JPH02502799A - 分子ふるい構造体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 分子ふるい装置 本発明の対象は、請求の範囲第１項の前提概念に記載の分子ふるい装置である。

本発明の対象は、請求の範囲第８項から第１４項までに記載の分子ふるい装置の 使用方法である。

自然のまたは人工的なゼライトー分子ふるいは、無機または有機物質の混合物を 分離するため、すなわちガスおよび液体から不所望な混合物を除去するために適 している。今日におけるこの分子ふるいの一つの使用分野は、ガスと液体、例え ばアセトン、ブタン、ドルオール等の乾燥である。

分子ふるいは更に、空気から一酸化炭素、炭化水素、窒素、メタン等を除去する ために使用される。

分子ふるいは更に、イオン交換器にも使用される。

本発明における分子ふるいは、自然のまたは合成のゼオライトから構成すること ができる。この場合、合成のゼオライトは往々にして、自然のゼオライトと同じ 結晶構造を有する。自然のゼオライトの場合には、例えばアルミノケイ酸塩であ り、一般式％式％ を有する。この場合、Ｍｅはアルカリ金属（ｎ　＝　１）、普通ＮａまたはＫの イオン、もしくはアルカリ土類金属（Ｓｎ　＝１）、普通Ｃａ、まれにはＢａ、 　ＳｒおよびＭｇのイオンである。その、他はたいてい吸着剤／吸収剤である。

分子ふるいを用いて液状またはガス状媒体から分子を分離するメカニズムは吸着 によって行われる。

この場合、分子ふるいは吸着剤として作用し、その表面の大きさとエネルゲティ ック特性によって＠Ｌ着に影響を与える。イオン、分子または分子の集合物等、 すなわち吸着物の吸着は、両相の境界層のエネルゲティック特性によって生じる 。吸着された分子は吸着剤の内側表面に連続的に付着して被覆する。

従って、成る時間後に、それ以上の吸着を阻止する飽和状態となる。

ガスまたは液体からの濾過すべき分子の流入を可能にするため、あるいは分子ふ るいの大きな内側表面を利用可能にするために、従来の公知の分離プロセスには 、細孔が３オングストロームまたは３オングストロームよりも大きな分子ふるい だけが使用された。

細孔が２．６オングストロームのオーダーの自然の方沸石グループのゼオライト は分子ふるいとして使用されなかった。なぜなら、吸着すべきまたは吸収すべき 分子がその大きさのために方沸石−ゼオライドの一次細孔に侵入できないからで ある。最も小さな分子、すなわち水分子は約２．９オングストロームにすぎない （ベルリンのＶＥＢ　　Ｄｅｕｔｓｃｈｅｒ　　Ｖｅｒｌａｇｄｅｒ　Ｗｉｓｓ ｅｎｓｃｈａｆｔｅｎ　　の０ｔｔｏ　Ｇｒｕｂｎｅｒ　％　ＰａｖｅｌＪｉｒ ｕｅ　　およびＭｉｌｏｓ　　Ｒａ１ｅｋ共著のＭＯＬＥＫＵＬＡＩ？−５ＩＥ ＢＨの１５ｇ５年、第２７頁参照）公知の分子ふるいの不利な特性は、その内側 表面が直接的に負荷され、分子ふるいのタイプに応じて約２５％の吸着剤成分で もってそれ以上分子を受入れることができないことにある。

慣用の分子ふるいの内側表面の負荷は、周囲の空気との接触時に既に、あるいは 周囲空気に含まれる水分子によって行われる。従って、受入れ能力は二つの観点 から制限される。

そこで、本発明は対策を講じる。

本発明は、請求の範囲において特徴づけられているように、ガスまたは液体から 分子または顕微鏡でしか見えぬほど小さな微粒子を濾過するための分子ふるい装 置を提供するという課題を解決する。この分子ふるい装置の場合には、水分子も 濾過された分子も分子ふるいの内側表面を覆わない。

３オングストロームより小さな細孔（−成縮孔）を有する、担体材料に組み込ん だ分子ふるいにより、濾過すべき分子または微粒子を担体材料の細孔組織および 細管組織に入れることに成功した。３オングストロームよりも小さな細孔を有す る分子ふるいの内側表面は充分に開放されたままであり、静的な負荷（クーロン の引付け）を維持する。

担体材料の細孔組織と細管組織は、ファクタ１０００以上までは分子ふるいの細 孔よりも大きな横断面積を有する。比較的に大きなこの内側空間には、吸着剤の 静的な引付けが、負荷された他の粒子を担体材料の細管組織に引き込むために充 分でなくなる前に、多量の濾過すべき粒子を入れることができる。担体材料内に 存在する、搬送媒体として役立つ水は、入れられる負荷された粒子によって細管 から徐々に押し退けられる。従って、受入れ能力は一方では、ゼオライト材料の 引付は力に依存する。入れられた負荷粒子の大きさは量的な能力に対して実質的 に影響を与えない。

従って、このメカニズムはイオン化可能な高価値の粒子および微粒子、例えばウ ィルスにとって有利である。それによって、低価値の分子は細管組織からまたは 担体材料表面細孔を経て再び押し退けられる。従って、担体材料の細管横断面積 と表面細孔を適切に選択することによって、すなわち二次細孔組織と細管組織に よって制御される選択が可能である。

本発明による分子ふるい装置内の３オングストロームよりも小さな細孔を有する ゼオライトを、水っぽい媒体に使用することができるので、ウィルスまたは一般 的な病原菌を、液体例えば血液または血漿から・濾過することができる。

特に血液に使用するときには、吸着材料と多孔性担体材料からなる材料コンパウ ンドが予め水で負荷される。それによって、濾過すべき媒体から水を取り去るこ とができず、イオン化して捕らえることができる唯一の粒子を取り去ることがで きる。ガス状媒体内での使用の際には、担体材料中空室の予備負荷が不活性ガス によって行われる。

本発明による材料コンパウンドの他の利点は、吸着剤の吸着除去の際にエネルギ ーを節約できることにある。沈積した粒子が担体材料の細管組織内にのみ配置さ れ、ゼオライト材料の内側表面では吸着されないので、はるかに少ないエネルギ ーによって、従って低い温度によって、再生または洗浄が達成可能である。それ によって、担体材料の選択は簡単化される。すなわち、担体材料としては、きわ めて大きな表面を有し、それによって再使用可能な材料コンパウンドのための大 きな活動性を有する、繊維の形をした合成樹脂を使用することができる。

燃えない多孔性担体材料、例えば石、軽石、アルミナ、発泡金属等に複合化され た、３オングストローム以下の吸着剤は、内燃機関の排気を浄化するために使用 可能である。この場合、再生は洗浄によって可能である。

本発明の他の有利な実施形では、細孔が３オンゲスドームよりも大きく、かつ例 えば貼り付けられた慣用のゼオライトを使用する場合に、３オングストロームよ りも大きなゼオライト細孔に、水分子を通さないフィルムまたは皮質を張ってこ の細孔を閉鎖し、それによって水分子の流入を阻止すると、同様の結果が得られ る。皮質は金属、例えばアルミニウムからなっている。それによって、ゼオライ トまたは分子ふるい特有の引付は力が、担体材料の細管組織に沈着した水分子に よって無くなることがない。

３オングストロームよりも大きな細孔を有する分子ふるい粒子の吸着／吸収力は 、３オングストロームよりも小さな細孔を有するゼオライトの場合と同様に維持 される。

従って、本発明による材料コンパウンドは活性炭と比較して、活動性と容量がは るかに大きく、吸着除去（再生）時のエネルギーコストが少なく、そして形状安 定性が良好である。材料コンパウンドは活性炭の代わりに、例えば胃液／腸液内 にある、ウィルス、バクテリア等のような微粒子を受入れるために、カプセルま たは錠剤の形で服用可能である。コンパウンドに磁気的な硬質の添加物を加える ことにより、コンパウンドは浄化すべき媒体内の搬送区間を通過した後、捕らえ た微粒子と共に再び簡単に除去可能である。

本発明による製品の大きな活動性は繊維の形で得られる。なぜなら、繊維は単位 重量当り非常に大きな表面積を有し、それにもかかわらず例えばフリースの形で は液状およびガス状媒体内で簡単に操作可能であるからである。

他のコンパウンドが添加されている繊維切片の形態では、本発明による材料は例 えば生物の血路内で循環させ、続いて、付加的な成分を磁気的に捕らえることが できる場合には、適当な手段、例えば磁場によって再び循環から取出すことがで きる。付加的な成分が特に引付は力を持たないので、循環路内での集結が回避さ れる。

本発明による材料コンパウンドを、特に吸湿性の液体、軟膏またはクリームと結 合することによって、傷口への病原菌の侵入が阻止され、同時に傷口にある病原 菌が傷口から排除される。

実施例に基づいて本発明の詳細な説明する。

第１図はゼオライトを組み込んだ繊維を非常に拡大して示す図、 第２図は（繊維切片の形をした）合成の殺菌セルを約１万倍に拡大して示す図、 第３図は細孔の大きさが３オングストロームよりも大きなゼオライト粒子を備え た（負荷状態の）繊維の横断面図、 第４図は細孔の大きさが３オングストロームよりも小さなゼオライト粒子を備え た（負荷解除状態の）繊維の横断面図、 第５図は第４図の繊維中の細孔または細管を拡大して示す図である。

第１図には繊維１の一部が示しである。この一部には、微細な粉末または顆粒の 形をしたゼオライト２が組み込まれている。担体組織、すなわち繊維１を作る材 料へのゼオライト２の組み込みは本発明の対象ではない、繊維１を紡ぐときにゼ オライト２を付加する方法はいろいろな方法がある。

繊維１自体は、開放孔構造の多孔性材料からなっている。これは水および水蒸気 の受入れと放出を可能にする。水蒸気を受入れる、ゼオライト２を持たない繊維 １は公知である。このような繊維１を製造するための方法は例えばヨーロッパ特 許第００２９９４９号明細書および定期刊行物である化学繊維／繊維工業の３１ ／８２　（１９８１年第１１２〜１１６頁）に説明されている。

細孔３と細管４が約１０００ｎｓの横断面積を有するこのような繊維ｌに、−火 線孔大きさが３オングストロームよりも大きなゼオライト部分２が組み込まれる と、周囲からのウィルス、バクテリアのような微粒子５や分子６を濾過すること ができる。この微粒子や分子は担体材料の表面の細孔（二次細孔）３を通って担 体材料内に侵入することができ、ゼオライト２の引付は力によって引付は可能で ある。約２．９オングストロームの水の分子６が、組み込まれた慣用の３−オン グストローム−ゼオライトタイプの（−次）細孔１３よりも小さいかまたは３− オングストローム−ゼオライトタイプよりも大きく、細孔１３を通ってゼオライ ト２の内側表面に達するので、水分子によって短時間で負荷され、自由な雰囲気 または液状媒体内の自由な液状またはガス状相内への有効な使用は行われない。

慣用の分子ふるい顆粒の引付は力は、その−状綿孔１３を介しての分子の沈着、 すなわち吸着によって、最大負荷、すなわち約２５重量部までの負荷まで自由雰 囲気内で絶えず迅速に減少する。

今、本発明に従って、第４図に示すように、細孔の大きさが３オングストローム よりも小さな、例えハフ。６オングストロームのゼオライト２が繊維１に組み込 まれると、多孔性繊維１の細管４を通って入る分子、微粒子等は、組み込まれた ゼオライト粒子の近くの範囲までしか侵入することができない、これに対して、 −状綿孔１３への侵入は不可能である。

水分子も方沸石グループのゼオライト２の一次細孔直径（例えば２．６オングス トローム）を負荷しない（第５図参照）、これにより、ゼオライト２の引付は力 は充分に維持され、そして特にナノメータ／ミクロン範囲で大きさが選択される 担体材料の二次細孔組織が、イオン化して捕らえることができる多量の粒子、分 子、バクテリア、ウィルス等を受入れて保持することができる。担体材料細管４ が負荷されている場合にも、ゼオライト結晶の引付は力が維持されるので、分極 部で、高価の粒子が例えば水で負荷された細管組織を通って浸透可能である。水 の対応する部分が外側へ押し出される。吸着するものと吸着されるものがバラン スすると初めて、それ以上の負荷が停止される。ゼオライト材料を合成樹脂と結 びつけると、アルカリ性のゼオライト材料（ＰＨ約１１．５）をアルカリに敏悪 な物質内で使用することができる。なぜなら、洗浄すべき媒体、例えば食品分野 や衛生分野の媒体との直接的な接触が型止されるからである。そのための担体物 質としては、例えばポリアミド、ポリアクリル、活性炭が適している。

耐熱的な使用については、土または金属が適している。

本発明によるメカニズムは、フィルムまたは皮によって水分子を漏らさないよう に細孔１３を覆うかまたは閉鎖することにより、３オングストロームよりも大き な細孔を有する慣用のゼオライト２でもってほぼ達成可能である。それによって 、ゼオライトまたはマイクロふるい特有の引付は力は、担体材料の細管組織に沈 着される水分子によってもはや無くならない、吸着力／吸収力は３オングストロ ームよりも小さな細孔を有するゼオライトの場合のように維持される。

既に上記において示唆したように、例えば２ミクロンの大きさの例えばバクテリ アまたは例えば８〜４００ｎ−の大きさのウィルスを、液体またはガス相から分 離するごとができる。特にウィルスは強く負荷された表面を有し、それによって 担体材料に結びつけられた吸着剤によって担体材料の（二次）細管組織に引き入 れられる。水分子がゼオライトの一次細孔に入らないので、ウィルスは担体材料 の細管組織内で遅滞する。水分子は続いて、ゼオライトによって引きつけられた 粒子によって再び担体材料の細管組織からその表面細孔を経て徐々に押し退けら れる。

その結果、水は搬送媒体としての働きをする。水を前もって負荷した担体材料に よって、いろいろな粒子、バクテリア、ウィルスおよび殺虫剤を周囲から引きつ けて沈着することができる。

例えば、繊維と本発明による分子ふるい装置とから作ったフリースを備えたロマ スクおよび鼻マスクを、ライスルやバクテリア等の侵入に対するフィルタとして 製作することができ、それによって気道による感染（インフルエンザ、鼻風邪、 腺感染およびルツ感染のような冠惑染）および他の感染（痘痕、風疹、野性痘痕 、流行性耳下腺炎、麻疹等）を型止することができる。前記のフィルタによって 、くしゃみのときに小滴に付いたウィルスを補集し、保持することができる。

本発明による織物繊維、脱脂綿またはフリースは、綿の詰物、呼吸保護マスク、 および換気装置と空調装置のフィルタとして使用可能である。

多孔性担体材料に組み込むことによって、ゼオライト材料のアルカリ特性が浄化 すべき物質に対して影響を与えないので、血液や血漿に含まれるバクテリア、ウ ィルス等のような粒子を除去することができる。その際、血液や血漿は適当に準 備された繊維材料を充填したホースに通され、通過後再び人間または動物の体に 戻される。

硬質の磁気的な金属材料、例えば（ＭｅＣＯ３＋Ｆｅ０３）がコンパウンドに混 入されると、浄化すべき液体内で循環するコンパウンド粒子、例えば繊維切片の 形をしたコンパウンド粒子をくいとめて再び排出することができる。従って、こ の繊維切片は殺菌セルの作用を有する。この殺菌細胞は液体中にそれと共に浮遊 する粒子（ウィルス、バクテリア等）を捕まえる。このような殺菌セルは例えば 多孔性材料で作られた、本発明の分子ふるい装置による繊維切片からなっている ０合成のゼオライト結晶の細孔（−火線孔）は直径が３オングストローム以下、 例えば２．６オングストロームである０合成の繊維は直径が例えば１０００ナノ メータの細孔組織を存する。繊維切片自体は直径が約８ミクロンで、長さが８〜 １０ミクロンで・ある、従って、大きさはほぼＴ４−補佐リンパ球ようにＭｅＣ Ｏ３とＦｅＯ３を添加することができ、しかも予め燃焼または予め焼結させ、約 ０．２　ミクロンの粒子の大きさに粉砕した材料の形で添加することができる。

この繊維切片は液体、例えば血路または血漿保存液に入れられ、成る時間経過後 磁場で再び除去される。

除去のために、硬質磁気的な粒子を備えた（従って捕らえることができる）繊維 切片と材料組成が同じである繊維フリース材料を使用することができる。

この場合しかし、繊維フリース材料は付加的に磁化され、流通時に磁気的に捕ら えることができる繊維切片を保持する。

有機的な液体中だけでなく、液状食品を濾過するためにも使用可能である。この 場合、繊維／繊維切片には、必要なときには、その使用の前に水を無菌的に加え られる。

上記の合成殺菌セルは、血路を通過した後、例えば真空技術によって材料コンパ ウンドから抽出される場合には、公知のおよび公知でない病原体／ライスル型を 隔離するために使用可能である。勿論、合成の殺菌セルはリンパ系に局所的に挿 入可能である。

大きさの比率を理解しやすくするために、第２図は合成の救国セルを約１万倍に 拡大して示す。

ウィイルス、バクテリア等を捕らえるための上記の用途と共に、材料コンパウン ドは内燃機関の排気ガスを浄化するために、適当な形、例えばアルミナのような 耐熱性担体材料を備えた形で使用することができ、例えば消音器の出口のところ でまたは別個の交換部品として使用可能である。

本発明による材料コンパウンドからなるフィルタは、建物や車両の空調装置や換 気装置にも、また家庭用集塵機にも使用可能であり、粉塵粒子の濾過だけでなく 、健康に有害な病原体（ウィルス、バクテリア等）の濾過を行うことができる。

なぜなら、−火線孔が約２．６オングストロームであるそのゼオライト材料成分 が、常にいたるところに存在する水分子によって直接負荷されないで、水分子が 作用しなくなるからである。

更に、白面菌につながる胞子の沈着を阻止するために、靴の中のインサートとし て使用することができる。

更に、車両空気圧縮ブレーキの空気乾燥のために材料コンパウンドを使用するこ とができる。それによって、−火線孔の大きさが３オングストロ一ム以上である 慣用のゼオライト顆粒と比べて、湿気の吸収能力が約４倍となるかまたははるか に小さな容積で作業することができる。

更に、例えば繊維先端の形で絶縁ガラススペーサに使用される。この繊維先端の 繊維は材料コンパウンドから作られる。

材料コンパウンドによって作られたインサートを容器の蓋に使用すると、内容物 を湿気から保護したり、内容物を除湿する働きがある。

繊維の形をした本発明による材料コンパウンドの用途は更に、濾過マット、手術 用布地、ハンカチ、おむつおよび他の衛生品の製作である。ハンカチ材料（セル ロース）に加工された繊維は、それについた湿気から、ウィルス等のような伝染 する粒子を引き離す。従って、再使用時のハンカチによる従来の感染蔓延が非常 に少なくなる。同様に、衛生分野の他の布やタンポンに本発明による繊維を添加 することができる。

工業用装置の場合には、材料コンパウンドを使用することによって、水に含まれ る殺虫剤等を水から除去することができる。この場合、濾過材料コンパウンドの 再生は、上述のように、少ないエネルギーコストで可能である。

材料コンパウンドの他の使用例は、植物へのウィルスの包み込みである。繊維切 片としての材料コンパウンドが例えば果実ワックスと混合され、噴霧によって植 物に塗布されると、タバコが例えばタバコモザイク病−桿菌やウィルスから保護 される。

補正書の翻訳文提出書 （特許法第１８４条の７第１項） 平成１年９月６日

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. １．分子、または顕微鏡でしか見えぬほど小さな微粒子および粒子をガスおよび 液体から濾過するための分子ふるい装置において、分子ふるい材料が多孔性の担 体材料に結合され、分子ふるい材料の一次細孔が、水分子とガス分子の吸着／吸 収を行わずかつ分子ふるい材料の内側表面の直接的な負荷を生じないような性質 を有することを特徴とする分子ふるい装置。
2. ２．分子ふるいの細孔の大きさが３オングストロームよりも小さく、分子ふるい が３オングストロームよりも大きな細管と細孔を有する多孔性担体材料に組み込 まれていることを特徴とする、請求の範囲第１項記載の分子ふるい装置。
3. ３．分子ふるいが方沸石グループのゼオライトであり、このゼオライトの細孔ま たは細管の大きさが約２．６オングストロームであることを特徴とする、請求の 範囲第２項記載の分子ふるい装置。
4. ４．分子ふるいの細孔お大きさが３オングストローム以上であり、分子ふるい粒 子または顆粒の表面の細孔と細管が水分子を通さないフィルムまたは皮質によっ て閉鎖されていることを特徴とする、請求の範囲第１項記載の分子ふるい装置。
5. ５．フィルムまたは皮質が金属からなっていることを特徴とする、請求の範囲第 ４項記載の分子ふるい装置。
6. ６．材料コンパウンドが繊維状に形成されていることを特徴とする、請求の範囲 第１項から第５項までのいずれか一つに記載の分子ふるい装置。
7. ７．担体材料が耐熱性の物質からなることを特徴とする、請求の範囲第１項から 第６項までのいずれか一つに記載の分子ふるい装置。
8. ８．液状またはガス状媒体内に含まれる分子、微粒子および他の粒子を濾過およ び／または選別するために、液状またはガス状媒体に使用される、請求の範囲第 １項から第７項までのいずれか一つに記載の分子ふるい装置の使用方法。
9. ９．分子ふるい装置にマーキング媒体が複合化され、このマーキング媒体が液体 またはガスからの認識および／または再除去を可能にする、請求の範囲第８項記 載の分子ふるい装置の使用方法。
10. １０．液体流またはガス流内に含まれる粒子を除去するために、液体流またはガ ス流内の液状またはガス状媒体のためのフィルタとして使用する、請求の範囲第 １項から第７項までのいずれか一つに記載の分子ふるい装置の使用方法。
11. １１．ウィルス、バクテリア等を血液または血漿から除去するために使用する、 請求の範囲第９項または第１０項記載の分子ふるい装置の使用方法。
12. １２．マット、手術用布地、ハンカチ、包帯材料および衛生品のような繊維品物 に使用する、請求の範囲第１項から第７項までのいずれか一つに記載の分子ふる い装置の使用方法。
13. １３．傷口を洗浄するために吸湿性の液体、軟膏またはクリームに使用するかま たは周囲の空気からの病原菌を遠ざけるために、葉の表面に塗るための植物保護 材として使用する、請求の範囲第１項から第７項までのいずれか一つに記載の分 子ふるい装置の使用方法。
14. １４．胃液から微粒子、ウィルス、バクテリア等を受け取るための錠剤またはカ プセルとして使用する、請求の範囲第１項または第７項までのいずれか一つに記 載の分子ふるい装置の使用方法。