説明

脱臭材、その製造方法および脱臭フィルタ

【課題】白金やパラジウムなどの高価な触媒を用いることなく、室温でアセトアルデヒド、ホルムアルデヒドを含む低級アルデヒド類を高性能に除去しうる脱臭材、その製造方法および脱臭フィルタを提供する。
【解決手段】基材としてのマンガン酸化物に、ルテニウム化合物またはリン酸塩化合物を担持してなる触媒を含むことを特徴とする脱臭材である。また、ルテニウム化合物を担持する場合は、脱臭材に対する、前記ルテニウム化合物中のルテニウム元素の担持量は、0.1質量%以上0.6質量未満とするのが望ましく、リン酸塩化合物を担持する場合は、脱臭材に対するその担持量は、0.1質量%以上20質量以下とするのが望ましい。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明はアセトアルデヒド、ホルムアルデヒドなどのアルデヒド類を効率的に除去しうる脱臭材、その製造方法および脱臭フィルタに関する。
【背景技術】
【0002】
近年、室内や車内の快適性の向上を目的として、生活空間等で発生する不快臭を除去する要求が強くなっており、その中でも特にたばこ臭などに含まれるアルデヒド類の効率的な除去に対する要求が高まっている。一方、アセトアルデヒド、ホルムアルデヒドなどの低級脂肪族アルデヒドは、その蒸気圧が高いため代表的な脱臭剤である活性炭などへの吸着性が低いこと、また中性成分であるため酸やアルカリを添着した吸着剤で化学吸着することも難しいことから、アルデヒド類に対する効果的な除去法の開発が大きな技術課題となっている。
【0003】
従来より低級脂肪族アルデヒドの除去性能を高めた脱臭剤あるいは空気浄化剤が種々提案されている。例えば、特許文献1には、活性炭にアニリンを添着したものが、また特許文献2や特許文献3には、活性炭にアミノ酸やアミノ安息香酸を添着したものが提案されている。さらに、活性炭以外では、特許文献4にゼオライトなどのアルミノシリケートが、特許文献5に活性炭素繊維にアミノベンゼンスルホン酸を添着したものが提案されている。これらの脱臭剤は薬剤とアルデヒドの化学反応を利用した脱臭剤であり、アルデヒド除去性能は高いが、添着薬剤がアルデヒドと化学反応して消費されてしまうと脱臭性能が低下するという問題がある。
【0004】
一方、薬剤とアルデヒドとの化学反応を利用するのではなく、触媒作用を利用してアルデヒドの除去を行う技術が検討されている。例えば、特許文献6にはジルコニアを主成分とする担体に白金を担持した触媒が提案されている。60℃以上の比較的低温においてアルデヒドを除去できるとされているが、室温でアセトアルデヒドを除去することは難しく、また白金という高価な貴金属を用いるため脱臭剤価格が高くなるという問題がある。また、特許文献7には活性炭にパラジウムを担持した触媒を用いることで、室温でホルムアルデヒドを除去する方法が開示されているが、アセトアルデヒドに対する効果は十分ではなく、また白金と同様に高価なパラジウムを用いるため脱臭剤の価格が高くなるという課題があった。
【0005】
また、特許文献8には、銅マンガン複合酸化物または鉄マンガン複合酸化物にルテニウムを担持させた脱臭触媒が提案されている。しかしながら、これらの複合酸化物を用いた場合、アセトアルデヒドの除去性能は向上するが、ホルムアルデヒドの除去性能は必ずしも十分でない問題がある。
【0006】
また、特許文献9には、被処理気体の上流側にマンガン酸化物からなる触媒を、下流側にルテニウムからなる触媒を直列的に配した脱臭用触媒が提案されている。しかしながら、ルテニウムがマンガン酸化物に直接担持されていないために、本願発明に係る脱臭材のような2種類の物質による相互作用に基づく触媒作用の向上効果が得られず、アルデヒド類の除去性能が十分でない問題がある。
【0007】
また、特許文献10には、光触媒と金属酸化物系の常温触媒とを基材に担持した脱臭触媒(請求項1参照)が提案されている。そして、光触媒としてルテニウム錯体が、常温触媒として酸化マンガンが、それぞれ多くの代替物質のうちの一物質として例示されているものの、ルテニウム錯体と酸化マンガンとを具体的に組み合わせた脱臭触媒は開示されていない。しかも、光触媒の光活性性能を確保するために、光触媒と常温触媒との合計重量に対して、常温触媒の重量割合を22%以下に制限するとされており(請求項3、段落[0024]参照)、仮に光触媒としてルテニウム錯体を、常温触媒として酸化マンガンをそれぞれ選択し、これらを組み合わせ得たとしても、ルテニウム錯体より酸化マンガンのほうを少なく配合するものであり、マンガン酸化物にルテニウム化合物を少量担持させることで触媒作用を向上させるものである、本願請求項1〜3に係る発明の脱臭材とは、まったく技術思想を異にするものである。
【特許文献1】特公昭60−54095号公報
【特許文献2】特開平4−2350号公報
【特許文献3】特開平5−23588号公報
【特許文献4】特公平5−16299号公報
【特許文献5】特開平7−136502号公報
【特許文献6】特開2001−239162号公報
【特許文献7】特開昭52−30283号公報
【特許文献8】特開平2003−159315号公報
【特許文献9】特開平10−249197号公報
【特許文献10】特開平11−137656号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
本発明はかかる現状に対してなされたもので、白金やパラジウムなどの高価な触媒を用いることなく、室温でアセトアルデヒド、ホルムアルデヒドを含む低級アルデヒド類を高性能に除去しうる脱臭材、その製造方法および脱臭フィルタ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】
【0009】
請求項1に記載の発明は、基材としてのマンガン酸化物に、ルテニウム化合物を担持してなる触媒を含むことを特徴とする脱臭材である。
【0010】
請求項2に記載の発明は、前記基材が、さらに、銅マンガン複合酸化物、鉄マンガン複合酸化物、活性炭およびゼオライトからなる群より選ばれた少なくとも1種を含む請求項1に記載の脱臭材である。
【0011】
請求項3に記載の発明は、脱臭材に対する、前記ルテニウム化合物中のルテニウム元素の担持量が0.1質量%以上0.6質量未満である請求項1または2に記載の脱臭材である。
【0012】
請求項4に記載の発明は、ルテニウム化合物の水溶液を前記基材にスプレーすることにより、マンガン酸化物にルテニウム化合物を担持させることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の脱臭材の製造方法である。
【0013】
請求項5に記載の発明は、基材としてのマンガン酸化物に、リン酸塩化合物を担持してなる触媒を含むことを特徴とする脱臭材である。
【0014】
請求項6に記載の発明は、前記リン酸塩化合物が、リン酸鉄である請求項5に記載の脱臭材である。
【0015】
請求項7に記載の発明は、脱臭材に対する前記リン酸塩化合物の担持量が0.1質量%以上20質量%以下である請求項5または6に記載の脱臭材。
である。
【0016】
請求項8に記載の発明は、前記基材が、さらに、銅マンガン複合酸化物、鉄マンガン複合酸化物、活性炭およびゼオライトからなる群より選ばれた少なくとも1種を含む請求項5〜7のいずれか1項に記載の脱臭材である。
【0017】
請求項8に記載の発明は、ハニカム状に形成された請求項1〜3、5〜8のいずれか1項に記載の脱臭材を用いた脱臭フィルタである。
【発明の効果】
【0018】
本発明によれば、マンガン酸化物にルテニウム化合物またはリン酸塩化合物を担持した触媒を用いることで、白金やパラジウムなどの高価な触媒を用いることなく、アセトアルデヒドはもちろん、さらに低級のホルムアルデヒドをも含めた低級アルデヒド類を高性能に除去できるようになり、低コストで脱臭性能に優れた脱臭材およびそれを用いた脱臭フィルタを提供できるようになった。
【発明を実施するための最良の形態】
【0019】
以下、本発明について詳細に説明する。
【0020】
[実施形態1]
本発明の実施形態1に係る脱臭材には、基材としてのマンガン酸化物にルテニウム化合物を担持した触媒を使用する。基材として使用するマンガン酸化物の比表面積は吸着性能の面から高いことが好ましく、BET比表面積で200m/g以上のものが好適に利用できる。担持するルテニウム化合物としてはルテニウム酸カリウムや塩化ルテニウムなどが使用できる。マンガン酸化物へのルテニウム化合物の担持方法は特に限定されないが、たとえば、ルテニウム化合物の水溶液をスプレーにより酸化マンガンに担持させるスプレー法が利用できる。そして、スプレー後の試料はデシケータの中で室温にて1日程度乾燥した後、乾燥器により80〜120℃程度で乾燥させることが望ましい。なお、マンガン酸化物へのルテニウム化合物の担持方法として、マンガン酸化物にルテニウム化合物とバインダを添加して混練後、ペレット形状やハニカム形状に押出成形する方法を用いてもよいが、上記スプレー法を用いるほうが、マンガン酸化物とルテニウム化合物とのより緊密な接触状態が得られるのでより推奨される。
【0021】
上記特許文献8に記載の脱臭材のように、マンガン酸化物の替わりに、銅マンガン複合酸化物または鉄マンガン複合酸化物を用いた場合、アセトアルデヒドの除去性能は向上するが、ホルムアルデヒド除去性能は必ずしも高くない(後記実施例中の比較例参照)。より低級なホルムアルデヒドを含めた低級アルデヒド類を効率的に除去するためにはマンガンと他金属元素との複合酸化物ではなく、マンガン酸化物を用いるのが有効である。
【0022】
ここで、マンガン酸化物と、マンガンと銅、鉄など他金属元素との複合酸化物との間にホルムアルデヒドの除去性能に差が生じるのは以下の理由によるものと考えられる。
【0023】
すなわち、アルデヒドの除去は、アルデヒドが触媒作用によって、アルデヒド→酸→二酸化炭素+水という過程を経て酸化され、最終的に二酸化炭素と水に分解されることにより行われる。ここで、アセトアルデヒドはホルムアルデヒドに比べて酸への酸化が難しく、この酸への酸化反応過程にはマンガンと他金属元素との複合酸化物が有効な触媒となる。一方、ホルムアルデヒドについては、酸(ギ酸)への酸化は比較的容易であることから、ギ酸から二酸化炭素+水への酸化分解過程が全体反応を律速する。そして、このギ酸の酸化分解反応に対しては酸化マンガンが有効な触媒となる。
【0024】
ただし、マンガンと他金属元素(例えば銅や鉄)との複合酸化物を利用することはアルデヒド以外の臭気成分であるメルカプタンなどに対する脱臭性能を向上させるのには有効であるため、マンガン酸化物に、マンガンと他金属元素との複合酸化物を添加した基材に、ルテニウム化合物を担持した脱臭剤を用いることにより多種類の臭気を同時に脱臭することが可能となる。
【0025】
脱臭材に対する、ルテニウム化合物中のルテニウム元素の担持量は、0.1質量%以上0.6質量未満とするのが望ましい。上記担持量が0.1質量%未満では触媒作用の向上効果が十分に発揮されず、一方、上記担持量が0.6重量%以上になると脱臭材のコストが高くなる上に、本来酸化マンガンが持っていたアルデヒドに対する脱臭性能が、担持されたルテニウム化合物により阻害され、脱臭材トータルでのアルデヒド脱臭性能が却って低下してしまう結果となるためである。
【0026】
上記のようにしてルテニウム化合物を担持した脱臭材はバインダを用いてペレット状に成形して使用することも可能であるが、バインダを用いてハニカム状に押出成形したり、脱臭材をバインダによりコルゲートに添着しコルゲートハニカムとしたりして用いることも可能である。ハニカム形状にすることで使用時の圧力損失を低く抑え、かつ高性能な脱臭フィルタとして使用できる。空気清浄機用の脱臭フィルタとして用いる場合は、アルデヒド以外の悪臭成分についても幅広く脱臭できるよう、上述したように、酸化マンガンに加えて、さらに活性炭やゼオライト、銅マンガン複合酸化物、鉄マンガン複合酸化物などの吸着剤や脱臭触媒を添加した基材に、ルテニウム化合物を担持させた脱臭材を使用することも可能である。あるいは、酸化マンガンにルテニウム化合物を担持した後に、活性炭やゼオライト、銅マンガン複合酸化物、鉄マンガン複合酸化物などの吸着剤や脱臭触媒を添加したものを脱臭材として用いてもよい。
【0027】
[実施形態2]
本発明の実施形態2に係る脱臭材には、基材としてのマンガン酸化物にリン酸塩化合物を担持した触媒を使用する。上記実施形態1のルテニウム化合物に代えてリン酸塩化合物を担持させることで、さらにコストの低減が可能となる。基材として使用するマンガン酸化物の比表面積は、上記実施形態1と同様、吸着性能の面から高いことが好ましく、BET比表面積で200m/g以上のものが好適に利用できる。担持するリン酸塩化合物としてはリチウム、マグネシウム、カルシウム、鉄などのリン酸塩が利用可能であるが、特にリン酸鉄を酸化マンガンに担持した脱臭材のアルデヒド除去性能が高い。マンガン酸化物へのリン酸塩化合物の担持方法は特に限定されないが、たとえば、マンガン酸化物にリン酸塩化合物とバインダを添加して混練後、ペレット形状やハニカム形状に押出成形する方法が採用できる。また、マンガン酸化物、リン酸塩化合物およびバインダが混合されたスラリーにコルゲートハニカムをディッピングすることでハニカム表面に脱臭材成分を添着後、ハニカムを乾燥して脱臭フィルタとすることも可能である。
【0028】
脱臭材に対するリン酸塩化合物の担持量は、0.1質量%以上20質量以下とするのが望ましい。上記担持量が0.1質量%未満では触媒作用の向上効果が十分に発揮されず、一方、上記担持量が20重量%を超えると、本来酸化マンガンが持っていたアルデヒドに対する脱臭性能が、担持されたリン酸塩化合物により阻害され、脱臭材トータルでのアルデヒド脱臭性能が却って低下してしまう結果となるためである。なお、リン酸塩化合物の担持量の下限は、後記実施例で述べるように、0.5質量%とするのがさらに望ましい。
【0029】
上記のようにしてリン酸塩化合物を担持した脱臭材は、上記実施形態1と同様、バインダを用いてペレット状に成形して使用することも可能であるが、バインダを用いてハニカム状に押出成形したり、脱臭材をバインダによりコルゲートに添着しコルゲートハニカムとしたりして用いることも可能である。ハニカム形状にすることで使用時の圧力損失を低く抑え、かつ高性能な脱臭フィルタとして使用できる。空気清浄機用の脱臭フィルタとして用いる場合は、上記実施形態1と同様、アルデヒド以外の悪臭成分についても幅広く脱臭できるよう、酸化マンガンに加えて、さらに活性炭やゼオライト、銅マンガン複合酸化物、鉄マンガン複合酸化物などの吸着剤や脱臭触媒を添加した基材に、リン酸塩化合物を担持させた脱臭材を使用することも可能である。あるいは、酸化マンガンにリン酸塩化合物を担持した後に、活性炭やゼオライト、銅マンガン複合酸化物、鉄マンガン複合酸化物などの吸着剤や脱臭触媒を添加したものを脱臭材として用いてもよい。
【実施例】
【0030】
[実施形態1に関する確証試験]
本発明の実施形態1に係る脱臭材の効果を確証するために以下の試験を実施した。マンガン酸化物としてはBET比表面積の異なる2種類の酸化マンガン(酸化マンガン(1):BET比表面積280m/g、酸化マンガン(2):BET比表面積225m/g)を用いた。また、比較材として、銅マンガン複合酸化物粉末、鉄マンガン複合酸化物粉末、やし殻原料の粉末活性炭を使用した。
【0031】
上記の各種粉末に、バインダとしてのシリカゾル(日産化学製スノーテックス)を30質量%と適量の水分を添加し、混練後、押出成形することによりペレット状の成形品試料(以下、「ペレット基材」という。)を作製した。
【0032】
ルテニウム化合物の担持は、希釈したルテニウム酸カリウム水溶液を乾燥させたペレット基材にスプレーすることで行い、ルテニウム担持量はルテニウム酸カリウム水溶液の希釈率を変えることで調整した。ルテニウム担持後のペレットはデシケータ中で1日室温乾燥した後、80℃で一晩乾燥し評価材とした。
【0033】
アルデヒド除去性能測定は、以下の臭気ガス流通試験により行った。臭気ガスとしては、アセトアルデヒド濃度2ppmまたはホルムアルデヒド濃度10ppm、相対湿度60%の模擬ガスを用い、空間速度(GHSV)180000h−1の条件で、各評価材が充填されたサンプルホルダ(内径8mm×長さ12mm)内を流通させ、サンプルホルダ出口におけるアルデヒド濃度を測定した。除去性能は次式により求め、アルデヒド除去率を算出し、評価材間の比較を行った。
【0034】
アルデヒド除去率(%)=[(Ci−Co)/Ci]×100
[ただし、Ci:サンプルホルダ入口におけるアルデヒド濃度、Co:サンプルホルダ出口におけるアルデヒド濃度]
【0035】
表1に、試験した各評価材の試験開始から30分経過後および60分経過後のアセトアルデヒド除去率およびホルムアルデヒド除去率をそれぞれ示した。
【0036】
〔触媒の種類および組み合わせの影響〕
酸化マンガンをバインダで成形しただけのサンプル(比較例1、比較例2)と比較して、この酸化マンガンの成形品にルテニウムを担持することでアセトアルデヒドだけでなく、ホルムアルデヒドについても脱臭性能の著しい向上が認められる(実施例1、実施例2)。
【0037】
また、比較例3に示すように、活性炭にルテニウム化合物を担持したサンプルのアルデヒド除去性能は、酸化マンガンをバインダで成形しただけのサンプル(比較例1、比較例2)と比較しても、アセトアルデヒド除去率は同程度にすぎず、ホルムアルデヒド除去率は大幅に低いことが分かる。
【0038】
銅マンガン複合酸化物(比較例4)、鉄マンガン複合酸化物(比較例5)にルテニウム化合物をそれぞれ担持したサンプルにおいては、アセトアルデヒド除去性能は酸化マンガンにルテニウム化合物を担持した場合と同程度まで向上するが、ホルムアルデヒド除去性能は酸化マンガンだけの場合(比較例1、2)と同程度しか得られないことが分かる。
【0039】
以上より、ホルムアルデヒドをも含めて低級アルデヒド類を効果的に除去するためにはマンガン酸化物にルテニウム化合物を担持させることが有効であることが確認できた。
【0040】
〔ルテニウム担持量の影響〕
ルテニウム担持量を増やすことでアルデヒド除去性能は向上するが(実施例1、実施例5〜7)、一定量(0.6質量%)以上担持すると逆にアルデヒド除去性能が低下し(実施例8、9)、また担持量を増やすとルテニウムの材料コストも高くなるため、ルテニウム担持量は0.1質量%以上0.6質量%未満とするのが望ましい。
【表1】

【0041】
〔基材に他の触媒等を含有させる効果〕
脱臭材として、酸化マンガン(2):30質量%、銅マンガン複合酸化物:18質量%、ゼオライト(ZSM−5型):27質量%、バインダ(シリカゾル):25質量%からなる基材にルテニウム化合物を担持した脱臭材と、同じ基材にルテニウム化合物を担持しない脱臭材とを、それぞれ350セルのコルゲートに添着し、アセトアルデヒド除去性能を調査する試験を実施した。ルテニウム化合物の担持は、上記と同様のスプレー法にて担持させる方法を採用し、脱臭材量の0.2質量%を担持させた。また、コルゲートに対する脱臭材の添着量は0.23g/cmとした。試験結果を下記表2に示す。
【0042】
表2から明らかなように、酸化マンガンに銅マンガン複合酸化物およびゼオライトを添加した基材においても、ルテニウム化合物を担持することで、ホルムアルデヒド脱臭性能に加えて、アセトアルデヒド脱臭性能も顕著に向上することが確認できた。
【表2】

【0043】
[実施形態2に関する確証試験]
次に、本発明の実施形態2に係る脱臭材の効果を確証するために以下の試験を実施した。
【0044】
〔触媒の種類および組み合わせの影響〕
マンガン酸化物としては、上記[実施形態1に関する確証試験]で用いた2種類の粉末のうち、BET比表面積が225m/gの酸化マンガン(2)を用いた。
【0045】
上記の酸化マンガン粉末に、種々のリン酸塩化合物を評価材(脱臭材)全体に対して7質量%と、バインダとしてのシリカゾル(日産化学製スノーテックス)を30質量%と、適量の水分を添加し、混練後、押出成形することによりペレット状の脱臭性能評価材を作製した。またリン酸鉄については、その担持量の影響についても評価するため、リン酸鉄担持量を0.1〜7質量%(バインダ量は固定、酸化マンガン量はリン酸鉄の担持量見合いで調整)の範囲で変化させた試験も実施した。
【0046】
アセトアルデヒド除去性能測定は、上記[実施形態1に関する確証試験]と同様の条件で行った。
【0047】
表3に、試験した各評価材の試験開始から30分経過後および60分経過後のアセトアルデヒド除去率を示した。
【0048】
酸化マンガンをバインダで成形しただけのサンプル(比較例11)と比較して、酸化マンガンにリン酸塩化合物を担持した脱臭材を用いることでアセトアルデヒの脱臭性能は向上し、特にリン酸鉄を担持した場合に脱臭性能の顕著な向上が認められる(実施例11〜14)。
【0049】
また、リン酸鉄(リン酸塩化合物)の担持量は、0.1質量%以上で脱臭性能向上の効果が認められるが、0.5質量%以上で特にその効果が大きい(実施例14〜17)。
【表3】

【0050】
〔基材に他の触媒等を含有させる効果〕
脱臭材として、酸化マンガン(2):69質量%、ゼオライト(ZSM−5型):16質量%、バインダ(シリカゾル):15質量%からなる基材にリン酸鉄を担持した脱臭材と、同じ基材にリン酸鉄を担持しない脱臭材とを、それぞれ350セルのコルゲートに添着し、アセトアルデヒドおよびホルムアルデヒドの除去性能を調査する試験を実施した。リン酸鉄を担持する場合の担持量は、脱臭材量の7質量%とした。また、コルゲートに対する脱臭材の添着量は0.22g/cmとした。試験結果を下記表4に示す。なお、ホルムアルデヒドの除去性能評価試験の条件は、ホルムアルデヒド濃度10ppmとし、その他の条件はアセトアルデヒドの除去評価試験の条件と同じとした。
【0051】
表4から明らかなように、酸化マンガンにゼオライトを添加した基材においても、リン酸鉄を担持することで、ホルムアルデヒド脱臭性能に加えて、アセトアルデヒド脱臭性能も顕著に向上することが確認できた。
【表4】


【特許請求の範囲】
【請求項1】
基材としてのマンガン酸化物に、ルテニウム化合物を担持してなる触媒を含むことを特徴とする脱臭材。
【請求項2】
前記基材が、さらに、銅マンガン複合酸化物、鉄マンガン複合酸化物、活性炭およびゼオライトからなる群より選ばれた少なくとも1種を含む請求項1に記載の脱臭材。
【請求項3】
脱臭材に対する、前記ルテニウム化合物中のルテニウム元素の担持量が0.1質量%以上0.6質量未満である請求項1または2に記載の脱臭材。
【請求項4】
ルテニウム化合物の水溶液を前記基材にスプレーすることにより、マンガン酸化物にルテニウム化合物を担持させることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の脱臭材の製造方法。
【請求項5】
基材としてのマンガン酸化物に、リン酸塩化合物を担持してなる触媒を含むことを特徴とする脱臭材。
【請求項6】
前記リン酸塩化合物が、リン酸鉄である請求項5に記載の脱臭材。
【請求項7】
脱臭材に対する前記リン酸塩化合物の担持量が0.1質量%以上20質量%以下である請求項5または6に記載の脱臭材。
【請求項8】
前記基材が、さらに、銅マンガン複合酸化物、鉄マンガン複合酸化物、活性炭およびゼオライトからなる群より選ばれた少なくとも1種を含む請求項5〜7のいずれか1項に記載の脱臭材。
【請求項9】
ハニカム状に形成された請求項1〜3、5〜8のいずれか1項に記載の脱臭材を用いた脱臭フィルタ。

【公開番号】特開2008−104845(P2008−104845A)
【公開日】平成20年5月8日(2008.5.8)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−101887(P2007−101887)
【出願日】平成19年4月9日(2007.4.9)
【出願人】(000001199)株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【出願人】(503386517)神鋼アクテック株式会社 (4)
【Fターム(参考)】