JPH0523591A - オゾンフイルターおよびその製造法 - Google Patents

オゾンフイルターおよびその製造法

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 圧力損失が少なくオゾン分解能が優れたオゾ
ンフィルターの提供。 【構成】 粒径0.3〜50μm、比表面積150m2/g以
上の微粉末状活性二酸化マンガンの水中分散液を空隙率
が70〜95%の無機繊維製紙からなる担体に含浸し、
上記担体に乾量基準で40g/m2以上の活性二酸化マンガ
ンを付着させたのち乾燥する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、活性二酸化マンガン触
媒を用いた高性能オゾンフィルターとその製造法に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】オゾンは人類にとって善悪2面の作用を
示す。すなわち、オゾンの強力な酸化能は殺菌、消毒等
に有用であって医療、食品などの分野で広く利用されて
いるが、一方では、オゾン自身の毒性に基づき、空気中
の濃度が0.1ppmを超えると呼吸器系に刺激を感じさ
せ、50ppm以上では生命に危険を及ぼす。したがっ
て、近年、静電式複写機などオゾンを発生する事務用機
器が普及してオゾン発生原因が増加するに伴い、空気中
のオゾンの簡単な分解法の開発が望まれるに至った。従
来、オゾン処理技術としては、活性炭吸着法、加熱分解
法、湿式法、および接触分解法などがあるが、接触分解
は安全性が高く、常温で実施可能であり、小規模実施も
容易であるなど、多くの点で有利である。周知のオゾン
分解触媒としては、二酸化マンガン系のもの(特開昭5
1−4094号、特公昭55−8456号、特開平1−
245850号等)のほか、ニッケル系のものがある
が、前者のほうがコスト面で有利である。
【0003】オゾン分解反応に限らず、気相接触分解反
応においては被処理ガスと触媒とを確実に接触させて高
い反応率を達成することが望まれる一方、それに伴う圧
力損失は最小限度に抑えなければならない。このような
両立させ難い課題を達成するには、触媒として高活性の
ものを使用するだけでなく、被処理ガスを触媒と接触さ
せる方法に留意する必要がある。空気中のオゾンを分解
する場合、オゾン濃度は極めて低いのが普通であり、し
かも、事務用機器等に組み込まれるオゾンフィルターで
は大きさや発生騒音レベルに対する制限が厳格であるか
ら、少量の触媒で大風量を高い反応効率で処理可能で圧
力損失も少ないものとすることは特に重要である。この
ような観点から、事務用機器には主としてハニカム構造
の担体に触媒を担持させたオゾンフィルターが使われて
いる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、きわ
めて高い空間速度で使用することができしかも圧力損失
が小さい、したがってオゾンを発生する事務用機器等に
取り付けてオゾン排出防止のために使用するのに適した
高性能オゾンフィルターを提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明が提供することに
成功したオゾンフィルターは、粒径が0.3〜50μmで
比表面積が150m2/g以上の微粉末状活性二酸化マンガ
ンが高空隙率の無機繊維製紙からなる担体に40g/m2
上の密度で固定されてなり、上記担体の残存空隙率が5
0〜85%であることを特徴とする。
【0006】本発明はまた、上記本発明のオゾンフィル
ターの製造法として、粒径が0.3〜50μmで比表面積
が150m2/g以上の微粉末状活性二酸化マンガンをバイ
ンダーと共に水中に分散させ、得られた活性二酸化マン
ガン水中分散液を空隙率が70〜95%の無機繊維製紙
からなる担体に含浸し、上記担体に乾量基準で40g/m2
以上の活性二酸化マンガンを付着させたのち乾燥するこ
とを特徴とする方法を提供するものである。
【0007】上述のように、本発明の特徴の第一は、粒
径が0.3〜50μmで比表面積が150m2/g以上の微粉
末状活性二酸化マンガンを触媒として用いたことであ
る。活性二酸化マンガン触媒自体は前述のように公知の
ものであるが、粒径が上記範囲内のものでないと、無機
繊維製紙からなる担体に多量に、且つ担体芯部まで均一
に担持させることが難しい。また、比表面積が150m2
/g以上でないと、他の要件を満足しても、オゾン分解能
の優れたオゾンフィルターは得られない。このような微
粉末状かつ比表面積の大きい二酸化マンガン触媒は、あ
りふれたものではないが、たとえば炭酸マンガンの水中
懸濁物に次亜塩素酸塩、過マンガン酸塩等の酸化剤の水
溶液を作用させ、生じた二酸化マンガンの沈殿を酸処理
し、さらにアルカリで中和する方法(特公昭55−84
56号)等により注意して調製すれば、容易に得ること
ができる。この製造法により得られる二酸化マンガン触
媒は、炭酸マンガンから二酸化マンガンを生成する過程
で発生する炭酸ガスにより多孔質のものとなり、大きな
比表面積を有する(マンガンの硝酸塩や硫酸塩の水溶液
を約300〜400℃に加熱して得られる二酸化マンガ
ンは比表面積が約50m2/g以下であり、また、電解二酸
化マンガンも、比表面積はせいぜい80m2/gである。)。
【0008】本発明の特徴の第二は、上述のような二酸
化マンガン触媒を高空隙率の無機繊維製紙からなる担体
に40g/m2以上、担持させたことである。このような高
密度の担持は、押出成形されたコーディエライト質担体
のように表面だけで触媒を担持する担体では不可能であ
り、約70〜95%という高い空隙率を有する無機繊維
製紙からなる担体を用いてその繊維間空隙にも触媒を充
填することにより初めて可能である。
【0009】二酸化マンガン触媒を担持させるのに特に
好ましい担体は、たとえば特開昭59−10345号公
報に記載されているような、アルミナ繊維、シリカアル
ミナ繊維、ガラス繊維、ロックウール等の無機繊維から
なり且つ70〜95%という高い空隙率を有する紙、お
よびこの紙を加工して得られたハニカム構造体である。
この種のハニカム構造体は、ニチアス株式会社からハニ
クルの商品名で市販されている。ここで空隙率とは、下
記の式から求められる値である。 空隙率(%)=(1−見かけの密度/真の密度)×10
0 紙の厚さは特に限定されるものではないが、最も適当な
のは約0.1〜0.4mmである。
【0010】無機繊維製紙からなるハニカム構造の担体
は、大風量の被処理空気を低い圧力損失で効率よく処理
するのに最適のものであり、低濃度オゾン含有空気を処
理する二酸化マンガン触媒の担体として優れている。ま
た、切断加工が可能であるから任意の形状と寸法のもの
を容易に製造することができ、落としても割れないとい
う特長がある。好ましいハニカム構造体は、有効表面積
8〜40cm2/cm3(特に好ましくは20〜40cm2/c
m3)、開口率50〜90%(特に好ましくは50〜70
%)のものである。
【0011】本発明の特徴の第三は、上述のような高空
隙率の無機繊維製紙からなる担体に二酸化マンガン触媒
を多量に担持させるにあたり、紙の繊維間空隙の一部は
空隙のまま残るようにして、残存空隙率、すなわち触媒
担持後に上記空隙率算出式に従って計算される空隙率を
50〜85%にしたことである。担体が高い空隙率を有
する紙からなることにより、粒径が0.3〜50μmの二
酸化マンガン粒子は紙を構成する無機繊維間の隙間に容
易に入り込むから、最終的に隙間が無くなるような触媒
担持をさせることは可能であるが、それでは芯部に入り
込んで固定された二酸化マンガン粒子まで被処理空気が
拡散することも困難になる。一部の空隙を残してそこを
被処理空気が流れるようにすることにより、充填された
触媒への空気拡散が容易になり、高密度に担持させた二
酸化マンガン触媒の利用率がよくなる。
【0012】本発明のオゾンフィルターを製造するに当
たり、高空隙率の無機繊維紙からなる担体に微粉末状活
性二酸化マンガンを担持させるには、活性二酸化マンガ
ンの懸濁液に無機質結合剤たとえばシリカゾル、アルミ
ナゾル、チタニアゾル、またはこれらの混合物、有機結
合剤たとえばポリビニルアルコール、塩化ビニリデン、
アクリルエマルジョン等を加えたものを浸漬または塗工
により担体に含浸し、乾燥すればよい。このとき、結合
剤の使用量は必要最小限度に制限することが望ましく、
過剰に使用すると二酸化マンガンの表面を覆って触媒活
性の低下を招く。一度に必要量の触媒を固定することが
困難な場合は、適量の触媒が固定されるまで、触媒含浸
処理と乾燥を反復する。
【0013】
【実施例】繊維径2〜3μmのシリカアルミナ繊維と少
量の有機質接着剤よりなる厚さ0.2mm、空隙率90%
の紙を、山高1.3mm、ピッチ2.8mmのコルゲート紙に
加工し、未加工の平らなものとコルゲート加工したもの
とを交互に重ね合わせ、接点をシリカ系接着剤で接着す
ることにより、セル数380セル/in2のハニカム構造
担体を得た。一方、硫酸マンガン水溶液と炭酸ソーダ水
溶液とを反応させて生じた沈殿を水洗、乾燥することに
より得られた炭酸マンガン1kgを水2000mlに懸濁さ
せ、60℃に加温して撹拌しながら少しずつ次亜塩素酸
ソーダ水溶液を加えた。これにより、炭酸マンガンは炭
酸ガスを発生しながら反応して黒色の二酸化マンガンに
変化した。反応完了後、生成した二酸化マンガンの沈殿
を濾過し、水洗して乾燥した。得られた二酸化マンガン
粉末は、比表面積が220m2/g、平均粒径が5μmであ
った。
【0014】上記二酸化マンガン粉末100重量部をシ
リカゾル(固形分30重量%)100重量部および水2
00重量部と混合し、得られたスラリーに上記ハニカム
構造担体(寸法:セル開口面100mm×100mm,通気
方向長さ15mm)を浸漬し、乾燥した。その後、上記浸
漬、乾燥をさらに1回繰り返すことにより、二酸化マン
ガン担持量が88g/m2、残存空隙率が70%のオゾンフ
ィルターを得た。
【0015】比較例1 触媒として比表面積45m2/gの市販の電解二酸化マンガ
ン粉末を使用したほかは実施例と同様にして、二酸化マ
ンガン担持量が93g/m2のオゾンフィルターを製造し
た。
【0016】比較例2 二酸化マンガンの担体としてコーディエライト質押出成
形ハニカム構造体(セル数400セル/in2)を使用した
ほかは実施例と同様にして、二酸化マンガン担持量が3
7g/m2のオゾンフィルターを製造した。
【0017】比較例3 実施例と同様にして製造したハニカム構造担体に硝酸マ
ンガン水溶液を含浸後、乾燥し、さらに350℃で焼成
した。この処理を2回繰り返すことにより、二酸化マン
ガン担持量が88g/m2のオゾンフィルターを製造した。
【0018】次に、上記各例のオゾンフィルターについ
て、下記の方法でオゾン分解能を調べた。 試験法:無声放電型オゾン発生機で除湿空気を処理して
得られたオゾン含有空気を清浄な空気で希釈して、オゾ
ン濃度1ppm、相対湿度40%の被処理ガスを調製す
る。この被処理ガスを、温度40℃、風速1.0m/sで、
ハニカム構造担体のセル開口面が通気方向に対して直角
になるように配置した上記オゾンフィルターに流し続
け、1時間ごとに、2時間経過後は2時間ごとに、出口
側空気を採取してオゾン分解率(次式による)を測定し
た。 オゾン分解率(%)=(入口オゾン濃度−出口オゾン濃
度)×100/入口オゾン濃度 測定結果を表1に示す。
【0019】 表1 オゾン分解率(%) 経過時間(H) 実施例1 比較例1 比較例2 比較例3 1 80 55 73 69 2 79 45 67 63 4 76 28 61 53 6 74 22 59 47 8 74 19 58 43 10 74 16 58 39
【0020】
【発明の効果】上述のように、本発明によれば従来のオ
ゾンフィルターよりも高活性かつ長寿命で圧力損失も少
ない高性能オゾンフィルターが提供される。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 粒径が0.3〜50μmで比表面積が15
    0m2/g以上の微粉末状活性二酸化マンガンが高空隙率の
    無機繊維製紙からなる担体に40g/m2以上固定されてな
    り、上記担体の残存空隙率が50〜85%であることを
    特徴とするオゾンフィルター。
  2. 【請求項2】 粒径が0.3〜50μmで比表面積が15
    0m2/g以上の微粉末状活性二酸化マンガンをバインダー
    と共に水中に分散させ、得られた活性二酸化マンガン水
    中分散液を空隙率が70〜95%の無機繊維製紙からな
    る担体に含浸し、上記担体に乾量基準で40g/m2以上の
    活性二酸化マンガンを付着させたのち乾燥することを特
    徴とするオゾンフィルターの製造法。
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