JP6575993B2 - アンモニアガス、二酸化硫黄ガス及び二酸化窒素ガス除去フィルター - Google Patents
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Landscapes
- Disinfection, Sterilisation Or Deodorisation Of Air (AREA)
- Separation Of Gases By Adsorption (AREA)
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Description
本発明は、家庭用または業務用のエアコン、空気清浄機等のフィルターに関する。詳しくは、アンモニア、硫黄酸化物、窒素酸化物を除去するフィルターに関する技術である。
消臭フィルターは、様々な用途に利用されており、その消臭方法として活性炭やゼオライト等の物理吸着材を利用した物理吸着タイプと、化学吸着タイプと、オゾンや光触媒、金属フタロシアニン錯体等により悪臭物質を分解除去する触媒タイプ、あるいはこの吸着タイプと触媒タイプを併用した併用タイプがある。
このうち例えば、活性炭の優れた吸着作用を利用した技術がよく知られているが、これらは悪臭成分を吸着し、周辺の臭気濃度を短期的に低下さす働きには優れているが、悪臭成分の量が減少するわけではなく、有効期間に限りのある消臭方法であるといわれている。また、悪臭物質を分解除去する触媒タイプあるいは併用タイプの場合、様々な悪臭に対して効果的に消臭する有用な方法である。
出願人は特許文献１を出願し、多孔質無機物質混抄紙にヒドラジン化合物と弱アルカリ性の金属塩を坦持させることで、自動車の排気ガス中に多く含まれるとされるアセトアルデヒド、二酸化硫黄、二酸化窒素、アンモニア等の有害ガスを耐久性があって効率的に吸着浄化するフィルターに関する技術を開示している。
上記技術は自動車の排気ガス除去フィルターとして十分な性能を発揮するが、ＰＭ２．５をはじめ二酸化硫黄や浮遊粒子物質などによる大気汚染に対する関心の高まりもあり、工場や自動車などから排出される二酸化硫黄や三酸化硫黄などの硫黄酸化物、及び主に一酸化窒素や二酸化窒素などの窒素酸化物、及びアンモニアに対して性能の向上が求められている。
本発明は、かかる技術的背景に鑑みてなされたものであって、アンモニア、硫黄酸化物、窒素酸化物の全てに対して優れた除去効果を発揮するアンモニアガス、二酸化硫黄ガス及び二酸化窒素ガス除去フィルターを提供することを目的とする。
前記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
［１］活性炭及び／又はシリカゲル混抄紙に、粒径が１ｎｍ〜５０ｎｍの範囲の層状複水酸化物を坦持したことに特徴のあるアンモニアガス、二酸化硫黄ガス及び二酸化窒素ガス除去フィルター。
［２］前記層状複水酸化物が、ハイドロタルサイト、マナセアイト、パイロオウライトから選ばれる１種または複数の層状複水酸化物である前項１に記載のアンモニアガス、二酸化硫黄ガス及び二酸化窒素ガス除去フィルター。
［３］前記層状複水酸化物を混抄紙１ｇ当たり５ｍｇ〜１００ｍｇ担持させた前項１または２に記載のアンモニアガス、二酸化硫黄ガス及び二酸化窒素ガス除去フィルター。
［１］の発明では、活性炭及び／又はシリカゲル混抄紙に、粒径が１ｎｍ〜５０ｎｍの範囲の層状複水酸化物を坦持しているので、活性炭及び／又はシリカゲルの初期吸着力と層状複水酸化物による層間に吸収・吸着する力と相俟って、アンモニア、硫黄酸化物、窒素酸化物の全てに対して初期から優れたアンモニアガス、二酸化硫黄ガス及び二酸化窒素ガス除去効果を発揮することができる。
［２］の発明では、前記層状複水酸化物が、ハイドロタルサイト、マナセアイト、パイロオウライトから選ばれる１種または複数の層状複水酸化物であるので、安定的にアンモニアガス、二酸化硫黄ガス及び二酸化窒素ガス除去効果を発揮することができる。
［３］の発明では、前記層状複水酸化物を混抄紙１ｇ当たり５ｍｇ〜１００ｍｇ担持しているので、十分なアンモニアガス、二酸化硫黄ガス及び二酸化窒素ガス除去効果を発揮することができる。
本発明のアンモニアガス、二酸化硫黄ガス及び二酸化窒素ガス除去フィルターについて、さらに詳しく説明する。
本発明で用いる混抄紙は、活性炭混抄紙であってもシリカゲル混抄紙でもよく、さらに活性炭とシリカゲルの両方を用いてもよい。活性炭混抄紙は通常の湿式抄紙法により製造できる。例えば活性炭と天然パルプを水に添加し、水スラリーを作成する。そのスラリーを攪拌しながら所定の固形分濃度に調整し、得られた凝集体水分散液を抄紙機を使い湿式抄紙法によりシート化し、乾燥処理を施し活性炭混抄紙を得る。この活性炭混抄紙にヒートプレス機を用いてプレス加工を施したのち、この活性炭混抄紙をコルゲート加工機を用いハニカム形状に加工しフィルターの形状にする。フィルターの開口率を、ヒートプレス機を用いたプレス加工による紙厚、およびコルゲート加工機によるコルゲートの山高さと、コルゲート間隔（ピッチ）から６５〜８０％の範囲にするのが好ましい。
この活性炭混抄紙によるハニカムフィルターは活性炭の強い吸着力によって悪臭ガスの吸着体の役割をなすものである。本発明に使用する活性炭としては、椰子殻活性炭、石油ピッチ系球状活性炭、活性炭素繊維、木質系活性炭等の活性炭系炭素多孔質体が、吸着比表面積が非常に高いことから好ましく用いられる。中でも、椰子殻活性炭が好ましい。また、この活性炭混抄紙に使用する繊維は天然パルプ、ポリオレフィン及びアクリル繊維などのフィブリル化繊維を用いればよい。
活性炭混抄紙における活性炭の担持量は、０．２〜０．７ｇ／ｃｍ３担持させるのが好ましい。０．２ｇ／ｃｍ３を下回る活性炭の担持量では、十分な吸着量とならない。また、０．７ｇ／ｃｍ３を上回って活性炭を担持させても、十分に大きな吸着量とはならず、活性炭混抄紙の強度も得られず好ましくない。
本発明のシリカゲル混抄紙は通常の湿式抄紙法により製造できる。例えば、シリカゲルと天然パルプを水に添加し、水スラリーを作成する。そのスラリーを攪拌しながら所定の固形分濃度に調整し、得られた凝集体水分散液を抄紙機を使い湿式抄紙法によりシート化し、乾燥処理を行ないシリカゲル混抄紙を得る。このシリカゲル混抄紙にヒートプレス機を用いてプレス加工を施す。このシリカゲル混抄紙をコルゲート加工機を用いハニカム形状に加工しフィルターの形状にする。フィルターの開口率を、ヒートプレス機を用いたプレス加工による紙厚、およびコルゲート加工機によるコルゲートの山高さと、コルゲート間隔（ピッチ）から６５〜８０％の範囲にするのが好ましい。
このシリカゲル混抄紙によるハニカムフィルターはシリカゲルの強い吸着力によってガスの吸着体の役割をなすものである。本発明に使用するシリカゲルとしては、特に限定されない。また、このシリカゲル混抄紙に使用する繊維は天然パルプ、ポリオレフィン及びアクリル繊維などのフィブリル化繊維を用いればよい。
シリカゲル混抄紙におけるシリカゲルの担持量は、０．３〜１．２ｇ／ｃｍ３担持させるのが好ましい。０．３ｇ／ｃｍ３を下回るシリカゲルの担持量では、十分な吸着量とならない。また、１．２ｇ／ｃｍ３を上回ってシリカゲルを担持させても、十分に大きな吸着量とはならず、シリカゲル混抄紙の強度も得られず好ましくない。
本発明のアンモニアガス、二酸化硫黄ガス及び二酸化窒素ガス除去フィルターに用いられる層状複水酸化物としては、ハイドロタルサイト、マナセアイト、パイロオウライトから選ばれる１種または複数の層状複水酸化物が好ましい。層状複水酸化物は結晶構造が層状であり、そのひとつひとつの結晶片は葉片状または鱗状となっています。そして、粒径が１ｎｍ〜５０ｎｍの範囲の層状複水酸化物は、空気中のアンモニアガス、二酸化硫黄ガス及び二酸化窒素ガスを効率的に取り込み吸着除去することができる。粒径が１ｎｍ未満では徒に材料コストがかかりコストに見合わない、また、５０ｎｍを越えると吸着性が劣る恐れがあり好ましくない。
また、層状複水酸化物の活性炭及び／又はシリカゲル混抄紙への坦持量は、活性炭及び／又はシリカゲル混抄紙１ｇ当たり５ｍｇ〜１００ｍｇが好ましい。５ｍｇを下回ると除去効性能の低下を招き、１００ｍｇを越えると活性炭及び／又はシリカゲルの細孔を塞いでしまい物理吸着性能を低下させてしまうおそれがあるので好ましくない。さらに好ましくは１０ｍｇ〜５０ｍｇである。
また、活性炭及び／又はシリカゲル混抄紙に層状複水酸化物を坦持するには、活性炭及び／又はシリカゲル混抄紙を製造段階で、活性炭及び／又はシリカゲルと天然パルプと層状複水酸化物とバインダー樹脂とを水に添加した水スラリーを作成することで坦持してもよいし、混抄紙に後からスプレー法やコーティング法、浸漬法で層状複水酸化物を付与し坦持させればよい。
混抄紙を製造段階で、層状複水酸化物を坦持させるには、活性炭及び／又はシリカゲルと天然パルプとに加え、バインダー樹脂として例えば、エチレン−酢酸ビニル共重合体を活性炭及び／又はシリカゲルに対して５質量％〜３０質量％を、そして層状複水酸化物を水に加えてスラリーを作成する。
前記バインダー樹脂としては、特に限定されないが、例えば、エチレン−酢酸ビニル共重合、ポリビニルアルコール、ウレタン樹脂、アクリル樹脂を挙げることできる。なかでも活性炭及び／又はシリカゲルの細孔を被覆し難い点からエチレン−酢酸ビニル共重合が好ましい。
また、活性炭及び／又はシリカゲル混抄紙に後から層状複水酸化物を坦持するには、あらかじめ層状複水酸化物を水に均一に分散させた水分散液からなる処理液を調合する。前記処理液には、分散剤や増粘剤などの各種添加剤を、各種特性向上のため配合してもよい。前記処理液を活性炭及び／又はシリカゲル混抄紙にスプレーやコーティングなどの方法を用いて付与し坦持してもよいし、活性炭及び／又はシリカゲル混抄紙を前記処理液に浸漬することで前記処理液を付与し坦持してもよい。
上記のように、処理液を付与した後に乾燥させるが、乾燥手段としては、加熱処理する方法が乾燥効率から好ましい。加熱処理温度は、１００〜１８０℃とするのが好ましい。
次ぎに実施例により、本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例のものに特に限定されるものではない。なお、層状複水酸化物の坦持量を表１に示す。また、アンモニア、硫黄酸化物、窒素酸化物の除去性能試験結果を表２に示す。
＜実施例１＞
パルプ４０質量部、シリカゲル４５質量部、エチレン−酢酸ビニル共重合体１３質量部、粒径が１０ｎｍのハイドロタルサイト２質量部を水１００質量部に分散させたスラリーを作成する。得られたスラリーを抄紙機を用いて湿式抄紙法によりシート化し、乾燥処理を施した。次に、このシリカゲル混抄紙にヒートプレス機を用いてプレス加工を施し、目付量１００ｇ／ｍ２の混抄紙を得た。前記混抄紙をコルゲート加工機を用いて波形形状に加工した。コルゲートの山高さは２．８ｍｍ、コルゲート間隔（ピッチ）は４．３ｍｍであり、厚さ８ｍｍであった。この波形形状の混抄紙と混抄紙をエチレン−酢酸ビニル共合体からなる接着剤で接着し積層することで、縦４００ｍｍ×横２５０ｍｍ×厚８ｍｍのハニカム形状（セル密度が１００セル／ｉｎｃｈ２）の空気清浄機用消臭フィルター材を得た。ハイドロタルサイトの混抄紙への担持量は、２０ｍｇ／１ｇであった。アンモニアガス、二酸化硫黄ガス及び二酸化窒素ガス除去能力試験により測定をおこなった。初期性能試験の結果は、二酸化硫黄の除去率が９５％、二酸化窒素の除去率が９７％、アンモニアの除去率が９２％であった。また、耐久性能試験の結果は、二酸化硫黄の除去率が９１％、二酸化窒素の除去率が９４％、アンモニアの除去率が８７％であり、いずれも評価は「◎」で合格であった。なお、各構成と坦持量を表１に、アンモニアガス、二酸化硫黄ガス及び二酸化窒素ガス除去能力試験の結果を表２に示す。
パルプ４０質量部、シリカゲル４５質量部、エチレン−酢酸ビニル共重合体１３質量部、粒径が１０ｎｍのハイドロタルサイト２質量部を水１００質量部に分散させたスラリーを作成する。得られたスラリーを抄紙機を用いて湿式抄紙法によりシート化し、乾燥処理を施した。次に、このシリカゲル混抄紙にヒートプレス機を用いてプレス加工を施し、目付量１００ｇ／ｍ２の混抄紙を得た。前記混抄紙をコルゲート加工機を用いて波形形状に加工した。コルゲートの山高さは２．８ｍｍ、コルゲート間隔（ピッチ）は４．３ｍｍであり、厚さ８ｍｍであった。この波形形状の混抄紙と混抄紙をエチレン−酢酸ビニル共合体からなる接着剤で接着し積層することで、縦４００ｍｍ×横２５０ｍｍ×厚８ｍｍのハニカム形状（セル密度が１００セル／ｉｎｃｈ２）の空気清浄機用消臭フィルター材を得た。ハイドロタルサイトの混抄紙への担持量は、２０ｍｇ／１ｇであった。アンモニアガス、二酸化硫黄ガス及び二酸化窒素ガス除去能力試験により測定をおこなった。初期性能試験の結果は、二酸化硫黄の除去率が９５％、二酸化窒素の除去率が９７％、アンモニアの除去率が９２％であった。また、耐久性能試験の結果は、二酸化硫黄の除去率が９１％、二酸化窒素の除去率が９４％、アンモニアの除去率が８７％であり、いずれも評価は「◎」で合格であった。なお、各構成と坦持量を表１に、アンモニアガス、二酸化硫黄ガス及び二酸化窒素ガス除去能力試験の結果を表２に示す。
＜実施例２＞
実施例１において、パルプ２６．３質量部、活性炭を６０質量部、エチレン−酢酸ビニル共重合体１３質量部、粒径が１０ｎｍのハイドロタルサイト０．７質量部を水１００質量部に分散させたスラリーから作成した活性炭混抄紙を用いた以外は実施例１と同様にして空気清浄機用消臭フィルター材を得た。
実施例１において、パルプ２６．３質量部、活性炭を６０質量部、エチレン−酢酸ビニル共重合体１３質量部、粒径が１０ｎｍのハイドロタルサイト０．７質量部を水１００質量部に分散させたスラリーから作成した活性炭混抄紙を用いた以外は実施例１と同様にして空気清浄機用消臭フィルター材を得た。
＜実施例３＞
実施例１において、パルプ３５質量部、シリカゲル２０質量部、活性炭を３０質量部、エチレン−酢酸ビニル共重合体１３質量部、粒径が２ｎｍのマナセアイト２質量部を水１００質量部に分散させたスラリーから作成した活性炭とシリカゲルとの混抄紙を用いた以外は実施例１と同様にして空気清浄機用消臭フィルター材を得た。
実施例１において、パルプ３５質量部、シリカゲル２０質量部、活性炭を３０質量部、エチレン−酢酸ビニル共重合体１３質量部、粒径が２ｎｍのマナセアイト２質量部を水１００質量部に分散させたスラリーから作成した活性炭とシリカゲルとの混抄紙を用いた以外は実施例１と同様にして空気清浄機用消臭フィルター材を得た。
＜実施例４＞
実施例１において、粒径が１０ｎｍのハイドロタルサイトに替えて粒径が４５ｎｍのハイドロタルサイトを用いた以外は実施例１と同様にして空気清浄機用消臭フィルター材を得た。
実施例１において、粒径が１０ｎｍのハイドロタルサイトに替えて粒径が４５ｎｍのハイドロタルサイトを用いた以外は実施例１と同様にして空気清浄機用消臭フィルター材を得た。
＜実施例５＞
実施例１において、パルプ３３質量部、シリカゲル４５質量部、エチレン−酢酸ビニル共重合体１３質量部、粒径が１０ｎｍのパイロオウライト９質量部を水１００質量部に分散させたスラリーから作成したシリカゲル混抄紙を用いた以外は実施例１と同様にして空気清浄機用消臭フィルター材を得た。
実施例１において、パルプ３３質量部、シリカゲル４５質量部、エチレン−酢酸ビニル共重合体１３質量部、粒径が１０ｎｍのパイロオウライト９質量部を水１００質量部に分散させたスラリーから作成したシリカゲル混抄紙を用いた以外は実施例１と同様にして空気清浄機用消臭フィルター材を得た。
＜比較例１＞
実施例１において、混抄紙に替えて活性炭とシリカゲルのいずれも含まない抄紙を用い、ハイドロタルサイトを坦持させなかった、すなわち、パルプ８７質量部、エチレン−酢酸ビニル共重合体１３質量部を水１００質量部に分散させたスラリーから作成した抄紙を用いた以外は実施例１と同様にしてフィルター材を得た。
実施例１において、混抄紙に替えて活性炭とシリカゲルのいずれも含まない抄紙を用い、ハイドロタルサイトを坦持させなかった、すなわち、パルプ８７質量部、エチレン−酢酸ビニル共重合体１３質量部を水１００質量部に分散させたスラリーから作成した抄紙を用いた以外は実施例１と同様にしてフィルター材を得た。
＜比較例２＞
実施例１において、ハイドロタルサイトを坦持させなかった、すなわち、パルプ４２質量部、シリカゲル４５質量部、エチレン−酢酸ビニル共重合体１３質量部を水１００質量部に分散させたスラリーから作成したシリカゲル混抄紙を用いた以外は実施例１と同様にしてフィルター材を得た。
実施例１において、ハイドロタルサイトを坦持させなかった、すなわち、パルプ４２質量部、シリカゲル４５質量部、エチレン−酢酸ビニル共重合体１３質量部を水１００質量部に分散させたスラリーから作成したシリカゲル混抄紙を用いた以外は実施例１と同様にしてフィルター材を得た。
＜比較例３＞
実施例１において、混抄紙に替えて活性炭とシリカゲルのいずれも含まない抄紙を用いた、すなわち、パルプ８５質量部、エチレン−酢酸ビニル共重合体１３質量部、粒径が１０ｎｍのハイドロタルサイト２質量部を水１００質量部に分散させたスラリーから作成した抄紙を用いた以外は実施例１と同様にしてフィルター材を得た。
実施例１において、混抄紙に替えて活性炭とシリカゲルのいずれも含まない抄紙を用いた、すなわち、パルプ８５質量部、エチレン−酢酸ビニル共重合体１３質量部、粒径が１０ｎｍのハイドロタルサイト２質量部を水１００質量部に分散させたスラリーから作成した抄紙を用いた以外は実施例１と同様にしてフィルター材を得た。
＜比較例４＞
実施例２において、粒径が１０ｎｍのハイドロタルサイトに替えて粒径が７０ｎｍのハイドロタルサイトを用いた、すなわち、パルプ２６．３質量部、活性炭６０質量部、エチレン−酢酸ビニル共重合体１３質量部、粒径が７０ｎｍのハイドロタルサイト０．７質量部を水１００質量部に分散させたスラリーから作成した活性炭混抄紙を用いた以外は実施例２と同様にしてフィルター材を得た。
実施例２において、粒径が１０ｎｍのハイドロタルサイトに替えて粒径が７０ｎｍのハイドロタルサイトを用いた、すなわち、パルプ２６．３質量部、活性炭６０質量部、エチレン−酢酸ビニル共重合体１３質量部、粒径が７０ｎｍのハイドロタルサイト０．７質量部を水１００質量部に分散させたスラリーから作成した活性炭混抄紙を用いた以外は実施例２と同様にしてフィルター材を得た。
＜アンモニアガス、二酸化硫黄ガス及び二酸化窒素ガス除去能力試験方法＞
（初期性能試験）
前記フィルター材を空気清浄機にセットし、容積１ｍ３のアクリルボックス内に入れた。次に初期濃度約１０ｐｐｍの各ガス（アンモニア、二酸化硫黄、二酸化窒素）をそれぞれ単一ガスで投入し、風量を７ｍ３／分の条件で運転させた。運転開始から５分後のガス濃度を測定し、除去率９０％以上のものを「◎」、除去率８０％以上９０％未満のものを「○」、８０％未満のものを「×」とした。なお、「○」以上を合格とした。
（初期性能試験）
前記フィルター材を空気清浄機にセットし、容積１ｍ３のアクリルボックス内に入れた。次に初期濃度約１０ｐｐｍの各ガス（アンモニア、二酸化硫黄、二酸化窒素）をそれぞれ単一ガスで投入し、風量を７ｍ３／分の条件で運転させた。運転開始から５分後のガス濃度を測定し、除去率９０％以上のものを「◎」、除去率８０％以上９０％未満のものを「○」、８０％未満のものを「×」とした。なお、「○」以上を合格とした。
（耐久性能試験）
前記フィルター材の縦３０×横３０×厚さ８ｍｍにカットし、ワンパス型消臭試験装置に装着した。入口側濃度を約１０ｐｐｍの各ガス（アンモニア、二酸化硫黄、二酸化窒素）を、面風速が５０ｍｍ／秒の条件にて３０分間連続通気させ、３０分後のワンパス除去率を測定し、除去率８５％以上のものを「◎」、７０％以上８５％未満のものを「○」、７０％未満のものを「×」とした。なお、「○」以上を合格とした。
前記フィルター材の縦３０×横３０×厚さ８ｍｍにカットし、ワンパス型消臭試験装置に装着した。入口側濃度を約１０ｐｐｍの各ガス（アンモニア、二酸化硫黄、二酸化窒素）を、面風速が５０ｍｍ／秒の条件にて３０分間連続通気させ、３０分後のワンパス除去率を測定し、除去率８５％以上のものを「◎」、７０％以上８５％未満のものを「○」、７０％未満のものを「×」とした。なお、「○」以上を合格とした。
表２から明らかなように、本発明のフィルターは、アンモニアガス、二酸化硫黄ガス及び二酸化窒素ガスの全てのガスに対して優れた除去性能を発揮するフィルターであった。
一方、比較例のフィルターは、初期性能と耐久性能のいずれの除去性能においてもかなり劣るフィルターであった。
本発明の技術は、アンモニアガス、二酸化硫黄ガス及び二酸化窒素ガスの全てを除去できるフィルターに関する技術で、家庭用または業務用のエアコン、空気清浄機等のフィルターとして広く利用される。
Claims (3)
- 活性炭及び／又はシリカゲル混抄紙に、粒径が１ｎｍ〜５０ｎｍの範囲の層状複水酸化物を坦持したことに特徴のあるアンモニアガス、二酸化硫黄ガス及び二酸化窒素ガス除去フィルター。
- 前記層状複水酸化物が、ハイドロタルサイト、マナセアイト、パイロオウライトから選ばれる１種または複数の層状複水酸化物である請求項１に記載のアンモニアガス、二酸化硫黄ガス及び二酸化窒素ガス除去フィルター。
- 前記層状複水酸化物を混抄紙１ｇ当たり５ｍｇ〜１００ｍｇ担持させた請求項１または２に記載のアンモニアガス、二酸化硫黄ガス及び二酸化窒素ガス除去フィルター。
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