JPH1099685A

JPH1099685A - 脱臭触媒及びその製造方法

Info

Publication number: JPH1099685A
Application number: JP8256849A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Kamiya; 豊紙谷; Hideji Yanase; 秀治柳瀬; Satoru Koide; 哲小出; Taketoku Hirano; 竹徳平野
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1996-09-27
Filing date: 1996-09-27
Publication date: 1998-04-21

Abstract

(57)【要約】【課題】常温での吸着量が多く、加熱時の酸化分解活
性が高く及び耐熱性の高い脱臭触媒を提供することを課
題とする。【解決手段】本発明の脱臭触媒は、ケイ素、アルミニ
ウム、チタン又はジルコニウムから選択される元素を少
なくとも１つ含むアルコキシ化合物の有機溶媒溶液に活
性炭を添加し、次いで前記溶液にマンガンの有機化合物
又は無機塩の水溶液を添加した後ゲル化させ焼成するこ
とにより得られ、酸化マンガンを含む前記アルコキシ化
合物由来の酸化物で活性炭の表面が少なくとも一部被覆
されていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、脱臭触媒及びその
製造方法に関する。更に詳しくは、本発明は、経時的に
触媒温度を交互に低温と高温に切り換えることにより大
気中の臭気物質を除去する脱臭触媒及びその製造方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】産業の発達に伴って、環境汚染防止対策
の必要性が叫ばれるようになって久しいが、近年はより
快適な住環境への要求が強まりつつあり、適用性に優れ
た高度な環境浄化技術が必要になりつつある。この環境
浄化技術において、特に脱臭技術は重要な位置を占めて
いる。

【０００３】脱臭技術に使用される脱臭装置としては、
例えば活性炭、オゾン及び臭気分解触媒を使用した装置
が知られている。活性炭を使用した装置では、ハニカム
状に成形された活性炭表面の微細孔に臭気を拡散又は循
環させることにより臭気と活性炭を接触させ、臭気成分
を微細孔に物理吸着させて脱臭が行われている。

【０００４】また、オゾンを使用した装置では、オゾン
の酸化能力により臭気成分を分解させて脱臭を行い、オ
ゾンで分解されなかった残りの臭気成分を酸化マンガン
等で吸着することにより脱臭が行われている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、活性炭
は臭気成分を吸着することにより脱臭を行うため、使用
時間が経過するに従って吸着量が増加し、最終的に吸着
飽和となり脱臭効果がなくなり、交換する必要がある。
また交換せずに放置すると、この活性炭が逆に臭気発生
源となる。臭気分解触媒は常温での分解速度は極めて遅
く、その脱臭効果はほとんどが吸着によるものであり、
上記活性炭と同様に脱臭効果が低下する。

【０００６】一方、オゾンを使用した装置は、その装置
自体の構造が複雑であり、コストが高くなるという問題
があった。

【０００７】

【課題を解決するための手段】ここで、臭気成分の吸着
後に加熱により臭気成分の酸化分解を行うことができれ
ば、脱臭触媒の再生を行うことができる。従って、常温
での吸着力を有し、加熱により再生させることができる
脱臭触媒が望まれていた。その脱臭触媒に要求される条
件として、常温での吸着量が多いこと、加熱時の酸化分
解活性が高いこと及び耐熱性が挙げられる。一般に吸着
材として使用されている活性炭は、吸着力が大きいが、
耐熱性に劣るという欠点を有している。本発明の発明者
等は、活性炭の耐熱性を向上させ、かつ上記条件を満た
す脱臭触媒について、活性炭をケイ素等の元素を含むア
ルコキシ化合物から由来する酸化物と酸化マンガンの混
合物で少なくとも一部被覆することにより、上記条件を
満たす脱臭触媒を得ることができることを見いだし本発
明に至った。

【０００８】かくして本発明によれば、ケイ素、アルミ
ニウム、チタン又はジルコニウムから選択される元素を
少なくとも１つ含むアルコキシ化合物の有機溶媒溶液に
活性炭を添加し、次いで前記溶液にマンガンの有機化合
物又は無機塩の水溶液を添加した後ゲル化させ、焼成す
ることにより酸化マンガンを含む前記アルコキシ化合物
由来の酸化物で活性炭の表面が少なくとも一部被覆され
た脱臭触媒を得ることを特徴とする脱臭触媒の製造方法
が提供される。

【０００９】また、本発明によれば、酸化マンガンを含
み、ケイ素、アルミニウム、チタン又はジルコニウムか
ら選択される元素を少なくとも１つ含むアルコキシ化合
物由来の酸化物で活性炭の表面が少なくとも一部被覆さ
れてなることを特徴とする脱臭触媒が提供される。

【００１０】

【発明の実施の形態】まず、本発明では、ケイ素、アル
ミニウム、チタン又はジルコニウムから選択される元素
を少なくとも１つ含むアルコキシ化合物の有機溶媒溶液
が使用される。アルコキシ化合物としては、テトラエト
キシシラン、アルミニウムプロポキシド、アルミニウム
ブトキシド、チタンエトキシド、チタンプロポキシド、
チタンブトキシド、ジルコニウムブトキシド等が挙げら
れる。この内、テトラエトキシシランが好ましい。

【００１１】また、使用できる有機溶媒としてはメタノ
ール、エタノール等の低級アルコールが挙げられる。こ
の内、エタノールが好ましい。有機溶媒溶液中のアルコ
キシ化合物の濃度は、０．１〜５モル／リットルが好ま
しい。５モル／リットルより多い場合、被覆が不均一と
なるので好ましくなく、０．１モル／リットルより少な
い場合、容量が大きくなるので好ましくない。

【００１２】次に、有機溶媒溶液には活性炭が添加され
る。活性炭の添加量は、最終的に得られる脱臭触媒に含
まれる上記アルコキシ化合物由来の酸化物と活性炭が所
望の重量比になるような量である。例えば、アルコキシ
化合物としてテトラエトキシシランを使用する場合、得
られた脱臭触媒に含まれるシリカと活性炭の重量比が
１：１０〜２になるように調整することが好ましい。活
性炭が添加された後、溶液は攪拌されるが、攪拌方法
は、均一な溶液を形成することができれば、特に限定さ
れない。また、攪拌を４０〜８０℃の加熱下で行えば、
より均一な溶液を得ることができるので好ましい。

【００１３】次いで、この溶液にマンガンの有機化合物
又は無機塩の水溶液が添加される。マンガンの無機塩と
しては、硝酸マンガン〔Ｍｎ（ＮＯ₃）₂〕、硫酸マン
ガン〔ＭｎＳＯ₄、Ｍｎ₃（ＳＯ₄）₂、Ｍｎ（Ｓ
Ｏ₄）₂〕、塩化マンガン〔ＭｎＣｌ₂、ＭｎＣｌ₃〕
等が挙げられる。更に、これら無機塩は、水和水を有し
ていてもよい。一方、マンガンの有機化合物としては、
マンガンイソプロポキサイド、マンガンアセチルアセト
ネート等が挙げられる。マンガンの有機化合物又は無機
塩の添加量は、最終的に得られる脱臭触媒に含まれる上
記アルコキシ化合物由来の酸化物と酸化マンガンが所望
の重量比になるような量である。例えば、アルコキシ化
合物としてテトラエトキシシランを使用する場合、得ら
れた脱臭触媒に含まれる酸化マンガンとシリカの重量比
が１：５〜１になるように調整することが好ましい。

【００１４】次に、マンガンの有機化合物又は無機塩の
水溶液が添加された溶液は、２〜４時間、沸点付近で還
流してアルコキシ化合物を加水分解することによりゲル
化される（ゾル−ゲル法）。この後、溶媒を蒸発させて
得られたゲル化物を酸化性雰囲気（空気又は酸素）中
で、８０〜１５０℃、６〜４８時間乾燥させることが好
ましい。更に、不活性雰囲気（アルゴン等の不活性ガス
又は窒素）中で、３５０〜５５０℃、２〜１２時間焼成
することにより、酸化マンガンを含むアルコキシ化合物
由来の酸化物で活性炭の表面が少なくとも一部被覆され
た脱臭触媒を得ることができる。

【００１５】本発明で得られる脱臭触媒において、酸化
マンガンとしては、ＭｎＯ、ＭｎＯ ₂及び／又はＭｎ₂
Ｏ₃が含まれる。また、アルコキシ化合物由来の酸化物
としては、シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニアが
挙げられる。また、前記酸化物は、必ずしも活性炭の全
面を覆う必要はなく、少なくとも一部覆っていればよ
い。

【００１６】本発明により得られた脱臭触媒は、表面
積、吸着量及び耐熱性を、活性炭単独の場合よりも向上
させることができる。具体的には、活性炭単独の場合に
比べて、吸着量では０．５〜５ｍｌ／ｇ向上し、耐熱性
では５０〜１５０℃向上した脱臭触媒を製造することが
できる。なお、本発明の脱臭触媒は、使用目的に応じ
て、粉末状や、ペレット状、タブレット状、ハニカム状
に成形することができる。また、成形する場合には、脱
臭触媒の機能を妨げない範囲で、公知の結着剤等を添加
してもよい。

【００１７】以上説明したように、本発明の脱臭触媒
は、臭気成分の分解活性を有する酸化マンガンと、臭気
成分の吸着性の高い活性炭からなる。更に、本発明で
は、脱臭触媒にマイクロ波を印加することにより、主に
活性炭と酸化マンガンがマイクロ波を吸収して加熱され
る。加熱された酸化マンガンは、分解活性が向上するの
で、活性炭に吸着している臭気成分が更に分解され、そ
の吸着力が回復することとなる。ここで、マイクロ波
は、特に限定されないが、脱臭中定期的に又は脱臭触媒
が臭気成分により飽和した後、印加することが好まし
い。脱臭中印加する場合は、例えば周波数１〜１０ＧＨ
ｚ、出力１００〜１０００Ｗのマイクロ波を０．１〜１
分の間隔で５〜５０分間印加すればよい。また、飽和後
印加する場合は、例えば周波数１〜１０ＧＨｚ、出力１
００〜１０００Ｗのマイクロ波を印加すればよい。

【００１８】本発明の脱臭触媒は、家庭用や業務用の公
知の脱臭器に使用することができる。ここで、図１に本
発明の脱臭触媒を使用した空気清浄器の一例を図示す
る。図１中、１は脱臭触媒、２はセラミック製ホルダ
ー、３はマグネトロン、４は吸気口、５は除塵フィルタ
（プリフィルタ）、６はファン、７は制御回路、８はキ
ー入力部、９は排気口、１０は空気流を示している。

【００１９】この図１の装置は、例えばファン６が回転
することにより、吸気口４から除塵フィルタ５、脱臭触
媒１を介して排気口９へ空気が流れる。ここで、吸気口
４から入った空気は、除塵フィルタ５により大きな塵が
除かれ、その後脱臭触媒１を通過することにより臭気成
分が除去され、排出される。また、使用者が臭気を感じ
た場合、その度合いに応じて、キー入力部８に信号が入
力される。この入力された信号により、マグネトロン３
が作動して脱臭触媒１が加熱され触媒の性能が回復する
こととなる。

【００２０】上記空気清浄器の制御回路７は、例えば図
２のように構成されている。即ち、温度センサからＡ／
Ｄコンバータを介して信号がＣＰＵに送られ、同時にキ
ー入力部から信号がＣＰＵに送られる。この信号をＣＰ
Ｕで演算することにより、マグネトロンに増幅器を介し
て制御信号が送られることとなる。マグネトロンは、送
られてきた制御信号に基づいて入力を行い、脱臭触媒１
を加熱することとなる。

【００２１】ここで、上記制御回路のＣＰＵでは、例え
ば図３及び図４のフローチャートに示す如き手順で、マ
グネトロンに制御信号が送られる。図３では、キー入力
部に入力がない場合は開始時に戻り、一定秒経過後に何
ら入力がない場合は終了することが示されている。ま
た、図４では、弱〜強の信号が入力された場合は、フロ
ーチャートに示す如き手順で、マグネトロンに制御信号
が送られる。即ち、入力された場合は、マグネトロンの
ＯＮ及びＯＦＦが所定の回数繰り返される。なお、脱臭
触媒が、所定の温度に達した場合及び所定回数マグネト
ロンをＯＮした場合、マグネトロンへの入力が終了す
る。図４では、強の入力がされた場合を示しているが、
中及び弱の入力がされた場合は、中及び弱のマグネトロ
ンＯＮ及びＯＦＦの時間をそれぞれｔ２１及びｔ２２、
ｔ３１及びｔ３２とすると、ｔ１１＞ｔ２１＞ｔ３１の
関係を有するようにＯＮの時間を設定すればよい。

【００２２】

【実施例】

実施例まず、表面積９６０ｍ²／ｇ、充填密度０．４５〜０．
５２ｇ／ｍｌ、平均細孔径１ｎｍの活性炭（クラレケミ
カル社製、ＧＧ）を予め粉砕した。この活性炭５０ｇを
テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）１７．３ｇのエタノ
ール溶液１００ｍｌに添加した。この溶液を７５℃で攪
拌しながら、Ｍｎ（ＮＯ₃）₂・６Ｈ₂Ｏ１７．８ｇの
水溶液５０ｍｌを加え、２時間沸点還流させることによ
り、ＴＥＯＳを加水分解してゲル化した（ゾル−ゲル
法）。得られたゲル化物を、空気雰囲気下１２０℃で２
４時間乾燥させ、次いで窒素気流下で４５０℃で４時間
焼成することにより、活性炭の表面にＳｉＯ₂−ＭｎＯ
₂の被覆膜を有する脱臭触媒を得た。被覆膜の厚さは、
約０．５μｍ以下であった。

【００２３】上記脱臭触媒と原料の活性炭（クラレケミ
カル社製、ＧＧ）の表面積及び６０分間の吸着量を下記
表１に示す。更に、脱臭触媒と原料の活性炭の脱臭力の
経時変化を、図５及び図６にそれぞれ示した。なお、表
面積は、液体窒素温度で、窒素ガスを吸着させるＢＥＴ
法により測定した。また、吸着量は、図７に示す装置を
使用して、臭気成分のモデルとしてイソプレンを含むガ
スを使用して、下記条件で測定した。図７中、１１は空
気供給手段、１２は流量計、１３はイソプレン、１４は
イソプレン氷冷手段、１５はマイクロ波制御手段、１６
は電子レンジ、１７は脱臭触媒、１８は熱電対、１９は
温度指示計、２０はオートサンプラー、２１はガスクロ
マトグラフを示している。

【００２４】ガス組成：４５ｐｐｍイソプレン／空気希釈ガス流量：６００ｍｌ／分脱臭触媒：１００ｍｇ温度：室温分析装置：ＦＩＤガスクロマトグラフ（島津製作所社
製）カラム：ポラパックＱ，１Ｍカラム１５０Ｃ

【００２５】

【表１】

【００２６】表１から判るように実施例の脱臭触媒は、
原料活性炭に比べて、表面積が３０ｍ²／ｇ、吸着量が
１．７ｍｌ／ｇ向上している。また、図５及び図６か
ら、実施例の脱臭触媒は、原料活性炭に比べて、吸着量
が多く、吸着が可能な時間も長いことが示されている。
次に、実施例の脱臭触媒と原料活性炭の大気中での耐熱
性を以下の方法で測定した。即ち、それぞれ１ｇの試料
を採取し、試料中に温度センサーを入れ、マイクロ波発
振部を有する電子レンジ（波長２．４５ＧＨｚ、出力５
００Ｗ）中でマイクロ波加熱を行った。マイクロ波は３
秒ＯＮ−１０秒ＯＦＦを１パルスとする条件で照射し
た。パルス数毎の温度を表２に示す。

【００２７】

【表２】

【００２８】表２から判るように、原料活性炭は３１０
℃付近から急激な温度上昇が見られ、活性炭が燃焼する
ことにより発熱している状態を示している。また、５３
０℃を越えると発火が見られた。これに対して、実施例
の脱臭触媒は、３３６℃を越えても燃焼することはな
く、極めて高い耐熱性を有することが判った。更に、実
施例の脱臭触媒と原料活性炭を、それぞれ１ｇの試料を
採取し、その試料を電気炉に入れ、４００℃で２時間加
熱した。その結果、原料活性炭は燃焼により殆ど消失し
ていたのに対して、実施例の脱臭触媒は約０．７ｇ残存
していた。このことからも、実施例の脱臭触媒が、極め
て高い耐熱性を有することが判った。

【００２９】

【発明の効果】本発明の脱臭触媒は、ケイ素、アルミニ
ウム、チタン又はジルコニウムから選択される元素を少
なくとも１つ含むアルコキシ化合物の有機溶媒溶液に活
性炭を添加し、次いで前記溶液にマンガンの有機化合物
又は無機塩の水溶液を添加した後ゲル化させ焼成するこ
とにより得られ、酸化マンガンを含む前記アルコキシ化
合物由来の酸化物で活性炭の表面が少なくとも一部被覆
されていることを特徴とする。

【００３０】そのため、常温で臭気成分の高い吸着力を
有し、吸着後に加熱することにより臭気成分の酸化分解
を行うことができるので、容易に再生さすことができる
吸着量の多い脱臭触媒を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の脱臭触媒を使用した空気清浄器の概略
図である。

【図２】図１の空気清浄器の制御回路の構成図である。

【図３】マグネトロンに制御信号を送る手順を示すフロ
ーチャートである。

【図４】マグネトロンに制御信号を送る手順を示すフロ
ーチャートである。

【図５】本発明の脱臭触媒の脱臭力の経時変化を示すグ
ラフである。

【図６】活性炭の脱臭力の経時変化を示すグラフであ
る。

【図７】脱臭触媒の吸着量の測定装置の概略構成図であ
る。

【符号の説明】

１脱臭触媒２セラミック製ホルダー３マグネトロン４吸気口５除塵フィルタ（プリフィルタ）６ファン７制御回路８キー入力部９排気口１０空気流１１空気供給手段１２流量計１３イソプレン１４イソプレン氷冷手段１５マイクロ波制御手段１６電子レンジ１７脱臭触媒１８熱電対１９温度指示計２０オートサンプラー２１ガスクロマトグラフ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者平野竹徳鹿児島県出水市上鯖淵1385−２九州キャタリストリサーチ有限会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ケイ素、アルミニウム、チタン又はジル
コニウムから選択される元素を少なくとも１つ含むアル
コキシ化合物の有機溶媒溶液に活性炭を添加し、次いで
前記溶液にマンガンの有機化合物又は無機塩の水溶液を
添加した後ゲル化させ焼成することにより酸化マンガン
を含む前記アルコキシ化合物由来の酸化物で活性炭の表
面が少なくとも一部被覆された脱臭触媒を得ることを特
徴とする脱臭触媒の製造方法。
【請求項２】アルコキシ化合物由来の酸化物がシリカ
であり、酸化マンガンとシリカの重量比が、１：５〜１
である請求項１に記載の脱臭触媒の製造方法。
【請求項３】アルコキシ化合物由来の酸化物がシリカ
であり、シリカと活性炭の重量比が、１：１０〜２であ
る請求項１又は２に記載の脱臭触媒の製造方法。
【請求項４】酸化マンガンを含み、ケイ素、アルミニ
ウム、チタン又はジルコニウムから選択される元素を少
なくとも１つ含むアルコキシ化合物由来の酸化物で活性
炭の表面が少なくとも一部被覆されてなることを特徴と
する脱臭触媒。