(57)【要約】吸着媒の物品は、その上に吸着性のコーティングが適用される基体または基体マトリックスを有する。基体または基体マトリックスは、基体を通って広がる複数の通路を画定する複数のセルを有するハニカム状のマトリックス又は構造であり得る。その吸着性のコーティングは、ポリマーの接着剤または樹脂によって結合された活性炭やイオン交換樹脂のような吸着媒体を有する。この吸着媒の物品はそこを通る圧力損失を最小にする。【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚染物質を吸着する物品であって、
（ａ）少なくとも１ｃｍの厚みを有する基体であって、並列アレイ中に広がる複数の平行の通路を有し、前記通路が約５ｍｍ以下の横断面の幅を持っている基体と、
（ｂ）前記基体中で通路を実質的に被覆し、高分子結合剤と吸着性の微粒子とを含み、厚みが０.５ｍｍ以下であるコーティングと、
を有し、
実質的にどんな触媒作用もないことを特徴とする物品。
【請求項２】
前記通路はハニカム横断面形状を有することを特徴とする請求項１に記載の物品。
【請求項３】
前記ハニカム形状が実質的に六角形であることを特徴とする請求項２に記載の物品。
【請求項４】
前記通路が０.１ｍｍ以下の厚みを有する壁によって画定されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の物品。
【請求項５】
前記物品が約２５０ｃｍ２〜１０ｍ２の露出された表面積を有し、前記通路によって画定されることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の物品。
【請求項６】
前記コーティングが反応物を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の物品。
【請求項７】
前記反応物が酸性の汚染物質を吸着することができる塩基性の反応物を含むことを特徴とする請求項６に記載の物品。
【請求項８】
前記反応物が塩基性の汚染物質を吸着することができる酸性の反応物を含むことを特徴とする請求項６に記載の物品。
【請求項９】
前記基体の厚みと前記通路の長さが約２〜約１０ｃｍであることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の物品。
【請求項１０】
前記通路の横断面の幅が約０.５〜２ｍｍであることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の物品。
【請求項１１】
前記高分子結合剤がポリ−（２−ヒドロキシエチルメタクリラート）、ポリエチレングリコール、またはポリービニルアセテートのうちの１つであることを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の物品。
【請求項１２】
前記吸着性の微粒子がカーボン粒子、イオン交換媒体、またはゼオライトのうちの１つであることを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の物品。
【請求項１３】
ガス流から汚染物質を取り除くシステムであって、
（ａ）入口と出口とを有し、請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載の吸着性の物品と、
（ｂ）前記物品の前記入口と連結する空気流れ中にある微粒子フィルターと、
を有することを特徴とするシステム。
【請求項１４】
ガス相から汚染物質を取り除く方法であって、
（ａ）ガス流中に請求項１乃至請求項１３のいずれか１項に記載の吸着性の物品を設置する設置工程と、
（ｂ）少なくとも約１０００ｐｐｍの汚染物質を含む入力ガス流を前記物品と接触させる工程と、
（ｃ）接触させた後で、前記入力ガス流からの前記汚染物質の１０％以下を含む出力ガス流を得る工程と、
を有することを特徴とする方法。
【請求項１５】
（ａ）前記出力ガス流を得る工程は、前記入力ガス流からの前記汚染物質の５％以下を含む出力ガス流を得ることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
（ａ）前記出力ガス流を得る工程は、前記入力ガス流からの前記汚染物質の２％以下を含む出力ガス流を得ることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記汚染物質が揮発性の有機化合物を含むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記揮発性の有機化合物がガソリンを含むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
前記揮発性の有機化合物が揮発性のシラン化合物を含むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
（ａ）前記除去する工程の後で、前記コーティングから少なくとも前記汚染物質の一部を解放する工程を更に有することを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項２１】
前記解放する工程は、
（ａ）前記物品を通る前記ガス相流の取り戻しに基づいて前記汚染物質の少なくとも一部を解放することを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
ガス相の経路中に前記吸着性の物品を設置する工程は、
（ａ）工業プロセスにおける空気吸入または放出場所あるいは商用ビルにおける空気を清浄にする場所に前記汚染物質除去物品を設置することを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項２３】
ガス相の経路中に前記吸着性の物品を設置する工程は、
（ａ）半導体処理場所に前記吸着性の物品を設置することを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項２４】
ガス相の経路中に前記吸着性の物品を設置する工程は、
（ａ）車用エンジンの空気導入システム中に前記吸着性の物品を設置することを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項２５】
前記空気導入システムは、空気取入とエンジンの吸い込み口に向けられる反対の流出とを持つ管状の部材を有し、前記管状の部材は前記吸着性の物品を保持するように適合された設置場所を有することを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記空気導入システムは、さらに、微粒子フィルタエレメントを有することを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
ガス相の経路中に前記吸着性の物品を設置する工程は、
（ａ）燃料電池の酸化剤流中に前記吸着性の物品を設置することを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項２８】
ガス相から汚染物質を取り除く方法であって、
（ａ）ガス相の経路中に請求項１乃至請求項１３のいずれか１項に記載の吸着質性の物品を設置する工程と、
（ｂ）前記物品を、５０ｐｐｍ（容積）から２ｐｐｂ（容積）のレベルで存在する汚染物質を有するガス相に接触させる工程と、
（ｃ）１インチ水柱以下の圧力低下、０.５ｍ／ｓの気流フィルター表面速度で前記ガス相から前記汚染物質の少なくとも９９％を除去する工程と、
を有することを特徴とする方法。
【請求項２９】
前記除去する工程は、
（ａ）０．５インチ水柱以下の圧力低下、０.５ｍ／ｓの気流フィルター表面速度で前記ガス相から前記汚染物質の少なくとも９９％を除去することを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記除去する工程は、
（ａ）０．１インチ水柱以下の圧力低下、０.５ｍ／ｓの気流フィルター表面速度で前記ガス相から前記汚染物質の少なくとも９９％を除去することを特徴とする請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
ガス相の経路中に汚染物質除去物品を設置する前記工程は、
（ａ）前記吸着性の物品を工業プロセスにおける空気吸入または放出場所あるいは商用ビルにおける空気を清浄にする場所に設置することを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項３２】
ガス相の経路中に汚染物質除去物品を設置する前記工程は、
（ａ）前記吸着性の物品を半導体処理のツール場所に設置することを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項３３】
ガス相の経路中に汚染物質除去物品を設置する前記工程は、
（ａ）車用エンジンの空気導入システム中に前記汚染物質除去物品を設置することを特徴とする請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記空気導入システムは、空気取入とエンジンの吸い込み口に向けられる反対の流出とを持つ管状の部材を有し、前記管状の部材は前記吸着性の物品を保持するように適合された設置場所を有することを特徴とする請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記空気導入システムは、さらに、微粒子フィルタエレメントを有することを特徴とする請求項４０に記載の方法。
【請求項３６】
ガス相の経路中に吸着性の物品を設置する前記工程は、
（ａ）燃料電池の酸化剤の流れ上に前記汚染物質除去物品を設置することを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項３７】
請求項１乃至請求項１３のいずれか１項に記載の吸着性のコーティングされた物品を製造する方法であって、
（ａ）ポリマー組成物と微粒子の吸着剤とを有する分散剤を形成する工程と、
（ｂ）ぬれたコーティングを形成するために前記分散剤で通路を接触させる工程と、
（ｃ）活性な吸着剤層を残しながら前記ぬれたコーティングから溶剤を取り除く工程とを有し、
前記吸着剤層は実質的に触媒活性を持っていないことを特徴とする方法。
【請求項３８】
請求項１乃至請求項１３のいずれか１項に記載の吸着性のコーティングされた物品を製造する方法であって、
（ａ）吸着剤微粒子と、ポリマー接着剤とを有する混合物を形成する工程と、
前記ポリマー接着剤は前記ポリマー接着剤の溶融温度以上の温度で存在し、
（ｂ）溶融コーティングを形成するために前記通路を前記混合物で接触させる工程と、
（ｃ）前記ポリマー接着剤を少なくとも部分的に固化するために前記溶融コーティングを冷却して、活性な吸着剤を残す工程とを有することを特徴とする方法。
【請求項３９】
半導体製造場所における大気から汚染物質を取り除くための装置であって、
（ａ）請求項１乃至請求項１３のいずれか１項に記載の吸着性の物品と、
（ｂ）入口と出口と前記吸着性の物品のための受入容積とを有するハウジングと、
前記入口と前記出口のおのおのが空気流中において前記吸着物品の通路に連結しており、
（ｃ）前記物品を通して前記大気を移動させる手段と、
を有することを特徴とする装置。
【請求項４０】
少なくとも３個の吸着性の物品を有し、
第１の物品は塩基性の汚染物質を取り除くために酸性の反応物を有し、
第２の物品は酸性の汚染物質を取り除くために塩基性の反応物を有することを特徴とする請求項３９に記載の装置。
【請求項４１】
車エンジン中の空気導入システムであって、
（ａ）空気取入口と、エンジンの吸い込み口に向けられる反対の流出口とを持つ管状の部材と、
前記管状の部材は設置場所を有し、
（ｂ）請求項１乃至請求項１３のいずれか１項に記載の吸着性のと、
前記物品が前記設置場所中に配置されており、
を有する空気導入システム。
【請求項４２】
前記物品は、第１の面と第２の面を有し、前記第１の面と前記第２の面が７７.５〜１５５ｃｍ２の面積を有することを特徴とする請求項４１に記載の空気導入システム。
【請求項４３】
前記物品がガソリン蒸気を吸着するように構成されていることを特徴とする請求項４１に記載の空気導入システム。
【請求項４４】
前記物品がディーゼルを吸着するように構成されていることを特徴とする請求項４１に記載の空気導入システム。
【請求項４５】
前記物品が永久的に前記管部材中に固定されていることを特徴とする請求項４１に記載の空気導入システム。
【請求項４６】
前記吸着エレメントは、空気流れから前記空気流れの第１の気流速度で汚染物質を吸着し、かつ、前記コーティングから第２の気流速度で汚染物質を脱着するように構成されており、前記第２の気流速度は前記第１の気流速度より大きいことを特徴とする請求項４１に記載の空気導入システム。
【請求項４７】
前記吸着エレメントは前記管状部材を通り抜ける汚染物質の少なくとも９０％を吸着するように構成されていることを特徴とする請求項４１に記載の空気導入システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、米国内の企業であるＤｏｎａｌｄｓｏｎ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ．の名義で、米国を除く全ての国を指定国として２００２年６月７日にＰＣＴ国際特許出願として出願されたものである。本願発明は空気流などのガス状流から汚染物質を取り除くための吸着エレメントに関連する。
【背景技術】
【０００２】
ガス吸着物品かエレメントは、人や環境や、しばしば、危険な製造プロセスやそのプロセスで製造された製品を保護するため空気によって運ばれる汚染物質を取り除くために複数の産業で使用される。ガス吸着物品へのアプリケーションの特別な例は、半導体産業であり、そこでは、製品は「クリーンルーム」としてその産業内では一般的に知られている超−清浄環境で製造されている。ガス吸着物品は、複数の非産業へのアプリケーションにおいてもまた使用されている。例えば、ガス吸着物品は、住民によりきれいな呼吸用の空気供給するために、商業用ビルと住宅用ビルの両方における空気移動システムにしばしば存在している。
【０００３】
典型的な空気によって運ばれる汚染物質は、基本的な汚染物質、例えば、アンモニア、有機アミン、およびＮ−メチル−２−ピロリドン、硫化水素、塩化水素、または二酸化硫黄などの酸性の汚染物質、一般的な有機材料汚染物質、しばしば、反応性モノマや非反応性溶剤などのようなＶＯＣ（揮発有機化合物）として呼ばれるものを含んでいる。シリカを含む反応性のおよび非反応性の材料、例えば、シラン誘導体、シロキサン誘導体、シラノール誘導体、およびシラザン誘導体は、いくつかのアプリケーションに対しては特に有害な汚染物質であるかもしれない。さらに、複数の毒性の工業的な化学物質と化学的な戦争用剤は、呼吸用の空気から取り除かなければならない。
【０００４】
汚いあるいは汚染された空気は、粒状の吸着ベッドアセンブリ（ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ  ｂｅｄ  ａｓｓｅｍｂｌｙ）か、充てんベッドアセンブリ（ｐａｃｋｅｄ  ｂｅｄ  ａｓｓｅｍｂｌｙ）によってしばしば抜き取られる。そのようなベッドは、フレーム中で保有されたフレームと活性炭などのような吸着媒体とを有している。吸着媒体は、気流からガス状の汚染物質を吸着しあるいは化学的に反応し、環境に戻される空気をきれいにする。除去効率は、そのプロセスと製品と適切に保護するために重大である。
【０００５】
ガスの吸着ベッドの除去効率と容量は、吸着ベッドを通る空気速度、ベッドの深さ、使用される吸着媒体のタイプと量、吸着媒体の吸着速度と活性レベルなどの因子群に依存している。また、増加されるまたは最大にされる効率にとって、ぎっしり詰まっている吸着ベッドの微粒子とフレーム間の隙間を通ってリークする空気を省ける点まで低減するべきであることもまた重要である。これらの考えを含む粒状の吸着ベッドの例は、米国特許の第５，２９０，２４５号（オーセンドルフ他）、第５，９４６，９２７号（グラハム他）、および第６，１１３，６７４号（グラハム他）である。これらのぎっしり詰まった吸着ベッドは、ベッドを通って流れる空気への極めて通過しにくいパスをもたらす。
【０００６】
しかしながら、ぎっしり詰まったベッドの結果として,かなりの圧損失を生じる。圧力損失を最小にするための現在の解決方法は、ベッド面積を増加させることにより空気速度を減少させることを含んでいる。ベッドをＶ字型にしたり、またはプリーツ加工することにより、ベッドサイズを増加することによりこれを達成することができる。しかしながら、残念ながらこれらの方法は十分に圧損失の問題に取り組んでいないし、ベッドを出る不均一な流動速度の別の問題を生じさせる。
【０００７】
上記の確認された吸着ベッドはいくつかのアプリケーションでは十分であるが、必要とされることは圧力損失を最小にし、フィルタの出口の流動速度を均一にしながら、酸、塩基、または他の有機材料などの汚染物質を十分に取り除くことができるベッドへの交換である。
【０００８】
＜発明の概要＞
本願発明はそこを通る最小量の圧損失を有する吸着質エレメントに向けられる。吸着質エレメントは、その上に吸着質コーティングが施されている基体、またはマトリクスを有する。その基体は、基体を通して広がる複数の通路を画定する複数のセルを有するマトリクスか他の構造であるかもしれない。その吸着質コーティングは、高分子接着剤か樹脂で基体表面に接着されている炭素（通常活性炭）あるいはイオン交換樹脂などの吸着質媒体を有している。別の実施例では、このコーティングは過マンガン酸カリウムなどの強酸化剤を含むことができる。
【０００９】
本願発明の吸着質エレメントは、空気流などの（通常ガスの）流体から化学汚染物の除去を望んでいるあらゆる種類のアプリケーションに応用されるかもしれない。一般に、そのエレメントは、リトグラフ工程、半導体工程、写真工程、サーマルアブレッシヴイメージングプロセス（ｔｈｅｒｍａｌ ａｂｌａｔｉｖｅ ｉｍａｇｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ）などのあらゆる応用において使用することができる。また、燃料電池の適切で効率的な操業には、容認できない化学汚染物を含まない空気（酸化剤）が望まれる。本願発明の吸着質エレメントを利用することができる他のアプリケーションは、環境空気がその空気を吸いこむアプリケーションのために清浄化されているアプリケーションを含んでいる。しばしば、これらの領域は、住宅用、産業用の空間または商業の空間、飛行機キャビン、および自動車キャビンなどの閉鎖空間である。また、人工呼吸装置や自給式の呼吸装置などの個人用のデバイスは、呼吸用の空気を清浄にするのに使用される。他の期間、空気を大気中に放出する前に汚染物質を取り除くことは望まれている、そのようなアプリケーションの例としては、自動車用燃料システムまたはエンジン吸気システムまたは他の自動車排ガス、工業的な操業からの排気、または化学汚染物が環境中に流出しうるいかなる他の操業またはアプリケーションも含んでいる。
【００１０】
１つの特別な実施形態では、本願発明は、少なくとも１センチメートルの厚みを有する基体であって、それを通して並列しているアレイ中に広がる複数の通路を含んでいる基体を有し、汚染物質を吸着するエレメントあるいは物品である。これらの通路は、最大幅がわずか約５ミリメートルの幅を有する。コーティングは実質的にその通路を被覆し、そのコーティングは、高分子の結合剤と炭素粒子などの吸着剤の粒子を含む。コーティング（すなわち、バインダーと粒子）の厚みは０．５ミリメートル以下である。その物品は、付随的な触媒作用やいかなる重要な触媒作用も実質的に有していない。付随的な触媒活性は汚染物質の除去に直接関連しない反応の触媒作用に関連している。これらの吸収性の構造は、通常、白金、金、銀、パラジウムなどの触媒金属と触媒的なコンバーターで使用される触媒物質を含まない。
【００１１】
その吸着質媒体は、その吸着質媒体がポリマー性の接着剤によって完全に埋め込まれているまたは被覆されているようにそれらの中に分散されている吸着質媒体を有する溶解物、溶液またはスラリーとして、基体かマトリクスに適用することができる。交互に、その媒体は、基体の表面に接着されてはいるが、高分子で完全に覆われてはいないというような方法で基体に接着されることができる。吸着質のコーティングを適用するための様々なテクニックが開示されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
まず、図を、特に図１を参照すると、本願発明による吸着質エレメントまたは物品は、１０に示される。吸着質エレメント１０は、第１の表面１７と、第１の表面１７から距離「Ｌ」の位置に配置されている第２の表面１９を有する構造化された基体１２によって画定されている。すなわち、基体１０は第１の表面１７と第２の表面間の厚み「Ｌ」を有する。基体１２はその中に複数のセル１４を含んでいる。好ましくは、セル１４はランダムでない規則的な配列中に存在している。セル１４は第１の表面１７から第２の表面１９に広がる基体１２を通る通路１６を画定する。
【００１３】
次に、図２と３を参照すると、高分子樹脂か接着剤３０によってセル１４上に保持されている吸着質媒体２２を有する吸着質コーティング２０、２０’は、セル１４の内部の壁上に存在する。セル１４の内部に存在しているコーティング２０、２０’は通路１６を通って空気あるいは他の流体が動けるようにする。
【００１４】
吸着質コーティング２０、２０’、特に吸着質媒体２２は、吸着し、吸収し、トラップし、保持し、反応し、そうでなければ、空気流から汚染物質を取り除いて、または吸着質媒体２２に移すことにより、通路１６を通り抜ける空気から汚染物質を取り除く。活性炭のような吸着質媒体２２は、吸着質媒体２２の表面かポア中に汚染物質をトラップする。汚染物質のサイズと吸着質媒体２２の気孔率に依存しながら、いくつかの汚染物質は吸着質媒体２２の中のポアか通路の中に入って捕らえられるようになる。通常、吸着質媒体２２の表面は汚染物質と反応して、その結果、少なくとも表面で汚染物質を吸着する。コーティング２０、２０’はさらにあるいは交互に酸化剤を持つことができる。加熱されると、コーティング２０、２０’に接触する揮発性の有機化合物（ＶＯＣ）は酸化されて二酸化炭素と水になる。
【００１５】
図２のコーティング２０は接着剤３０によってセル１４に結合された複数の吸着質媒体２２を有する。コーティング２０で使用される媒体２２は通常、充分に球体状であり、一般に同じサイズか良く制御された粒径分布を有する粒子を有する。コーティング２０用の媒体２２の適当なサイズは１００メッシュ（約１２０−１２５μｍ）と１５０メッシュ（約８５μｍ）を含んでいる。接着剤３０は媒体２２の全表面を覆っていないで、むしろ、接着剤３０はセル１４と媒体２２の間に存在し、媒体２２の周りや上に部分的にウイック（ｗｉｃｋｅｄ）されている。コーティング２０を作るための方法は以下に説明される。
【００１６】
図３のコーティング２０’は図２のコーティング２０と異なっており、そのコーティング２０’はランダムに、そして一般に、セル１４に媒体２２を結合する接着剤３０の中で均一に分散されている複数の吸着質媒体粒子２２を有している。接着剤３０は本質的には吸着質媒体２２の全表面を覆っている。コーティング２０’は「スラリー」として参照され得る。通常、コーティング２０’中で使用される媒体２２は、上記のコーティング２０で使用した媒体よりも粒径が小さい。１０μｍ〜約８０μｍの範囲の媒体２２サイズが適当であるが、コーティング２０’用の媒体２２の適当なサイズは４００メッシュ（約２０−２５μｍ）と２５０メッシュ（約４０μｍ）を含んでいる。上記のコーティング２０に対して使用されたのと同じ媒体２２は、コーティング２０’に対しても使用することができる。さらに、不規則な形状の媒体２２は、その粒子は一般に球状ではなく、狭い粒度分布の範囲内にもないいが、コーティング２０’で使用することができる。コーティング２０’を製造するための方法もまた下記で説明される。
【００１７】
［吸着質エレメントの基体］
基体１２は吸着質エレメント１０の総合的な構造を備え、基体１２はエレメント１０の形状とサイズを画定する。基体１２は立方体、円柱、円錐、上部が切られた円錐、ピラミッド、上部が切られたピラミッド、ディスクなどのようないかなる３次元的な形状を有することができるが、しかしながら、通路１６からの外部として通路１６の等しい流れを許すように、第１の表面１７と第２表面１９が本質的に同じ面積を有する、あるいは同じ面積に近い面積を有することが好ましい。第１の面１７と第２の面１９のいずれかまたは両方によって画定される基体１２の断面形状は、正方形、長方形、三角形、円、星、楕円形、および同様のものなどのいかなる二次元形状であることができる。また、輪状の形状を使用することもできる。好ましくは、基体１２の断面は第１の表面１７から第２の表面１９までの長さ「Ｌ」に沿って本質的に一定である。
【００１８】
通常、第１の面１７と第２の表面１９は、少なくとも１ｃｍ２である同じ面積を有する。さらにまたは代わりに、第１の面１７と第２の表面１９は、約１ｍ２以下の面積を有する。ほとんどの実施例では、表面１７、１９の面積は約７０〜７５００ｃｍ２である。エレメント１０の特定のアプリケーションにはその面積の範囲が好ましいだろう。一般に、第１の面１７と第２の表面１９の間の基体１２の厚み「Ｌ」は少なくともで０．５ｃｍであり、２５ｃｍより大きくはない。ほとんどの実施例では、「Ｌ」は約２〜１０ｃｍである。基体１２の寸法は基体１２に使用される材料およびエレメント１０の意図されたアプリケーションに基づいて異なるだろう。例えば、吸着質エレメント１０が自動車エンジンの空気摂取口の中で使用されるように意図されるとき、第１の面１７と第２の表面は、一般に少なくとも５０ｃｍ２であり約２００ｃｍ２を超えず、通常は約７５〜１５０ｃｍ２であり、および１つの実施例では、約７７.５〜１５５のｃｍ２である。
【００１９】
基体１２は必要なセル構造を有するどのような材料であるかもしれない。それぞれセル１４は通常約５０ｍ２以下の断面積を有する。一般に、この断面積は少なくとも第１の面１７と第２の表面１９の１つに平行である。さらにあるいは交互にセル１４は、約１ｍｍ２以上の面積を有する。一般にそれぞれのセル１４の面積は約１.５〜３０ｍｍ２であり、しばしば２〜４ｍｍ２である。１つの好ましい実施例では、六角形のセル１４の面積は約７〜８ｍｍ２である。別の好ましい実施例では、六角形のセル１４の面積は１.９ｍｍ２である。
【００２０】
セル１４はいかなる形状、例えば正方形の、長方形の、三角形、円形を有するかもしれないが、好ましい形状は六角形である、または実質的に六角形である。六角形の、または、実質的に六角形の配列（ａｒｒａｙ）はしばしば「ハニカム」の形状あるいはパターンと呼ばれる。
【００２１】
最も長い横断面であるセル１４の寸法は、通常１０ｍｍより大きくなく、しばしば６ｍｍ以下である。さらに、セル１４の最も短い寸法は少なくとも１ｍｍであり、しばしば少なくとも１.５ｍｍである。ほとんどの実施例では、セル１４は最大５ｍｍ以下の寸法を有する。
【００２２】
細長いセル１４または通路１６のそれぞれの総内部表面面積は一般に少なくとも約５ｍｍ２であり、一般に、約２００ｃｍ２以下である。物品１０の総表面積は、通路１６の内部表面積によって画定されるように、少なくとも約２００ｃｍ２または約２５０ｃｍ２から１０ｍ２である。
【００２３】
セル壁は、セル１４と通路１６の形状とサイズを画定し、一般に、少なくとも厚さ０．０１５ｍｍである。さらに、交互にまたはさらに、セル壁は一般に、２ｍｍ以下の厚さである。通常、セル壁は厚さ１ｍｍ以下である。１つの好ましい実施例では、壁は厚さ０.５ｍｍ以下である。交互の好ましい実施例では、セル壁は０．１ｍｍ厚さ以下である。いくつかの実施例では、壁は厚さ０.０２ｍｍ以下かもしれない。壁の厚みは、セル１４のサイズ、通路１６のサイズ、基体１２が作られている材料、およびエレメント１０の用途によって異なるであろう。
【００２４】
ほとんどの実施例では、セル１４のそれぞれは連続したサイズとその長さに沿った形状を有する。一般に、それぞれのセル１４の長さは第１の面１７と第２の面間の厚さ「Ｌ」と本質的に同じである。好ましくは、セル１４形状は、第１の面１７から第２の面１９に容易に感知できる程度変化しないで、それぞれのセル１４は、同様の横断面形状を有する。
【００２５】
基体１２に対する適当な材料の例はアルミニウムのような金属、ポリカーボネートのようなプラスチック、および複合材を含んでいる。セルロース基材もまたは使用されるかもしれない。これらの材料は、基体１２の必要な形状に成形されか、押出されるか、または別の方法で形成されることができる。
【００２６】
［吸着質コーティング］
吸着質コーティング２０、２０’は、それと接触する空気あるいは他の気体状の流体から汚染物質を吸着し、吸収し、反応し、あるいは他の方法で取り除く。吸着質コーティング２０、２０’は基体１２に存在していて、反応性のまたはそうでなければ吸着質の媒体２２とポリマーの接着剤３０を有する。接着剤３０は吸着質媒体２２の吸着質の効果に不利益な影響を与えないで、基体１２のセル１４に吸着質媒体２２を結合する。
【００２７】
吸着質コーティング２０、２０’はセル１４の壁上に存在し、壁の表面積の少なくとも５０％を被覆する。好ましくは吸着質コーティング２０、２０’は壁の少なくとも５５〜９０％を被覆し、より好ましくは、吸着質コーティング２０、２０’が無しの面積ないように連続している。吸着質コーティング２０、２０’は、一般に約１〜４ミル（約２５〜１００μｍ）の厚みを有し、通路１６を通る流体の流れが不利益な影響を受けないならば、より厚いコーティングを使用することができる。吸着質媒体２２のサイズがコーティング２０、２０’の厚みに作用するのは理解される。
【００２８】
いくつかの実施例では、コーティング２０、２０’はコーティング工程から残された少量の溶剤を含むかもしれない。残留溶媒の量とタイプは使用される特定のポリマー材料３０、いかなる溶剤が使用されたか否かおよびコーティング工程に依存するだろう。
【００２９】
吸着質コーティング２０、２０’は、触媒活性が実質的に無く、これは、コーティング２０、２０’中には「触媒」として考えられる材料は実質的に存在していないことを意味する。活性炭、イオン交換樹脂、および他の役に立つ吸着質媒体２２は、媒体２２の吸着質特性に対して副次的である固有の触媒特性を有するかもしれないことは理解される。本願発明の試みは触媒の追加を避けることである。
【００３０】
［吸着質媒体］
吸着質媒体２２は、媒体２２と接触する空気または他の気体状の流体から汚染物質を、吸着して、吸収して、反応して、またはそうでなければ取り除く。いくつかの実施例では、吸着質媒体２２それ自体が汚染物質を取り除く反応性材料であるかもしれない。そのような材料の例は、イオン交換樹脂のような高分子粒子状、硫酸水素ナトリウム、活性炭媒体、ゼオライト、ゲッター、粘土、シリカゲル、超酸、ヘテロポリ酸、ナノソルベント（ｎａｎｏｓｏｒｂｅｎｔ）、ナノチューブ、金属酸化物などを含んでいる。
【００３１】
適当な活性炭は５０-１００メッシュの活性炭ビーズ、５０-１００メッシュ活性炭顆粒、および３２５-４００ メッシュ炭素顆粒を含んでいる。また、炭素ファイバーを使用することもができる。適当なイオン交換樹脂の例は、乾燥したＤｏｗｅｘ（商標登録）５０ＷＸ８-１００イオン交換樹脂、Ｄｏｗｅｘ（商標登録）５０ＷＸ８-２００イオン交換樹脂、およびＤｏｗｅｘ（商標登録）５０ＷＸ８-４００イオン交換樹脂を含んでいる。
【００３２】
粒子状か粉末として利用可能な酸化剤もまたあるいは代わりに、コーティング２０、２０’中において使用することができる。過マンガン酸カリウムなどの酸化剤は揮発性有機物（ＶＯＣ）と反応して二酸化炭素と水を形成する。
【００３３】
酸化剤あるいは他の反応性物質は、吸着質媒体２２を提供するために、顆粒粒子、ビーズ、ファイバー、微粉末、ナノチューブ、およびエーロゲルなどの活性なあるいは不活性な担体（キャリヤー）上の表面コーティングとして提供され得る。さらにあるいは交互に、反応性表面を形成する材料は少なくともキャリヤーの一部の中に存在しているかもしれない、例えば、担体材料に必要な反応性物質を含浸することによって、これはなされることができる。炭素は一般に知れわたった材料である。
【００３４】
吸着質コーティング２０、２０は、アンモニア、アミン、アミド、Ｎ−メチル−１、２−ピロリドン、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム、水酸化カリウム、揮発性の有機塩基、および不揮発性の有機塩基などの有機塩基を含み、空気によって運ばれる塩基性の汚染物質化合物をろ過して取り除くか、または別のやり方で取り除くためにを構成することができる。交互に、吸着質コーティング２０、２０’は、硫黄酸化物、窒素酸化物、硫化水素、塩化水素、揮発性の有機酸および不揮発性の有機酸などの空気によって運ばれる酸性の化合物をろ過して取り除くために構成することができる。例えば、酸性化合物か塩基性化合物を取り除くことに加えて、吸着質媒体２２が炭化水素、あるいは極性または無極性の有機物などの追加の汚染物質を吸着するまたは吸収することができるのが理解される。有機物の例はガソリンとディーゼル燃料の含有成分のいずれをも含んでいる。
【００３５】
アンモニアなどの塩基性の汚染物質を取り除くための好ましいの材料の例は活性炭顆粒かクエン酸で含浸された微粒子である。酸性の汚染物質を取り除くための好ましい材料の例は活性炭顆粒か炭酸カリウムで含浸された微粒子である。
【００３６】
好ましい実施例では、吸着質媒体２２は含浸された、あるいは反応性のあるいは他の改良剤の表面コーティングをその上に有する活性炭顆粒である。一般に、顆粒は約１０μｍと同じくらい小さい粒子サイズを、あるいは、６００μｍ（約３０メッシュ）と同じくらい大きい粒子サイズを有する。もし、吸着質媒体顆粒が大きすぎるならば、通路１６はその媒体によって容認できなくなるほど妨げられるかまたは制限されるかもしれない。ほとんどの実施例では、顆粒は約３５μｍ（約４００メッシュ）から５０μｍ（約３００メッシュ）までのの粒子サイズを有する。
【００３７】
エレメント１０はコーティング２０、２０’中に存在する２の異なった吸着媒体２２を有することができる。例えば、第１の塩基性媒体は酸性の汚染物質を取り除くのに使用することができ、第２の酸性媒体は塩基性汚染物質を取り除くのに使用することができる。塩基性媒体を酸性媒体と密接して混合するのは、その２つが通常反応するあるいは互いを相殺するため一般に望ましくない。好ましくは、２つの異なる媒体は、通路１６を通る空気流のパスに沿って連続的に配置される。例えば、エレメント１０は、第１の面１７に最も近い基体１２の半分を占有する第１の媒体と第２の面１９に最も近い基体１２の半分を占有する第２の媒体とによって作られることができる。別の例では、第１の媒体は第１の基体上に適用されることができ、第２の媒体は第２の基体に適用されることができる。この２つの基体は、空気が最初に第１の媒体を有するエレメントを通り抜け、続いて第２媒体を有するエレメントを通り抜けるように一般的に並べられた通路１６を用いて軸方向に積み重ねることができる。
【００３８】
様々な媒体、含浸剤などを用いるエレメントの他の構造と配置が使用することができることは理解される。
【００３９】
［ポリマー接着剤］
吸着質媒体２２はポリマー接着剤３０によって基体１２上に保持される。適当な重合体の例は、ポリアミド、ポリエステル、ポリビニル酢酸、ポリウレタン、ブチルゴム、エチレン−プロピレン共重合体、およびスチレン−ブタジエンゴムなどのさまざまなブロック共重合体とエラストマーを含んでいる。ポリエチレングリコールとポリヒドロキシエチルメタクリル酸エステルのようなポリメタクリル酸エステルもまた使用することができる。媒体２２を結合するのに使用される重合体は、水基（ｗａｔｅｒ  ｂａｓｅｄ）か溶剤基（ｓｏｌｖｅｎｔ  ｂａｓｅｄ）であるかもしれない。その重合体は溶液あるいは分散した状態としてコーティングされ得るか、またはホットメルト材料として処理され得るかもしれない。
【００４０】
［吸着質エレメントを作るための様々な方法］
［溶融コーティング］
吸着質エレメント１０を作るための第１の方法は溶融コーティングプロセスによってである。溶融コーティングはハニカム基体などの基体１２が溶融されたポリマー材料（ポリマー接着剤３０）、通常、熱溶融（ｈｏｔ  ｍｅｌｔ）ポリマー材料によってコーティングされる。吸着質媒体２２は溶解ポリマー材料３０によって基体１２に接着させられる。
【００４１】
そのような溶融コーティングプロセスに適した重合体は、ポリアミド、ポリエステル、ポリビニル酢酸、ポリウレタン、ブチルゴム、エチレン−プロピレン共重合体、およびスチレンブタジエンゴムなどのようなさまざまなブロック共重合体とエラストマーを含んでいる。その重合体はアセトンやメタノールなどの溶媒中に溶液として存在しているかもしれない。コーティングの間、基体１２は、必要な期間、垂直の位置に置かれ、そして、別の必要な期間、セル１４の内部表面を完全に濡らすためにさっとひっくり返される。次に、通路１６は余分なポリマー性溶液を排出して、高分子薄膜を基体１２に形成するために空気が吹きつけられる。コーティングされた基体１２は周囲温度かあるいはわずかに高い温度で少なくとも部分的に空気乾燥され得る。コーティングされた基体１２はセル１４が媒体２２で充填されるように吸着質媒体２２中に埋められる。その基体−媒体の組み合わせはその高分子フィルムを溶かすためにポリマー接着剤３０の軟化点より高く加熱され、それから、次に、基体１２の表面に吸着質媒体２２を接着するために室温まで冷却される。圧縮空気あるいはエアナイフ（ａｉｒ  ｋｎｉｆｅ）は、余分な吸着質媒体２２のいくらかを取り除くために使用される。コーティングされた基体１２はさらに余分な吸着質媒体２２を取り除いて吸着質媒体２２とポリマー接着剤３０の間の接着を強化するために溶剤で洗われる。いかなる残留溶媒も昇温状態で乾燥することができる。このようにして、その上に均一に吸着質媒体２２が接着されたエレメント１０が得られる。
【００４２】
図２は溶融コーティングプロセスによって作られたエレメント１０の代表的な概要図である。
【００４３】
［実例］
約１／１６インチ（１.５９ｍｍ）のハニカムセルを有し、厚さ１インチ（２.５４ｃｍ）で直径１.５インチ（３.８ｃｍ）の円形のアルミニウム基板の基体は、ポリ酢酸ビニル（ＰＶＡ）溶液（メタノール中で２０％）を用いてディップ（浸積）コーティングされた。その基体は１分間垂直の位置に固定して置かれ、それをさっとひっくり返してからもう１分間固定して置かれる。続いて、その基体は余分なポリ酢酸ビニルを排出するために空気が吹き付けられ、続いて薄いポリ酢酸ビニルフィルムを形成するために室温で乾燥される。次に、その基体は乾いたＤｏｗｅｘ（商標登録）５０ＷＸ８−１００イオン交換樹脂で充填された、その充填された基体は３０分間、９０℃で加熱された。基体はオーブンから取りだす前に室温まで冷却された。その表面上にＤｏｗｅｘ（商標登録）５０ＷＸ８−１００イオン交換樹脂が均一に接着されたアルミニウムのハニカム基体は、余分な吸着剤が吹き飛ばされ、メタノールで洗浄され、残りのメタノールを取り除くためにオーブンで乾燥された後に得られる。
【００４４】
［シェイカー  コーティング（Ｓｈａｋｅｒ  ｃｏａｔｉｎｇ）方法］
吸着剤エレメント１０を作る第２の方法は、薄い吸着質コーティング２０で基体１２をコーティングするために振動あるいはシェーカーコーティングプロセスによって行われる。吸着質媒体２２は、図２におけるコーティング２０と同様の吸着質コーティングを形成するために高分子バインダ３０を介して基体１２に接着される。基体１２と吸着質媒体２２は密閉容器内に置かれ、続いて、媒体２２で基体１２を完全にコーティングするために活発に振動させられる。コーティングされた基体１２は、取り除かれて、ポリマー接着剤３０は乾燥される、あるいは養生（ｃｕｒｅ）される。
【００４５】
このプロセスで使用することができる高分子バインダ３０は、広範囲の溶解力のある（ｓｏｌｖｅｎｔ）または水溶性基の高分子および／又は接着剤から由来する。いくつかの典型的なポリマー材料３０は、ラテックス、ポリウレタン、エポキシ、不飽和ポリエステル、フェノールホルムアルデヒド、ポリアミド、およびエラストマーを含んでいる。吸着質媒体２２は，炭素、イオン交換樹脂と、ゼオライトと、分子ふるい（ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  ｓｉｅｖｅ）を含むいかなるタイプの多孔性の材料であるかもしれない。高分子バインダ３０は高分子バインダ３０の容器中に基体１２を浸積して基体１２上にコーティングされる。高分子３０はセル１４と通路１６の両端に接着することができる。いかなる余分な高分子バインダ３０もエアナイフで通路１６から吹きとばされることができる、あるいは、余分な高分子３０を取り除くために遠心力を使用して比較的高い速度で回転させることができる。コーティングされた基体１２は、少なくとも部分的に、通常、１０秒から１５分間、空気で乾燥されることができる。
【００４６】
［実例］
約１／１６インチ（１.５９ｍｍ）のハニカムセルを有し、厚さ１インチ（２.５４ｃｍ）で直径１.５インチ（３.８ｃｍ）の円形のアルミニウム基板の基体は、ダウ・ケミカルから入手された１００％のラテックス材料を用いて浸積（ｄｉｐ）コーティングされた。コーティングされた基体は２分間空気乾燥され、その後で、エアナイフは、過剰物質を取り除くために使用された。基体は、もう５分間空気乾燥するために続けられた。コーティングされた基体は１００メッシュのイオン交換樹脂（吸着質媒体）を有する密閉容器内に置かれて、２分間ペイントシェーカーで活発に振動させられた。いかなる余分な吸着質媒体もエアナイフを使用することで吹きとばされ、さらに、これは結合していない（ｌｏｏｓｅ）粒子の除去を支援した。この工程のあとにオーブン中で６０℃で１時間の加速された養生（ｃｕｒｉｎｇ）／乾燥工程が続いた。
【００４７】
図４はその結果のエレメントのＳＥＭ顕微鏡写真であり、図５はその結果のエレメントを通る汚染物質の破過のグラフ表示である。
【００４８】
［プッシュ−プル  コーティング方法］
吸着質エレメント１０を作るための第３の方法は、プッシュ−プル（ｐｕｓｈ−ｐｕｌｌ）プロセスとして呼ばれているコーティングプロセスである。プッシュ−プルの方法は接着剤３０中一般に溶剤とともに分散されている吸着質媒体２２を含む吸着質スラリーの薄膜コーティングで基体１２をコーティングする。結果として起こる吸着質コーティングは図３でコーティング２０’として概念的に表される。
【００４９】
吸着質媒体２２は、一般に、粒径範囲が１０〜１５０ミクロンを有し、炭素、イオン交換樹脂と、ゼオライトと、分子ふるいを含むいかなるタイプの多孔性材料であるかもしれない。スラリーは含浸剤あるいは吸着質エンハンサ（ｅｎｈａｎｃｅｒ）などの他の添加物を含むこともできる。高分子バインダ３０は、ポリエチレングリコール、ポリ（２−ヒドロキシエチルメタクリラート）、ポリアクリル酸メチル、ポリアクリル酸エチル、ポリ−ｎ−ブチルアクリレート、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、およびそれらの変種（ｖａｒｉａｔｉｏｎ）などのいかなる適当な高分子であるかもしれない。使用されるならば、その溶媒システムは水とアルコールを含む高分子バインダ３０を溶解するいかなる材料であるかもしれない。吸着質媒体２２は接着剤３０の中で徹底的に分散される。このスラリーは通常約１分の総経過時間で通路１６を通ってゆっくりポンプで送られる。そして、スラリーはセルを通して戻される。
【００５０】
図６Ａは、第１のプッシュ−プルの装置を概念的に表現しており、装置４０、基体１２のホルダー４２、およびポンプ４４を示している。同様に図６Ｂを参照すると、図６Ｂは装置４０’、基体１２ａ用の第１のホルダー４２ａ、基体１２ｂ用の第１のホルダー４２ｂを示している。ポンプ４４’はタンク４５’から基体１２ａ、１２ｂ’に吸着質スラリーを供給する。適切な配管はホルダー４２ａ、４２ｂを、ポンプ４４’およびタンク４５’と接続するのに使用される。ホルダー４２ａ、４２ｂ中でコーティングされた後に、基体１２ａ、１２ｂはホルダー４２ｃ（基体４ｃとして）に移動され、エアナイフ４６が基体１２ｃから余分なスラリーを取り除く。余分なスラリーは、タンク４５に流出し、そこからタンク４５’に再生処理されて再利用される。
【００５１】
プッシュ−プル  コーティング方法用の使用可能な装置の別の例が、渡辺などの米国特許第５,１８２，１４０号に開示されている。遠心力（例えば、１６００ｒｐｍで、サンプルホルダーの軸に対してほぼ垂直な基体１２の円回転により）を通して、または、エアナイフなどからの高速度空気噴流によって、いかなる結合していない（ｌｏｏｓｅ）材料も取り除くことができる。それから、コーティングされた基体１２は、そのコーティングを乾燥／養生するためにオーブンに置かれる。
【００５２】
［実例］
スラリーは、１７０ｍｌのエタノール、７２ｇのクエン酸、７．５ｇのポリ（２−ヒドロキシエチルメタクリラート）、および１２６ｇの含浸させられたカーボン粒子（４００メッシュサイズ）を使用して製造された。このスラリーは１インチ／分（約２.５４ｃｍ／分）のレートで、１／１６インチ（１. ５９ｍｍ）の六角形のハニカムセルを有するアルミニウム基板基体中に押し込められる（ｐｕｓｈｅｄ）。スラリーは約１分間スラリーのプールとして基体の上で保持された。それから、スラリーはハニカム基体から引き戻された（ｐｕｌｌｅｄ）。エアナイフは、いかなる余分な残留材料も取り除くためにこのコーティングされた基体上を通過された。そのエレメントの重さはコーティングの結果として倍増した。
【００５３】
図７はその結果のエレメントのＳＥＭ顕微鏡写真であり、図８はその結果のエレメントを通る汚染物質の破過のグラフ表示である。
【００５４】
［溶融−マトリックス  コーティングプロセス］
吸着質コーティング２０を提供する更なる方法は、吸着質媒体２２が存在する中で基体１２をわずかに溶融し、あるいは少なくとも柔軟にすることによって吸着質媒体２２を基体１２に結合する“溶融マトリクス（ｍｅｌｔ−ｍａｔｒｉｘ）” アプローチである。基体１２、または基体１２の一部が接着剤３０として機能する。基体１２をコーティングするために、基体１２は吸着質媒体２２のベッド中に埋め込まれる。媒体２２と基体１２は基体の融点か軟化点まで加熱されて、配置され少なくとも部分的に冷却される。吸着質媒体２２は、溶融したか柔軟となった基体１２に接着する。媒体２２中に埋込む前に基体１２は部分的に溶融されることができた。さらに、媒体２２のベッド中に基体１２を埋め込む代わりに、吸着質媒体２２は、溶融した基体１２上で振動させられるか、またはまき散らされることができる。
【００５５】
通常、溶融マトリクス・コーティングプロセスで使用される基体１２は熱可塑性プラスチック材料から作られる。ポリエチレンかポリプロピレンから作られた基体１２は溶融温度が低いために好まれる。そのような熱可塑性のハニカム形状の基体は様々な供給者から容易に利用可能である。
【００５６】
溶融マトリクスプロセスから作られたその結果の吸着質エレメント１０は、通常図２で示されるコーティング２０を有するエレメント１０と同様のものとなるだろう。
【００５７】
［熱分解コーティング法］
吸着質コーティングを提供するための別の方法は、基体基板上にコーティングされる高分子炭素前駆体を熱分解するものである。いくつかの実施例では、基体がセラミック材料であることが好まれるかもしれない。まず第１に、基体は利用可能な炭素グループを有するポリマー材料である高分子炭素前駆体と接触される。この高分子炭素前駆体の典型的な例には、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、フラン（ｆｕｒａｎｉｃ）樹脂、およびフルフリルアルコールを含む。基体からポリマー性炭素前駆体が加熱によって養生された後で、基体は余分なポリマー材料を取り除くために空気を吹きつけられる。ポリマー性炭素前駆体でコーティングされた基体は、養生されたポリマー性炭素前駆体を炭素に変換するのに有効な条件のもとで、一般に約４００℃から１２００℃の温度で、通常６００℃〜８００℃で加熱される。炭素の活性化は化学的または物理的な活性化によってなされることができる。物理的活性化は、ガス化剤（二酸化炭素か蒸気）を使用して行われるが、化学活性化剤（ＺｎＣＬ２）は、炭化工程の前に、化学的な活性化のために使用することができる。
【００５８】
［実例］
４００セル／インチ２（６２セル／ｃｍ２）の密度，壁厚０.１５ｍｍおよび３５％の気孔率を有する円形の基体（多孔性（ｃｅｌｌｉｌａｒ）構造，厚さ１インチ（２.５４ｃｍ）で直径１.５インチ（３. ８１ｃｍ））は、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）溶液（８％、Ｎ−Ｎジメチルホルムアミド中）に浸され、約１０分間浸積された。余分なＰＡＮは、基体から１６００ｒｐｍのスピン速度でコーティングされた基体を回転させることによって、基体から排出された。そのＰＡＮは１５０℃の温度で１時間養生した。その養生された基板は、窒素ガスを流しながら（１００ｃｃ／分）、１０℃／分のレートで７００℃まで管状炉中で加熱され、１時間保持されて炭化された。焼成された基体は窒素雰囲気下（１００ｃｃ／分）で室温に冷やされた。活性化プロセスは７００℃で活性化剤として二酸化炭素を用いて（１００ｃｃ／分）１時間実行された。流量ガスは窒素（１００ｃｃ／分）に戻され、基体は炉中で室温まで冷却された。炭素セラミック材料は３０分間３５％のクエン酸に浸されて、１０時間６０℃で再び焼成された。
【００５９】
［コーティングの後処理］
前処理プロセスのいずれかによって製造された吸着質エレメントは、例えば、吸着質媒体２２自身が必要なレベルの吸着あるいは反応性を提供することができない場合には、吸着質コーティング２０の反応性を改良するために後処理のプロセスにかけられることができる。一般に、エレメント１０は、例えば、プッシュ−プルコーティング法か溶融コーティングプロセスで作られ、次に、エレメント１０の吸着特性に影響を与える含浸剤、酸化剤、または他の材料で処理される。適当な後処理の材料は、過マンガン酸カリウム、炭酸カルシウム、炭酸カリウム、炭酸ソーダ、硫酸カルシウム、またはそれの混合物などである。
【００６０】
［後処理を伴う実例１］
１／１６インチ（１.５９ｍｍ）の直径を有するハニカムセルを備える円形のアルミニウム基板（深さ１インチ（２.５４ｃｍ）、直径１.５インチ（３.８２ｃｍ））は、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）（５％水溶液）でコーティングされた。コーティングされた基体は、１分間垂直の位置に置かれ、続いて１分間反対の位置に置くためにひっくり返された。余分なＰＶＡは吹き飛ばされた。活性炭、５０−１００メッシュ（約１５０〜３００μｍ）は、基体に適用され、ペイントシェーカーを使用して基体通路を通って振動させられた。炭素がコーティングされた基体は１２０℃で１時間焼成され、取り出されて、３０分間３５％のクエン酸で洗浄され、１０時間６０℃で焼成された。
【００６１】
［後処理のない実例１］
比較のために、別のサンプルは上記のような同じ高分子接着剤を使用して準備されたが、吸着質媒体としての炭素粉末（３２５メッシュ（４５μｍ））に３５％のクエン酸を用いる含浸がいかなる後処理も伴わずになされた。
【００６２】
０．０６秒の滞留時間を有する破過テストが、その実例の吸着容量をテストするために行われた。サンプルは相対湿度が５０％に達するまで、温度が２５℃に達するまで調整された。アンモニア（５０ｐｐｍ）を含む空気が３０リットル／分の流量でテストされるサンプルを通して流れた。後処理が行なわれなかった実例では、９０％効率で破過時間７分であり、後処理が行われた実例では９０％効率で破過時間６６分であった。
【００６３】
［後処理を伴わない実例２と後処理を伴う実例２］
これらの実例は、異なった高分子接着剤とナイロン高分子がＰＶＡの代わりに実例２で使用されたのを除いて、上記の実例１と同じ方法により作られた。２つのコーティングされた基板は作製され、上記のようにアンモニア破過テストを用いてテストされた。後処理方法を伴わない実例は、９０％効率で破過時間９分であり、クエン酸を用いる後処理を伴う実例は、９０％効率で破過時間１００分であった。
【００６４】
［吸着質媒体粒径の影響］
アンモニア除去のための吸着質エレメント１０の性能に対する吸着質媒体２２の粒径の影響が評価された。本願発明の吸着質エレメントは、そこを突き抜けるハニカム形状の通路を有するアルミニウム基体を備えており、上記説明された溶融コーティング方法を使用して製造される。３つの異なったサイズの吸着質媒体２２が使用された。吸着質粒子は１００，２００、および４００メッシュ（それぞれ約１５０μｍ、７４μｍ、および３７μｍ）の平均粒子サイズを有する、強い陽イオン交換樹脂の材料であった。コーティングされたハニカム基体は初めに、５０％のＲＨで調整された。続いて、アンモニアが５０ｐｐｍで、エレメントを通して供給された。吸着粒子サイズと破過時間との関係は図９のグラフに示される。
【００６５】
［コーティングへの他の添加物］
コーティング２０、２０’は、一般に、吸着質媒体２２あるいはコーティング２０、２０’の吸着質特性を変更するために添加物を含むことができる。例えば、コーティング２０、２０は、ＳＯ２、ＨＣｌ、ＨＮＯ３、Ｈ２Ｓ、シアン化水素などの酸性ガスの除去を改良するように改良することができる。添加物の例はイオン交換樹脂と含浸剤を含んでおり、それらは媒体２２、特に炭素微粒子中に含浸させることができる。適当な含浸剤の例は炭酸カリウムである。
【００６６】
［実例］
含浸させられた吸着剤媒体、バインダー、および溶剤のスラリーは混合されてから上記説明されたプッシュ−プルコーティング法を使用してハニカム基体上にコーティングされた。使用した吸着質媒体は炭素に含浸させられた２０％炭酸カリウムであり、バインダーはポリ（２−ヒドロキシエチルメタクリラート）であり溶剤はエチルアルコールである。酸性ガス破過テストは５０ｐｐｍの二酸化硫黄と５０％の相対湿度を用いて行われた。破過テストの結果は図１０のグラフに示される。
【００６７】
［吸着質エレメント１０のアプリケーション］
上記説明された方法のいずれかで製造された本願発明の吸着質エレメント１０は、空気流などの流体流から化学汚染物の除去を望んでいるいかなる種類のアプリケーションにおいてでも使用することができる。吸着剤エレメント１０で除去されることができる汚染物質か活性物質の例は、酸性の汚染物質、塩基性の汚染物質、ＶＯＣ（揮発性有機物）、有機物、一酸化炭素、二酸化炭素、水、酸素、オゾン、窒素、および水素のいずれかを含んでいる。
【００６８】
一般に、充填された顆粒ベッドが使用されるようないかなるアプリケーションでも吸着質エレメント１０を使用することができる。そのようなアプリケーションはリトグラフのプロセス、半導体処理、写真およびサーマルアブレーティヴイメージングプロセスを含んでいる。燃料電池の適切で効率的な操業は、容認できない化学汚染物の無い吸気空気の利益を得るだろう。吸着質エレメント１０を使用することができる他のアプリケーションは、その空気を吸入するために環境空気が浄化されるようなアプリケーションを含んでいる。吸着質エレメント１０は、人工呼吸装置（通常型と動力付の両方）のような個人用のデバイスおよび清浄な呼吸用空気を供給するための自給式の呼吸装置と共に使用することができる。また、吸着質エレメント１０は、大きいスケールで、住宅用および商業的な空間（部屋とビル全体など）、飛行機キャビン、および自動車キャビンなどの閉鎖空間のために使用することができる。空気を大気に放出する前に汚染物質を取り除くのが望まれる他の時、たとえば、そのようなアプリケーションの例は、自動車あるいは他の車両の排出物、工業的な操業からの排出物、あるいは化学汚染物が環境中に流出しうるいかなる他の操業またはアプリケーションも含んでいる。
【００６９】
吸着質エレメント１０は通常、流体流（例えば、気流）をエレメント１０の通路１６の中に通るように導くハウジング、フレームまたは他のタイプの構造中に配置される。多くの構成では、エレメント１０はその周囲がハウジング、フレームまたは他の構造によって少なくとも部分的に囲まれている。エレメント１０が配置されることができる管路の一例が図１１で示される。
【００７０】
図１１では、ダクト５２の空気流の通路中に保持されている吸着質エレメント６０を有するアセンブリ５０が例示されている。吸着質エレメント６０は、ダクト５２、ダクト部分５２ａ、ダクト部分５２ｂ、またはイーブンダクト部分５２ｃ中のいずれかぴったり合って保持されるように構成されている。いくつかのデザインでは、エレメント６０を保持するのに分離したフレームを使用することができる。エレメント６０は永久的にダクト５２中に固定されるかもしれない、あるいは、例えば、ダクト部分５２ａとダクト部分５２ｂの分離点でそこから取り外し可能であるかもしれない。空気はダクト部分５２ｃで入口５１を介してダクト５２に入り、ダクト部分５２ｂ、吸着質エレメント６０、ダクト部分５２ａを通り、続いて、ダクト５２を介して出口５３に出る。これにおいておよび好ましいの実施例において、ダクト５２を通り抜けるすべての空気は吸着エレメント６０を通り抜ける。
【００７１】
図１１で例示されたようなアセンブリは、自動車、いかなる他の車種（雪上車、トラクタ、オートバイなど）、焼却プロセスのために吸気源を使用するいかなる他のエンジンまたは動力発生装置において使用することができる。エレメント１０、６０はガソリン、ディーゼル、メタノール、エタノール、プロパン、天然ガス、または同様のものを燃料とする燃焼プロセスで働くことができるだろう。
【００７２】
１つの特別な実施例では、吸着質エレメント１０、６０は永久的に、ガソリンを燃料とするエンジンの焼却プロセスに吸気を供給するダクト中に配置される。用語「永久的に配置される」の使用によって、ダクトの完全な状態を破壊しないで（例えば、割れ）エレメント１０、６０をダクトから取り除くことができないことを意味する。エレメント１０、６０は、エンジン停止後に、エンジンから大気に戻る不完全燃焼のガソリン蒸気の解放を禁じる。エンジンが再稼働されるとき、新鮮な空気の入って来る流れはエレメント１０、６０上で吸着されている蒸気を解放して、燃焼用の蒸気に戻すかもしれない。
【００７３】
エンジンが動作していない時の間、エレメント１０、６０を通り抜けるガソリン蒸気の量は最小量である、すなわち、エレメント１０、６０は、吸着質コーティング上に有機物や他の材料を吸着することによって、それを通る蒸気の通過を禁止する。１つの好ましいのデザインでは、エレメント１０、６０は、１ｇのガソリンに７３時間以上曝されたとき、通路１６を通る２４時間当たりのガソリン蒸気が８２ｍｇ以下であるのを許容する。より好ましいのデザインでは、エレメント１０、６０は、１．５ｇのガソリンに７３時間以上曝されたとき、通路１６を通る２４時間当たりのガソリン蒸気が８２ｍｇ以下であるのを許容する。
【００７４】
ガソリンを動力源とする自動車中に永久的に設置するためのエレメント１０、６０の適切なサイズは約１２〜２４インチ２（約７７.５〜１５５ｃｍ２）の面面積（例えば.、第１面１７の面積）を有するものである。１つの特別なエレメント１０、６０は、一般に長方形の形状、約３×６インチ（約８×５ｃｍ）を有し、１インチ（約２.５ｃｍ）の半径によって画定される丸まった角を有し、約１インチ（約２.５ｃｍ）の厚みを持っている。
【００７５】
吸着剤エレメント１０は、あらゆる適当なフレーム、管路、または管状部材を用いて、使用される形状と大きさとにされることができると理解される。例えば、吸着質エレメント１０は、パネルとして、例えば、通風管（ａｉｒ  ｄｕｃｔ）または他の空気ハントリング設備などのようなダクトを満たすために、約２４インチ×２４インチ（約６１ｃｍ×６１ｃｍ）角の形状と大きさにされ得る。そのような大きい吸着剤エレメント１０は、半導体処理施設、商業オフィス、個人的な住居、または飛行機キャビンなどの大きい囲まれた環境に入る空気をフィルターするために使用することができる。エレメント１０は、ビルの暖房と空気調整システムに組み入れられることができた。燃料電池の適切で効率的な操作にもまた、容認できない化学汚染物を含まない入ってくる空気（酸化剤）を望んでいる。また、囲まれた環境から出る空気をフィルターにかけて、大気に放出するために吸着剤エレメント１０を使用することができる。
【００７６】
吸着質エレメント１０の形状とサイズは、エレメント１０中のガスの滞留時間に基づいて、ガスからあるいはそこを通過する空気から汚染物質の最大の必要量を取り除くようになされるべきである。例えば、好ましくは少なくとも９０％、より好ましくは汚染物質の少なくとも９５％が取り除かれる。いくつかのデザインでは、汚染物質の９８％以上が取り除かれる。アプリケーション、および汚染物質のタイプと量に依存して、取り除かれるべき汚染物質の必要な量が異なるのが理解される。半導体処理施設に対する一例として、通常、エレメント１０中に入って来る空気の滞留時間は約０.０６〜０．３６秒であり、それは約３〜６インチ（約７.６〜１５ｃｍ）の厚みを有する吸収性のエレメントを用いて達成することができる。
【００７７】
吸着質エレメントは長方形、正方形、円形、楕円形などの適当なあらゆる横断面形状を持つことができる。断面形状の最も大きい寸法は通常少なくとも１インチ（約２.５４ｃｍ）であり、一般に少なくとも２インチ（約５ｃｍ）である。吸着質エレメントはあらゆる適当な厚みを持つことができる。コーティングあるいは他の製造上の規制のために、より厚いエレメントを形成するために軸方向に多数のエレメントを積み重ねるのが望ましいかもしれない。例えば、通路が一直線上に並べられている状態で、厚さ３インチ（約７.６ｃｍ）のエレメントを形成するために、３つの厚さ１インチ（２.５４ｃｍ）のエレメントを積み重ねることができる。吸着質エレメントが平面あるいは平らな形状を持つことは必要でない、エレメントは例えば、不規則な厚みを持つことができる、または一定の厚みを有するが、不規則的な、規則的な、あるいは非平面状の表面を持つことができる。
【００７８】
一般にエレメント１０を通る通路１６は、第１面１７から第２面１９、比較的まっすぐであり、明らかなカーブや曲がりも持っていない。したがって、エレメント１０を通り抜ける空気あるいは他の流体は一般にまっすぐな線上を飛行する。エレメント１０は気流をまっすぐにするものとして適当であり、空気マスフローとともに使用することができる。
【００７９】
吸着質エレメント１０は、吸着質エレメント１０と関連する流体流中に配置されたコンプレッサーなどの設備から気流ノイズ、またはノイズなどのあらゆるノイズの音の減衰を提供するかもしれない。音の減衰の周波数とレベルはセル１４と通路１６の寸法に大きく依存するだろう。
【００８０】
［他の特徴］
ここで説明されたいずれかのプロセスによって製造された吸着質エレメント１０がシステム中に配置されると、前（ｐｒｅ）フィルター、後（ｐｏｓｔ）フィルタあるいは両方は吸着質エレメント１０と結合して使用されるかもしれない。前フィルターはエレメント１０の上流に配置され、結合するエレメント１０と吸着質媒体２２の前で浮遊粒子を取り除く。後フィルタはエレメント１０の下流に配置され、空気が解放される前に、エレメント１０あるいは吸着質コーティング２０から残存する粒子を取り除く。これらのフィルタは、一般に静電式のフィルタか他のフィルタであり、吸着エレメント１０の第１の面１７と第２の面１９に近接する反対の位置にあるいは近くにそれぞれに配置される。
【００８１】
インジケータあるいは吸着されないで吸着エレメント１０を通り抜けている汚染物質がもしあるならばその量をモニターする検出システムは、吸着エレメント１０の下流に配置され得る。そのようなインジケータはよく知られている。
【００８２】
いくつかのシステムでは、エレメント１０によって吸着された汚染物質は、要求された時に解放されるか、または脱着されることが望まれるかもしれない。例えば、エレメント１０への熱、電流、または電圧の適用は吸着された汚染物質を解放するかもしれない。別の例として、エレメント１０を通る特別な流体流速の適用は汚染物質を解放するかもしれない。
【００８３】
しかしながら、本発明の構造と機能の詳細とともに、本発明の多数の特性と利点は上述の説明で十分に記載されているが、開示は例示されただけであり、詳細、特に、請求の範囲で表現された用語の広い一般的な意味によって示された完全な範囲まで本発明の原理内での部品の形状、大きさおよび配置の事項における変更はなされることができると理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本願発明による吸着質エレメントの概念の透視図である。
【図２】図１の吸着質エレメントの第１の実施例の部分拡大された概要を示す上部からの平面図を示す。
【図３】図１の吸着質エレメントの第１の実施例の部分拡大された概要を示す上部からの平面図を示す。
【図４】Ｓｈａｋｅｒコーティング方法によって作成された図２の実施例の吸着質エレメントの走査型電子顕微鏡によって撮影された顕微鏡写真である。
【図５】図４のエレメントを通る汚染物質の破過のグラフ表示である。
【図６Ａ】本願発明による吸着質エレメントをコーティングするプッシュ−プル（Ｐｕｓｈ−Ｐｕｌｌ）コーティングに対する第１の装置の概要図である。
【図６Ｂ】本願発明による吸着質エレメントをコーティングするプッシュ−プルコーティングに対する第２の装置の概要図である。
【図７】本願発明によるプッシュ−プルコーティング方法によって作られている吸着質エレメントの走査型電子顕微鏡で撮影された顕微鏡写真である。
【図８】図７のエレメントを通る汚染物質の破過のグラフ表示である。
【図９】溶融コーティング方法によって作られたエレメントに対する破過試験結果に対する吸着質媒体粒径の影響を示すグラフ表示である。
【図１０】二酸化硫黄酸ガスのために破過曲線を示すグラフ表示の図である。
【図１１】本願発明の吸着質エレメントを有する通風管の分解組み立て図である。
【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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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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