(57)【要約】【課題】  加熱手段によって加熱することなく気体状有機化合物の酸化処理することが可能な気体処理装置を提供する。【解決手段】  気体状有機化合物の処理装置において、気体状有機化合物含有気体と接触する位置に、１２ＣａＯ・７Ａｌ2Ｏ3を含む酸化触媒を表面に担持、もしくは充填した、加熱手段を有さず常温で動作する酸化処理部を設けた気体状有機化合物の処理装置。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体状有機化合物の処理装置において、供給される気体状有機化合物含有気体と接触する位置に、１２ＣａＯ・７Ａｌ2Ｏ3を含む酸化触媒を表面に担持、もしくは充填した、加熱手段が不要で常温で動作する酸化処理部を設けたことを特徴とする気体状有機化合物の処理装置。
【請求項２】
酸化処理部には、生成物を吸着する吸着剤が配置されたことを特徴とする請求項１記載の気体状有機物の処理装置。
【請求項３】
気体状有機化合物の処理方法において、供給される気体状有機化合物含有気体と接触する位置に、１２ＣａＯ・７Ａｌ2Ｏ3を含む酸化触媒を表面に担持、もしくは充填した酸化処理部を配置して、酸化処理部を加熱することなく気体状有機化合物を酸化処理することを特徴とする気体状有機化合物の酸化処理方法。
【請求項４】
空調装置において、１２ＣａＯ・７Ａｌ2Ｏ3を含む酸化触媒を表面に担持、もしくは充填した、加熱手段が不要で常温で動作する酸化処理部が熱交換器の熱交換フィン、もしくはその他の気体通路に配置されたことを特徴とする空調装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体状有機化合物の処理方法および処理方法に関するものであり、特に常温で揮発性を有する有機化合物の酸化処理装置および酸化処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
常温で揮発性を有する有機物は、ＶＯＣと略されており、ＷＨＯでは、その沸点を基に超揮発性有機化合物：沸点範囲０〜５０−１００℃、揮発性有機化合物：沸点範囲５０−１００〜２４０−２６０℃、半揮発性有機化合物：２４０−２６０〜３８０−４００℃と定義して分類している。
代表的な物質としては、ホルムアルデヒド、トルエン、キシレン、パラジクロロベンゼン、エチルベンゼン、スチレン、クロピリホス、フタル酸ジ−ｎ−ブチル、テトラデカン、フタル酸−２−ヘキシル、ダイアノジン、アセトアルデヒド等が挙げられている。
【０００３】
これらの揮発性有機物は、シックハウス症候群の原因物質とされ、室内空気等からこれらの物質を分解、あるいは吸着して除去する方法が提案されている。
例えば、酸化チタンからなる光触媒を用いて、光触媒に紫外線光、可視光を照射して有機物を酸化分解する方法が知られている。この方法では、酸化分解を行うためには、光を照射することが必要であり、光触媒を活性化するために所定量の光を照射することが必要であった。
【０００４】
また、気体状有機化合物の酸化処理には、貴金属、あるいは金属化合物を触媒とすることによって進行させることが知られているが、一般にこれらの触媒は高価であるとともに、効率的に反応が進行するためには、高温度に加熱することが必要であった。
【０００５】
また、ある種の化合物には、有機物の酸化過程において有用な作用をする活性酸素種であるＯ2-イオンラジカル、Ｏ- イオンラジカルを包接する化合物が知られている。なかでもカルシウムとアルミニウムから合成された、１２ＣａＯ・７Ａｌ2Ｏ3 結晶（以下、Ｃ１２Ａ７とも称す）は、結晶中にＯ2-が包接されていることが知られている。
【０００６】
特に、所定の焼成温度において酸化カルシム、酸化アルミニウムの原料物質を焼成した場合には、１０20ｃｍ-3以上の高濃度でＯ2-イオンラジカル、Ｏ- イオンラジカルを包接したものが得られることが提案されている（例えば、特許文献１）。
また、Ｃ１２Ａ７を高温度において、電位を印加することによって数百度の温度で活性酸素種の放出を行わせ酸化反応等に利用することが提案されている（特許文献２）。
【０００７】
また、ディーゼルエンジンから排出される粒子状物質（ＰＭ）の酸化分解用の触媒として、Ｃ１２Ａ７を主成分とした触媒が提案されており、金属触媒を混合したものでは、４００〜５００℃において酸化分解反応が起こることが記載されている（例えば、特許文献３）。
【０００８】
Ｃ１２Ａ７のような活性酸素種を包接した化合物を、酸化触媒等として酸化反応に利用するためには、数百度の高温度において利用することが不可欠であって、常温で利用することは不可能と考えられていた。
【特許文献１】特開２００２−３２１８号公報
【特許文献２】国際公開第０３／０５０３７号パンフレット
【特許文献３】特開２００３−１９０７８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、シックハウス症候群の原因物質等とされている気体状有機化合物の酸化処理を、加熱手段が不要で常温で効率的な酸化反応を実現する気体状有機化合物の酸化処理装置方法、および酸化触媒を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の課題は、気体状有機化合物の処理装置において、供給される気体状有機化合物含有気体と接触する位置に、１２ＣａＯ・７Ａｌ2Ｏ3を含む酸化触媒を表面に担持、もしくは充填した、加熱手段が不要で常温で動作する酸化処理部を設けた気体状有機化合物の処理装置によって解決することができる。
酸化処理部には、生成物を吸着する吸着剤が配置された前記の気体状有機物の処理装置である。
気体状有機化合物が、ホルムアルデヒド、トルエン、キシレン、パラジクロロベンゼン、エチルベンゼン、スチレン、フタル酸ジ−ｎ−ブチル、クロルピリホス、アセトアルデヒドから選ばれる少なくとも１種である前記の気体処理装置である。
気体状有機化合物が空気中の臭気成分である前記の気体処理装置である。
また、気体状有機化合物の処理方法において、供給される気体状有機化合物含有気体と接触する位置に、１２ＣａＯ・７Ａｌ2Ｏ3を含む酸化触媒を表面に担持、もしくは充填した酸化処理部を配置して、酸化処理部を加熱することなく気体状有機化合物を酸化処理する気体状有機化合物の酸化処理方法である。
また、空調装置において、１２ＣａＯ・７Ａｌ2Ｏ3を含む酸化触媒を表面に担持、もしくは充填した、加熱手段を有さず常温で動作する酸化処理部が熱交換器の熱交換フィン、もしくはその他の気体通路に配置された空調装置である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の気体処理装置は、常温において気体状有機化合物を酸化処理する酸化触媒を備えているので、建造物の室内、自動車の車内等において、加熱手段を設けて温度を上昇させることなくシックハウス症候群の原因とされる物質等の気体状有機化合物を酸化分解して除去することができるので、外部エネルギーの供給が不要で保守が容易な装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明は、従来、高温度において酸化反応に寄与するものと考えられていた、活性酸素を包接した酸化カルシウム・酸化アルミニウム複合酸化物（１２ＣａＯ・７Ａｌ2Ｏ3）が常温においても気体状有機化合物を酸化処理する機能を有していることを見出したものである。このような現象は、まったく予期し得ないことであるが、負電荷酸素原子等の活性酸素種を包接したＣ１２Ａ７が、常温において酸化触媒等として酸化反応に寄与する理由は不明であるが、常温においても少量ながら放出された活性酸素種がＣ１２Ａ７の表面に接触した気体状有機化合物の酸化反応に寄与しているものと推察される。
なお、本発明において常温とは、加熱手段によって特に熱したりしない温度を意味している。
【００１３】
本発明に使用する１２ＣａＯ・７Ａｌ2Ｏ3は、カルシウムとアルミニウムを１２：１４の原子当量比で混合した原料、例えば、炭酸カルシウム、水酸化カルシウムもしくは酸化カルシウムと、各種形態の酸化アルミニウムを酸化性雰囲気において加熱することによって合成することができるが、炭酸カルシウムとγ−酸化アルミニウムを分子当量で１２：７で混合した原料を用いて所定の酸素分圧下で、水蒸気分圧を制限した状態で加熱して固相反応させることにより、包接した活性酸素種の濃度が大きな１２ＣａＯ・７Ａｌ2Ｏ3を合成することができる。
具体的には、酸素分圧１０4 Ｐａ以上、水蒸気分圧１０2Ｐａ以下、好ましくは酸素分圧１０5Ｐａ以上、水蒸気分圧１Ｐａ以下に制御した雰囲気内で、焼成温度１２００℃以上で反応させることによって、活性酸素種が１０20ｃｍ-3 以上包接されたものを得ることができる。
【００１４】
本発明の気体処理装置の酸化処理部は、処理される気体状有機化合物含有気体がＣ１２Ａ７と有効に接触するように基体の表面に配置されたもの、あるいは気体が通過する空間に充填されて通過気体との接触が確実に行われるもの等を用いることができる。また、接触面積を大きくするために表面積が大きな微粉末状の粒子を用いることが好ましい。表面積を大きくするために粒径は１０μｍ以下、より好ましくは、１〜５μｍとすることが好ましい。
また、基体上に担持する場合には、Ｃ１２Ａ７の微粉末を溶射等の方法によって表面に被覆することによって作製しても良い。溶射方法によれば基体上に被膜形成するための結合剤が不要あるいは使用量を少量とすることができるので、Ｃ１２Ａ７の作用面積の低下を抑制することができる。
【００１５】
また、気体が通過する空間に、Ｃ１２Ａ７を充填した酸化処理部を設ける場合には、管状の部材に気体が通過する多孔板、ガラスウールの充填物等からなる多孔性部材を配置してＣ１２Ａ７を充填することができる。また、綿状、不織布状としたガラスウール中に混在させても良い。
【００１６】
図１は、本発明の気体処理装置の一実施例を説明する図であり、断面を示す図である。
気体処理装置１は、処理室２に気体状有機化合物含有基体の流入口３、および排出口４を有しており、処理室２内には１２ＣａＯ・７Ａｌ2Ｏ3からなる酸化触媒１２を表面に配置した酸化処理部５が設けられている。酸化処理部５には、セラミック製の基体１１の表面に酸化触媒１２が担持されており、酸化処理部５は、流入した気体状有機化合物と酸化触媒１２との接触が円滑に進むように接触面積を大きくするように配置されている。
流入口３から流入した気体状有機化合物の含有気体６は、酸化処理部５において酸化処理されて、被処理気体７は排出口４から排出される。
【００１７】
図２は、本発明の気体処理装置の他の実施例を説明する図であり、断面を示す図である。
気体処理装置１は、処理室２に気体状有機化合物含有基体の流入口３、および排出口４を有しており、処理室２内には酸化処理部５が設けられており、酸化処理部５には、気体の流通可能な多孔性部材８によって区分された区画に、１２ＣａＯ・７Ａｌ2Ｏ3からなる酸化触媒粒子１３が充填されている。
流入口３から流入した気体状有機化合物の含有気体６は、酸化処理部５において酸化処理されて、被処理気体７は排出口４から排出される。
【００１８】
図３は、本発明の気体処理装置の他の実施例を説明する図であり、断面を示す図である。
図３に示す気体処理装置１は、酸化処理部５は、気体の流通可能な多孔性部材８によって区分された区画に、１２ＣａＯ・７Ａｌ2Ｏ3からなる酸化触媒粒子１３と吸着剤粒子１４が混合して充填されている。
流入口３から流入した気体状有機化合物の含有気体６は、酸化処理部５において酸化触媒粒子１３によって酸化処理される。
【００１９】
ところが、酸化処理による生成物が酸化触媒粒子１３の表面に存在したままであると、酸化触媒の作用が妨げられる場合がある。そこで、酸化触媒粒子に近接して吸着剤粒子１４を設けると酸化による生成物が吸着されるので、酸化触媒粒子１３の表面での反応が速やかに進行し、酸化処理の機能が低下することを防止することが可能となる。
なお、吸着剤の配合の結果、気体状有機化合物が吸着剤によって吸着されて除去されたものではないことは、吸着剤によって吸着されにくい気体状有機化合物を試料として確かめることができる。
例えば、アルデヒド類は活性炭には吸着されてにくいことが知られているが、活性炭を酸化触媒粒子とともに充填した場合にも、アルデヒド類の濃度が減少することから吸着剤の添加によって、酸化触媒上での酸化反応が阻害されることなく進行したことが確認できる。
【００２０】
図４は、本発明の気体処理装置の他の実施例を説明する図であり、斜視図を示す図である。
図４は、タイル型気体処理装置を説明する図であり、タイル型基体１５の表面に１２ＣａＯ・７Ａｌ2Ｏ3からなる酸化触媒１２が設けられている。
壁面に設けるタイルの一部としてタイル型気体処理装置１０を室内の壁面に取り付けた場合には、格別の加熱手段等を設けることなく室内空気の対流によって流下した気体状有機化合物の含有気体１６がタイル型気体処理装置１０の表面に設けた酸化触媒１２と接触して酸化処理され、気体状有機化合物が酸化処理される。
【００２１】
図５は、本発明の気体処理装置の他の実施例を説明する図であり、空調装置のに装着した例を示す図である。
空調装置２０は、内部に熱交換器２１を有しており、送風機２２によって気体流入口２３から供給された気体状有機化合物の含有気体２６は熱交換器２１のフィン等の表面に設けた１２ＣａＯ・７Ａｌ2Ｏ3からなる酸化触媒２５と接触して酸化処理が行われた後に、気体排出口２６から排出される。
建造物用、あるいは自動車用空調装置に本発明の気体処理装置を設けた場合には、室内、車内の空気を清浄化、あるいは脱臭等を行うことができる。
【００２２】
本発明によって処理される気体状有機化合物としては、シックハウス症候群の原因物質とされるホルムアルデヒド、トルエン、キシレン、パラジクロロベンゼン、エチルベンゼン、スチレン、フタル酸ジ−ｎ−ブチル、クロルピリホス、やアセトアルデヒド等をはじめとする、接着剤、塗料溶剤、ワックス溶剤、可塑剤、防虫剤等して使用され常温で気化し気体状となって環境中に存在する各種の有機化合物を挙げることができ、気体のみではなく、ミスト状、ゾル状等に空気中に存在する物質も挙げることができ、また有機物に起因する臭気成分の除去を行うこともできる。
【実施例】
【００２３】
実施例１
内径１０ｍｍのガラス管内部に、ガラスウールを装着して平均粒径１０μｍの酸化カルシム・酸化アルミニウム複合酸化物（１２ＣａＯ・７Ａｌ2Ｏ3）粒子の１０ｇを充填し、２５℃においてホルムアルデヒド３０ｐｐｍを含有したヘリウムを２５℃にて１０3ｃｍ3／ｍの流量で通気した。
ガラス管の出口から排出される気体を、ＧＣ−ＭＳ（島津製作所製ＱＰ５０５０）にて出口ガス組成を分析したところ、ホルムアルデヒドは測定限界値以下、二酸化炭素濃度が３０ｐｐｍであった。
【００２４】
実施例２
ホルムアルデヒドに代えてアセトアルデヒドを用いた点を除き実施例１と同様に酸化処理を行ったところ、出口から排出される気体のアセトアルデヒド濃度１０ｐｐｍ、二酸化炭素が濃度２０ｐｐｍであった。
【００２５】
実施例３
ヘリウムに代えて乾燥空気を用いた点を除き実施例１と同様に酸化処理を行い出口ガス組成を分析したところ、ホルムアルデヒドは５ｐｐｍであった。
【００２６】
実施例４
内径１０ｍｍのガラス管内部に、ガラスウールを装着して平均粒径１０μｍの１２ＣａＯ・７Ａｌ2Ｏ3粒子の１０ｇ、平均粒径５μｍの比表面積６００ｍ2／ｇ の活性炭１０ｇとの混合物を充填し、２５℃において、二酸化炭素３６０ｐｐｍを含有した乾燥空気中にホルムアルデヒド１０ｐｐｍを注入して１０3ｃｍ3／ｍの流量で通気した。
ガラス管の出口から排出される気体を、ＧＣ−ＭＳ（島津製作所製ＱＰ−５０５０）にて出口ガス組成を分析したところ、ホルムアルデヒドは測定限界値以下、二酸化炭素は３７０ｐｐｍであった。
なお、一般に活性炭は、アルデヒド類を吸着しにくいことが知られており、吸着剤として配置した活性炭によってアルデヒド類が吸着されたものではないことが明白なものと考えられるが、この分析結果からも吸着ではなく酸化によってアルデヒドの濃度が減少したことは明かである。
【００２７】
比較例１
１２ＣａＯ・７Ａｌ2Ｏ3粒子に代えて平均粒径０．１ｍｍの酸化アルミニウム粒子を用いた点を除き実施例１と同様に出口ガス組成を分析したところ、ホルムアルデヒド濃度は３０ｐｐｍであった。
【００２８】
比較例２
１２ＣａＯ・７Ａｌ2Ｏ3粒子に代えて平均粒径１０μｍｍの酸化アルミニウム粒子を用いた点を除き実施例１と同様に出口ガス組成を分析したところ、ホルムアルデヒドは３０ｐｐｍであった。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明の気体処理装置は、酸素を包接した酸化カルシム・酸化アルミニウム複合酸化物（１２ＣａＯ・７Ａｌ2Ｏ3）を酸化触媒としたので、室内空気に含まれている気体状有機化合物を加熱手段等を設けるて加熱することなく酸化処理することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、本発明の気体処理装置の一実施例を説明する図であり、断面を示す図である。
【図２】図２は、本発明の気体処理装置の他の実施例を説明する図であり、断面を示す図である。
【図３】図３は、本発明の気体処理装置の他の実施例を説明する図であり、断面を示す図である。
【図４】図４は、本発明の気体処理装置の他の実施例を説明する図であり、斜視図を示す図である。
【図５】図５は、本発明の気体処理装置の他の実施例を説明する図であり、空調装置のに装着した例を示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１…気体処理装置、２…処理室、３…流入口、４…排出口、５…酸化処理部、１１…基体、１２…酸化触媒、６…気体状有機化合物の含有気体、７…排出口、８…多孔性部材、１３…酸化触媒粒子、１４…吸着剤粒子、１５…タイル型基体、１０…タイル型気体処理装置、１６…気体状有機化合物の含有気体、２０…空調装置、２１…熱交換器、２２…送風機、２３…気体流入口、２４…気体状有機化合物の含有気体、２５…酸化触媒、２６…気体排出口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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