JPH08257346A - 酸性ガス用吸着剤および脱臭エレメント - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 添着剤が担体の細孔を閉塞することなく均一
に担持され、従来にない優れた吸着性能を有する酸性ガ
ス用吸着剤または脱臭エレメントを提供する。 【構成】 表面に多数の水酸基を有する多孔性の金属酸
化物を担体とし、上記担体に、上記担体表面の水酸基と
化学的に結合しうる官能基と、酸性ガスを吸着しうるア
ミノ基を含有する有機珪素化合物を担持する。担体表面
の水酸基に有機珪素化合物が直接結合するので、添着剤
を均一に分散担持でき、担体の大きな表面積を有効に利
用して吸着性能を向上させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、空気清浄器用フィル
タ、脱臭シート、脱臭用装飾材等に利用され、酸性の臭
気成分を吸着、脱臭する酸性ガス用吸着剤および脱臭エ
レメントに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、各種臭気成分を吸着、除去す
るための吸着剤として、比表面積が大きく、また価格が
安いことから、活性炭が広く用いられている。また、こ
の活性炭を担体とし、その表面に臭気成分と反応しうる
官能基を有する物質（添着剤）を保持（添着）させたも
のがあり（特公平３−４１１８７号公報、特開平２−１
６００４２号公報等）、例えばアセトアルデヒド、硫化
水素等の酸性ガスを主体とする臭気成分を除去する場合
には、活性炭に酸性臭気を吸着する塩基性物質を添着し
て吸着性能を確保している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の吸着剤では、添着剤はそのほとんどが担体表面に物
理的に付着しているだけであり、添着剤を活性炭表面に
均一な厚さで担持させることは難しい。そのため、吸着
性能を上げようとして添着剤量を増加しても、図４に示
すように添着剤が活性炭の細孔を閉塞してしまい、添着
剤量の増加に見合う吸着性能の向上が見られないなど、
活性炭の広い表面積を有効に利用しているとは言い難か
った。一方、活性炭表面に添着剤を化学的に結合させた
ものも知られるが、もともと活性炭は表面の官能基の数
が少ないため、その効果は小さく、より高い吸着性能を
有する吸着剤の実現が望まれていた。

【０００４】しかして、本発明は、添着剤が担体の細孔
を閉塞することなく均一に担持され、従来にない優れた
吸着性能を有する酸性ガス用吸着剤または脱臭エレメン
トを提供することを目的とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者等は上記実情に
鑑み鋭意検討を行ない、表面に多数の水酸基を有する多
孔性の金属酸化物を担体とし、上記担体に、上記担体表
面の水酸基と化学的に結合しうる官能基と、酸性ガスを
吸着しうるアミノ基を含有する有機珪素化合物を担持し
てなる酸性ガス用吸着剤が、従来にない優れた吸着性能
を有することを見出した。

【０００６】本発明においては、表面に多数の水酸基を
有する多孔性金属酸化物を担体として使用する。このよ
うな金属酸化物としては、具体的には、多孔性のシリ
カ、アルミナ、チタニア、ジルコニア等が挙げられ、こ
れらの複合酸化物であってもよい。なかでもシリカが表
面の水酸基に富み、担体として望ましい。

【０００７】これらの金属酸化物は平均細孔径が１〜１
００ｎｍの範囲にあるものを用いるのがよい。平均細孔
径が１ｎｍに満たないと、添着剤によって細孔が閉塞さ
れ、表面に添着剤を均一に担持させることが難しく、１
００ｎｍを越えても、担体の表面積が小さくなるため酸
性ガスの吸着性能の改善に大きな変化は認められない。
好ましくは１〜１５ｎｍの範囲とし、酸性ガスの吸着性
能を大きく向上させることができる。なお、担体形状と
しては、粒状、粉末状等、種々のものが使用できる。

【０００８】本発明では、上記金属酸化物表面の多数の
水酸基を利用し、この水酸基を介して添着剤となる有機
珪素化合物を担体表面に固定する。添着剤としては、上
記金属酸化物表面の水酸基と化学結合しうる水酸基、ア
ルコキシ基等の官能基と、酸性ガスを吸着しうるアミノ
基を含有する有機珪素化合物が好適に使用され、具体的
には、３−アミノプロピルトリヒドロキシシラン、γ−
アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−アミノプロピ
ルトリメトキシシラン等の有機珪素化合物が挙げられ
る。

【０００９】上記担体に上記添着剤を担持させた本発明
の吸着剤を作製するには、まず、添着剤である有機珪素
化合物に水を加えて所定濃度（通常１〜１０重量％）の
水溶液を調製する。この水溶液に担体となる多孔性の金
属酸化物を加えてスラリーとする。この時、上記有機珪
素化合物１（ｇ）に対して多孔性金属酸化物を０．５〜
１０（ｇ）、好ましくは１〜２（ｇ）の割合で添加する
のがよい。次いで、得られたスラリーを室温で１０分〜
３時間程度、攪拌した後、濾過あるいは加熱による水分
蒸発により水分を除去して本発明の吸着剤とする。

【００１０】本発明では、上記吸着剤をさらに支持体に
保持せしめた脱臭エレメントとすることもできる。上記
支持体としては、具体的には、発泡ウレタン、ハニカム
状またはコルゲート状セラミックス、活性炭ペーパー等
が使用できる。支持体形状は特に制限されず、使用形態
に合わせて適宜選択し、あるいは吸着剤を保持せしめた
後、必要に応じて成形加工すればよい。このような脱臭
エレメントとすることで形状の自由度が増し、製品とし
ての用途が広がる。

【００１１】上記脱臭エレメントを作製する場合には、
上記吸着剤を作製する場合と同様にして有機珪素化合物
と多孔性金属酸化物を含むスラリーを作製し、攪拌した
ものにバインダーを添加する。この時、バインダー量が
少ないほど吸着性能はよくなる。一般的には、吸着性能
と支持体への吸着剤の保持性との関係から、上記担体１
（ｇ）に対しバインダー量を０．１５（ｇ）前後とする
のが好ましい。また、上記バインダーとしては、例え
ば、ポリビニルアルコール、アクリルエマルジョン、酢
酸ビニルエマルジョン、エチレン−酢酸ビニル共重合体
エマルジョン、メチルセルロース、アクリル−エチレン
共重合体エマルジョン、ウレタン系エマルジョン等が挙
げられる。このようにして得られたスラリー中に、上記
支持体を浸漬し、所定時間保持した後、支持体を引き上
げる。これを乾燥して脱臭エレメントとすればよい。

【００１２】

【作用】酸性ガスの吸着性能に最も影響を与えるのは、
吸着剤表面の塩基性官能基の数である。吸着剤単位重量
当たりの塩基性官能基数が多ければ多いほど、吸着でき
る酸性ガス分子数も増加し、ひいては吸着量、吸着速度
といった吸着性能も向上する。本発明の吸着剤は、表面
に多数の官能基（水酸基）を有する金属酸化物を担体と
し（図１参照）、上記水酸基を介して、塩基性官能基で
あるアミノ基を含有する有機珪素化合物を直接結合した
構造を有する。金属酸化物は、従来の活性炭に比べはる
かに多くの表面水酸基を有し（シリカで通常活性炭の１
００倍程度）、この水酸基と有機珪素化合物の官能基を
縮合反応により結合させることで（図２参照）、金属酸
化物の外表面および細孔内表面に、有機珪素化合物を均
一に分散担持させることができる。従って、金属酸化物
の細孔を閉塞することがなく、金属酸化物の大きな表面
積を有効に生かして、多量のアミノ基を付与することが
可能なため、従来の活性炭系吸着剤をはるかに越える多
量の酸性の臭気物質分子を吸着除去することが可能とな
る。

【００１３】

【実施例】以下、本発明を実施例により詳細に説明する
が、本発明は以下の実施例により何ら限定されるもので
はない。 （実施例１）有機珪素化合物として信越シリコーン
（株）製の３−アミノプロピルトリヒドロキシシラン２
００ｇを使用し、これを純水に添加、攪拌して得た水溶
液中に、富士シリシア（株）製のシリカゲル（平均細孔
径７ｎｍ）１ｋｇを加え、スラリーを作製した。このス
ラリーを室温で約１時間攪拌し、十分に添着処理を行な
った後、１２０℃で約２時間加熱して、水分を完全に除
去し、本発明の吸着剤を得た。

【００１４】上記のようにして得た吸着剤を、図３に示
す流通型測定装置内に配し、酸性ガスとしてアセトアル
デヒド（初期濃度：Ｐ₀ ）を流通させて、吸着剤通過後
のアセトアルデヒド濃度：Ｐをガスクロマトグラフで測
定し、アセトアルデヒドの吸着量を調べた。結果を下記
表１に示す。

【００１５】

【表１】

【００１６】（実施例２）平均細孔径が２．５ｎｍのシ
リカゲルを用いた以外は実施例１と同様の方法で吸着剤
を作製し、同様にして流通型測定装置を用いたアセトア
ルデヒドの吸着量の測定を行なった。結果を表１に併記
する。

【００１７】（実施例３）平均細孔径が１０ｎｍのシリ
カゲルを用いた以外は実施例１と同様の方法で吸着剤を
作製し、同様にして流通型測定装置を用いたアセトアル
デヒドの吸着量の測定を行なった。結果を表１に併記す
る。

【００１８】（比較例１）担体をクラレケミカル（株）
製の活性炭（商品名クラレコール ＰＮ−Ｗ５）に変更
した以外は実施例１と同様にして吸着剤を得た。同様に
して流通型測定装置を用いたアセトアルデヒドの吸着量
の測定を行ない、結果を表１に併記する。

【００１９】表１に明らかなように、実施例１〜３のい
ずれも、従来の活性炭を担体とした比較例１に比べてア
セトアルデヒドの吸着量が大きく向上している。また、
実施例１〜３の中では、シリカゲルの平均細孔径を７ｎ
ｍとした実施例１において、最もアセトアルデヒドの吸
着量が多くなっている。この理由は必ずしも明らかでは
ないが、本発明者等が平均細孔径と吸着量の関係につい
て調べたところ、平均細孔径１〜１５ｎｍの範囲で、６
〜７ｎｍ前後をピークとする山形のカーブが見られ、有
機珪素化合物の添着に際して好ましい細孔径が存在する
ものと思われる。なお、平均細孔径が１５ｎｍを越える
範囲では、平均細孔径の増加に伴い吸着量が緩やかに減
少する傾向が見られた。

【００２０】（実施例４）アミノ基を有する有機珪素化
合物として信越シリコーン（株）製の３−アミノプロピ
ルトリヒドロキシシラン２００ｇを使用し、これを純水
に添加、攪拌して得た水溶液中に、富士シリシア（株）
製のシリカゲル（平均細孔径７ｎｍ）１ｋｇを加え、ス
ラリーを作製した。このスラリーを室温で約１時間攪拌
し、十分に添着処理を行なった。一方、バインダーとし
て大日本インキ（株）製のエチレン−酢酸ビニルエマル
ジョン（商品名ＥＰ１１Ｌ）１５０ｇを純水に添加、攪
拌した水溶液を調製し、これを上記のようにして添着処
理したシリカゲルスラリー中に加えて、均一に攪拌し
た。このスラリー中に支持体として発泡ウレタンを浸漬
し、所定時間経過後、引き上げて乾燥し、水分をとばし
た。次いで、１２０℃で約２時間加熱して、水分を完全
に除去し、脱臭エレメントを得た。担持量は０．０６５
ｇ／ｃｃであった。

【００２１】得られた脱臭エレメントにつき、上記実施
例１と同様にして流通型測定装置を用いたアセトアルデ
ヒドの吸着量の測定を行なった。スタートから１５分後
のアセトアルデヒドの除去率（Ｐ／Ｐ₀ ＝脱臭エレメン
ト通過後のアセトアルデヒド濃度／アセトアルデヒド初
期濃度）を１パス除去率として下記表２に示す。

【００２２】（比較例２）担体をクラレケミカル（株）
製の活性炭（商品名クラレコール ＰＮ−Ｗ５）に変更
した以外は実施例４と同様にして脱臭エレメントを得
た。同様にして流通型測定装置を用いたアセトアルデヒ
ドの吸着量の測定を行ない、スタートから１５分後の１
パス除去率を測定した結果を表２に併記する。

【００２３】

【表２】

【００２４】表２に示されるように、比較例２に対し実
施例４ではアセトアルデヒドの除去率が大きく向上して
おり、本発明品が高い脱臭性能を発揮することがわか
る。

【００２５】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、表面に
多数の水酸基を有する多孔性金属酸化物を担体とし、こ
の水酸基に、アミノ基を含有する有機珪素化合物を化学
的に結合させることにより、担体表面に添着剤である有
機珪素化合物を均一に分散担持することができ、従来に
ない高い吸着性能を実現することができる。従って、家
庭用あるいは車両用の空気清浄器をはじめ、各種機器へ
の利用が期待され、酸性の臭気成分の吸着除去に優れた
効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の担体構造を示す模式図である。

【図２】金属酸化物表面の水酸基と有機珪素化合物の官
能基が縮合反応により結合した状態を示す図である。

【図３】本発明実施例において使用した流量測定装置の
構造を示す断面図である。

【図４】従来の担体構造を示す模式図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 門脇 覚 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内 (72)発明者 鈴木 誠 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面に多数の水酸基を有する多孔性の金
   属酸化物を担体とし、上記担体に、上記担体表面の水酸
   基と化学的に結合しうる官能基と、酸性ガスを吸着しう
   るアミノ基を含有する有機珪素化合物を担持してなるこ
   とを特徴とする酸性ガス用吸着剤。
2. 【請求項２】 上記金属酸化物がシリカである請求項１
   記載の酸性ガス用吸着剤。
3. 【請求項３】 上記金属酸化物の平均細孔径が１ｎｍ〜
   １００ｎｍである請求項１または２記載の酸性ガス用吸
   着剤。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３記載の酸性ガス用吸着
   剤を支持体に保持せしめてなることを特徴とする脱臭エ
   レメント。