説明

脱臭剤及び脱臭フィルター

【課題】臭気成分を効率的に吸着して脱臭し、しかも、吸着したこれらの臭気成分の温度上昇による再放出の少ない脱臭剤および脱臭フィルターを提供する。
【解決手段】活性炭をイオン交換樹脂で被覆してなる脱臭剤及びそれを用いた脱臭フィルター。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、臭気成分を効率的に吸着して脱臭することができ、一旦吸着した臭気成分の温度上昇等による再放出の問題の少ない脱臭剤およびそれを用いた脱臭フィルターに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、脱臭剤として、活性炭とイオン交換樹脂を併用するものとしていくつかのものが知られている。
例えば、特許文献1には、上流側に物理吸着能を有する活性炭を配置し、下流側に物理吸着能を有する活性炭を基材としその表面に酸性あるいは塩基性のガス状イオン性不純物を中和しうる物質を添着させたものを配置し、ガス状有機不純物とガス状イオン性不純物の両方を除去可能であることが報告されている。しかしこのような積層構造をとることによりフィルター部分での圧力損失が大きく排気ブロアーへの負荷が大きく電力消費量が大きくなるとともに、フィルターの通気線速が早い場合に上流側に吸着したイオン性不純物が脱離した際に下流側で効率よく吸着除去されずにスルーしてしまう危険性が高いという問題があった。
【0003】
また、特許文献2には、エアフィルタ用濾材において、吸着性繊維にイオン交換繊維、活性炭素繊維から選ばれる少なくとも一種を、吸着剤粒子にイオン交換樹脂粒子、活性炭粒子等から選ばれる少なくとも一種を用い、上記吸着性繊維を含む不織布シートで上記吸着剤粒子をサンドして止着されているものを報告している。しかし、活性炭粒子とイオン交換繊維の組み合わせであると、通気線速が早い場合、活性炭粒子に吸着されていたイオン性ガス成分が脱離した際に活性炭粒子がイオン交換繊維で完全に被覆されていないためにイオン交換繊維で効率よく吸着除去されずにスルーしてしまう危険性があった。またイオン交換樹脂粒子と活性炭繊維の組み合わせであると、活性炭素繊維に吸着していたイオン性ガス成分が脱離してしまうという問題があった。
【0004】
また、特許文献3には、シート状複合体として、シート状複合体内に活性炭粒子とイオン交換繊維を混在させているものを報告している。しかし、通気線速が早い場合に活性炭粒子に吸着されていたイオン性ガス成分がイオン交換繊維で効率よく吸着除去されずにスルーしてしまう危険性があった。
また、従来、脱臭剤として、極性臭気成分を吸着しやすい有機物質などを活性炭に添着したものが知られている。
【0005】
即ち、活性炭は、炭化水素等の非極性臭気成分を優先的に吸着することができるが、低分子量の極性臭気成分である硫化水素、アンモニア、アルデヒドなどに対する吸着力が弱いため、これらの極性臭気ガスを吸着しやすいアルカリ物質を活性炭表面に添着させたアルカリ添着活性炭や、各種極性ガス吸着性物質を活性炭に添着させたものが知られている。
【0006】
例えば、特許文献4には、硫酸アンモニウム、ポリアリルアミン塩酸塩、EDTA・2Na、トリエタノールアミン、ピリジン等を活性炭に添着することにより、ホルムアルデヒドの除去率の向上が認められることが報告されている。しかし、この様にホルムアルデヒド等の極性ガス吸着性物質を活性炭に添着したものは、化学結合によって極性臭気物質を保持しているため、吸着した極性臭気物質を温度の上昇により再放出する問題はないものの、非極性臭気物質を再放出するという問題があった。
【0007】
また、特許文献5では、活性炭への添着物質としてo−、m−又はp−アミノ安息香酸、p−アミノサリチル酸及びその塩類等が用いられているが、これらは室温で固体状の化合物であり、活性炭表面で結晶を形成するため、活性炭表面での吸着成分の被覆率が低下することにより、臭気物質を保持する能力が一般的に低いと考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特許第2980124号公報
【特許文献2】特開2002−292216号公報
【特許文献3】特開2008−508092号公報
【特許文献4】特開平9−313828号公報
【特許文献5】特開平2−115020号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
本発明は上記従来の問題点を解決し、臭気成分を効率的に吸着して脱臭し、しかも、吸着したこれらの臭気成分の温度上昇による再放出の少ない脱臭剤を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明者らは上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、活性炭をイオン交換樹脂で被覆することで臭気成分を吸着して脱臭することができ、また、一旦吸着した臭気成分の温度上昇等による再放出の問題の少ないことを見出した。さらに活性炭に添着する有機物質として、所定の特性を有するものを用いることにより、温度上昇に伴う極性臭気成分及び非極性臭気成分の再放出、特に非極性臭気成分である2−メチルフランの再放出が防止されることを見出した。
【0011】
本発明はこのような知見に基いて達成されたものであり、以下を要旨とする。
[1]活性炭をイオン交換樹脂で被覆してなる脱臭剤。
[2]該活性炭に有機物質を添着してなり、該有機物質が、沸点が150℃以上で、融点が100℃以下であり、かつ該有機物質に対するメチルイソブチルケトンの無限希釈活量係数が10以下であることを特徴とする[1]に記載の脱臭剤。
[3]該有機物質に対するメチルイソブチルケトンの無限希釈量活量係数が3以下であることを特徴とする[2]に記載の脱臭剤。
[4]該有機物質に対する2−メチルフランの無限希釈活量係数が5以下であることを特徴とする[2]又は[3]に記載の脱臭剤。
[5]該有機物質に対するアセトアルデヒドの無限希釈活量係数が5以下であることを特徴とする[2]乃至[4]のいずれかに記載の脱臭剤。
[6]該有機物質に対する酢酸の無限希釈活量係数が10以下であることを特徴とする[2]乃至[5]のいずれかに記載の脱臭剤。
[7]該イオン交換樹脂が、塩基性アニオン交換樹脂であることを特徴とする[1]乃至[6]のいずれかに記載の脱臭剤。
[8][1]乃至[7]のいずれかに記載の脱臭剤を用いた脱臭フィルター。
【発明の効果】
【0012】
本発明の脱臭剤は、活性炭をイオン交換樹脂で被覆することにより、臭気成分を吸着して脱臭することができ、また、一旦吸着した臭気成分の温度上昇等による再放出の問題が少ない。さらに活性炭に特定の有機物質を添着することにより、極性臭気成分及び非極性臭気成分を共に効率的に吸着して脱臭することができ、また、一旦吸着した臭気成分の温度上昇等による再放出の問題が少ない。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下に、本発明の実施の形態を詳細に説明するが、以下に記載する構成要件の説明は、本発明の実施の形態の一例(代表例)であり、本発明はその要旨を超えない限り、これらの内容に特定されない。
本発明の脱臭剤は、活性炭をイオン交換樹脂で被覆してなる。活性炭をイオン交換樹脂で被覆することにより、臭気ガス成分を化学的に吸着することでき、臭気成分の吸着材粒子からの再放出を抑制することができる。
【0014】
[活性炭]
本発明で用いる活性炭としては、特に制限はなく、石炭系物質(泥炭、亜炭、かつ炭、瀝青炭等)を原料とするもの、木炭系物質(ヤシ殻、木材、おが屑)を原料とするもの、その他石油ピッチ、合成樹脂、各種有機灰等を原料とするものなどをいずれも用いることができるが、臭気成分の吸着量を確保するべく、比表面積の大きいものが好ましく、特に、比表面積が1000m/g以上のものが吸着量が大きく好ましい。
【0015】
特に、ヤシ殻を原料として熱処理したヤシ殻活性炭は、細孔直径2nm以下のミクロ孔が多く、分子サイズの小さい臭気成分の吸着にも好適である。
また、活性炭の形状としても特に限定されるものではなく、粒状、粉状、繊維状のもの等を用いることができる。
活性炭は、原料や比表面積等の物性、形状等の異なるものを2種以上用いても良い。
【0016】
[イオン交換樹脂]
本発明で用いるイオン交換樹脂としては、特に制限はなく、塩基性ガスを有効に化学吸着できる強酸性カチオン交換樹脂ないし弱酸性カチオン交換樹脂や、酸性ガスを有効に化学吸着できる強塩基性アニオン交換樹脂ないし弱塩基性アニオン交換樹脂のほか、両性のイオン交換樹脂等を用いることができる。
【0017】
イオン交換樹脂の母体は、通常はスチレンとジビニルベンゼンの共重合体であり、その母体構造によって、透明でほぼ均質なゲル形と、物理的に大きな孔径をもったマクロポーラス形とに大別され、母体構造と各種交換基とを組み合わせることで多種のものがあるが、本発明では、いずれのイオン交換樹脂でも使用することができる。例えば交換基にスルホン酸基を用いた強酸性カチオン交換樹脂、交換基にカルボキシル基あるいはフェノール水酸基を用いた弱酸性カチオン交換樹脂、交換基に第四アンモニウム塩基を用いた強塩基性アニオン交換樹脂、交換基に第一、第二、第三アミンを用いた弱塩基性アニオン交換樹脂が挙げられる。
酢酸、アルデヒド等の酸性臭気成分を吸着させるには、塩基性アニオン交換樹脂を使用することが好ましく、例えば、三菱化学(株)製 ダイヤイオン WA20が使用できる。
【0018】
[有機物質]
本発明の脱臭剤は、前記活性炭に有機物質を添着してなり、該有機物質が、沸点が150℃以上で、融点が100℃以下であり、かつ該有機物質に対するメチルイソブチルケトンの無限希釈活量係数が10以下であることが好ましい。活性炭に前記有機物質を添着させることにより、臭気物質の捕集効果が高くなる。
【0019】
<沸点>
活性炭に添着される有機物質の沸点は、通常150℃以上、好ましくは170℃以上である。有機物質の沸点が低すぎると、活性炭に添着した有機物質が揮発することにより、有機物質が活性炭表面より脱離してしまい、吸着性能が低下する傾向があり、また脱離し
た有機物質そのものが臭気成分となる場合がある。有機物質の沸点の上限は特に限定されるわけではないが、通常300℃以下である。
【0020】
<融点>
活性炭に添着される有機物質の融点は、通常100℃以下、好ましくは50℃以下、より好ましくは30℃以下である。有機物質の融点が高すぎると活性炭表面で結晶を形成するため、活性炭表面での吸着被覆率が低下することにより、臭気成分の捕集効果が低下する傾向がある。特に、有機物質は脱臭剤の使用温度雰囲気で液相状態であること、即ち、融点が使用温度条件以下であることが好ましいと考えられる。有機物質が結晶化することなく液状であることにより、活性炭表面に対する被覆率が大きくなり、臭気成分の捕集効果がより高くなる。有機物質の融点の下限は特に限定されるわけではないが通常−80℃以上である。
【0021】
<無限希釈活量係数>
活性炭に添着される有機物質は、各種の臭気成分に対して親和性が高いことが望まれる。この親和性を表現する指標としては、無限希釈活量係数が用いられる。
多成分気液平衡においては、下記(式1)に示される関係式が成り立つ。
=P×γ×x (式1)
上記(式1)において、
:成分nの気相での分圧(Pa)
:成分nが単独で存在するときの蒸気圧(Pa)
γ:成分nの活量係数(−)
:成分nの液相でのモル分率(−)
を示す。
【0022】
ここで、気相中の臭気ガス成分が液相の添着成分(有機物質)に吸着されて捕集される場合、活量係数がより小さい値であるほど、液相のモル分率xが高くなり、捕集されやすいことになり、すなわち「親和性が高い」と言える。(式1)において、臭気ガス成分の濃度が非常に低い場合は、上記活量係数γとして、無限希釈活量係数が適用される。従って、無限希釈活量係数により、親和性を評価することができる。
【0023】
本発明において、活性炭に添着される有機物質としては、その有機物質に対するメチルイソブチルケトンの無限希釈活量係数が通常10以下、好ましくは3以下であり、2−メチルフランの無限希釈活量係数が好ましくは5以下、より好ましくは3以下であり、アセトアルデヒドの無限希釈活量係数が好ましくは5以下、より好ましくは3以下であり、さらに酢酸の無限希釈活量係数が好ましくは10以下、より好ましくは6以下である。
【0024】
無限希釈活量係数が小さいほど、各臭気成分に対する親和性が高く、吸着脱臭効率に優れ、また再放出防止効果にも優れる。即ち、有機物質に対するメチルイソブチルケトンの無限希釈活量係数が小さいほどメチルイソブチルケトンの吸着脱臭効率に優れ、有機物質に対する2−メチルフランの無限希釈活量係数が小さいほど2−メチルフランの吸着脱臭効率に優れ、有機物質に対するアセトアルデヒドの無限希釈活量係数が小さいほどアセトアルデヒドの吸着脱臭効率に優れ、有機物質に対する酢酸の無限希釈活量係数が小さいほど酢酸の吸着脱臭効率に優れる。
【0025】
なお、有機物質の無限希釈活量係数は、A・クラムトら(A.Klamt et al.)、「ジャーナル・オブ・フィジカル・ケミストリー」(JournalofPhysical Chemistry)、(米国)、アメリカ化学会、1995年、第99巻、p.2224、およびA・クラムトら(A.Klamt et al.)「フルード・フェーズ・イクイリブリア」(Fluid Phase Equilibria)、(蘭)
、エルゼビア、2000年、第172巻、p.43に記載の方法で算出される。
【0026】
<具体例>
上記の特性を満たす有機物質の例としては、例えば、非極性基と極性基とを併せ持つ化合物が挙げられ、具体的には、ジメチルスルホキシドやジフェニルスルホキシド等のアルキル基又はアリル基で置換されたスルホキシド化合物、コハク酸ジエチル、フタル酸ジエチルなどのエステル化合物、1,2−プロパンジオールなどの脂肪族アルコール類、トリメチルシラノール、トリエチルシラノール等のシラノール基含有化合物などが挙げられる。また、上述したような極性臭気化合物(アセトアルデヒド、メチルイソブチルケトン、酢酸)及び非極性臭気化合物(2−メチルフラン)双方との親和性が高い有機物質、すなわち当該有機物質に対する極性臭気化合物及び非極性臭気化合物双方の無限希釈活量係数が小さい、アセトフェノンなどが挙げられる。
【0027】
表1に、本発明に好適な有機物質に対する各臭気化合物の無限希釈活量係数の計算値を沸点及び融点と共に示す。
【0028】
【表1】

【0029】
これらの有機物質は1種を単独で用いても良く、2種以上を併用しても良い。
<活性炭へのイオン交換樹脂の被覆量>
活性炭へのイオン交換樹脂の被覆量としては特に限定されるわけではないが、活性炭の重量に対するイオン交換樹脂の被覆量が1〜30重量%、特に5〜20重量%となるように被覆することが好ましい。イオン交換樹脂の被覆量が多すぎると臭気成分の活性炭表面への拡散が阻害され脱臭性能が低下する傾向がある。また少なすぎると活性炭からの温度上昇時のイオン性臭気ガス成分の放出が効率よく抑制されない傾向がある。
【0030】
<有機物質の添着量>
活性炭への有機物質の添着量としては特に限定されるわけではないが、活性炭の重量に対する有機物質の添着量が0.01〜5重量%、特に0.1〜2重量%となるように添着することが好ましい。有機物質の添着量が多すぎると、活性炭表面の被覆率が過剰となり比表面積が低下するため脱臭性能が低下する場合がある。また、少なすぎると有機物質による臭気成分との親和性が十分に発揮されず、温度上昇時の再放出量が増加する場合がある。
【0031】
[製造方法]
本発明の脱臭剤は、活性炭をイオン交換樹脂で被覆して得られる。活性炭に有機物質を添着させる場合には、活性炭に有機物質を添着させた後に、有機物質を添着させた活性炭をイオン交換樹脂で被覆する。
<活性炭に有機物質を添着する方法>
活性炭に有機物質を添着する方法について説明する。
【0032】
有機物質の活性炭への添着方法としては特に限定されないが、大きく分けて固相添着法と液相添着法がありいずれも用いることができる。
固相添着法は、添着すべき有機物質をその有機物質が可溶な溶媒に溶解させ、活性炭の含液率に見合った量だけ有機物質の溶解液を含浸させた後、溶媒だけを真空乾燥等により除去することにより添着する方法である。添着される有機物質の量は溶解液中の有機物質の濃度により調整することができる。また、使用する溶媒としては特に限定されるわけではないが、水、エタノ−ル等、取扱いが簡便で乾燥工程で容易に除去できる低沸点の溶媒が適当である。
【0033】
液相添着法は、添着すべき有機物質をその有機物質が可溶な溶媒に溶解させた後、その溶解液中に活性炭を投入し、一定時間溶解液を攪拌混合した後、混合液を固液分離し、最後に真空乾燥等で残留する溶媒を除去する方法である。この際、操作を簡便にするために、乾燥前の固液分離工程を省略することもできる。添着される有機物質の量は溶解液中の有機物質の濃度により調整することができる。また、使用する溶媒としては特に限定されるわけではないが、水、エタノ−ル等、取扱いが簡便で乾燥工程で容易に除去できる低沸点の溶媒が適当である。
【0034】
<活性炭をイオン交換樹脂で被覆する方法>
活性炭、又は有機物質を添着した活性炭を、イオン交換樹脂で被覆する方法としては、特に限定されないが、一般的にはイオン交換樹脂を水等の分散媒中に分散させてスラリー状にし、該スラリーを乾式高速剪断混合機によって活性炭表面に付着させた後、乾燥させて分散媒を除去する方法あるいは、該スラリーを流動層造粒機等の造粒機によって活性炭表面に付着させた後、乾燥させて分散媒を除去する方法等が適用される。これらの方法により活性炭表面にほぼ均一にイオン交換樹脂粒子が被覆された状態となる。活性炭表面に被覆されるイオン交換樹脂層の厚みは、通常は1〜20μm、好ましくは5〜10μmである。
【0035】
[用途・形態]
本発明の脱臭剤は、多種多様の脱臭対象に適用することができ、例えば、プラスチック工場、印刷工場、塗装工場等の溶剤が発生する工場、ごみ焼却場、下水処理場等で用いられる業務用各種脱臭処理設備や、生活環境における煙草の煙、人体、し尿、冷蔵庫内、自動車の排ガスなどから発生する悪臭を除去するための、屋内や屋外、自動車内に設置される空気清浄用機器、エアーコンディショナー、ファンヒ−タ、消臭器等に用いることができる。
【0036】
また本発明の脱臭剤の使用形態としては、粉ないし粒子状、繊維状で使用することもできるが、脱臭剤をフィルター状に加工して使用することもできる。
脱臭剤をフィルターとして加工して使用する場合、その形態は特に限定されるわけではないが、不織布のような通気性の良好なシート材料の間に脱臭剤を挟んだり、あるいはシート材料に剤を保持させたりしてフィルター状に加工して使用することができる。
【実施例】
【0037】
以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限
り、以下の実施例に何ら限定されるものではない。」
[実施例1]
300ミクロン〜425ミクロンの粒状活性炭(三菱化学カルゴン(株)製活性炭「ABEKR1」、比表面積1146m/g)を、0.04重量%のコハク酸ジエチルのエタノール溶液中で12時間振とうさせた後、40℃にて真空乾燥にて溶媒除去し、さらに110℃にて真空乾燥することで、活性炭に対して0.1重量%の添着量でコハク酸ジエチルを担持させた脱臭剤Aを得た。
【0038】
次に、塩基性アニオン交換樹脂(三菱化学(株)ダイヤイオン WA20)を4倍重量の水で分散させた後、マイクロスMIC−0((株)奈良機械製作所)にて回転数1000rpmで5min粉砕処理後、2000rpmで55min粉砕処理を施し、さらに水で希釈し12.5重量%の塩基性アニオン交換樹脂の水分散液を調製した。
次に、コハク酸ジエチルを担持させた活性炭に、上述の塩基性アニオン交換樹脂の水分散液を加え軽く振り混ぜた後、乾式高速剪断混合機にて活性炭表面にイオン交換樹脂を被覆させる処理を施し、最後に50℃にて真空乾燥処理を施し、脱臭剤Bを得た。なお、SEM観察により活性炭表面に約10ミクロンの厚みでイオン交換樹脂粒子がほぼ均一にコーティングされていることが確認された。
【0039】
<2−メチルフラン吸脱着評価>
上記、脱臭剤A、脱臭剤Bおよび ヤシ殻活性炭(SIGMA−ALDRICH製activated carbon,Darco,12-20mesh,granular 破砕品300-425μ)を日本ベル製磁気浮遊天秤
装置(定圧流通型吸着測定装置)にて以下要領にて吸脱着測定を実施した。
試料量0.1gを天秤装置のサンプルバスケットにのせ、装置系内を室温から70℃まで真空条件下で昇温処理後、一旦空気にて常圧まで復圧しさらに空気流量100cc/min流通条件下で30℃まで降温させた。つぎに2−メチルフラン70ppm、流量100cc/min流通条件下で2時間流通させ、吸着サンプルに一定量の2−メチルフランが吸着される処理を施した。最後に空気流量100cc/min流通条件下で40℃まで昇温させ、吸着していた2−メチルフランが脱着される処理を1時間40分施した。上記操作における重量の経時変化を磁気浮遊天秤装置にて測定し、次式であらわされる値を2−メチルフラン脱着率とした。
(40℃ 空気流通下での2−メチルフラン脱着量)/(30℃ 2−メチルフラン流通下での2−メチルフラン吸着量)
【0040】
<酢酸吸脱着評価>
2−メチルフランの代わりに酢酸を用いる以外は2−メチルフラン吸脱着評価と同様の操作にて評価を実施し、次式であらわされる値を酢酸脱着率とした。
(40℃ 空気流通下での酢酸脱着量)/(30℃ 酢酸流通下での酢酸吸着量)
表2に、実施例1における2−メチルフラン脱着率、酢酸脱着率を示す。表2においてこの値が小さい程再放出量が少ないことを示す。
【0041】
【表2】

【0042】
表2より、コハク酸ジエチルを活性炭表面に添着させた脱臭剤Aのほうがヤシ殻活性炭に比較して、非極性臭気成分である2−メチルフランの温度上昇に伴う再放出が低減されている。さらに、脱臭剤Aに塩基性アニオン交換樹脂を被覆した脱臭剤Bのほうが脱臭剤Aに比較して酸性臭気成分である酢酸の温度上昇に伴う再放出が低減されており、本発明の脱臭剤が非極性臭気成分および酸性臭気成分の両方において再放出防止性能に優れることが分かる。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
活性炭をイオン交換樹脂で被覆してなる脱臭剤。
【請求項2】
該活性炭に有機物質を添着してなり、該有機物質が、沸点が150℃以上で、融点が100℃以下であり、かつ該有機物質に対するメチルイソブチルケトンの無限希釈活量係数が10以下であることを特徴とする請求項1に記載の脱臭剤。
【請求項3】
該有機物質に対するメチルイソブチルケトンの無限希釈量活量係数が3以下であることを特徴とする請求項2に記載の脱臭剤。
【請求項4】
該有機物質に対する2−メチルフランの無限希釈活量係数が5以下であることを特徴とする請求項2又は3に記載の脱臭剤。
【請求項5】
該有機物質に対するアセトアルデヒドの無限希釈活量係数が5以下であることを特徴とする請求項2乃至4のいずれか1項に記載の脱臭剤。
【請求項6】
該有機物質に対する酢酸の無限希釈活量係数が10以下であることを特徴とする請求項2乃至5のいずれか1項に記載の脱臭剤。
【請求項7】
該イオン交換樹脂が、塩基性アニオン交換樹脂であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の脱臭剤。
【請求項8】
請求項1乃至7のいずれか1項に記載の脱臭剤を用いた脱臭フィルター。


【公開番号】特開2011−254853(P2011−254853A)
【公開日】平成23年12月22日(2011.12.22)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−129233(P2010−129233)
【出願日】平成22年6月4日(2010.6.4)
【出願人】(000005968)三菱化学株式会社 (4,356)
【Fターム(参考)】