JP2005238026A - 排ガス処理用フィルタおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】長寿命化された排ガス処理用フィルタを提供する。
【解決手段】本発明の排ガス処理用フィルタ１は、多孔材料の少なくとも一方の表面に粉末状の触媒２ａを担持した触媒担持層２と、ＰＴＦＥ多孔質膜３とを含み、上記一方の表面にＰＴＦＥ多孔質膜３がＰＴＦＥ樹脂を主成分とする接着剤４を介して接合されていることを特徴とする。排ガス処理用フィルタ１の製造方法は、触媒担持層２の一方の表面に、ＰＴＦＥ樹脂と水とを付着させる第１の工程と、触媒担持層２とＰＴＦＥ多孔質膜３とを重ね合わせ、触媒担持層２とＰＴＦＥ多孔質膜３との間に水が存在する状態で加熱し加圧して、触媒担持層２とＰＴＦＥ多孔質膜３とをＰＴＦＥ樹脂４を介して接合する第２の工程とを含むことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、焼却炉中の排ガス等を処理するフィルタおよびその製造方法に関する。

都市ゴミ焼却炉から排出される排ガス中の煤塵等を窒素酸化物（ＮＯｘ）やダイオキシンとともに除去できるバグフィルタとして、酸化チタン、五酸化バナジウム等の粉末状の触媒を多孔材料に含浸させたフィルタが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１０−１９２６５５号公報（３頁、図２）

しかしながら、上記フィルタ単独では、ダストを払い落とすためにパルス式の振動を与えた際に、フィルタから触媒が脱落してバグフィルタの触媒活性能力が低下するという問題がある。

本発明の排ガス処理用フィルタは、多孔材料の少なくとも一方の表面に粉末状の触媒が付着した触媒担持層と、ポリテトラフルオロエチレン（以下、「ＰＴＦＥ」という）多孔質膜とを含み、前記一方の表面に前記ＰＴＦＥ多孔質膜がＰＴＦＥ樹脂を主成分とする接着剤を介して接合されていることを特徴とする。

本発明の排ガス処理用フィルタの製造方法は、前記触媒担持層の一方の表面に、前記ＰＴＦＥ樹脂と水とを付着させる第１の工程と、前記触媒担持層と前記ＰＴＦＥ多孔質膜とを重ね合わせ、前記触媒担持層と前記ＰＴＦＥ多孔質膜との間に前記水が存在する状態で加熱し加圧することにより、前記触媒担持層と前記ＰＴＦＥ多孔質膜とを前記ＰＴＦＥ樹脂を介して接合する第２の工程と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、長寿命化された排ガス処理用フィルタを提供できる。

本発明の排ガス処理用フィルタの一例を図１を用いて説明する。

図１に示すように、本実施の形態の排ガス処理用フィルタ１は、多孔材料２ｂの少なくとも一方の表面に粉末状の触媒２ａが付着した触媒担持層２とＰＴＦＥ多孔質膜３とを含み、上記一方の表面にＰＴＦＥ多孔質膜３がＰＴＦＥ樹脂を主成分とする接着剤４を介して接合されている。そのため、後述する実施例に記載のとおり、例えば、パルス式の振動を与えて排ガス処理用フィルタ１からダストを払い落す際に、触媒担持層２から触媒２ａが脱落することを抑制できる。さらに、排ガス処理用フィルタ１を、透過する空気の上流側にＰＴＦＥ多孔質膜３を向けて配置すれば、触媒担持層２へのダストの進入を防いで触媒担持層２の目詰まりを抑制できるとともに、排ガス処理用フィルタ１のダスト離形性を向上できる。

以上のことから、本実施の形態によれば、長寿命化された排ガス処理用フィルタ１を提供できる。

図１に示した例では、触媒担持層２の片面にのみＰＴＦＥ多孔質膜３が接合されているが、両面にＰＴＦＥ多孔質膜３を接合すれば、触媒２ａの脱落をさらに効果的に抑制できる。

触媒担持層２を構成する多孔材料２ｂには、例えば、フェルト、不織布、織布等を用いることができる。その材料については、触媒２ａによって分解されないものであれば特に制限はなく、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリイミド、フッ素樹脂等を用いることができる。

触媒２ａとしては、例えば、ＴｉＯ₂、ＺｎＯ、Ｆｅ₂Ｏ₃、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＳｒＴｉＯ₃およびＶ₂Ｏ₅からなる群から選ばれる少なくとも１種の金属化合物を用いることができる。特には、強力な熱触媒機能を有するＴｉＯ₂を含んでいることが好ましい。

多孔材料２ｂへ触媒２ａを付着させる方法について特に制限はないが、例えば、触媒２ａの水溶液スラリーへ多孔材料２ｂを浸漬し、多孔材料２ｂに触媒を均一に含浸させた後、乾燥させる方法により多孔材料２ｂへ触媒２ａを付着させることができる。

ＰＴＦＥ樹脂４の量は、多孔材料２ｂの形態や多孔材料２ｂの表面に付着した触媒２ａの付着量によって変動するが、乾燥後の重量により３０ｇ／ｍ²以上、さらには５０ｇ／ｃｍ²以上であることが好ましい。ＰＴＦＥ樹脂４が、乾燥後の重量により３０ｇ／ｍ²以上の分布密度で、触媒担持層２とＰＴＦＥ多孔質膜３との間に配置されていると、触媒担持層２とＰＴＦＥ多孔質膜３とを十分な接着強度で接合できる。ＰＴＦＥ樹脂４の分布密度の上限については特に制限はないが、排ガス処理用フィルタ１の通気性を考慮すると、３００ｇ／ｍ²以下であることが好ましい。尚、ＰＴＦＥ樹脂４を含む接着剤は、ＰＴＦＥ樹脂４を主成分としている限り、触媒担持層２との密着性を改善するための添加剤等の微量成分を含んでいても良い。

ＰＴＦＥ樹脂４は、触媒担持層２とＰＴＦＥ多孔質膜３との間に点状または網状に存在していることが好ましい。ＰＴＦＥ樹脂４が点状または網状であると、排ガス処理用フィルタ１の風合いが軟らかくなるので、ダストの払い落しの際にクラックが生じることを抑制でき、十分な通気性を確保することも可能となる。

ＰＴＦＥ多孔質膜３の、ＪＩＳ Ｌ １０９６に準拠して測定される通気度（「フラジール数」とも言う）は、４ｃｍ³／ｃｍ²・ｓｅｃ以上であることが好ましい。フラジール数が４ｃｍ³／ｃｍ²・ｓｅｃ未満であると運転時の圧損が増大するからである。フラジール数の上限については特に限定されないが、通常３０ｃｍ³／ｃｍ²・ｓｅｃ以下が適当である。

上記したＰＴＦＥ多孔質膜３は、従来から用いられてきた方法により作製できる。以下にその作製方法の一例を説明する。

まず、ＰＴＦＥファインパウダーに液状潤滑剤を加えたペースト状の混合物を予備成形する。液状潤滑剤としては、ＰＴＦＥファインパウダーの表面を濡らすことができ、抽出や加熱することより除去できるものであれば特に限定されず、例えば、ナフサ、ホワイトオイルなどの炭化水素を使用できる。液状潤滑剤の添加量は、ＰＴＦＥファインパウダー１００重量部に対して５〜５０重量部程度が適当である。上記した予備成形は、液状潤滑剤が絞り出されない程度の圧力で行う。次に、予備成形体を押出しおよび／または圧延してシート状に成形し、このようにして得られたシート状の成形体を少なくとも一軸方向に延伸してＰＴＦＥ多孔質膜を得る。尚、延伸は、液状潤滑剤を除去してから行うとよい。延伸条件は、適宜設定でき、通常、温度は３０〜３２０℃であり、延伸倍率は、縦方向、横方向ともに２〜３０倍である。また、延伸後にＰＴＦＥ多孔質膜をＰＴＦＥの融点以上に加熱して焼成すれば、強度を高めることができる。

次に、本実施の形態の排ガス処理用フィルタ１の製造方法の一例について、図２を用いて説明する。

図２に示すように、ロール１０から繰り出された帯状の触媒担持層２の一方の表面に、水５と、ＰＴＦＥ樹脂４とを付着させ、水５とＰＴＦＥ樹脂４とが付着した触媒担持層２とロール１１から繰り出されたＰＴＦＥ多孔質膜３とをガイドロール１２に沿わせながら重ねて積層体とする。続いて、この積層体を、触媒担持層２とＰＴＦＥ多孔質膜３との間に上記水が存在する状態で熱ロール１４に接触させながら加熱し、熱ロール１４とニップロール１５との間で狭持して、触媒担持層２とＰＴＦＥ多孔質膜３とを接合する。触媒担持層２とＰＴＦＥ多孔質膜３との間に水が存在する状態で加熱するため、その理由については明らかではないが、触媒担持層２とＰＴＦＥ多孔質膜３との接着強度が実用上充分なものとなる。

特に、触媒担持層２とＰＴＦＥ多孔質膜３との間に、単位面積あたりの重量が触媒担持層２に含まれる触媒２ａの１／１０以上の水が存在する状態で、触媒担持層２とＰＴＦＥ多孔質膜３とを接合することが好ましい。触媒担持層２とＰＴＦＥ多孔質膜３とを、より十分な接着強度で接合することができるからである。単位面積あたりの水の重量の上限については特に制限はないが、触媒担持層２に含まれる触媒２ａの９／１０以下であることが好ましい。

尚、触媒担持層２とＰＴＦＥ多孔質膜３との間に上記した量の水を存在させることは、所定の湿度に管理された雰囲気内で、触媒担持層２に水を付着させた後に、その雰囲気内で、触媒担持層２とＰＴＦＥ多孔質膜３とを重ね合わせたり、付着させた水の一部が気化すること考慮して触媒担持層２に多めの水を付着させたりすることにより可能である。

加熱ロール１４の加熱温度は、３００℃以上４００℃以下、特には３８０℃以下が好ましい。図２に示すように、熱ロール１４により連続的に触媒担持層２とＰＴＦＥ多孔質膜３とを貼り合わせる場合は、積層体と熱ロール１４との接触時間は長くても数秒程度である。そのため、熱ロール１４の加熱温度をＰＴＦＥの融点（３２７℃）より高くしてもＰＴＦＥは完全に焼成されず、排ガス処理用フィルタ１において、ＰＴＦＥ樹脂４は未焼成部分を含む。ＰＴＦＥ樹脂４は未焼成部分が残っていると、クラックが生じにくい排ガス処理用フィルタとなる。

触媒担持層２への水の付着方法としては、例えば、水分を霧状に吹き付ける方法を採用できる。

ＰＴＦＥ樹脂４としては、通気性を阻害するものでなければ特に制限されないが、粉末状、繊維状のものが好適に用いられる。粉末状のＰＴＦＥ樹脂４としては、例えば、旭硝子フロロポリマーズ社製の「ＣＤ１」やダイキン工業社製の「Ｆ１０４」等の市販のパウダーをそのまま若しくはふるいにかけたものを用いることできる。繊維状のＰＴＦＥ樹脂４としては、例えば、レンチング社の「プロフィレン」等の極細繊維（１〜２０デニール）を用いることができる。上記極細繊維を吹き付けた後、必要に応じてプレスまたは二一ドルパンチにて極細繊維と触媒担持層２とを密着させてもよい。

図２に示した例では、水５を付着させた後にＰＴＦＥ樹脂４を付着させているが、ＰＴＦＥ樹脂４を付着させた後に水５を付着させてもよい。ＰＴＦＥ樹脂４と水５とを触媒担持層２に効率的に付着させるために、ＰＴＦＥ樹脂４の水性ディスパージョン液を用いてもよい。ＰＴＦＥ樹脂４の水性ディスパージョン液としては、例えば、固形分が２０〜６０重量％の、旭硝子フロロポリマーズ社製「ＡＤ１」やダイキン工業社製「ＴＦＥＤ−２」等の市販品を希釈して用いることができる。水性ディスパージョン液は、ＰＴＦＥ樹脂４の分散性を高めるための界面活性剤や、触媒担持層２との密着性を改善するための添加剤をさらに含んでいてもよい。

図２に示すように、触媒担持層２とＰＴＦＥ多孔質膜３と接合した後、これらを必要に応じて熱ロール１６に沿わせたり、または、接合された触媒担持層２とＰＴＦＥ多孔質膜３とに乾燥空気を吹き付ける等して、余分な水を乾燥させてもよい。乾燥は、完全に行われる必要はなく、排ガス処理用フィルタ１を使用する際に問題とならない程度に行えば良い。図２において、熱ロール１６の温度は、ＰＴＦＥ樹脂４の焼成が進行しないように１００℃〜２５０℃さらには、１５０℃〜２００℃とするとよい。

触媒担持層２の片面だけではなく両面にＰＴＦＥ多孔質膜３を接合する場合は、上記の工程を繰り返すことで作製できる。

以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に制限されるものではない。

まず、触媒担持層の下記のようにして、触媒担持層Ａを作製した。

酸化チタンと五酸化バナジウムとの総量が４０重量％となるように調整されたスラリー水溶液に、ポリイミドフェルト（目付け重量５００ｇ／ｍ²）を浸漬した後、上記溶液から引き上げて乾燥させ、触媒付着量が約３００ｇ／ｍ²の触媒担持層Ａを作製した。触媒担持層Ａの表面にはかなりの触媒粉が付着しており、手で触ると粉が手に付着した。

次に、湿度６０％の雰囲気下で、触媒担持層Ａの一方の面に、スプレー塗工機にて水（３０ｇ／ｍ²）を吹き付けた後、ＰＴＦＥ繊維（レンチング社製、「プロフィレン」、２．４デニール、長さ６０ｍｍ）を１００ｇ／ｍ²付着させた。尚、水と触媒担持層Ａに含まれる触媒との単位面積当たりの重量比は１：１０である。上記のようにＰＴＦＥ繊維と水とを触媒担持層Ａに付着させた後、触媒担持層Ａの一方の面にＰＴＦＥ多孔質膜（日東電工社製、ＮＴＦ５１１０）を積層し、３８０℃に加熱した熱ロールに沿わせて熱ラミネートを行った。続いて１６０℃に加熱された熱ロールに沿わせて余分な水を気化して、排ガス処理用フィルタを得た。

実施例２では、湿度５０％の雰囲気下で、実施例１において作製した触媒担持層Ａの一方の面に、ＰＴＦＥ樹脂の水性ディスパージョン液（ダイキン工業社製、「ＴＦＥＤ−２」、固形分５０重量％を２倍希釈したもの）を吐出量２０ｇ／分で、１分間吹き付けた。触媒担持層Ａに吹き付けられたＰＴＦＥ樹脂は乾燥重量で５０ｇ／ｍ²であり、水は１５０ｇ／ｍ²であった。尚、水と触媒担持層Ａに含まれる触媒との単位面積当たりの重量比は１：２である。上記のようにＰＴＦＥ樹脂の水性ディスパージョン液を触媒担持層Ａに吹き付けた後、触媒担持層Ａの一方の面にＰＴＦＥ多孔質膜（日東電工社製、ＮＴＦ５１１０）を積層し、３８０℃に加熱した熱ロールに沿わせて熱ラミネートを行った。続いて１６０℃に加熱された熱ロールに沿わせて余分な水を気化して、排ガス処理用フィルタを得た。

まず、触媒担持層の下記のようにして、触媒担持層Ｂを作製した。

酸化チタン（触媒）と五酸化バナジウム（触媒）との総量が４０重量％となるように調整されたスラリー水溶液に、ＰＴＦＥフェルト（目付け重量７００ｇ／ｍ²）を浸漬した後、上記溶液から引き上げて乾燥させ、触媒付着量が約３００ｇ／ｍ²の触媒担持層Ｂを作製した。触媒担持層Ｂの表面にはかなりの触媒粉が付着しており、手で触ると粉が手に付着した。

次に、湿度５０％の雰囲気下で、触媒担持層Ｂの一方の面に、ＰＴＦＥ樹脂の水性ディスパージョン液（ダイキン工業社製、「ＴＦＥＤ−２」、固形分５０重量％を２倍希釈したもの）を吐出量２０ｇ／分で、１分間吹き付けた。触媒担持層Ｂに吹き付けられたＰＴＦＥ樹脂は乾燥重量で５０ｇ／ｍ²であり、水は１５０ｇ／ｍ²であった。尚、水と触媒担持層Ｂに含まれる触媒との単位面積当たりの重量比は１：２である。上記のようにＰＴＦＥ樹脂の水性ディスパージョン液を触媒担持層Ｂに吹き付けた後、触媒担持層Ｂの一方の面にＰＴＦＥ多孔質膜（日東電工社製、ＮＴＦ５１１０）を積層して、３８０℃に加熱した熱ロールに沿わせて熱ラミネートを行い、排ガス処理用フィルタを得た。

実施例４では、湿度５０％の雰囲気下で、実施例３にて作製した触媒担持層Ｂの一方の面に、ＰＴＦＥ樹脂の水性ディスパージョン液（ダイキン工業社製、「ＴＦＥＤ−２」、固形分５０重量％を２倍希釈したもの）を吐出量２０ｇ／分で、１分間吹き付けた。触媒担持層Ｂに吹き付けられたＰＴＦＥ樹脂は乾燥重量で５０ｇ／ｍ²であり、水は１５０ｇ／ｍ²であった。尚、水と触媒担持層Ｂに含まれる触媒との単位面積当たりの重量比は１：２である。上記のようにＰＴＦＥ樹脂の水性ディスパージョン液を触媒担持層Ｂに吹き付けた後、触媒担持層Ｂの一方の面にＰＴＦＥ多孔質膜（日東電工社製、ＮＴＦ５１１０）を積層して、３８０℃に加熱した熱ロールに沿わせて熱ラミネートを行った。さらに、触媒担持層Ｂの反対面にも上記と同じ要領で同じＰＴＦＥ多孔質膜を接合して、触媒担持層Ｂの両面にＰＴＦＥ多孔質膜が接合された排ガス処理用フィルタを得た。
（比較例１）
比較例１では、湿度５０％の雰囲気下で、実施例３において作製した触媒担持層Ｂの一方の面に、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）の水性ディスパージョン液（大日本インキ化学製、「ラクスター１５７０Ｂ」、固形分４５重量％）を吐出量２０ｇ／分で、１分間吹き付けた。触媒担持層Ｂに吹き付けられたＮＢＲは乾燥重量で５０ｇ／ｍ²であり、水は５０ｇ／ｍ²であった。上記のようにＮＢＲの水性ディスパージョンを液触媒担持層Ｂに吹き付けた後、触媒担持層Ｂの一方の面にＰＴＦＥ多孔質膜（日東電工社製、ＮＴＦ５１１０）を積層し、その積層体を２５０℃に加熱した熱ロールに沿わせて熱ラミネートを行い、排ガス処理用フィルタを得た。
（比較例２，３）
触媒担持層Ａのみからなる排ガス処理用フィルタを比較例２とし、触媒担持層Ａのみからなる排ガス処理用フィルタを比較例３とする。

実施例１〜４、比較例１の排ガス処理用フィルタについて剥離試験、触媒の脱落量計量試験、および捕集効率の測定を、ＰＴＦＥ多孔質膜について通気度の測定を下記に示す方法で行った。また、比較例２、３についても、触媒の脱落量計量試験、捕集効率と通気度の測定を行った。その結果を表１に示している。

［剥離試験］ 排ガス処理用フィルタを２００℃雰囲気中に２４時間放置した後、排ガス処理用フィルタのＰＴＦＥ多孔質膜側に、１ｃｍ離れた箇所からエアーガン（ノズル直径２ｍｍ）により０．４ＭＰａのエアーを吹き付けて、ＰＴＦＥ多孔質膜と触媒担持層との間に剥離が生じるかどうか確認した。

［捕集効率］ ＪＩＳ Ｚ ８９０１に規定された、平均粒子径が０．３μｍのジオクチルテレフタレート粒子（ＤＯＰ）を用い、ＪＩＳ Ｋ ０９０１に準拠して排ガス処理用フィルタの捕集効率を測定した。

［通気度］ ＪＩＳ Ｌ １０９６に従い、フラジール型試験機（東洋精機製作所製）を用いて通気度を測定した。

［触媒の脱落量計量試験］ 図３に示すような治具６に排ガス処理用フィルタのサンプルを固定して、雰囲気温度が１２０〜１４７℃の乾燥機内で触媒の脱落試験を行った。図３に示すように、サンプルをＯリング７、８でシールして治具６に固定し、矢印の方向からエアーにより圧力０．５ＭＰａを０．１秒間付加する試験を５０回繰り返し、その後取り外して重量を測定した。その測定重量と試験前のサンプルの重量との差から触媒の脱落重量を得た。

表１に示すように、剥離試験において、比較例１の排ガス処理用フィルタでは、ＰＴＦＥ多孔質膜と触媒担持層との間に剥離が確認されたが、実施例１〜４の排ガス処理用フィルタでは剥離は確認されなかった。また、ＰＴＦＥ多孔質膜と触媒担持層とが十分な接着強度で接合された実施例１〜４では、いずれの比較例よりも触媒の脱落が抑制されていた。

本発明は、長寿命化された排ガス処理用フィルタを提供できるので、排ガス処理用フィルタとして適している。

本発明の排ガス処理用フィルタの一例を示す断面図 本発明の排ガス処理用フィルタの製造方法の一例を示す工程図 実施例における、触媒の脱落量の測定方法を説明する断面図

符号の説明

１ 排ガス処理用フィルタ
２ 触媒担持層
２ａ 触媒
２ｂ 多孔材料
３ ＰＴＦＥ多孔質膜
４ ＰＴＦＥ樹脂を主成分とする接着剤
５ 水
１４、１６ 熱ロール

Claims (6)

1. 多孔材料の少なくとも一方の表面に粉末状の触媒が付着した触媒担持層と、ポリテトラフルオロエチレン多孔質膜とを含み、前記一方の表面に前記ポリテトラフルオロエチレン多孔質膜がポリテトラフルオロエチレン樹脂を主成分とする接着剤を介して接合されていることを特徴とする排ガス処理用フィルタ。
2. 前記ポリテトラフルオロエチレン樹脂が、乾燥後の重量により３０ｇ／ｍ²以上の分布密度で、前記触媒担持層と前記ポリテトラフルオロエチレン多孔質膜との間に配置されている請求項１に記載の排ガス処理用フィルタ。
3. 前記ポリテトラフルオロエチレン多孔質膜のＪＩＳ Ｌ １０９６に準拠して測定された通気度が、４ｃｍ³／ｃｍ²・ｓｅｃ以上である請求項１または２に記載の排ガス処理用フィルタ。
4. 請求項１〜３のいずれかの項に記載の排ガス処理用フィルタの製造方法であって、
   前記触媒担持層の一方の表面に、前記ポリテトラフルオロエチレン樹脂と水とを付着させる第１の工程と、
   前記触媒担持層と前記ポリテトラフルオロエチレン多孔質膜とを重ね合わせ、前記触媒担持層と前記ポリテトラフルオロエチレン多孔質膜との間に前記水が存在する状態で加熱し加圧することにより、前記触媒担持層と前記ポリテトラフルオロエチレン多孔質膜とを前記ポリテトラフルオロエチレン樹脂を介して接合する第２の工程と、
   を含むことを特徴とする排ガス処理用フィルタの製造方法。
5. 前記第２の工程において、前記触媒担持層と前記ポリテトラフルオロエチレン多孔質膜との間に、単位面積あたりの重量が前記触媒の１／１０以上の前記水が存在する状態で、前記触媒担持層と前記ポリテトラフルオロエチレン多孔質膜とを加熱する請求項４に記載の排ガス処理用フィルタの製造方法。
6. 前記第２の工程において、重ね合わされた前記触媒担持層と前記ポリテトラフルオロエチレン多孔質膜とを熱ロールにより加熱する請求項４または５に記載の排ガス処理用フィルタの製造方法。

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