活性化の前にプレスし（すなわち、金属水酸化物をペレットにプレスし、ペレットを活性化した）、別の一部のサンプルは活性化の後に、プレスした（すなわち、金属水酸化物を活性化し、得られた酸化物をペレットにプレスした）。サンプルは上記のようにＳｔｏｋｅｓプレスを用いてプレスした。エアロゲル粉末は前記のように調製した。従来の粉末は、９９．９９％超高純度金属酸化物を過剰の脱イオン蒸留水で水和し、金属水酸化物を得るために窒素気流下で加熱し、マイクロ波で過剰の水を除去し、前記の実施例でエアロゲル金属酸化物を調製する際に使用したのと同一の条件で動的減圧条件で金属水酸化物を処理することにより調製した。面特性は実施例１で記載した手順で決定した。結果を表５に示す。
【００２５】
【表５】

【００２６】
表５のデータは、水酸化物をペレットの状態で活性化した場合に、より大きな単位質量当たりの表面積が得られることについて、さらなる証拠を提供する。これは、粉末での保存よりもむしろペレット成形での保存のほうが、水酸化物はその容積がより小さいことから都合良いという利益をもたらす。合計細孔容積に関して、ＭｇＯは同様の傾向を示すが、ＣａＯには反対の傾向を示す。但し、その差は小さく、より短い露出時間が調製方法を選択する上で主要な要因となると考えられる。全体的には、ペレット成形は単位質量当たりの表面積を保存し、容積を減少し、粉末の静電気特性を最小化し、吸着剤の取り扱いを容易にすることから非常に有益である。
【００２７】
実施例４
１．ＭｇＯペレットによるアセトアルデヒドの吸着
本実施例では、ＭｇＯペレットの吸着能力をＭｇＯ粉末と比較した。ＡＰ−Ｍｇ（ＯＨ）₂ 粉末を上記により調製し、熱で活性化してＡＰ−ＭｇＯにした。ＭｇＯペレットも上記により調製した（４，０００ｐｓｉでプレスし、ペレット成形後に活性化した）。吸着条件および手順は、粉末と同様に実施した。各々のサンプルを従来の再循環反応装置のＵ字管中に置いた。再循環ポンプを含む反応装置中で、吸着剤上を気体の状態のアセトアルデヒドを継続的に通過させた。サンプルを設定した時間間隔で採取し、汚染物質の含量を分析した。接触工程は約２４時間実施した。数回の施行例では、気体のアセトアルデヒドに空気を添加した。
【００２８】
２．結果および結論
図１には、粉末の、およびペレット成形体のＡＰ−ＭｇＯサンプルでのアセトアルデヒドの吸着を示した。２つのサンプルの吸着効率は２０時間に渡って非常に類似していた。ペレット成形体での吸着は、粉末サンプルでの吸着と同様に多量の熱を発生した。さらに、ペレットおよび粉末のいずれでの吸着においてもサンプルが暗橙色に変化した。これはペレット成形したＡＰ−ＭｇＯが粉末のＡＰ−ＭｇＯの表面特性を保持し、それにより粉末のＡＰ−ＭｇＯの吸着能力を保持していることをさらに示している。
【００２９】
実施例５
本実施例では、実施例４との組み合わせにより、ＡＰ−ＭｇＯペレットが従来の吸着剤である活性炭に比べて優れた吸着能力を有することを示す。実施例４で示したように、ペレット成形したＡＰ−ＭｇＯは粉末のＡＰ−ＭｇＯに匹敵する吸着能力を有している。本実施例では、粉末のＡＰ−ＭｇＯが吸着能力において活性炭よりも実質的に優れていることを示している。その結果、ペレット成形したＡＰ−ＭｇＯもまた、吸着能力において、活性炭よりも実質的に優れている。吸着条件および手順は実施例４と同様である。
図２に結果を示した。粉末のＡＰ−ＭｇＯは、活性炭よりも実質的に多くのアセトアルデヒドを吸着している。これは特に２０時間の時点で顕著である。既に示したように、ペレット成形したＡＰ−ＭｇＯは粉末のＡＰ−ＭｇＯに匹敵する面特性および吸着能力を有している。そのため、ペレット成形したＡＰ−ＭｇＯは、粉末のＡＰ−ＭｇＯの吸着特性を有すると共に、粉末のＡＰ−ＭｇＯでは見られなかった減容と取り扱い性の向上を実現した。以降の実施例において、粉末のＡＰ−ＭｇＯの結果をＡＰ−ＭｇＯペレットにも適用することができる。
【００３０】
実施例６
粉末のＡＰ−ＭｇＯ、ＣＰ−ＭｇＯおよびＣＭ−ＭｇＯのアセトアルデヒド吸着能力を空気存在下で分析した。各々のサンプルを従来の再循環反応装置のＵ字管に置いた。設定した時間間隔でサンプルを採取し、汚染物質の含量を分析した。接触工程は約２０時間実施した。
本実施例の結果を図３に示した。ＡＰ−ＭｇＯは短時間に渡って、室温下で１モル当たりアセトアルデヒドを１モル吸着した。吸着は発熱性でかなりの量の熱を発生した。固体サンプルの色は吸着前の白みがかった灰色から暗橙色へと劇的に変化した。ＡＰ−ＭｇＯとＣＰ−ＭｇＯサンプルでは吸着は急速で、活発であったが、ＣＭ−ＭｇＯサンプルでは発熱または色の変化はほとんど観察されなかった。
【００３１】
実施例７
本実施例では、空気への露出による、粉末のＡＰ−ＭｇＯの吸着能力への影響を活性炭との比較により決定した。以下のカテゴリーのサンプルについて分析を行った。
ＡＰ−ＭｇＯおよび市販の活性炭の新鮮サンプル、ＡＰ−ＭｇＯおよび市販の活性炭を２４時間空気に露出したもの、ＡＰ−ＭｇＯおよび市販の活性炭を１０日間空気に露出したもの、ＡＰ−ＭｇＯおよび市販の活性炭を６０℃オーブン中に１０日間保管したもの。
吸着手順は実施例６と同様に実施した。
図４に示す結果は、環境の差異は吸着プロセスにわずかにのみ影響していることを示している。さらに、個々の例において、ＡＰ−ＭｇＯは活性炭よりも多くのアセトアルデヒドを吸着していた。
【００３２】
実施例８
本実施例では、粉末のＡＰ−ＭｇＯのアセトアルデヒド以外の有機種の吸着能力を決定した。吸着能力は３種の市販の活性炭サンプルと比較した。吸着剤とプロピオールアルデヒドのモル比は１０：１であった。吸着条件および手順は気体の状態のプロピオールアルデヒドを大気圧で約２０時間循環させた点以外は実施例４と同様である。図５に示すように、ＡＰ−ＭｇＯはいずれの活性炭サンプルよりも多くのプロピオールアルデヒドを吸着した。実施例４に示すように、ペレット成形したＡＰ−ＭｇＯについても同様の結果が得られると考えられる。
【００３３】
実施例９
本実施例では、粉末のＡＰ−ＭｇＯのジメチルアミンの吸着能力を活性炭と比較した。吸着剤とジメチルアミンのモル比は１０：１である。吸着条件および手順は、気体の状態のジメチルアミンを大気圧で吸着剤上を約２０時間循環させた点以外は実施例８と同様である。図６に示すように、ＡＰ−ＭｇＯは活性炭サンプルよりも多くのジメチルアミンを吸着した。ペレット成形したＡＰ−ＭｇＯでも実質的に同様の結果が得られると考えられる。
【００３４】
実施例１０
本実施例では、粉末のＡＰ−ＭｇＯのアンモニアの吸着能力を活性炭と比較した。吸着剤とアンモニアのモル比は１０：１である。吸着条件および手順は空気存在下および空気非存在下で、吸着剤上に気体の状態のアンモニアを約２０時間循環させた点以外は実施例８と同様である。図７に示すように、ＡＰ−ＭｇＯは活性炭サンプルよりも多くのアンモニアを吸着した。アンモニアの吸着量はアルデヒドよりも少なかったが、吸着は速い速度で行われた。ペレット成形したＡＰ−ＭｇＯについても粉末のＡＰ−ＭｇＯと実質的に同様な結果が得られると考えられる。
【００３５】
実施例１１
本実施例では、粉末のＡＰ−ＭｇＯのメタノールの吸着能力を活性炭と比較した。吸着剤とメタノールのモル比は１０：１であった。吸着条件および手順は、空気存在下で吸着剤上に気体の状態のメタノールを約２０時間循環させた点以外は実施例８と同様である。図８に示すように、ＡＰ−ＭｇＯは活性炭よりも実質的に多くのメタノールを吸着した。メタノールの吸着量はアルデヒドよりも少なかったが、吸着は速い速度で進行した。ペレット成形したＡＰ−ＭｇＯについても、粉末のＡＰ−ＭｇＯと実質的に同様の結果が得られると考えられる。
【００３６】
実施例１２
ディスク造粒機を用いたペレット成形
直径約１０ｍｍの球状の粒子を作製するため、金属水酸化物粉末をＣｏｌｔｏｎ Ｍｏｄｅｌ ５６１回転湿式造粒機を用いて造粒させた。これらの粒子は少量の水を加えて造粒させた。微粒子の成長を開始するのに最小限必要な水を使用した。
水酸化物の微粒子は空気中または不活性ガス中で乾燥した後、活性化して酸化物とし、高い表面積を再生させた。これはＭｇ（ＯＨ）₂ を動的減圧条件下（１０^-2 Ｔｏｒｒ）で最高温度の５００℃まで６時間を要する温度上昇速度で加熱することにより実施した。
【００３７】
実施例１３
スプレー造粒を用いた金属酸化物粉末富化ＨＥＰＡフィルタの作製
Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓのｍａｒｋ２０ ＨＥＰＡフィルタを高表面積金属酸化物を用いて含浸させた。金属酸化物は、水または他の溶媒と混合した金属酸化物または金属水酸化物をフィルタ基体にスプレーすることで施与することができる。この手法では、水または溶媒の滴下物がフィルタ基体に付着し、フィルタに結合した粉末の多孔質層を形成する。水を使用した場合、酸化物から水酸化物への実質的な変換があるため、フィルターを活性化することが必要となる。酸化物に再活性化するために、真空下での処理を使用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ペレット成形したＡＰ−ＭｇＯでのアセトアルデヒドの吸着を粉末のＡＰ−ＭｇＯでのアセトアルデヒドの吸着と比較して表したグラフである。
【図２】 粉末のＡＰ−ＭｇＯでのアセトアルデヒドの吸着を活性炭でのアセトアルデヒドの吸着と比較して示したグラフである。
【図３】 粉末のＡＰ−ＭｇＯ、ＣＰ−ＭｇＯおよびＣＭ−ＭｇＯでのアセトアルデヒドの吸着を示したグラフである。
【図４】 空気に異なる時間露出した後の粉末のＡＰ−ＭｇＯおよび活性炭でのアセトアルデヒドの吸着を示すグラフである。
【図５】 大気圧の空気中での粉末のＡＰ−ＭｇＯおよび活性炭の市販のサンプルでのプロピオンアルデヒドの吸着を比較したグラフである。
【図６】 大気圧の空気中での粉末のＡＰ−ＭｇＯおよび活性炭でのジメチルアミンの吸着を比較したグラフである。
【図７】 空気への露出の有無いずれもついて、粉末のＡＰ−ＭｇＯおよび活性炭でのアンモニアの吸着を比較したグラフである。
【図８】 大気圧の空気中での粉末のＡＰ−ＭｇＯおよび活性炭でのメタノールの吸着を比較したグラフである。

Claims (22)

1. アルコール、アルデヒド、ジメチルアミンおよびアンモニアからなる群から選択される標的組成物を吸着する吸着剤用組成物であって、
   ＭｇＯ、ＣａＯ、ＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂、Ｖ₂Ｏ₅、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｎＯ、Ｍｇ（ＯＨ）₂、Ｃａ（ＯＨ）₂、Ａｌ（ＯＨ）₃、Ｚｎ（ＯＨ）₂およびこれらの混合物からなる群より選定される多数の微少結晶粒子の粉末の凝集体で形成される独立の塊よりなり、
   前記粉末の平均的な晶子の大きさが、２０ｎｍ以下であり、
   前記塊の単位質量当たりの多点表面積が、前記凝集前の前記粒子の単位質量当たりの多点表面積の少なくとも９０％であり、
   前記塊の密度が、０．２〜２．０ｇ／ｃｍ³である組成物。
2. 前記粉末がＭｇＯである請求項１に記載の組成物。
3. 前記粉末がＣａＯである請求項１に記載の組成物。
4. 前記粉末が５０ｐｓｉ〜６，０００ｐｓｉの圧力でプレスされている請求項１に記載の組成物。
5. 前記粉末が１，０００ｐｓｉ〜５，０００ｐｓｉの圧力でプレスされている請求項４に記載の組成物。
6. 前記粉末が２，０００ｐｓｉの圧力でプレスされている請求項５に記載の組成物。
7. 前記粒子がプレスされている請求項１に記載の組成物。
8. アルコール、アルデヒド、ジメチルアミンおよびアンモニアからなる群から選択される標的組成物を吸着する吸着剤用組成物であって、
   ＭｇＯ、ＣａＯ、ＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂、Ｖ₂Ｏ₅、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｎＯ、Ｍｇ（ＯＨ）₂、Ｃａ（ＯＨ）₂、Ａｌ（ＯＨ）₃、Ｚｎ（ＯＨ）₂およびこれらの混合物からなる群より選定される多数の微少結晶粒子の粉末の凝集体で形成される独立の塊よりなり、
   前記粉末の平均的な晶子の大きさが、２０ｎｍ以下であり、
   前記塊の全細孔容積が、前記凝集前の前記粒子の全細孔容積の少なくとも５０％であり、
   前記塊の密度が、０．２〜２．０ｇ／ｃｍ³である組成物。
9. 前記粉末がＭｇＯである請求項８に記載の組成物。
10. 前記粉末がＣａＯである請求項８に記載の組成物。
11. 前記独立の塊が前記粉末を５０ｐｓｉ〜６，０００ｐｓｉの圧力でプレスすることにより形成される請求項８に記載の組成物。
12. 前記粉末が１，０００ｐｓｉ〜５，０００ｐｓｉの圧力でプレスされている請求項１１に記載の組成物。
13. 前記粉末が２，０００ｐｓｉの圧力でプレスされている請求項１２に記載の組成物。
14. 前記粒子がプレスされている請求項８に記載の組成物。
15. ある量の請求項１の組成物の供給する工程と、前記組成物が少なくとも標的組成物の一部を吸着する条件で前記組成物と標的組成物を接触させる工程よりなる標的組成物の吸着方法。
16. 前記粉末がＭｇＯである請求項１５に記載の方法。
17. 前記粉末がＣａＯである請求項１５に記載の方法。
18. 前記標的組成物が気体の状態である請求項１５に記載の方法。
19. ある量の請求項８の組成物を供給する工程と、前記組成物が標的組成物の少なくとも一部を吸着する条件で、前記組成物を標的組成物と接触させる工程よりなる標的組成物の吸着方法。
20. 前記粉末がＭｇＯである請求項１９に記載の方法。
21. 前記粉末がＣａＯである請求項１９に記載の方法。
22. 前記標的組成物が気体の状態である請求項１９に記載の方法。

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