JP7165669B2 - フィルタ - Google Patents
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Description
アルミニウム基材は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる。アルミニウム基材の形状は特に限定されず、板状のものでもハニカム構造体でもよいが、ハニカム構造体とすることが好ましい。すなわち、本発明のフィルタはハニカムフィルタであることが好ましい。なお、本明細書では、ハニカムフィルタは、ハニカム構造体であるアルミニウム基材の表面に吸着層を備えたフィルタのことを指す。ハニカムフィルタのセル数については、特に制限されず、例えば50~1500セル/インチ2とすることができる。
吸着層には、活性炭、マンガン酸化物、及びpHが3.0~6.5であるアクリル樹脂(以下、低pHアクリル樹脂という)が含まれている。アルミニウム基材の表面にアクリル樹脂を介して活性炭及びマンガン酸化物が担持されていることが好ましい。また、吸着層には、さらにアルカリ金属を含む水酸化物、炭酸塩、および炭酸水素塩からなる群より選ばれた1種以上の化合物(以下、アルカリ金属化合物という)が含まれていることが好ましい。
活性炭は、炭素材料を炭化または不融化した後、賦活することによって得られる。前記炭素材料として、例えば、黒鉛、鉱物系材料(褐炭、瀝青炭などの石炭系、石油または、石油ピッチなど)、植物系材料(木質、果実殻(ヤシ殻など)など)、高分子系材料(ポリアクリルニトリル、フェノール系材料、セルロースなど)などが挙げられ、中でもヤシ殻であることが好ましい。ヤシ殻を原料とする活性炭(ヤシ殻活性炭)は細孔を有しており、ヤシ殻活性炭の細孔は、シリカなどの細孔を有する一般的な無機原料と比較して小さい細孔の比率が多く、かつ、Na、Si、K、Ca、Fe等からなる灰分(不純物)も少ない。つまり、ヤシ殻活性炭は細孔が小さいために吸着した酸性ガス成分と細孔壁との間に分子間力が働き、吸着した酸性ガス成分を脱離させにくい。
マンガン酸化物としては、特に限定されず、酸化マンガン(II)(MnO)、三酸化二マンガン(III)(Mn2O3)、酸化マンガン(IV)(二酸化マンガン、MnO2)、酸化マンガン(II,III)(四酸化三マンガン、Mn3O4)等を用いることができるが、二酸化マンガンが好ましい。
吸着層にpHが3.0~6.5である低pHアクリル樹脂を用いることによって、高い酸性ガス除去性能と高い耐水性とを両立することができる。pHが3.0未満であると、酸性ガス除去性能が低下してしまう。また、pHが6.5を超えると、アルミニウム基材との親和性が低くなり、耐水性が低下してしまう。
アルカリ金属化合物は、アルカリ金属を含む水酸化物、炭酸塩、および炭酸水素塩からなる群より選ばれた1種以上の化合物であればよく、アルカリ金属を含む水酸化物としては、例えばNaOH、KOHなどが挙げられ、アルカリ金属を含む炭酸塩としては、例えばNa2CO3、K2CO3などが挙げられ、アルカリ金属を含む炭酸水素塩としては、例えばNaHCO3、KHCO3などが挙げられる。吸着層にアルカリ金属化合物が含まれることにより、酸性ガス除去性能をより一層高めることができる。アルカリ金属化合物は、単独または2種以上組み合わせて使用することができる。中でもアルカリ金属を含む炭酸塩であることが好ましく、K2CO3であることがより好ましい。
吸着層は、活性炭、マンガン酸化物、低pHアクリル樹脂、及びアルカリ金属化合物のみで構成されていることが好ましいが、前記以外のものが含まれていてもよく、例えば、ジルコニウム、銅、コバルト、銀、アルカリ金属の酸化物、アルカリ土類金属の酸化物などを含有してもよい。また、難燃性を付与するために、吸着層には、必要に応じて水酸化アルミニウム、メラミン等の非水溶性難燃剤を添加することもできる。前記非水溶性難燃剤はスラリー中においても粒子形状を保っており、表面被覆等による酸性ガス除去性能の低下を起こしにくいためである。また、水への浸漬時に溶出しないことから、フィルタが水に浸漬した場合であっても難燃性を維持することができる。
アルミニウム基材がハニカム構造体である場合、ハニカムフィルタに添着する吸着層の量(以下、添着量という)は、50~200g/Lであることが好ましく、より好ましくは100~150g/Lである。添着量が前記範囲内であることによって、ハニカムフィルタのセルに目詰まりが生じることなく、十分な酸性ガス除去性能が発現可能となる。
本発明のフィルタの製造方法については特に限定されない。例えば、活性炭、マンガン酸化物、低pHアクリル樹脂等が含まれたスラリーを作製し、そのスラリーにアルミニウム基材を浸漬し、その後乾燥させることにより、アルミニウム基材表面に吸着層を備えたフィルタを作製することができる。前記スラリーの固形分比率は、10~50%、好ましくは25~50%である。固形分比率が10%未満であるとアルミニウム基材表面に活性炭、マンガン酸化物、低pHアクリル樹脂等が十分に担持されないおそれがある。また、固形分比率が50%を超えると増粘してスラリーの流動性が低下して含浸できなくなるおそれがある。乾燥温度は、通常60~200℃、好ましくは100~150℃である。乾燥温度が200℃を超えると、スラリーが劣化するおそれがある。また、乾燥温度が60℃未満であると、乾燥時間が長くなるため、コストが高くなり、好ましくない。
アルミニウム基材上にスラリーの液滴を滴下し、アルミニウム基材と前記液滴との接触角を測定した。スラリーについては後述する。
サンプル(ハニカムフィルタ)をイオン交換水中に24時間浸漬した後、水中から引き上げて、浸漬処理前後の質量変化より吸着層からの脱落量[mg]を算出し、この吸着層の脱落量[mg]をサンプルの体積[cc]で割ることにより、サンプル1cc当たりの吸着層の脱落量[mg/cc]を算出した。
サンプル(ハニカムフィルタ)を直径26mm、高さ20mmにカットし、内径26mmのガラスカラム内にカットしたサンプルをセットし、二酸化硫黄ガス100ppmを含む温度25℃、相対湿度50%の空気を流量2.0L/minで流通した。ガラスカラム内の温度は25℃一定とした。ガラスカラムの入口、出口濃度を光音響ガスモニター1312(INNOVA社製)により、測定開始から1時間経過時までの二酸化硫黄ガスの濃度変化を連続的に測定した。そして、二酸化硫黄ガスの濃度変化を数値積分することにより1時間の二酸化硫黄ガス除去量[mg]を算出した。この二酸化硫黄ガス除去量[mg]をカットしたサンプルの体積[cc]で割ることにより、サンプル1cc当たりの二酸化硫黄ガス除去量[mg/cc]を算出した。
堀場製作所社製pHメーターでアクリル樹脂エマルジョンのpHを測定した。
ヤシ殻活性炭350g(BET比表面積:1800m2/g、粒径:13μm)、二酸化マンガン1300g(BET比表面積:200m2/g)、及びpHが3であるアクリル樹脂エマルジョン325g(アクリル樹脂の固形分:30質量%)を2300gのイオン交換水中に添加し、終夜撹拌し、十分に分散させ、スラリーを調製した。引き続いて、厚さ0.015mmのアルミニウム箔を基材としたハニカム構造体(断面:六角形、850セル/インチ2)を前記スラリーに浸漬し、前記スラリーがハニカム構造体内部に十分に浸透したことを確認してから、ハニカム構造体を引き上げた。エアーブローでハニカム構造体から余分なスラリーを吹き落とした後、乾燥機内で120℃3時間乾燥させることでハニカム構造体の表面に吸着層を備えたハニカムフィルタを得た。吸着層を備える前のハニカムフィルタの質量及び吸着層を備えた後のハニカムフィルタの質量からハニカムフィルタにおける吸着層の添着量を算出した結果、130g/Lであった。
pHが6であるアクリル樹脂エマルジョンを用いた以外は、実施例1と同様の方法にてハニカムフィルタを得た。ハニカムフィルタにおける吸着層の添着量は130g/Lであった。
pHが6であるアクリル樹脂エマルジョンを用いたこと及びイオン交換水中にさらに炭酸カリウム40gを添加したこと以外は、実施例1と同様の方法にてハニカムフィルタを得た。ハニカムフィルタにおける吸着層の添着量は133g/Lであった。
pHが2であるアクリル樹脂エマルジョンを用いた以外は、実施例1と同様の方法にてハニカムフィルタを得た。ハニカムフィルタにおける吸着層の添着量は130g/Lであった。
pHが10であるアクリル樹脂エマルジョンを用いた以外は、実施例1と同様の方法にてハニカムフィルタを得た。ハニカムフィルタにおける吸着層の添着量は130g/Lであった。
pHが10であるアクリル樹脂エマルジョンを用いたこと及びイオン交換水中にさらに炭酸カリウム40gを添加したこと以外は、実施例1と同様の方法にてハニカムフィルタを得た。ハニカムフィルタにおける吸着層の添着量は133g/Lであった。
Claims (3)
- アルミニウム基材と前記アルミニウム基材の表面に吸着層とを備えたフィルタであって、
前記吸着層は、活性炭、マンガン酸化物、及びpHが3.0~6.5であるアクリル樹脂のみからなり、
前記活性炭のBET比表面積は1500~3000m 2 /gであることを特徴とするフィルタ。 - 前記アルミニウム基材の表面に前記アクリル樹脂を介して前記活性炭及び前記マンガン酸化物が担持されている請求項1に記載のフィルタ。
- 前記アルミニウム基材がハニカム構造体である請求項1又は2に記載のフィルタ。
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