(57)【要約】      （修正有）【課題】      本発明は、空気中の除去対象物質である化学物質を、長期的に、また効果的に除去するシステムを提供すること。【解決手段】  空気中の除去対象物質である化学物質を、吸水性フィルターに含まれる水溶液に溶解させて処理する空気清浄システムにおいて、前記吸水素材中に対象となる化学物質を分解する能力を有する酵素を少なくとも一種類以上担持させることを特徴とする空気清浄システムであり、該酵素の吸水性フィルターへの担持は化学結合による。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気中の除去対象物質であるガス状化学物質を、吸水性フィルターに含まれる水溶液に一度溶解させて処理する空気清浄システムにおいて、前記吸水フィルター中に、対象となるガス状化学物質を分解する能力を有する酵素を少なくとも一種類以上担持させることを特徴とする空気清浄システム。
【請求項２】
前記ガス状化学物質が、水溶性であることを特徴とする請求項第１に記載の空気清浄システム
【請求項３】
前記ガス状化学物質を分解する能力を有する酵素を吸水性フィルターに化学結合させることを特徴とする請求項第２に記載の空気清浄システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気中の除去対象物質であるガス状化学物質を、吸水性フィルター中に担持させた前記ガス状化学物質を分解する能力を有する酵素で分解するシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、健康や環境に対する意識が高まる中、空気中の化学物質に対する関心も大きくなってきている。空気中の化学物質による健康リスクを小さくする観点で、世界保健機構（ＷＨＯ）は、環境空気中(大気、室内空気)の化学物質の濃度に対するガイドラインを勧告しており、また日本の厚生省も室内空気中の揮発性化学物質濃度のガイドラインを公表している。特に後者は、一般室内居住者の室内空気中の化学物質への不必要な暴露を低減させるための対策の一環である。
一方、事業所から排出される人の健康や生態系に有害な恐れのある化学物質についても、ＰＲＴＲ制度により事業所からの環境への排出量及び廃棄物に含まれての事業所外への移動量を、事業者が自ら把握し国に対して届け出るとともに、国により公表されており、事業者による自主的な化学物質の管理の改善が期待されている。また悪臭防止法では、アンモニア、硫化水素等２２物質の物質濃度規制と臭気指数規制の法規制が設けられている。
空気中の有害化学物質除去法としては、活性炭等の吸着剤を用いて化学物質を吸着するタイプと、光触媒を用いて化学物質を分解するタイプがある。これらは通常、空調システムの通路内に設けられたユニットに用いられる。また他方、空気中の有害成分を水に溶け込ませるか、又は吸着させて処理する空気洗浄システムが存在する、その場合、空気清浄システムに用いられた水は、排水として処理される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記吸着タイプの除去装置では、吸着剤の吸着能力が経時的に低下するため、寿命が短く、定期的な交換が必要であった。また活性炭はトルエン、キシレンのような疎水性の高い化学物質への親和性は良好なものの、アセトアルデヒドや硫化水素等、親水性化学物質への親和性は劣る。一方、光触媒を用いる分解装置では、分解能の寿命が長く、メンテナンスが最小限に抑えられるが、光触媒による分解速度は遅く、化学物質の短時間での分解が難しかった。また光触媒は一般に、光励起反応に紫外線を必要とするため、外部からの大きなエネルギー供給が必要となる（例えば、非特許文献１を参照。）。また、光触媒によって、多くの化学物質は二酸化炭素にまで分解されるものの、一部は予想できない副生成物となり、この副生成物の除去対策が必要であった（例えば、特許文献１を参照。）。
また、空気清浄システムに取り込ませた空気を細かい気泡として、水に接触させ、用いた水を排水として処理するシステムでは、親水性の高い化学物質の除去能は良好なものの、未処理の化学物質を環境に放出することになる。またアセトアルデヒドやホルムアルデヒド等、揮発性の高い化学物質は気泡とする際、環境中または大気中に拡散する恐れがあった（例えば、非特許文献２を参照。）。
【非特許文献１】地球環境２００４年２月号ｐ１００
【非特許文献２】化学工学第６７巻第１２号ｐ．６５０（２００３）
【特許文献１】特開２００１−２３２１５４
【０００４】
近年、空気中の化学物質、浮遊物を除去フィルターでトラップし、酵素等で分解させる空気清浄装置も報告されている（例えば、特許文献２〜４を参照。）。特許文献２〜４には、空気清浄フィルターにより、空気中のバクテリア、インフルエンザウィルス、およびアレルゲンをフィルターで濾過後、フィルター上に捕捉されたこれら有害物質を酵素により分解するシステムが開示されている。これら空気中の異物は粒子が大きく、文字通りフィルター上に残留するため、フィルター上の酵素との接触時間が長く、酵素のこれらの有害物質に対する分解時間は十分確保することができる。
一方、空気中のガス状化学物質は、例えば、特許文献５に記載のホルムアルデヒド除去フィルターに例示されるように、酵素の分解速度不足を補うために一旦、対象の化学物質をフィルターに吸着させて処理させている。具体的には酵素を活性炭フィルターに担持させて、処理している。しかしながら酵素が化学反応を触媒するのは十分な水分が必要で、酵素が活性炭上で十分な能力を発揮するのは難しい。
【特許文献２】ＷＯ９８/０４３３４
【特許文献３】特開２００２−５８７３０
【特許文献４】特開２００３−２１０９１９
【特許文献５】特開２００１−３４０４３６
【０００５】
本発明は、空気中の除去対象物質であるガス状化学物質を、吸水性フィルター中の水分に溶解させることで捕捉し、更に吸水フィルターに担持させた前記ガス状化学物質を分解する能力を有する酵素で分解する方法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】
【０００６】
本発明者らは上記問題点を解決するため鋭意研究を重ねた結果、空気中の除去対象物質であるガス状化学物質を、吸水性フィルター中に担持させた前記ガス状化学物質を分解する能力を有する酵素で分解することにより、処理できることを見出した。
すなわち本発明は、空気中の除去対象物質であるガス状化学物質を、吸水性フィルターに含まれる水溶液に一度溶解させて処理する空気清浄システムにおいて、前記吸水素材中に対象となるガス状化学物質を分解する能力を有する酵素を少なくとも一種類以上担持させることを特徴とする空気清浄システムである。
また、本発明の好ましい態様はガス状化学物質が、水溶性であることを特徴とする上に記載の空気清浄システムである。
また、本発明の好ましい態様はガス状化学物質を分解する能力を有する酵素を吸水性フィルターに化学結合させることを特徴とする上に記載の空気清浄システムである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、従来、空気中の化学物質を除去する際に、吸着材を用いる場合は吸着能力の経時的低下があり、また光触媒を用いる場合は外部から大きなエネルギーを供給する必要があった。本発明の吸水性フィルターに含まれる水溶液に溶解させて処理する空気清浄システムにおいて、前記吸水素材中に対象となる化学物質を分解する能力を有する酵素を担持させる空気清浄システムにおいては低エネルギーで、より長期間、化学物質を除去する能力が維持され、社会的に大きなメリットがある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明における空気中の除去対象物質であるガス状化学物質とは、人の健康や生態系に有害な恐れのあるガス状化学物質である。本発明の空気中の除去対象物質であるガス状化学物質は、特に限定されないが、多くの場合、悪臭ガスである。例えば、硫化水素、メチルメルカプタン等のメルカプタン類、硫化メチル等のスルフィド類、二硫化メチル等のジスルフィド類、アンモニア、ジメチルアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン等のアミン類、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド等のアルデヒド類、プロピオン酸、酪酸、イソ吉草酸などの有機酸類、フェノール、キシレン、スチレン等の芳香族化合物等を挙げることができる。が、もちろんこれらの一種類以上を含んでいることが多い。空気中の除去対象物質である化学物質の濃度は、特に限定されないが、例えば、０．１〜２，０００ｐｐｍ（容量基準）である。
【０００９】
本発明に使用する前記ガス状化学物質を分解する能力を有する酵素としては、処理するガス状化学物質の種類に依存するが、例えばアルデヒド等に対しては、ホルムアルデヒド脱水素酵素（例えば、特許文献６を参照。）、ホルムアルデヒド不均化酵素（例えば、非特許文献３を参照。）、ホルムアルデヒドオキシダーゼ（例えば、特許文献７を参照。）が挙げられ、フェノールに対してはペルオキシダーゼ等が挙げられる。その他の芳香族化合物については、オキシゲナーゼ等（例えば、非特許文献４および５を参照。）の添加が好ましい。また、メルカプタン類、スルフィド類、ジスルフィド類、アミン類、有機酸類についてはそれぞれ例として、システインデスルフヒドリダーゼ（例えば、非特許文献６を参照。）、システイン合成酵素（例えば、非特許文献７を参照。）、カルバモイルリン酸シンターゼ（例えば、非特許文献８を参照。）、２−ヒドロキシグルタル酸シンターゼ（例えば、非特許文献８を参照。）等の酵素を添加することで消去できる。以上のガス状化学物質は数種類の混合である場合が多いのでそれぞれのガス状化学物質に対する分解酵素を複数添加することが好ましい。
【特許文献６】特開平６−３０３９８１
【特許文献７】特許１５９１２２６
【非特許文献３】Ｅｕｒ.Ｊ.Ｂｉｏｃｈｅｍ．,１５６，５９（１９８６）
【非特許文献４】Ｅｕｒ．Ｊ．Ｂｏｃｈｅｍ．,３５,３８６（１９７３）
【非特許文献５】Ｂｉｏｃｈｅｍ．Ｊ．１４６,１７３（１９７５）
【非特許文献６】Ａｇｒｉｃ．Ｂｉｏｌ．Ｃｈｅｍ．，４２,２２０３（１９７２）
【非特許文献７】Ｐｒｏｔｅｉｎ  Ｅｘｐｒｅｓｓ．Ｐｕｒ．，１,７０（１９９０）
【非特許文献８】Ｊ．Ｂｉｏｌ．Ｃｈｅｍ．，２５３,８３３７（１９７８）
【非特許文献９】Ｊ．Ｂａｃｔｅｒｉｏｌ．，９０,５９４（１９６５）
【００１０】
また、本発明では、前記ガス状化学物質分解酵素とともに、適切な補酵素、金属、あるいは安定化等の役割を持つタンパク質を共存させることが好ましい。
【００１１】
本発明においては、前記化学物質分解酵素に限らず、これらの酵素を生産する微生物の菌体を使用しても良い。
【００１２】
本発明における吸水性フィルターとは、例えば、一般の不織布や編織物を指す。その材質としては、コットン、ウール、シルクなどの天然繊維、レーヨン、酢酸セルロースなどの再生繊維、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ナイロンやアクリレートなどの合成繊維が挙げられる。またガラス、金属やセルロース、更にはアルギン酸ナトリウム、ポリアクリルアミド、アガロース、ゼラチン、コラーゲン、キトサンも適当な形に加工して使用できる。
【００１３】
本発明のフィルターの形状としては、不織布等の綿状、濾紙状、ハニカム状、粒状や網状に加工して使用できる。
【００１４】
前記吸水性フィルターに対象となるガス状化学物質を分解する能力を有する酵素を担持させる方法としては、物理吸着、イオン結合、共有結合等が利用できる。共有結合法では、酵素のアミノ基、カルボキシル基、水酸基等の官能基を利用して、化学結合させることで酵素をフィルターに担持することが一般的である。
【００１５】
酵素を担持させた吸水性フィルターに水を供給する手段としては、水道水、蒸留水、地下水、あるいは熱交換器の凝縮水を直接、もしくはフィルター上部あるいは下部に設置されたタンクより供給する。水の供給方法としては、配管もしくは毛細管作用を有する素材で接続するが、フィルターが乾燥しないよう、水分を常時供給できるようにしたシステムが好ましい。
【００１６】
また酵素を好適に働かせるには温度を２０〜４０℃の範囲に維持することが好ましいが、前記タンク、配水管、もしくは吸水フィルター自体をヒータで加熱すると化学物質を効率良く分解することができる。
【００１７】
図１は本発明の実施例の空気清浄システムの一例を示す説明図である。空気清浄システムが設置された室内の空気は、送風機を運転することにより空気吸込口より吸引される。この空気はダクトを通って、酵素が担持されている吸水性フィルターに送出され、空気中に含まれるガス状化学物質は一旦、吸水フィルター中の水分に溶け込み、酵素により分解される。吸水フィルターは水供給配管より導かれる水により湿潤な状態に保たれ、一方、吸水フィルターより溢れた水は、ガス状化学物質の分解産物を含むことが多いが、排水管により排水される。空気送出口よりは、除去対象物質であるガス状化学物質が取り除かれた空気が放出される。
【実施例】
【００１８】
以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。
（実施例１）
ホルムアルデヒド脱水素酵素（東洋紡製ＦＲＤ−２０１）１００ｍｇ及び
β‐ＮＡＤ+（オリエンタル酵母製）１０ｍｇを５ｍＭ  リン酸カリウム緩衝液５ｍｌに溶解し、網状コットンフィルター（旭化成製ベンコット）１０×１０ｃｍを浸漬した。径１８ｍｍのガラスカラムに、上記浸漬フィルターを充填し、アルデヒド分解カラムを作製した。
本カラムに１,２００ｐｐｍのアセトアルデヒド含有空気を０．０５Ｌ/分の流量で９時間通気させた。
また比較例１として、酵素（ホルムアルデヒド脱水素酵素）を添加しないリン酸カリウム緩衝液に浸漬した網状コットンフィルターも同様に作製し、アセトアルデヒド含有空気を通気させた。
出口で捕集した空気はガスクロマトグラフ（カラムＡＰＳ−２０１  ２０％、Ｆｌｕｓｉｎ  Ｔ  ６０/８０）でアセトアルデヒド量を分析した。
【００１９】
【表１】
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【００２０】
比較例１に示すようにアセトアルデヒドは当初、フィルターの水分に吸収され、出口には出てこないが、揮発性が高いため、時間の経過と伴に出口にもれ出てくる。一方、酵素を添加した化学物質分解フィルターでは、水分に吸収されたアセトアルデヒドは速やかに分解されるため、出口には極めて少ない量しか検出されない（実施例１）。
【００２１】
（実施例２）
網状コットンフィルター  １０×１０ｃｍを５０ｍｌの０．１Ｍ  炭酸緩衝液（ｐＨ９．５）に浸漬し、これに塩化シアヌル１ｇをアセトン２０ｍｌに溶解したものを徐々に加え、１Ｎ  ＮａＯＨでｐＨ９に調製しながら２０分間反応させトリアジン誘導体とした。その後、ホルムアルデヒド脱水素酵素（東洋紡製ＦＲＤ−２０１）３００ｍｇ及びβ‐ＮＡＤ+（オリエンタル酵母製）３０ｍｇを５ｍＭ  リン酸カリウム緩衝液１０ｍｌに溶解した水溶液を添加し、０．２Ｍ  炭酸ナトリウムでｐＨ９．５に調整しながら室温で２時間反応させた。引き続き、４℃で１６時間反応させた後、２０ｍＭ  リン酸カリウム緩衝液で洗浄した。このフィルターを径１８ｍｍのガラスカラムに充填し、アルデヒド分解カラムを作製した。
本カラムに１,２００ｐｐｍのアセトアルデヒド含有空気を０．０５Ｌ/分の流量で９時間通気させた。出口で捕集した空気をガスクロマトグラフ（カラムＡＰＳ−２０１  ２０％、Ｆｌｕｓｉｎ  Ｔ  ６０/８０）によりアセトアルデヒド量を分析した。
またカラムのフィルターを取り出し、１００ｍｌの蒸留水に浸漬後、フィルターから溶出されたアセトアルデヒド、エタノールおよび酢酸量をＦ−キット  エタノール、およびＦ−キット酢酸（ロッシュ・ダイアグノスティクス製）で分析した。
【００２２】
（実施例３）
実施例２で使用したフィルターを、２０ｍＭ  リン酸カリウム緩衝液で洗浄した後、径１８ｍｍのガラスカラムに充填し、アルデヒド分解カラムを再生した。
本カラムに１,２００ｐｐｍのアセトアルデヒド含有空気を０．０５Ｌ/分の流量で９時間通気させた。出口で捕集した空気をガスクロマトグラフ（カラムＡＰＳ−２０１  ２０％、Ｆｌｕｓｉｎ  Ｔ  ６０/８０）によりアセトアルデヒド量を分析した。
【００２３】
【表２】
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【００２４】
実施例２に示すように塩化シアヌルによりフィルター材料に架橋されたアセトアルデヒド分解酵素によっても、ガス状アセトアルデヒドは分解され、出口には僅かな量しか検出されなかった。なおフィルター中に残存するアセトアルデヒド、生成物を定量した結果、アセトアルデヒド５．２ｍｇ、酢酸２４ｍｇ、エタノール２０ｍｇであり、フィルターでもアセトアルデヒド分解反応が新港していることが確かめられた。また実施例３に示すように、酵素をフィルターに化学結合することにより、回分使用できることが示された。
【００２５】
（実施例４）
レーヨン不織布フィルター（東洋紡製）にシリカゲル（富士ゲル製ＣＱ−３）とをバインダー（東洋紡バイロンＧＭ）にて５ｇ/ｍ2となるよう担持させたものを作製し、本フィルター１０×１０ｃｍを、ペルオキシダーゼ（東洋紡製ＰＥＯ−３０２）２０ｍｇおよびアルコールオキシダーゼ（シグマ製）１０ｍｇを５ｍＭ  リン酸カリウム緩衝液１００ｍｌに溶解した水溶液中に室温で２４時間振とうしながら、浸漬後、同緩衝液で洗浄した。次に、径１８ｍｍのガラスカラムに、上記浸漬フィルターを充填し、フェノール除去カラムを作製した。
本カラムに約１０ｐｐｍのフェノールおよび約１０００ｐｐｍのエチルアルコール含有空気を０．０５Ｌ/分の流量で９時間通気させ、入口と出口のフェノール濃度を検知管（ガステック製）にて測定した。
【００２６】
【表３】
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【００２７】
ペルオキシダーゼをフィルターに担持させることにより、空気中のガス状フェノールが除去できることが示された。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明により、空気中のガス状有害物質を吸水性フィルターに保持させた分解酵素によって除去することが可能になることで、工場や作業室内の環境を良好に保つ技術が構築出来、産業界に寄与することが大である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の空気清浄システムの一例を示す説明図である。
【図１】
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