(57)【要約】【課題】  侵入ダストによる目詰まりがおこりにくく、触媒成分がダストで覆われて汚れることが少なく、長期間に亙って触媒効果を持続することのでき、袋状のフィルターバグを形成するのに好適な触媒フィルター材を提供する。【解決手段】  燃焼排ガス等を処理するバグフィルター材において、繊維の平均直径が１１μｍ未満で且つ微細な分枝を有するポリ四フッ化エチレン繊維からなるＡ層と、Ａ層の下流側に位置した触媒繊維を含んだＢ層と、さらにＢ層の下流に位置する耐磨耗性を有するＣ層とを有する。前記Ａ層、Ｂ層及びＣ層を、ウォータージェット法で一体化したものであることが好ましい。【選択図】          なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼排ガス等を処理するバグフィルター材において、繊維の平均直径が１１μｍ未満で且つ微細な分枝を有するポリ四フッ化エチレン繊維からなるＡ層と、Ａ層の下流側に位置した触媒繊維を含んだＢ層と、さらにＢ層の下流に位置する耐磨耗性を有するＣ層とを有することを特徴とする、触媒フィルター材
【請求項２】
前記Ｂ層が、触媒繊維のみ又は、触媒繊維と、ガラス繊維、アラミド繊維、炭素繊維、ＰＶＡ繊維及びその他の繊維から選ばれる一種又は二種以上の繊維とを混合したものであることを特徴とする、請求項１記載の触媒フィルター材
【請求項３】
前記Ｃ層が、ポリアミド繊維、ＰＰＳ繊維、ポリ四フッ化エチレン繊維、ポリイミド繊維、ガラス繊維、カーボン繊維、ＰＢＯ繊維などの織布又は不織布であることを特徴とする、請求項１記載の触媒フィルター材
【請求項４】
前記Ａ層、Ｂ層及びＣ層を、ウォータージェット法で一体化したる構造の請求項１記載の触媒フィルター材
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、触媒フィルター材に関するものであって、各種焼却炉から発生する排ガス中に含まれる煤塵、重金属粒子、窒素酸化物、ダイオキシン等の有毒成分を除去するバグフィルターに使用される袋状のフィルターバグを形成する、触媒フィルター材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来この種のバグフィルターとしては、織布又は不織布に有害成分を分解又は吸着させる触媒物質を付着させ、この織布又は不織布を袋状に縫製したフィルターバグが一般的に使用されている。
【０００３】
この種のバグの構造としては、前記織布又は不織布に触媒粒子を含浸付着させた構造のもの（特開平１０−６６８１４号）や、前記織布又は不織布にポリ四フッ化エチレン樹脂の連続多孔質膜をラミネートした構造のもの（特開平１０−２３０１１９号）などが知られている。
【０００４】
特開平１０−６６８１４号のものは、バグに対して触媒粒子を強固に均一に付着させることが困難であり、また表面に付着した触媒粒子が使用中に剥がれ落ちやすいという欠点を有していた。
【０００５】
一方、特開平１０−２３０１１９号のものは、表面が膜構造であり触媒の脱落はないものの、膜が約２０μｍと非常に薄いため破れやすく、破れた場合にはそこからダストが侵入してバグの目詰まりを起こさせたり、又侵入したダストが触媒成分を覆い触媒の性能を低下させてしまう欠点を有していた。
【特許文献１】特開平１０−６６８１４号
【特許文献２】特開平１０−２３０１１９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明はかかる事情に鑑みなされたものであって、侵入ダストによる目詰まりがおこりにくく、触媒成分がダストで覆われて汚れることが少なく、長期間に亙って触媒効果を持続することができ、袋状のフィルターバグを形成するのに好適な触媒フィルター材を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
而して本発明は、燃焼排ガス等を処理するバグフィルター材において、繊維の平均直径が１１μｍ未満で且つ微細な分枝を有するポリ四フッ化エチレン繊維からなるＡ層と、Ａ層の下流側に位置した触媒繊維を含んだＢ層と、さらにＢ層の下流に位置する耐磨耗性を有するＣ層とを有することを特徴とするものである。
【０００８】
本発明においては、前記Ｂ層が、触媒繊維のみ又は、触媒繊維と、ガラス繊維、アラミド繊維、炭素繊維、ＰＶＡ繊維及びその他の繊維から選ばれる一種又は二種以上の繊維とを混合したものであることが好ましい。
【０００９】
また本発明においては、前記Ｃ層が、ポリアミド繊維、ＰＰＳ繊維、ポリ四フッ化エチレン繊維、ポリイミド繊維、ガラス繊維、カーボン繊維、ＰＢＯ繊維などの織布又は不織布であることが好ましい。
【００１０】
さらに本発明の触媒フィルター材においては、前記Ａ層、Ｂ層及びＣ層を、ウォータージェット法で一体化したものであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、侵入ダストにより触媒フィルター材に目詰まりがおこりにくく、また触媒成分がダストで覆われて汚れることが少なく、長期間に亙って触媒効果を持続することができ、袋状のフィルターバグを形成するのに好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の触媒フィルター材は、上流側にダストを捕獲するＡ層を有し、そのＡ層の下流側に、各種の有害ガス成分を分解又は吸着する触媒繊維を含有するＢ層が形成されており、さらにそのＢ層の下流に、リテーナーによる磨耗を防止のためのＣ層が形成された三層構造を有している。前記Ａ層とＣ層を構成する繊維は同じ繊維を使用することもできるが、それぞれの目的を果たすならば異なる繊維を使用することも可能である。
【００１３】
触媒フィルター材の上流側の表層を構成するＡ層は、燃焼排ガスの高温に晒されたダストを食い止め、物理的にろ過する作用を有するものであって、高温安定性や耐薬品性の点からポリ四フッ化エチレン繊維が使用される。
【００１４】
またＡ層の構造としては、前記ポリ四フッ化エチレン繊維を使用した不織布が適当である。当該Ａ層はダストを有効にろ過するために緻密な表面状態が必要なため、使用される繊維の太さは平均直径が１１μｍ未満であることが必要であり、且つ微細な分枝を有すポリ四フッ化エチレン繊維が使用される。繊維の平均直径が１１μ以上になると燃焼排ガス中の微粒子がＡ層を貫通し易くなるので好ましくない。本発明における繊維の平均直径は、BSC ELECTRONICS Pty Ltd.社製ＯＦＤＡ１００で測定した繊維径を言う。
【００１５】
またＡ層の目付としては、下流側のＢ層の保護の目的から、１００g/m2以上であることが好ましいが、コストの点から１００〜４００g/m2程度であることがより好ましい。またポリ四フッ化エチレン繊維は、数μｍ程度の分岐を有するものであることにより、微細粒子の捕集効率が高くなるので好ましい。
【００１６】
Ｂ層は、前記Ａ層を通過してダストをろ過除去されたガスから、窒素酸化物の還元、ダイオキシン等のガス状成分の吸着又は分解などの、有害ガス成分を除去する機能を有する層であって、かかる機能はＢ層に含まれる触媒繊維によって実現される。
【００１７】
本発明で使用する触媒繊維としては、触媒成分と酸化チタンとからなる金属酸化物繊維であって、酸化チタンの含有量が５０重量％以上で、繊維表層と内部の組成が実質的に均一であるチタニア質触媒繊維を使用するのが好ましい。触媒成分としては、要求される機能に応じて、バナジウム、タングステン又はモリプデンの酸化物又はこれらの複合酸化物を含むことが好ましい。
【００１８】
好ましい触媒繊維として具体的なものを挙げるとすれば、酸化チタン（ＴiＯ2）含有量が５０重量％以上及び、酸化バナジウム（Ｖ2Ｏ5）含有量が５重量％以上を含む繊維であって、繊維長が５０μｍ以上、繊維径が２〜１００μｍ、窒素吸着法で測定される細孔容積が０．０５cm3/g以上であり、その比表面積が１０m2/g以上、好ましくは２０〜３００m2/gのものを挙げることができる。
【００１９】
またこのチタニア質触媒繊維としては、１nm以上の細孔半径を有し、細孔容積が０．０２cm3/g以上であり、細孔半径のピークが１〜３０nm、好ましくは１〜１０nmの範囲にあ るものが好ましい。
【００２０】
かかる触媒繊維は、例えば、チタンイソプロボキシドをイソプロピルアルコールに溶解させた後、加水分解してチタニア含有スラリーとし、そのチタニア含有スラリーにバナジウム化合物を溶解させて紡糸液とし、次いでその紡糸液を紡糸して前駆体繊維とし、次いで当該前駆体繊維を焼成する方法で製造することができる。
【００２１】
さらに触媒繊維としては、例えば特開平１１−５０３６号公報には触媒成分を担持させたチタニア繊維が提案され、また特開２０００−２２００３８号公報には触媒繊維を含有するチタニア繊維の製造方法が提案されており、これらの技術により得られたものを使用することもできる。
【００２２】
Ｂ層の触媒繊維層を形成するには、触媒繊維を単独若しくは他の繊維と混合して、後述するＣ層上に散布して触媒繊維層を形成する方法や、触媒繊維をゲル状のＰＶＡ溶液などに分散させてＣ層に塗布して形成する方法がある。
【００２３】
また前記触媒繊維と、ガラス繊維、アラミド繊維、炭素繊維又はＰＶＡ繊維などを混合し、抄造してシート状に加工したものを使用しても良い。触媒繊維を含む繊維の抄造技術については、特開２００１−９６１７２号公報、特開２００１−９８４８８号公報などに記載されている。
【００２４】
Ｂ層の目付は、Ｂ層の加工性、性能発揮レベルを考慮して、５０〜５００g/m2であることが好ましい。また当該Ｂ層のシート中に含まれる触媒繊維の割合は、１０〜９５重量％の範囲であることが好ましく、６０〜９０重量％であることがさらに好ましい。触媒繊維量が少ないとガスの分解性能が悪く、触媒繊維が多くなると触媒繊維シートの形状保持に問題を生じ易い。
【００２５】
さらに本発明においては、前記Ｂ層の下流側に、最内層として耐磨耗性を有するＣ層が形成されており、当該Ｃ層により触媒フィルター材の内側に配置されたリテーナーとの摩擦による磨耗破断を防止している。当該Ｃ層はフェルト構造の方が織布に比べて耐磨耗性が高いので、一般にはフェルトを使用するのが好ましい。繊布を使用する場合には、二重織とするのが好ましい。
【００２６】
一般に集塵装置に使用されている触媒フィルター材においては、集塵機の運転中は外圧により萎んでリテーナーに押し付けられており、定期的にパルス洗浄により内圧で膨らまされるので、外圧と内圧とが交互に繰り返し作用することとなるため、触媒フィルター材がリテーナーとの間で絶えず摩擦が生じて磨耗され、当該磨耗によるバグの破損がしばしば発生する。
【００２７】
Ｃ層は耐磨耗性と耐熱性とを兼ね備えた繊維を使用するのが好ましく、ポリアミド繊維（融点２１５〜２６０℃）、ＰＰＳ繊維（融点２８０℃）、ポリ四フッ化エチレン繊維（融点３２７℃）、ポリイミド繊維（融点３２７℃）、ガラス繊維、カーボン繊維、ＰＢＯ繊維などの繊維の、織布又は不織布が適当である。コストの点からガラス繊維を用いた織物が有利である。
【００２８】
Ｂ層が触媒シートであって、Ｃ層が繊布である場合には、Ｂ層とＣ層の剥離強度が弱くなることがある。このような場合には、Ｂ層とＣ層の間にその両層間の剥離強度を高めるためのＤ層を設けることができる。
【００２９】
当該Ｄ層としては、１１μ以上の繊維で構成された、目付が５０〜５００g/m2の織布又は不織布が好ましい。Ｄ層の素材としては、ポリアミド繊維（融点２１５〜２６０℃）、ＰＰＳ繊維（融点２８０℃）、ポリ四フッ化エチレン繊維（融点３２７℃）、ポリイミド繊維（融点３２７℃）、ガラス繊維、カーボン繊維、ＰＢＯ繊維などを使用することができるが、耐熱性、耐薬品性の点からポリ四フッ化エチレン繊維が好ましい。
【００３０】
本発明において、Ａ層、Ｂ層及びＣ層並びにＤ層は、ウォータージェット法又は又はニードルパンチ法により一体化する。ウォータージェット法とニードルパンチ法を併用した方法によることもできる。
【００３１】
ウォータージェット法又は、ニードルパンチ法とウォータージェット法を併用した方法で作製した触媒フィルター材は、ニードルパンチ法のみで作製したものに比べて、表面が緻密で均一な表面構造を形成することができるので好ましい。
【００３２】
また本発明においては、最上流のＡ層が平均直径が１１μｍ未満で且つ微細な分枝を有すポリ四フッ化エチレン繊維からなっているので、ウォータージェット法によればより緻密で均一な表面構造を形成することができる。
【００３３】
ウォータージェット法は、０．１mmφ前後のノズルから触媒フィルター材に向かって常に高圧の水を噴射し、当該水のジェットによって繊維を絡めるので、繊維の交絡にムラがなく、表面が緻密な構造となる。
【００３４】
これに対し、ニードルパンチ法の場合には、針の形状、針を突く間隔である程度の調整は可能であるが、針自体が細いものでも太さ０．４５mmφであってウォータージェット法のノズルに比べ太くムラも起きやすい。そのため表面はウォータージェット法で形成された表面構造に比べ粗くなる傾向にある。
【００３５】
表面ろ過を行なうフィルターバグは、表面の構造が緻密なほど微粒子ダストの侵入を防ぐことができ、目詰まりが起こりにくく寿命が長くなる傾向にある。同時に触媒層へのダストの侵入も防ぐため、触媒の表面が微粒子ダストに覆われることがなく、触媒性能の低下も防ぐことができる。
【００３６】
またニードルパンチ法は、ニードルの上下運動が間歇的であるため、繊維層への衝撃が大きいが、ウォータージェット法の場合は水が連続して噴射されるので、繊維層への衝撃は少なく、またＢ層の触媒繊維の破損も少なく、大気中への飛散がなく触媒などの歩留りが良好となる。
【００３７】
さらに、ウォータージェット法により触媒フィルター材に水を噴射することより、Ａ層におけるポリ四フッ化エチレン繊維の一部がいわゆるフィブリル化を生じて数μｍの微細な分枝を生じるので、本発明において特に好適である。
【００３８】
本発明の触媒フィルター材においては、Ａ層側からＣ層側に向かって燃焼排ガスを通すと、先ずＡ層においてダストをろ過して除去する。このときウォータージェット法で作製した触媒フィルター材は、Ａ層表面が非常に緻密な構造でできており、微粒子ダストを表面ろ過し、微粒子ダストの内部への侵入を防ぐことができる。
【００３９】
Ａ層において微粒子ダストを除かれた排ガスは、下流側のＢ層に至り、当該Ｂ層における触媒繊維に接触してその触媒作用により有害ガス成分を分解又は吸着され、さらにＣ層を通過した後、所要の経路に従って排出される．
【００４０】
また本発明による触媒フィルター材をリテーナーで支持したとき、当該リテーナーに当接するのは耐磨耗性を有するＣ層であり、パルス洗浄に伴うリテーナーとの摩擦に対する抵抗は耐磨耗性を有するＣ層が負担することとなり、当該摩擦からＢ層の触媒繊維を保護する。
【実施例】
【００４１】
以下に本発明の実施例を記載するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００４２】
（触媒繊維の製造）
チタンイソプロボキシド（日本曹達株式会社、Ａ−１）５１０．０ｇ、トリイソプロポキシバナジル（日亜化学株式会社製）１４０．２ｇ及び、アセト酢酸エチル（和光純薬工業株式会社製、試薬特級）１１．７ｇを、イソプロピルアルコール（和光純薬工業株式会社製、試薬特級）１８８．１ｇに溶解させ、窒素雰囲気下、１時間リフラックスして、原料Ａを調製した。また水７４．１ｇをイソプロピルアルコール６６８．３ｇと混合し、水分濃度１０重量％のアルコールＡを調製した。
【００４３】
次いで、原料Ａを窒素雰囲気下で加熱すると同時にアルコールを留出させ、撹拝しながらアルコールＡを添加して加水分解し、１時間還流した後そのまま加熱し続け、アルコールを留出させてＴi濃度が３．１０×１０-3mol/gになるまで濃縮して、重合体スラリーを得た。加水分解は、アルコールの留出速度と添加速度がほば等しくなるように調整し、また添加時間は１３０分となるように調整して行った。
【００４４】
得られた重合体スラリーにテトラヒドロフラン（和光純薬工業株式会社製、試薬特級）５４３ｇ及びイソステアリン酸（和光純薬工業株式会社製、試薬特級）５１ｇを添加し、１時間還流してスラリー中の重合体を溶解させて重合体溶液を得た。
【００４５】
上記により得られた重合体溶液を、孔径３μｍのフッ素樹脂製メンブレンフィルターでろ過した後、得られたろ液を加熱してイソプロピルアルコールとテトラヒドロフランとの混合溶媒を留出させて濃縮し、紡糸液５４２ｇを得た。
【００４６】
得られた紡糸液を４０℃に保ち、圧力２０kg/cm2（２．０MPa）の窒素ガスで孔径５０ μｍのノズルから４０℃、６０％ＲＨの空気雰囲気中に押し出し、速度７０ｍ／分で巻き取って前駆体繊維を得た。
【００４７】
得られた前駆体繊維を、８５℃、９５％ＲＨ（水蒸気分圧０．０５３MPa）の恒温恒湿 器の中に入れて、１５時間の水蒸気処理を行った後、空気中で３５０℃で１時間焼成し、切断して触媒繊維を得た。
【００４８】
上記により得られたチタニア質触媒繊維は、酸化チタン（ＴiＯ2）含有量が７３重量％、酸化バナジウム（Ｖ2Ｏ5）含有量が２７重量％、繊維長が約１cm、繊維径が約１７μｍ、ＢＥＴ比表面積が２１０m2/g、窒素吸着法による１nm以上の細孔半径を有する細孔容積が０．２５cm3/g、細孔半径のピークが４nmにあるものであった。
【００４９】
またＸ線回折測定によれば、このチタニア質触媒繊維はアナターゼ型の酸化チタンからなっており、アナターゼ型以外の酸化チタンは認められなかった。またこのチタニア質触媒繊維を走査型電子顕微鏡で観察したところ、その外表面には脱落しそうな酸化バナジウム粒子は存在しなかった。
【００５０】
（シートの製造）
上記の触媒繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ＰＶＡ繊維を水中に分散させ、抄紙法によって目付２６７g/m2のシートを得た。当該シート中の触媒繊維含有量は、８２重量％であった。
【００５１】
（実施例）
触媒フィルター材におけるＡ層を構成する不繊布として、平均直径が１０μｍのポリ四フッ化エチレン繊維の不織布（ダイキン工業株式会社製、ポリフロンウェッブ、目付１５０g/m2）を用意した。またＢ層を構成するシート材料として前記触媒繊維のシートを用いた。
【００５２】
またＣ層として、ユニチカグラスファイバー製のガラス織物Ｔ７９０  ＱＢ９５０g/m2を用意し、Ａ層、Ｂ層及びＣ層の順に重ね合わせ、ウォータージェット法によりこれらの三層を一体化し、さらに２５０℃で熱セットして、触媒フィルター材を作成した。物性を表１に示す。
【００５３】
（比較例）
表面緻密構造の比較を行なう為、ニードルパンチのみの触媒フィルターを作製した。触媒フィルター材におけるＡ層及びＣ層を構成する繊維として、繊維径２１μのポリ四フッ化エチレン繊維であるレンチィング製プロフィレン繊維のウェブをカード機で作製した。ウェブの目付は、３５０g/m2であった。またＢ層を構成するシート材料として前記触媒シートを用いた。
【００５４】
Ａ層、Ｂ層、Ｃ層の順に重ね、Ａ層とＢ層の間に目付１２０g/m2のプロフィレン基布を挟み、ニードルパンチ機で一体化し、さらに２５０℃で熱セットして、比較例の触媒フィルター材を作成した。物性を表１に示す。
【００５５】
（試験項目）
触媒フィルター材の通気性は、ＫＥＳ試験機で測定した。
触媒フィルター材のミクロンレートは、米国のＰＭＩ社のPerm Porometerを使用して、平均細孔径、最多細孔径を測定した。
【００５６】
パルス試験として、ダストＪＩＳ１０種（平均粒子径４．５μｍ）を用い、ダスト濃度５g/m3、速度２．７m/minでろ過し、１０００Pa到達時に圧力０．３MPaでパルス洗浄を行い、６時間連続運転して、パルス回数を測定した。パルス回数が少ない程、ダストによる目詰まりが少ないフィルター材と言える。
【００５７】
触媒耐久性試験として、ダイオキシン分解性能を測定する簡易試験として、o-ＣＰ（オルトクロロフェノール）の分解率を測定した。５３mmの触媒フィルター材を反応管に固定し、o-ＣＰ１００ppm、酸素１０％、水２０％を含む２００℃の混合ガスを、流速１m/minで流通させ、反応管入口および出口のo-ＣＰの濃度を測定し、次の数式により分解率を算出した。
分解率（％）＝（入口o-ＣＰ濃度−出口o-ＣＰ濃度）×１００／入口o-ＣＰ濃度
【００５８】
（試験結果）
試験の結果を次の表１に示す。
【００５９】
【表１】
2006061796.tif 000002
【００６０】
実施例は、１０μｍの平均直径のポリ四フッ化エチレン繊維をウォータージェット法で作成しているので、繊維の太さ及び製造時のフィブリル効果による繊維の分岐が生じていることにより、平均細孔径は比較例の半分程度の５．７μｍになり、表面が緻密で均一な構造でできており、侵入ダストによる目詰まりが起こりにくい構造となっていることが判る。またパルス試験の結果も、実施例は比較例よりもパルス回数が少なく良好で、長期の使用に適した触媒フィルター材といえる。