JPH06277451A - 気体中の有害成分の除去方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 膨潤性無機層状化合物を効果的に利用した気
体中の有害成分を加熱を伴わずに高率で除去することの
できる方法を提供する。 【構成】 この発明にかかる気体中の有害成分の除去方
法は、無機ピラーが層間に挿入された膨潤状態の無機層
状化合物に触媒が担持されてなる膨潤性無機層状化合物
が分散されている溶液に、有害成分を含む気体を通すこ
とにより、前記有害成分を除去するようにしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、気体中の有害成分を
除去する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、気体中の有害成分の除去方法とし
て、空気中の悪臭成分の除去方法、つまり脱臭方法が挙
げられる。一般の家庭で発生する悪臭成分としては、低
級アルデヒド、アンモニア、低級アミン、炭化水素、メ
チルメルカプタン、硫化水素などがある。

【０００３】空気中に含まれるこれら悪臭成分を除く脱
臭方法としては、吸着法、薬剤処理法、触媒法などがあ
り、一般的には、吸着法や触媒法が用いられており、特
に活性炭による吸着法が最も多い。しかし、前者の活性
炭による吸着法の場合には吸着容量に限界があったり、
アンモニア臭の除去には有効でないという問題がある。
一方、後者の触媒法の場合、脱臭効果の良いものでは３
００℃以上の高い温度で加熱する必要があり、いまひと
つ利用し易いものとは言えないのである。

【０００４】このような事情に鑑み、発明者らは、検討
を重ね、無機ピラーが層間に挿入された膨潤状態の無機
層状化合物を乾燥させてなる多孔体は、活性炭に比べ吸
着容積が大きいことを見いだしている。しかしながら、
優れた脱臭効果を得るには未だ不十分であった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、上記事情
に鑑み、膨潤性無機層状化合物を効果的に利用した気体
中の有害成分を加熱を伴わずに高率で除去することので
きる方法を提供することを課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、この発明にかかる気体中の有害成分の除去方法で
は、無機ピラーが層間に挿入された膨潤状態の無機層状
化合物に触媒が担持されてなる膨潤性無機層状化合物が
分散されている溶液に、有害成分を含む気体を通すこと
により、前記有害成分を除去するようにしている。

【０００７】以下、この発明をより具体的に説明する。
この発明の場合、まず有害成分を含む気体を通す溶液、
すなわち、無機ピラーが層間に挿入された膨潤状態の無
機層状化合物に触媒が担持されてなる膨潤性無機層状化
合物が分散されている溶液が必要となるが、この溶液
は、以下のようにして得ることができる。

【０００８】まず、膨潤性無機層状化合物を溶媒と混合
し、層間に溶媒を含ませた状態（膨潤状態）にして層間
間隔を拡げる。これで、層間への無機ピラー形成が容易
となる。膨潤時の無機層状化合物の層間間隔は、例え
ば、粘土系化合物の場合（粘土系化合物の０．８重量％
分散液）で１５０Å以上である。なお、Ｃａ−モンモリ
ロナイト、酸性白土など難膨潤性のものを用いる場合、
膨潤させる時に混練などにより強い剪断力を加えるのが
よい。

【０００９】ここで用いる膨潤性無機層状化合物として
は、特定の化合物に限定されないが、例えば、Ｎａ−モ
ンモリロナイト、Ｃａ−モンモリロナイト、酸性白土、
合成スメクタイト、Ｎａ−ヘクトライト、Ｌｉ−ヘクト
ライト、Ｎａ−テニオライト、Ｌｉ−テニオライトおよ
び合成雲母からなる群のうちの少なくとも１つが挙げら
れる。

【００１０】ここで用いる溶媒としては、特定の溶媒に
限定されないが、例えば、水、エタノール、メタノー
ル、ＤＭＦ（ジメチルホルムアミド）、ＤＭＳＯ（ジメ
チルスルホキシド）、アセトン等の極性溶媒等が挙げら
れる。これらは、それぞれ単独でまたは２種類以上併せ
て用いられる。一般には水を使うことが多い。続いて、
膨潤状態の無機層状化合物の層間に無機ピラーの形成を
行う。無機ピラーの形成に使われる無機ピラー材として
は、金属アルコキシド（金属アルコラートとも称す
る）、陽イオン性無機化合物、コロイド状無機化合物の
中から用いられる。これらは、それぞれ単独でまたは２
種類以上併せて用いられる。２種類以上併せて用いられ
る場合は、予め混合して同時に挿入する形としてもよい
し、一部を先に挿入した後で残りのものを挿入する形と
してもよい。

【００１１】金属アルコキシドとしては、Ｔｉ（ＯＲ）
₄ 、Ｃｄ（ＯＲ）₂ 、Ｚｎ（ＯＲ） ₂ 、Ｓｎ（Ｏ
Ｒ）₄ 、Ｗ（ＯＲ）₆ およびＺｒ（ＯＲ）₄ からなる群
の少なくとも１つを用いることができる。ここで、Ｒと
しては、Ｃ₂ Ｈ_{5 ,} ＣＨ_{3 ,} Ｃ₃ Ｈ ₇ などが挙げられ
る。陽イオン性無機化合物としては、チタン系化合物、
ジルコニウム系化合物および亜鉛系化合物からなる群の
少なくとも１つを用いることができる。コロイド状無機
化合物としては、チタニアゾルおよびジルコニアゾルか
らなる群の少なくとも１つを用いることができる。

【００１２】無機ピラー材として金属アルコキシドを用
いる場合、金属アルコキシドを水、アルコール等で希釈
し、酸性または塩基性の触媒を添加して、金属アルコキ
シドの加水分解と解膠を行う。この時に用いられる酸性
触媒としては、特に限定はされないが、たとえば、塩
酸、硝酸等が挙げられる。塩基性触媒も、特に限定はさ
れず、たとえば、アンモニア水、ピペリジン、水酸化ナ
トリウム水溶液等が挙げられる。これらの触媒を添加
し、充分に加水分解と解膠を行った溶液を、上記で膨潤
させた無機層状化合物の分散液に添加し、挿入（インタ
ーカレーション）反応させる。

【００１３】無機ピラー材として、陽イオン性無機化合
物を用いる場合、陽イオン性無機化合物を水、または、
水と親水性有機溶媒との混合溶媒等に添加して溶解さ
せ、得られた溶液を前記で膨潤させた無機層状化合物の
分散液に添加して、挿入反応させる。無機ピラー材とし
て、コロイド状無機化合物を用いる場合、表面がプラス
に帯電しているものはそのまま、マイナスに帯電してい
るものは陽イオン性無機化合物を添加して表面をプラス
に帯電させた後、前記で膨潤させた無機層状化合物の分
散液に添加して、挿入反応させる。

【００１４】なお、無機ピラー材として、金属アルコキ
シド、陽イオン性無機化合物およびコロイド状無機化合
物のうちの２つ以上を用いる場合には、これらを混合し
た後、前記で膨潤させた無機層状化合物の分散液に添加
することが好ましい。この挿入反応の際の反応温度や反
応時間は、特定の温度・時間に限らないが、好ましくは
それぞれ６０℃、１．５時間である。

【００１５】無機ピラー形成反応の場合、無機層状化合
物の層間に始めから最終的な無機ピラーの形で挿入され
る場合に限らず、無機層状化合物の層間に始めは最終的
な無機ピラーの形以外の状態で挿入され、その後、最終
的な無機ピラーの形となる場合もある。このようにし
て、膨潤性無機層状化合物の層間に対する無機ピラー材
の挿入反応を行い無機ピラー形成を行ったあと、無機ピ
ラーに対する金属触媒の担持を行う。金属触媒の担持方
法は、特定の方法に限定されず、たとえば、含浸法、沈
殿法、光デポジション法（光電着法）等が挙げられる。
無機ピラーへの金属担持を容易に行うためには、光デポ
ジション法が好ましい。光デポジション法を行う場合
は、無機ピラーとしては、チタニア、ジルコニア、酸化
スズ、酸化亜鉛、酸化タングステンおよび酸化カドミウ
ムなどの光半導体性を有するものを単独または併用する
ようにする。これに対し、金属触媒としては、白金、
金、銀、パラジウム、ルテニウム、ロジウム、銅、ニッ
ケル、マンガン、および、コバルトからなる群のうちの
少なくとも１つが挙げられる。

【００１６】光デポジション法による無機ピラーへの金
属触媒の担持は、例えば、次のようにして行う。まず、
無機ピラー材の挿入反応を終えた膨潤性無機層状化合物
が分散している液に金属触媒の原料となるもの（金属触
媒生成用物質）を含む溶液を添加し、紫外線を照射す
る。紫外線を照射することにより、光半導体性の無機ピ
ラーが励起され、電荷分離する。電荷分離により生じた
ホールと電子のうちの電子による還元析出作用で金属触
媒が粒子状に無機ピラーの表面に析出し担持される。

【００１７】挿入反応のあと、必要に応じて溶媒置換を
行ってから触媒担持することもある。無機ピラーと金属
粒子生成用物質とを同じ溶媒中に存在させ光デポジショ
ン法により金属粒子の析出担持を行う場合、溶媒とし
て、光デポジションの際の光照射で無機ピラーの表面に
生成するキャリアとの反応性が低い溶媒、例えば、アセ
トン、トルエン、ベンゼン等にするとよい。光デポジシ
ョンの際の光照射で無機ピラーの表面に生成するキャリ
ア（例えば、ホール）との反応性が低い溶媒の場合、金
属粒子析出反応の進行が妨げられることなく、速やかに
反応が進む。ホールとの反応性の高い溶媒の場合、金属
粒子の析出が溶媒中で起こり、肝心の光半導体性化合物
への金属粒子析出担持が阻害される。

【００１８】なお、紫外線照射の際、添加材として、エ
タノール、メタノール、酢酸、シュウ酸の少なくとも１
つを溶液に加えることが望ましい。これは金属粒子を効
率よく析出させられるからであり、無添加だと析出時間
が長くなる。この発明により得られた無機層状多孔体に
おける膨潤性層状化合物、光半導体性を示す無機ピラ
ー、および、金属粒子の割合は、特に限定されるわけで
はないが、普通、膨潤性層状化合物１００重量部に対
し、無機ピラー１０〜１５０重量部、金属粒子０．１〜
５．０重量部の範囲とされる。

【００１９】この後、普通、遠心分離等を利用した洗浄
を経て、水等の無機層状化合物が溶けたり変質したりし
ない溶媒に適当量分散させれば、無機ピラーが層間に挿
入された膨潤状態の無機層状化合物に触媒が担持されて
なる膨潤性無機層状化合物が分散されてなる溶液が得ら
れる。通常、この溶液１００重量％のうち無機ピラーの
挿入された触媒が担持されてなる膨潤性無機層状化合物
が０．１〜５重量％占めるようにするのがよい。溶媒と
しては、水やエタノールの他、アセトンなどが挙げられ
る。

【００２０】このようにして得た溶液に有害成分を含む
気体を通すのであるが、このとき紫外線を照射すること
が触媒の効能を高める上で非常に有効である。無機ピラ
ーが、チタニア、ジルコニア、酸化スズ、酸化亜鉛、酸
化タングステンおよび酸化カドミウムであり、これに析
出担持させた触媒が白金、金、銀、パラジウム、ルテニ
ウム、ロジウム、銅、ニッケル、および、コバルトの場
合は紫外線照射は触媒作用を発揮させる上で必須といっ
てもよい。紫外線照射がチタニア、ジルコニア、酸化ス
ズ、酸化亜鉛、酸化タングステンおよび酸化カドミウム
などを励起し触媒を間接的に活性化させるのである。

【００２１】溶液中を通す気体としては、アルデヒドを
含む空気、アンモニアを含む空気、アルデヒドおよびア
ンモニア、さらには加えて、低級アミン、炭化水素、メ
チルメルカプタン、硫化水素などの少なくとも一つを含
む空気が挙げられる。これらの含有化合物は触媒作用で
分解ないし酸化されたりして無害な物質となることで除
去されることになる。勿論、勿論、有害物質の一部は溶
液に溶解して除去されるようになることもある。

【００２２】この発明の場合、上記例示の態様に限ら
ず、触媒が無機ピラーの表面ではなく膨潤性無機層状化
合物の表面に析出担持したものであってもよいし、触媒
担持後、膨潤性無機層状化合物を乾燥させたのち水など
の溶媒に分散させて最終的な溶液を得るようであっても
よい。膨潤性無機層状化合物の乾燥には超臨界乾燥が適
当である。

【００２３】

【作用】この発明の場合、膨潤性無機層状化合物が分散
されている溶液に、有害成分を含む気体を通し、無機層
状化合物の層間などの担持触媒の働きで気体中の有害物
質が触媒の作用で酸化ないし分解されたりして無害な物
質となることにより有害成分が除去されることになる。

【００２４】この発明の場合、触媒の担持が適切であ
り、しかも、担持触媒は充分に触媒作用を発揮できる形
で用いられている。触媒は無機ピラーが層間に挿入され
た膨潤状態の無機層状化合物に対して担持されていて、
触媒は特定の箇所に偏ることなく広い範囲に分散して担
持されているため、触媒担持は適切な状態となってい
る。そして、触媒を担持した膨潤性無機層状化合物は溶
液に分散した層間が開いた形で用いられるため、層間な
どの触媒は加熱を伴わずとも充分に触媒作用を発揮する
ことが出来る。

【００２５】

【実施例】以下、この発明の実施例を説明する。 −実施例１− 塩化白金酸（Ｈ₂ ＰｔＣｌ ₆・６Ｈ ₂Ｏ）を１重量％で
水に溶かし、水溶液とした。

【００２６】一方、チタン酸イソプロポキシド〔Ｔｉ
（ＯＣ₃ Ｈ₇ ）₄ 〕を２Ｎ塩酸水溶液に加え、加水分
解、解膠を行い、透明なチタニアゾルを得た。これを、
予め水に分散しておいたＮａ−モンモリロナイト水溶液
（０．８重量％）に添加しチタニア挿入反応を行った。
なお、反応温度は、６０℃、反応時間は１．５時間であ
る。

【００２７】この反応液を遠心分離、水洗を繰り返し、
溶液のｐＨが略中性となったことを確認してから、先に
水溶液とした塩化白金酸と１０％酢酸を加え、紫外線を
３時間照射し、光デポジション法によるチタニアへの白
金の析出担持を行った。紫外線照射は、高圧水銀ランプ
を用いた。挿入反応の後、エタノールによる洗浄と遠心
分離を溶液が中性となるまで繰り返し行い、固形分のみ
を水に１％となるようにして溶液を得た。

【００２８】なお固形分での各成分の配合は、Ｎａ−モ
ンモリロナイト：チタニア：白金＝１：０．６：０．０
２５の割合（重量比率）であった。そして、図１にみる
ように、溶液に紫外線を照射しつつ、４０ｐｐｍのアセ
トアルデヒドを含む空気、１００ｐｐｍのＮＨ₃ を含む
空気それぞれ通して、アセトアルデヒドやＮＨ₃ の除去
率を測定し除去性能を評価した。測定結果を下記に示
す。

【００２９】−実施例２− 実施例１において、固形分を水でなくエタノールに分散
するようにした他は実施例１と同様である。 −実施例３− 実施例１において、Ｔｉ（ＯＣ₃ Ｈ₇ ）₄ の代わりにＺ
ｒ（ＯＣ₃ Ｈ₇ ）₄ を用いるようにした他は実施例１と
同様である。

【００３０】−実施例４− 実施例１において、Ｎａ−モンモリロナイトの代わりに
合成スメクタイトを用いるようにした他は実施例１と同
様である。 −実施例５− 実施例１において、白金の代わりにパラジウムを担持さ
せるようにした他は実施例１と同様である。

【００３１】−比較例１− 実施例１においてＮａ−モンモリロナイト水溶液を１．
０重量％のものを用い実施例１と同様に白金担持させた
あと固形分を熱風乾燥して無機多孔体を得て、これを容
器に入れ、紫外線を照射しつつ、４０ｐｐｍのアセトア
ルデヒドを含む空気、１００ｐｐｍのＮＨ₃ を含む空気
それぞれ通して、アセトアルデヒドやＮＨ₃ の除去率を
測定し除去性能を評価した。測定結果を下記に併記す
る。

【００３２】−測定結果− 実施例１ アンモニアの除去率９６％ アセトアルデヒ
ドの除去率９０％ 実施例２ アンモニアの除去率９２％ アセトアルデヒ
ドの除去率３０％ 実施例３ アンモニアの除去率９５％ アセトアルデヒ
ドの除去率６０％ 実施例４ アンモニアの除去率９７％ アセトアルデヒ
ドの除去率８８％ 実施例５ アンモニアの除去率９４％ アセトアルデヒ
ドの除去率４５％ 比較例１ アンモニアの除去率２２％ アセトアルデヒ
ドの除去率１５％ 上記の実施例１〜５と比較例１のデータを比べれば、実
施例の場合、触媒の酸化能力が顕著であり充分な有害物
質の除去性能を有しており、例えば、悪臭除去に有効で
あることが分かる。

【００３３】

【発明の効果】この発明の場合、触媒の担持が適切であ
り、しかも、担持触媒が充分に触媒作用を発揮できる形
で用いられているため、触媒の加熱を行わずとも気体中
の有害成分を高率で除去することがで出来、したがっ
て、この発明は非常に有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例での気体中の有害成分の除去を行うとき
の様子をあらわす概略説明図。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 無機ピラーが層間に挿入された膨潤状態
   の無機層状化合物に触媒が担持されてなる膨潤性無機層
   状化合物が分散されている溶液に、有害成分を含む気体
   を通すことにより、前記有害成分を除去するようにする
   気体中の有害成分の除去方法。
2. 【請求項２】 無機ピラーが、チタニア、ジルコニア、
   酸化スズ、酸化亜鉛、酸化タングステンおよび酸化カド
   ミウムのうちの少なくとも１つである請求項１記載の気
   体中の有害成分の除去方法。
3. 【請求項３】 膨潤性無機層状化合物が、Ｎａ−モンモ
   リロナイト、Ｃａ−モンモリロナイト、酸性白土、合成
   スメクタイト、Ｎａ−ヘクトライト、Ｌｉ−ヘクトライ
   ト、Ｎａ−テニオライト、Ｌｉ−テニオライトおよび合
   成雲母からなる群のうちの少なくとも１つである請求項
   １または２記載の気体中の有害成分の除去方法。
4. 【請求項４】 触媒が、白金、金、銀、パラジウム、ル
   テニウム、ロジウム、銅、ニッケル、マンガンおよびコ
   バルトからなる群のうちの少なくとも１つである請求項
   １から３までのいずれかに記載の気体中の有害成分の除
   去方法。
5. 【請求項５】 触媒が無機ピラーに担持されている請求
   項１から４までのいずれかに記載の気体中の有害成分の
   除去方法。
6. 【請求項６】 溶液に紫外線を照射した状態で有害成分
   を含む気体を通すようにする請求項１から５までのいず
   れかに記載の気体中の有害成分の除去方法。