JPS62247820A - ガスのろ過方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明はガスの一過方法に関する。さらに詳しくはガス
中の有用物や不用物を安価にかつ効率良く一過する方法
に関する。

［従来の技術］ これまで有用物や不用物を含んだガスを粒状の活性炭あ
るいは添着炭、シリカゲル、アルミナゲル、モレキュラ
ーシーブ、活性白土、ゼオライト、イオン交換樹脂、イ
オン交換繊維、アルカリ性ガス吸収剤、酸性ガス吸収剤
等によって物理的又は化学的に吸着する方法が知られて
いる。

しかし、これらは以下に述べるような多くの欠点を有し
ている。

例えば、活性炭にスルホン酸基、リン酸基等の酸性基お
よび繊維金属化合物を担持させたもの（特公昭５６−２
８５７３）　、活性炭に硫酸を２５〜６０重量％吸着さ
せたもの（特開昭５４−６０２８６＞　、活性炭にキレ
ート化合物を結合させたちのく特開昭５４−１６２６９
２＞および活性炭に塩素および／または臭素を吸着させ
たもの（特開昭５５−５１４２１＞など、塩基性ガスの
吸着を目的としたいわゆる添着炭は、吸着容量を比較的
大きくとるこが可能であることから、高濃度のガスー過
に有利でしかも安価でおる。ところがこれらは実用上通
気抵抗を低くするために、活性炭の粒径を大きくしてい
るので、活性表面積は小さくなる。従って、吸着速度が
遅くなり、吸着帯の幅が広くなることから、吸着可能な
官能基を消費しないうちに、被吸着成分が漏出してくる
という欠点を有している。このため有効に使用できる時
間が短く非効率的である。

また、イオン交換樹脂は上記添着炭に比べて大きな表面
積を持つが完全には上記の欠点を解消できる訳ではない
。しかも、交換基の量に制約を受けるため高濃度のガス
；濾過には不向きでかつ取扱い性が悪いばかりか、通気
抵抗が大きいという致命的な欠点を有している。又、添
着炭に比べて高価である。

又、近年活性表面積が非常に大きく、吸着速度が飛躍的
に向上するイオン交換繊維が、高速カス処理や稀薄カス
の処理に適しているとして提案されている（特開昭５０
−９３２８１、特公昭５６−１８１３９〉。

しかしながら、吸着容量が小さいことや大変高価である
ことなどの理由で、カスシ濾過にはほとんど利用されて
いないのが現状である。

また、イオン交換樹脂で処理した後、イオン交換繊維で
処理する方法も提案されている（特開昭５９−１６６２
４５）が、やはり通気抵抗が大きいことや吸着容量に制
約がおり、かつ高価であることなど、従来の欠点を解決
するまでには至っていない。

このように従来の吸着剤では、通気抵抗を小ざくしよう
とすれば粒径を大きく（充填密度を下げる）する必要が
あるため、吸着可能な状態であるにもかかわらずガスの
露出がはじまり、効率よく高度なガス）濾過かできない
。また、逆に高度なカスー過をしようどすれば、通気抵
抗が大きくなる。

さらに、通気抵抗が比較的小さく、高度なガスシ濾過が
可能な吸着剤では吸着容量が小さく実用的でない。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明者らは、このような従来ガス濾過法の欠点を解消
するべく鋭意検討した結果、本発明に至った。本発明は
、通気抵抗が小さく、かつ高度なカス；濾過を長時間に
わたって効率よく、しかも安価に行なうことができるガ
スの濾過方法を提供しようとするものでおる。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、次の構成を有する。

（１）　　ガス中に含まれる不用物または有用物を吸着
；濾過する方法において、被処理ガスを粒状の吸着剤で
処理した後、イオン交換繊維で処理することを特徴とす
るガスのシ濾過方法。

本発明でいう粒状の吸着剤とは、公知ならびに市販の活
性炭あるいは酸性又はアルカリ性のガスを吸収可能な化
学薬品を含浸させた添着炭、シリカゲル、アルミナグル オライトなどである。

本発明において、吸着剤は特に添着炭が好ましく用いら
れる。添着炭は、石炭、コークス、木炭、ヤシカラなど
の活性炭を原料として公知の方法により製造される。す
なわち、添着炭は比表面積が２００〜２０００Ｔｎ２／
ｑの上記活性炭に、酸、アリカリ、金属塩など各種化学
薬品を添着担持したものである。かかる添着炭は、酸性
ガス必るいは塩基性ガス、ハロゲンガスなどを吸収でき
る。

添着担持させる化学薬品としては、例えばカセイソーダ
、消石灰、炭酸ソーダ、重炭酸ソーダ、トリエヂレンジ
アミンなどのアルカリ性薬品や、硫酸、リン酸、硝酸お
よびクエン酸、乳酸、コハク酸、リンゴ酸などの酸性薬
品や、ヨウ化カリウムおよびヨウ素、塩素、臭素などが
挙げられる。

かかる添着炭を調製するには活性炭を該化学薬品の水溶
液中に浸漬後、乾燥する方法が一般的であるが、その他
公知の方法でも得ることができ、特に限定されるもので
はない。

本発明で用いる吸着剤の粒形状は、球状、円柱状、破砕
状などで特に限定されない。その大ぎさは１００〜１０
０００Ｌ１ｍの範囲で用いられるが、必まり小さいと通
気抵抗が大きくなる。例えば、数１０μｍ以下の粉末状
のものでは通気抵抗が非常に大きくなるためガス）濾過
用吸着剤としては全く使用できない。逆に大き過ぎると
シ濾過の効率が著しく低下する。

従って、好ましくは３００〜５０００μｍ１より好まし
くは５００〜３０００μｍである。

次に、本発明で用いるイオン交換繊維とは、通常直径が
０．１〜１００μｍ、好ましくは１〜１００μｍの公知
のイオン交換繊維を意味する。その具体例としては、ポ
リスチレン、ポリビニルアルコール、ポリアクリル、ポ
リアミド、ポリフェノール、ポリエチレン、セルロース
などのベースポリマに、カチオン交換基、たとえば、ス
ルホン酸基、ホスホン酸基、カルボン酸基などや、アニ
オン交換基、たとえば、１〜３級アミノ基もしくは４級
アンモニウム基を導入したもの、さらにはアミノカルボ
ン酸基、アミドキシム基、ポリアミン基、ジチオカルバ
ミン酸基など各種のキレート基が導入されたイオン交換
繊維がある。

本発明でいうベースポリマの中でも、ポリ（モノビニル
芳香族化合物）、特にポリスチレン系ポリマが化学安定
性に優れており好ましい。具体的にはポリスチレン、α
−メヂルスチレン、ビニルトルエン、ビニルキシレン、
クロロメチルスチレンなどからなるポリマが挙げられる
。

かかるポリマにイオン交換基を導入してイオン交換繊維
を製造する方法としては、公知の方法、たとえば特開昭
５２−１２０９８６号公報や特開昭５９−１８７３１＠
公報に記載されている方法がある。たとえば、パラホル
ムアルデヒドと硫酸の共存下で加熱処理することにより
、スルホン酸基が導入されたカチオン交換繊維を得るこ
とができる。

ポリマに導入するイオン交換基の量は、ポリマの乾燥重
量に対して少なくとも０．１ｍｅＱ／（１１以上、好ま
しくは０．５ｍｅＱ１０以上、さらに好ましくは１　、
０〜１０ｍｅｑ／ａ　（Ｄ範囲テアル。

本発明におけるイオン交換繊維の含水度は通常０．１〜
１０であるが、あまり小さすぎると吸着性能が低下する
。逆に大きすぎると、反応工程あるいは形態付与の工程
で取り扱い性が悪くなるので、１〜５の範囲が好ましい
。ここで含水度とはＮａ型（Ｃｕ型）のカチオン（アニ
オン）交換繊維を蒸溜水に浸した後、家庭用遠心脱水機
で５分間遠心脱水して表面の水分を除去し、ただちに重
量（Ｗ＞を測定し、さらに絶乾して重さを測り（Ｗｏ）
、次式より求めた値である。

含水度−（Ｗ−Ｗｏ）／Ｗ。

かかる交換基量あるいは含水度は処理条件や導入プロセ
スなどにより制御できる。さらにイオン交換繊維の中で
もベース用ポリマと補強用ポリマからなる繊維、好まし
くは、特公昭５６−１’８１３９号公報に記載されてい
るようなベース用ポリマを鞘成分の主成分に、補強用ポ
リマを芯成分にした多芯型混合および複合繊維を基材と
してイオン交換繊維が十分な機械的強度ならびに形態保
持性を有しているので好ましい。特に多芯型複合繊維か
らなるイオン交換繊維をさらにフィブリル化した繊維は
、混紡、交編織、紙状物など種々のイオン交換繊維構造
物を製造し易いことから好ましく選択される。

イオン交換繊維の種類としては、前述したカチオン交換
基、アニオン交換基、キレート基を有するカチオン交換
繊維、アニオン交換繊維、キレート繊維を挙げることが
できる。繊維の形態としては、短繊維、フィラメント糸
、フェルト、織物、不織布、編物、繊維束、ひも状物、
紙などの公知の任意の形態、集合体もしくはそれらの裁
断物を挙げることができる。その中でも特に０．１〜３
ｍｍの短繊維を用いて抄造した紙状物および編物、織物
、不織布、フェルトなどのシート状物が充填し易く、か
つ製造も容易なことから好ましく用いられる。

かかるシート状物中のイオン交換繊維の割合は、多い方
が好ましく、少なくとも３０重量％、ざらに好ましくは
５０重量％以上である。

シート状物を構成する繊維成分として、該イオン交換繊
維の他に非イオン性の通常の繊維を補強材料として含有
していてもさしつかえない。

かかる非イオン性の繊維は、該イオン交換繊維との混抄
あるいは交編織および／または両者の積層などいかなる
方法で含有していても良いが、被処理ガス内の被吸着成
分を化学的に吸着するためには、該シート状物中のイオ
ン交換基の量は、平均して少なくとも１　、０ｍｅＱ／
ｇ、好ましくは１゜５　ｍｅＧ／（１以上、特に２．　
Ｑｍｅｑ／ｇ以上が好ましい。

該シート状物は、通気性か高い方が好ましいが、あまり
良すぎても吸着効率か悪くなるので目付量として３０Ｃ
１／ｍ２以上、好ましくは５０〜１０００ｑ／Ｔｎ２で
ある。

なお通気抵抗が大きくなったり、ガスのリークは次の要
件に外れる場合に、特に顕著であり下記式を満足するの
が好ましい。

Ｏ９Ｏ○’１７Ｗ≦目≦０．０３Ｗ 好ましくは、０．００２Ｗ≦Ｈ≦０．ＯＬ特に好ましく
は０．００３Ｗ≦ｌ」≦０．００６Ｗ［１０シ、Ｗ：シ
ート状物の日付ｔＷ（ｇ／Ｔｒ＋２＞１］：シート状物
の厚さくｍｍ）を示す。］本発明は、有用物や不用物を
含むガスを気相で；濾過する方法て゛ある。該ガスー過
の方法は、バッチ法でも実施できるが、特に被処理カス
を；濾過づるに際し、通気上流側に粒状の吸着剤からな
る層を配置し、続いてイオン交換繊維からなる層を配置
する、いわゆる吸着剤とイオン交換繊維の積層構造を形
成してなる；濾過層で行なう方法が、取り扱いが容易で
あることや装置の小型化につながるので好ましい。該）
濾過方法は、特にガスマスクのように高度なガス吸容と
使い易さや］ンパクト化が要求される用途には好ましく
採用される。

本発明の方法は、通常少なくとも１種類の被処理ガス吸
収用の吸着剤で処理し、次に該カスを吸容可能なイオン
交換繊維で処理するもので、該方法で少なくとも１回処
理することによって、被処理カス中の不用物や有用物を
高速でかつ高度にシ濾過を行なうことができる。

さらに本発明の方法によれば、驚くべきことに粒状の吸
着剤あるいはイオン交換繊維を各々単独で用いる方法に
比べ、有効に使用できる時間を飛躍的に延長することが
できる。

づなわち、本発明でいうところの粒状の吸着剤は、大き
な吸着容量を持つと共に通気抵抗が小さく、かつ安価に
製造されるという長所を持ちながら反面、高度なガスシ
濾過には不向きで、どうしても被処理ガスが早くから漏
出してくる。又、稀薄なガスのシ濾過には使用できない
という欠点を有している。一方、イオン交換繊維は容量
が小さく、かつ高価であるが、活性表面積が非常に大き
いことから稀薄カスであっち高速かつ高度に濾過できる
長所を持っている。

従って両者を併用した方法、すなわち吸着容量の大きな
粒状の吸着剤で処理した後、イオン交換繊維で処理する
本発明の方法により、個々の長所を残したまま両者の相
乗効果によって飛躍的に性能を向上させることができる
ものである。

本発明にお（プる粒状の吸着剤に対するイオン交換繊維
の割合は、両者の吸着容量によっても異なるが通常０．
０５〜５０重量％である。この割合は、あまり小さ過ぎ
ると高速で高度なカス；濾過を行なうことが難しくなる
ばかりか、寿命の延長効果も発現できなくなり、また逆
にあまり大き過ぎると通気抵抗が増大し、かつコスト高
となるので好ましくは０．１〜３０重量％、より好まし
くは０．１〜２０重最％が良い。

「実施例］ 以下実施例において、本発明を具体的に説明するが、本
発明は以下の実施例に限定されるものではない。

実施例１ 多芯海島型複合繊維（未延伸糸〉海成分（ポリスチレン
）／島成分（ボリエヂレン）−（５０１５０、席数１６
、繊維直径３／１μ）を長さ０．５ｍｍに切断してカッ
トファイバを得た。該カットファイバ１重量部を市販の
１級硫酸７．５容量部とパラホルムアルデヒド０．１５
重量部からなる架橋・スルボン化液に加え８０’Ｃで４
時間反応処理した後、水洗した。次にアルカリで処理し
てから水洗することによってスルホン酸基を有するカチ
オン交換繊維を得た（交換容量２．８ミリ当量／Ｃ１−
Ｎａ、含水度１．５〉。

得られたイオン交換繊維１０重量部（乾燥重量）に対し
てセルロースパルプ２６５重量部を加え、ミキサー（日
立製、ミキサーＶＡ−８３５）使用し、水と共に３分間
処理した。

得られた混合パルプを熊谷理機工業製の角型シートマシ
ンで目付１Ａ　２００　Ｑ　／　ｖ２になるように抄紙
した後、５に９／−でプレスし、９０°Ｃのドラム型回
転式乾燥機で乾燥した。こうしてシート状物を得た。尚
、該シート状物の厚さは０．８ｍｍであった。

さらに該シート状物をポリプロピレンとポリエチレンの
複合繊維からなる不織布（目付１３０ｑ／Ｔｎ２）で両
面からサンドイッチ状に挟みサクションドラムドライヤ
ー（古川製作所（株）製）により、１７５°Ｃで熱接着
し、イオン交換繊維の高強力シート状物を得た。

次に該シート状物を内径が４Ｑｍｍのガス濾過筒に装填
した。

一方、市販（手伝製作所（株）製、酸性の化学薬品を温
石担持させた添着活性炭）の粒径５００〜１５００μｍ
からなる粒状の吸着剤１３ｇをあらかじめカス；濾過部
に装填した前記イオン交換繊維シート状物の上に均一に
充填した。

この中にアンモニアガス１１０００ｐＩ）を含有する混
合ガスを粒状の吸着剤側から１１　Ｃｍ／Ｓｅｃの流速
で通気した。また、この時の通気抵抗を測定し、それぞ
れの結果を第１表に示した。

比較例１，２ 比較のため実施例１で用いたイオン交換繊維シート状物
（比較例１）と実施例１で用いた市販の粒状吸着剤（比
較例２）についても同様な通気処理を行ない結果を第１
表にまとめて示した。

比較例３ 実施例１において、市販の粒状吸着剤の代りに、市販の
イオン交換樹脂（オルガノ（株）製ＩＲ−１２０Ｂ＞１
３ｇを用い、その他は実施例１と同様にして通気処理を
行ない結果を第１表に示した。

第１表から、実施例１は０．３Ｃ］のイオン交換繊維シ
ート状物を粒状吸着剤と併用することによって、アンモ
ニアガスが１１）ｌ）ｍ漏出するまでの時間を５倍にも
延長することができる。またイオン交換繊維シート状物
と市販のイオン交換樹脂を併用する方法（比較例３）は
、通気抵抗が著しく大きく、かつ寿命延長の効果も少な
いことがわかる。

第１表 １）　　ｌｐｐｍ漏出までの時間（北用式ガス検知管で
測定）。

流速　１１ｃｍ／ｓｅｃ アンモニアガス濃度　’ｔｏｏｏｐｐｍ［発明の効果コ 本発明によれば、粒状の吸着剤にイオン交換繊維を併用
するだけで、高度なガスシ濾過を長時間行なうことがで
きる。

従来技術によれば吸着剤の寿命と通気抵抗と捕集効率を
同時に満足させることは不可能であったが、本発明の方
法によれば容易にこれらを達成することができる。

　１７一 本発明は、室内空気清浄化、脱臭用、原子力発電所から
出る放射性ガス除去などに利用でき、さらに防毒マスク
などの用途に利用できる。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ガス中に含まれる不用物または有用物を吸着濾過
   する方法において、被処理ガスを粒状の吸着剤で処理し
   た後、イオン交換繊維で処理することを特徴とするガス
   の濾過方法。
2. （２）粒状の吸着剤が、活性炭に化学薬品を含浸させた
   添着炭である特許請求の範囲第（１）項記載のガスの濾
   過方法。
3. （３）イオン交換繊維がシート状物である特許請求の範
   囲第（１）項記載のガスの濾過方法。