JPS6397246A - 気体の清浄方法及びその装置 - 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、気体中の粒子状物質、Ｈ，８、ＳＯ，、ＨＣ
ｌ、　Ｏ，、ＮＨ，、メルカプタン類、サルファイド類
、アミン類、各種溶媒、溶剤類、ターμ状物質、アルデ
ヒド類の如き酸性ガス、アルカリ性ガス及び臭気性ガス
等の汚染物質の捕集方法及びその装置、特に、家庭、事
業所、病院等における空気清浄方法及び装置、或いは各
種産業、工業における気体の清浄方法及び装置に関する
。

〔従来の方法〕

従来の空気清浄は、微粒子等の粒子状物質と酸性ガス、
アルカリ性ガス、臭気性ガス等の汚染ガスとを別々に捕
集乃至は除去する方法で行っていた。

例えば、粒子状物質は、放電による予備荷電後帯室フィ
ルターで捕集、除去を行い、次いでガス状汚染物質を活
性炭で構成された脱臭フィルターにより捕集、除去する
ことが行われている。

このように構成されていたので、装置が大型化、複雑化
し、電力の消費が比較的多くなυ又保守・管理が面倒で
あると言う欠点があった。

この欠点を解消する手段としてイオン交換フィルターを
用いて粒子状物質と汚染ガスを同時に捕集除去する方法
がある。

しかし、イオン交換フィルターのみを用いる方法におい
ては、粒子状物質の一部と汚染ガスの同時捕集は高効率
で行えるが、粒子状物質の一部は十分に捕集することが
できず、改良の必要があった。

即ち、粒子状物質の中、帯電粒子特に帯電量の多い粒子
の捕集は高効率で行えるが、帯電していない粒子や微粒
子例えば粒径Ｑ、０５μｍ程度の微粒子は帯電量が少な
いため捕集を十分に行うことができなかった。

また、通常気体中の２０〜３０％程度の粒子は帯電して
いないためこの粒子の捕集は困難であった。

〔発明の目的〕

本発明は、帯電していない粒子及び帯電量の少ない粒子
をエレクトレット材近傍の強い電界により分極又は帯電
させ、イオン交換フィルターで捕集するもので、粒子状
物質を高効率で捕集することを目的とするものである。

〔発明の構成〕

本発明は、微粒子及び汚染性ガスを含有している気体を
エレクトレット材及びイオン交換フィルター上に通ずる
ことによシ気体を清浄にする方法及びその装置である。

つぎに図面に基いて本発明の詳細な説明する。

第１図は事業所等において使用しうる本発明の空気清浄
器の概略断面図を示し、第２図はエレクトレット材の断
面概念図を示す。

第１図に基いて本発明を説明すると、室内の汚染空気１
はシロッコファン２により粗い粒子を粗フイルタ−６で
捕集、除去しながら吸引される。

粗フイルタ−５を通過した微粒子及び室内の汚染ガス等
、例えばタバコの煙、臭い、作業等で発生する臭気及び
微粒子等の汚染物質は、先ずイオン交換フィルター４に
よ）臭気性成分及び微粒子の内正及び負の帯電微粒子が
主に捕集される。

微粒子の内帯電していない微粒子のほとんど及び帯電量
の少ない微細粒子は、イオン交換フィルター４を通過し
、エレクトレット材５のまわ勺の強い電界により分極等
の電気的作用を受けた後イオン交換フィルター６によ）
捕集され、高清浄な空気７が室内に排出される。

粗フイルタ−３の材質は、空気中の汚染物質の内、比較
的大きな粒子状物質を捕集、除去出来るものであれば良
く、通常ガラス繊維や繊維状の炭化水素系重合体、例え
ば繊維状ポリプロピレン等が用いられる。

次に、エレクトレット材５について説明する。

エレクトレット材５は、第２図に示す如く、その１本１
本がブヲスとマイナスに強く分極し、その近傍の空隙が
強い電界を形成しておシ、帯電していない微粒子及び帯
電量の少ない微粒子を分極又は帯電させるものである。

エレクトレット材５は、適宜の繊維状、織物状、フィル
ム状、板状又は棒状の素材を工Ｖクトレット化したもの
で、周知の方法で適宜製造出来る。素材としては、アク
リμ樹脂、ナイロン、ポリフッ化ビニリデン、ポリプロ
ピレン、ポリエチレン、フッ素化エチレンプロピレン、
ポリビニリデンクロライド、ポリエチレンテレフタレー
ト、ポリ塩化ビニル、ステアリン酸、セチルアルコール
、力μナウパワックス、Ｎａｃｌ、％ＣａＳＯ４、ｚｎ
ｓｏ、、硼硅酸ガラス、Ｐ　Ｚ　’Ｉ’。

ＣａＴｉ０Ｂ、チタン酸化合物、圧電磁気材料等が用い
られる。

素材の形状は、装置の形状、構造、効果、経済性等で適
宜選択することが出来る。通常、繊維状又は織物状のも
のが好ましい。

これらの素材を工Ｖり）１／ツト化する方法は、熱工Ｖ
クトレット、エレクトエレクトレット、ホットエレクト
レット、ラジオエレクトレット、マグネットエレクトレ
ット、メカノエレクトレット等がある。

素材をエレクトレット化する例を次に示す。

ポリフッ化ビニリデンの繊維（１０μ径）を９０℃に加
熱しなから５　Ｘ　１０’Ｖ／１１Ｈの電界を通過させ
ることで帯電され、エレクトレット材が得られる。別の
例として、フッ素化エチレンプロピＶンフイμム（厚さ
１雪のフィルム）ラプラス電極の上に置き、５　Ｘ　１
０”Ｖ／ｓｍの電界をかけ、２５℃、６０チ相対湿度で
３分間印加することにより帯電され、エレクトレット材
が得られる。このエレクトレット材は、適宜の大きさや
形状、例えば巾５■、長さ５０ｍに切断、又は繊維化し
て使用する。素材は、エレクトレット化によシ帯電され
ると、その電荷は永続し、電力供給が不要な多数の電極
となシ、各エレクトレット材の空隙は強い電界を形成す
る。

次に、本発明で用いるイオン交換フィルター４及び６に
ついて詳しく説明する。

イオン交換フィルターは、気体流から荷電粒子状物質及
び酸性ガス、アルカリ性ガス並びに臭気性ガスを捕集し
うるものであればどのようなものでも用いうる。

イオン交換フィルタとしてはネット状、織物状或いは繊
維状の空隙性高分子支持体上にイオン交換体をグラフト
重合により支持させたものが用いられ、これらは周知の
方法により適宜製造することができる。

イオン交換体としては、アニオン交換体或いはカチオン
交換体が使用できる。

支持体としては、ポリエチレン、ポリプロピノン、ポリ
ブチレン、ポリブテン等の脂肪族系不飽和炭化水素の重
合体、ポリスチレン、ポリα−メチルスチレン等の芳香
族系炭化水素の重合体、ポリビニルシクロヘキサン等の
脂環式系炭化水素の重合体、あるいはこれらの炭化水素
の共重合体、あるいは、ポリ四フッ化エチレン、ポリフ
ッ化ビニリデン、エチレン−四フッ化エチＶン共重合体
、四フッ化エチレンー六フッ化プロピレン共重合体、フ
ッ化ビニリデン−六フッ化プロピレン共重合体等のフッ
素含有不飽和炭化水素の重合体又はその共重合体などが
用いられる。

また、ポリビニルアルコール、ポリアミド、ポリエステ
μ、アクリル系重合体、ポリウレタン、セルロース、酢
酸七μロース、羊毛、絹するいはこれらの混合物を用い
ることもできる。

これら支持体は、空隙性支持体として用いられ、その形
状はガス流との接触面積が広く、かつ、抵抗の少ない形
状であればよ（、例えば適宜の薄膜状の布、好ましくは
ネット状などの織物状あるいは繊維状等、適宜の形状の
ものが用いられる。

空隙性支持体の空隙率は１０〜９５ｑ６好ましくは５０
〜８５チである。空隙性支持体の形状、厚さ、空隙率は
装置の形状、使用する材質、構造、期待する効果等によ
り適宜決めることが出来る。

本発明で使用しうるイオン交換体としては、特に限定さ
れることはなく、種々の陽イオン交換体あるいは陰イオ
ン交換体が使用される。

例えば、カルボキシル ン酸基、フェノ−μ注水酸基などの陽イオン交換基含有
交換体、第１級〜第５級アミノ基、第４級アンモニウム
基、スルホニウム基、ホスホニウム基などの陰イオン交
換基含有交換体、あるいは前記陽及び陰画イオン交換基
を含有する重合型または縮合型の均質型または不均質型
のイオン交換体が挙げられる。

代表例としては、フェノ−μスルホン酸ソーダとアルデ
ヒド又はケトン類との縮合ポリマー；芳香族アミンとア
ルデヒド又はケトンとの縮合ポリマー；アクリル酸、メ
タクリル酸、またはビニμベンゼンスμホン酸、スチレ
ン、ハロメチルスチレン、アシルオキシスチレン、ヒド
ロキシスチレン、アミノスチレン、ビニ〃ベンゼンスｐ
ホン酸等のスチレン化合物、ビニルピリジン、２−メチ
）ｖ−５−ビニルピリジン、２−メチル−５ビニルイミ
ダゾ−〃、アクリルニトリル、あるいは硫酸、クロルス
ルホン酸、スμホン酸などの陽または陰イオン交換基、
またはこれに転換し得る基を有するモノマーの重合体ま
たはこれらの化ツマ−とジビニルベンゼン、トリビニ！
ベンゼン、ブタジェン、エチレングリコールジビニルエ
ーテル、エチレングリコ−μジメタクリＶ−）、などの
二個以上の二重結合を有する化ツマ−との共重合体、ま
たはポリエチレン、ポリビニルフルオロカーボンエーテ
μもしくはポリテトラフルオロエチレンにスチレンをグ
ラフト重合したポリマー等に夫々必要に応じて陽および
／または陰のイオン交換基を導入するか、まだはイオン
交換基に転換してなるイオン交換体、テトツフμオロエ
チレン、クロロトリフルオロエチレンなどのビニルモノ
マーとイオン交換基またはイオン交換基に変換しうる基
を有するバーフμオロビニμモノマーとのコポリマーか
らガるイオン交換体がある。

支持体にイオン交換体を担持させる方法は、特に限定さ
れることはなく、周知の方法で実施しうる。

例えば支持体に、紫外線またはα線、β線、電子線、γ
線などの電離性放射線の照射、あるいは酸素、オゾン、
クロルスルホン酸、過酸化水素、過酸化ペンゾイール、
過酢酸などの酸化剤による処理、またはこれらの２種以
上の処理を行なった後イオン交換体をグラフトし、イオ
ン交換体を担持させる方法がある。例として支持体（例
えばポリエチレン）に電離性放射線を照射した後、アク
リル酸および／またはメタクリル酸の水溶液を反応させ
てグラフト重合体を得、これを水酸化ナトリウム水溶液
で処理する方法等が挙げられる。

別の方法として、支持体にイオン交換体との親和性の大
きい重合層（接着層）を介して、イオン交換体を支持さ
せる方法がある。この方法は、先ず支持体に、イオン交
換体との接着層を形成するためモノマーをグラフト重合
させる。

接着層を形成するためのモノマーは、その重合体がイオ
ン交換体に対して、大きい親和力乃至は接着性を有する
ものが使用される。このようなモノマーとしては例えば
プロピレンなどのオレフィンモノマー、塩化ビニルなど
のハロゲン化ビニルモノマー、スチレン誘導体、アクリ
ロニトリμなどのニトリ／Ｉ／基を有する化ツマ−、ブ
タジェンのようなジエンモノマー、酢酸ビニル、アクリ
ル酸エチルのような酸エステル基を有するモノマーがあ
る。

これらの化ツマ−を支持体に前述の電離性放射線照射及
び／又は酸化剤処理などの手段にてグラフト重合させる
。即ち、支持体を予めこれら手段にて前処理した後、上
記グラフトさせるべきモノマー溶液を含浸させて重合さ
せるか、或いは紫外線、放射線の場合は支持体にモノマ
ー溶液を含浸させた状態で照射しても良い。次に、支持
体に前記イオン交換体を支持させる。

この方法は、イオン交換体の種類やその製造法などによ
多異なるが、例えば次の様に行う。前記イオン交換体の
原料モノマー混合物を重（縮）合する前に支持体に含浸
させ、含浸後に該化ツマー混合物を重（縮）合させるか
、或いは予め部分的に重（縮）合させた初期重（縮）合
体をそのまま、又は必要に応じて適宜の溶媒に溶解させ
て支持体に含浸させ、含浸後に重（縮）合を完結させる
。

この方法の特長は、支持体にはイオン交換体形成上ツマ
−と親和性の大きいグラフト重合物が存在するので、モ
ノマー混合物又はその初期重（縮）金物によって、支持
体の接着層は、膨潤又は溶解し、含浸が充分に行なわれ
る。この結果続いて行われるモノマー混合物又はその初
期重（縮）金物の重合により、その重合物がグラフト重
合層を介して支持体と緊密に一体化した構造が得られる
。

支持体に含浸し重合させた重合物が、十分にイオン交換
基を有しない場合は、続いて周知の手段によシ陽又は陰
イオン交換基が導入され、イオン交換フィルタが得られ
る。

この様にして、イオン交換フィルタが製造され、繊維状
又は織物状のアニオン交換フィルター及びカチオン交換
フィ／Ｌ／クーが得られる。

イオン交換フィルターを構成する繊維径は１〜１０００
μ好ましくは５〜２００μであシ、その径は装置の形状
、構造、用途、希望する効果等によシ適宜選択すること
ができる。

使用するアニオン交換フィルター及びカチオン交換フィ
ルターの種類、充填量、及びその比率は、ガス流中荷電
微粒子の荷電状態や濃度、或いはガス流中の汚染物質並
びに悪臭物質の種類や濃度等によシ適宜決めることが出
来る。

例えば、アニオン交換フィルターは負荷電の微粒子や酸
性ガス例えばＩ（，８の捕集に、又カチオン交換フィル
タは正荷電の微粒子やアルカリ性ガス例えばＮＨ３の捕
集に効果的である。又、充填量やその比率は、前記捕集
物質の濃度や濃度比率に対応して見合う量を、装置の形
状、構造、圧損等を考慮し、適宜法めれば良い。標準的
には、アニオン交換フィルター５０（Ｖ／Ｖ％）、に対
しカチオン交換フィルター５０（Ｖ／Ｖ％）の割合で充
填されたものを用うればよい。

第１図に示す例においては、エレクトレット材５の前に
イオン交換フィルター４を設置し、予め臭気性成分や帯
電微粒子の捕集を行っているが、このイオン交換フィル
ター４は省略してもよい。

しかし、通常は下記の理由によシイオン交換フイμター
を設けるのが好ましい。

■　帯電微粒子がエレクトレット材に捕集され、エレク
トレット材の機能を低下させる。

■　ターμ状物質が存在する場合、ターμ状物質がエレ
クトレット材に捕集され、エレクトレット材の機能を低
下させる。

実施例 下記手段で製造したエレクトレット材及びアニオン交換
繊維、カチオン交換繊維を第１図に示した装置に充填し
た。

試験は、下記の発生ガスを１ｔ／ｍｉｎで吸引し、ファ
ン出口の濃度を測定した。

結果を表１に示す。

発生ガス；微粒子がｓ　２　ｗｙ／ｍ”、ターμ分が４
５１’ｌｆ／　ｍ”　ｆ）　線香ｆ）　Ｗ　Ｋ　Ｈ！　
Ｓ　及Ｕ　Ｎｕｓ　ヲソれぞれ１０　ｐｐｍになる様添
加した。

イオン交換フィルター；アニオン交換縁ｉ　：　カチオ
ン交換繊維−１：１（体積比） 粗フイルター；市販の空気清浄器で使用の粗フィルター 装置の大きさ；２００Ｘ２００Ｘ３００■表　　１ 尚、エレクトレット材及びイオン交換フィルルーｏ無イ
場合ハ、微粒子４８ｑ／ｍ”、タール３６岬／　ｍ”　
、Ｈ２Ｓ及びＮＨ３いずれも１０　ｐｐｍであった。

１週間の連続運転を行った結果は、性能の劣化は見られ
力かった。又、連続運転後、エレクトレット材を取シ出
し観察した結果は、表面への微粒子等の付着は無視出来
る程度であった。

エレクトレット材の製造法 繊維状のポリフッ化ビニリデンを９０℃に加熱しなから
５　Ｘ　１０’　Ｖ／ｍの電界をかけて、エレクトレッ
ト材を得た。

イオン交換フィルターの製造法 ■　アニオン交換フィルター二繊維状のポリプロピレン
に窒素中で電子線２０　Ｍｒａｄ　　を照射シ、次いで
ヒドロキシヌチレンモノマートイソブレンを夫々６０チ
及び４０％含む溶液に浸漬し、３５℃の温度に加熱して
グフフト重合反応を行った。反応後、四級アミノ化を行
い、アニオン交換フィルターヲ得り。

■　カチオン交換フィルター：繊維状のポリプロピレン
に窒素中で電子線２０　Ｍｒａｄ　　を照射し、次いで
アクリル酸４５９ｇを含む水溶液に浸漬し、５５℃の温
度に加熱してグフフト重合反応を行った。反応後、水酸
化ナトリウム溶液で処理し、カチオン交換フィルターを
得た。

〔発明の効果〕

１、　イオン交換フィルターによシ、空気中の汚染物質
を捕集するにあたシ、空気をエレクトレット材に通過さ
せることによシ、 ■　帯電していない微粒子及び帯電量の少ない微粒子が
、分極又は帯電等の電気的作用を受け、後方のイオン交
換フィルターで効率良く捕集される。

■　汚染物質が高効率で捕集された。

２　イオン交換フィルター及びエレクトレット材の素材
を繊維状又は織物状としたことによシ、 ■　抵抗が少なく、かつ効率の良いイオン交換フィルタ
ー、エレクトレット材を提供出来る。

五　エレクトレット材とイオン交換フィルターを組合せ
て用いることによシ、 ■　粒子状物質、酸性ガス、アルカリ性ガス及び臭気性
ガス等の汚染物質が高効率で捕集出来た。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用した空気清浄器の概略断面図を示
し、第２図はエレクトレット材の断面概念図を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、微粒子及び汚染性ガスを含有している気体をエレク
   トレット材及びイオン交換フィルター上に通ずることを
   特徴とする気体の清浄方法。 ２、イオン交換フィルターとして支持材上にイオン交換
   体をグラフト重合することにより得られたイオン交換フ
   ィルターを用いる特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３、エレクトレット材及びイオン交換フィルターが繊維
   状又は織物状のものである特許請求の範囲第１項又は第
   ２項記載の方法。 ４、気体の吸入口から排出口までの気体流路上に、少く
   ともファン部、エレクトレット材部及びイオン交換フィ
   ルター部を設けてなる気体の清浄装置。