(57)【要約】  モリブデンまたはクロム含有材料を使用する必要なく（しかし、望ましい場合はオプションで）、ＨＣＮ、塩化シアン（ＣＫ）、酸性汚染物質、およびアンモニアなどの塩基性汚染物質を含む広範囲の汚染物質に対して有効であるフィルタシステム。本発明の濾過システムは、フィルタ媒体粒子などの基材に組入れられたタングステンベースの材料および他の含浸剤を含む。【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィルタシステムであって、
（ａ）拡大表面積基材と、
（ｂ）フィルタ媒体にＨＣＮ汚染物質に対する濾過効力を与えるのを助けるのに有効な量で前記基材上に提供された、タングステン含有材料を含む第１の含浸剤と、
（ｃ）前記フィルタ媒体に塩基性汚染物質に対する濾過効力を与えるのを助けるのに有効な量の、前記基材上の第２の含浸剤と、
（ｄ）前記フィルタ媒体に酸性汚染物質に対する濾過効力を与えるのを助けるのに有効な量の、前記基材上の第３の含浸剤と、を含むフィルタシステム。
【請求項２】
前記基材が複数のフィルタ媒体粒子を含む、請求項１に記載のフィルタシステム。
【請求項３】
前記第２の含浸剤が酸性であり、前記第３の含浸剤が塩基性である、請求項１に記載のフィルタシステム。
【請求項４】
前記第２の含浸剤が酸性の硫酸塩含有材料を含む、請求項１に記載のフィルタシステム。
【請求項５】
前記第２の含浸剤が重硫酸塩成分を含む、請求項１に記載のフィルタシステム。
【請求項６】
前記第３の含浸剤が銅含有材料を含む、請求項１に記載のフィルタシステム。
【請求項７】
前記銅含有材料が酸化銅を含む、請求項６に記載のフィルタシステム。
【請求項８】
前記タングステン含有材料が酸化タングステン成分を含む、請求項１に記載のフィルタシステム。
【請求項９】
前記タングステン含有材料が、メタタングステン酸塩を含む成分から誘導される、請求項１に記載のフィルタシステム。
【請求項１０】
前記タングステン含有材料が、パラタングステン酸塩を含む成分から誘導される、請求項１に記載のフィルタシステム。
【請求項１１】
前記基材上に含浸されたＺｎ含有材料をさらに含む、請求項１に記載のフィルタシステム。
【請求項１２】
前記基材上に含浸されたモリブデン含有材料をさらに含む、請求項１に記載のフィルタシステム。
【請求項１３】
前記フィルタ媒体粒子が、実質的にモリブデン含有材料を含まない、請求項２に記載のフィルタシステム。
【請求項１４】
前記フィルタ媒体粒子が、実質的にバナジウム含有材料を含まない、請求項２に記載のフィルタシステム。
【請求項１５】
前記フィルタ媒体粒子が、実質的にクロム含有材料を含まない、請求項２に記載のフィルタシステム。
【請求項１６】
前記基材上に含浸されたバナジウム含有材料をさらに含む、請求項１に記載のフィルタシステム。
【請求項１７】
前記フィルタ媒体粒子が第１の濾床に組入れられ、前記フィルタシステムが、第２の複数のフィルタ媒体粒子を含む第２の濾床を含み、前記第１および第２の濾床が、前記システムを通って搬送される流体媒体が各濾床と接触するように、前記フィルタシステム内に作動的に位置決めされる、請求項２に記載のフィルタシステム。
【請求項１８】
前記第２の濾床が、クラスＢフィルタ媒体を含み、かつ前記第１の濾床から上流に位置決めされる、請求項１７に記載のフィルタシステム。
【請求項１９】
前記フィルタ媒体粒子が複数のココナッツベースの炭素粒子を含む、請求項２に記載のフィルタシステム。
【請求項２０】
前記フィルタ媒体粒子が複数の石炭ベースの炭素粒子を含む、請求項２に記載のフィルタシステム。
【請求項２１】
前記フィルタ媒体粒子が、石炭ベースの炭素粒子、ココナッツベースの炭素粒子、および泥炭ベースの炭素粒子のうちの少なくとも２つを含む、請求項２に記載のフィルタシステム。
【請求項２２】
前記基材が、２５℃および圧力１ａｔｍで固体であるアミンをさらに含む、請求項１に記載のフィルタシステム。
【請求項２３】
前記アミンがＴＥＤＡを含む、請求項２２に記載のフィルタシステム。
【請求項２４】
前記基材が少なくとも部分的に真空乾燥される、請求項１に記載のフィルタシステム。
【請求項２５】
前記フィルタ媒体粒子が、実質的にクロム含有材料を含まない、請求項２に記載のフィルタシステム。
【請求項２６】
前記フィルタ媒体粒子が、実質的にクロム含有材料およびモリブデン含有材料を含まない、請求項２に記載のフィルタシステム。
【請求項２７】
フィルタ媒体であって、
（ａ）基材と、
（ｂ）前記フィルタ媒体に酸性汚染物質に対する濾過効力を与えるのを助けるのに有効な量で前記基材上に提供された銅含有含浸剤と、
（ｃ）前記フィルタ媒体にＨＣＮ汚染物質に対する濾過効力を与えるのを助けるのに有効な量で前記基材上に提供されたタングステン含有含浸剤と、
（ｄ）前記フィルタ媒体に塩基性汚染物質に対する濾過効力を与えるのを助けるのに有効な量で前記基材上に提供された酸性の硫酸塩含有含浸剤と、を含むフィルタ媒体。
【請求項２８】
前記基材が複数の基材粒子を含み、基材粒子１グラムあたりのタングステン含有含浸剤が約０．０２５モル未満である、請求項２７に記載のフィルタ媒体。
【請求項２９】
フィルタ媒体を製造する方法であって、
（ａ）炭酸塩、硫酸塩、塩基性材料、銅含有材料、およびタングステン含有材料を単独でまたは組合せて含む成分を、１つ以上の混合物に組入れる工程であって、前記成分の少なくとも１つがアンモニウム成分を含む工程と、
（ｂ）前記１つ以上の混合物を基材と含浸接触させ、それにより、含浸された基材が形成される工程と、
（ｃ）前記含浸された基材を乾燥させる工程であって、前記乾燥の少なくとも一部を真空中で行い、前記乾燥の少なくとも一部を、酸性硫酸塩化合物が現場で前記基材上に形成されるように十分に高い温度で行う工程と、を含む方法。
【請求項３０】
前記炭酸塩の少なくとも一部が炭酸アンモニウムを含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記硫酸塩の少なくとも一部が硫酸アンモニウムを含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３２】
前記塩基性材料の少なくとも一部がアンモニア水を含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項３３】
前記タングステン含有材料の少なくとも一部がタングステン酸アンモニウムを含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３４】
前記タングステン含有材料の少なくとも一部がメタタングステン酸アンモニウムを含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３５】
前記タングステン含有材料の少なくとも一部がパラタングステン酸アンモニウムを含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３６】
前記基材が複数の基材粒子を含み、前記タングステン含有材料が、基材粒子１グラムあたりの前記タングステン含有材料中のタングステンが約０．０１５モル未満であるような量で存在する、請求項２９に記載の方法。
【請求項３７】
フィルタ媒体を製造する方法であって、
（ａ）どれほど、フィルタ媒体の有機蒸気性能が、前記フィルタ媒体上に提供されたＨＣＮ除去含浸剤の量に相関するかを示す情報を提供する工程と、
（ｂ）前記情報を用いて、ある量の前記ＨＣＮ除去含浸剤を含むフィルタ媒体を製造する工程と、を含む方法。
【請求項３８】
フィルタ媒体を製造する方法であって、
ＨＣＮ除去含浸剤の効力を、基材単位あたりに使用される前記薬剤のモル数の関数として示す情報を提供する工程と、
前記情報を用いて、前記基材上に含浸されたある量の前記ＨＣＮ除去含浸剤を含むフィルタ媒体を製造する工程と、を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気または他の気体から汚染物質を除去するために使用されるフィルタ媒体に関する。より詳細には、本発明は、広範囲濾過性能をもたらすために、タングステン含有材料および他の含浸剤を組入れる少なくとも１つの種類のフィルタ媒体粒子を組入れるそのような媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
活性炭、アルミナ、ゼオライトなどの拡大表面積基材粒子は、広範囲の異なった材料を除去する能力のため、空気濾過において広く使用される。これらの材料の濾過特徴は、高度に多孔性のまたは回旋状の表面構造から生じる。活性炭の場合、表面多孔性は、製造の「活性化」段階の間制御された酸化から生じる。活性炭は、何十年もの間空気濾過に使用されている。
【０００３】
直接吸着によって空気から汚染物質を除去する炭素の能力は、ガス分子と炭素表面との間の分子規模相互作用による。この相互作用の程度は、炭素の物理的および化学的表面特徴、ガス化合物の分子形状およびサイズ、濾過すべき気体流中のガス化合物の濃度、炭素床中の滞留時間、温度、圧力、ならびに他の化学物質の存在を含む要因による。大まかに言えば、１つの汚染物質について、吸着の程度は、主として沸点による。一般に、沸点が高いほど、化学物質を除去する炭素のキャパシティが大きい。
【０００４】
したがって、炭素は、単独でより低い沸点のガスを除去する大きいキャパシティを有さない。より低い沸点のガスに対する濾過能力をもたらすために、化学物質を炭素上にコーティングする処理が考案されている。これらの処理は、一般に「含浸」方法として知られており、処理の結果が「含浸された」炭素である。
【０００５】
今世紀にわたって、含浸技術の開発が進み、そのため、広範囲の異なった化学物質を除去するために、さまざまな含浸剤が利用できる。進歩は、現実的で認められた脅威が特殊な炭素の開発に拍車をかけた戦時中に加速している。しかし、これまで、軍事用途に使用されるフィルタ媒体粒子のタイプと、産業用途に使用されるものとの間に区別があった。軍事要件では、フィルタ媒体粒子が、ある範囲の化学物質を除去できることが必要であり、したがって、多成分含浸配合物が考案されている。危険の性質が予め知られている産業において、実施は、既知の危険に適切なフィルタを選択することであった。したがって、特定のタイプの化学物質または化学物質のクラスに対する能力を有するフィルタが、産業用途のために開発されている。
【０００６】
時が経つにつれて、呼吸保護装置の選択および使用のための規制構造が、市場に出ている装置の設計が必要な性能要件を満たすことができることを確実にするための認可システムとともに、進化している。そのような認可システムは、国境を越えて、産業目的で生じている。これらは、欧州および他の国で広く採用される欧州規格（Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ｎｏｒｍ）システムを含む。別の例は、米国、カナダ、およびいくつかの他の国で採用されている、米国国立労働安全衛生研究所（ＵＳ  Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ  ｆｏｒ  Ｏｃｃｕｐａｔｉｏｎａｌ  Ｓａｆｅｔｙ  ａｎｄ  Ｈｅａｌｔｈ）の認可要件である。軍事要件については、性能仕様は、各国の必要によって定められるが、北大西洋条約機構（Ｎｏｒｔｈ  Ａｔｌａｎｔｉｃ  Ｔｒｅａｔｙ  Ｏｒｇａｎｉｓａｔｉｏｎ）下のいくつかの国際的に合意された規格がある。
【０００７】
さまざまな軍用ガスを除去するための炭素処理に関する最初の米国特許は、化学剤が過度に使用された第一次世界大戦戦闘中に兵員を保護するための開発から出た。ジョシュア・シー・ウェツェル（Ｊｏｓｈｕａ  Ｃ．  Ｗｈｅｔｚｅｌ）およびアール・イー・ウィルソン（Ｒ．Ｅ．  Ｗｉｌｓｏｎ）による特許（特許文献１、１９２４年）は、粒状活性炭を含浸させるための炭酸銅のアンモニア性溶液の使用を記載した。この技術は、「ウェトラライゼーション（Ｗｈｅｔｌｅｒｉｚａｔｉｏｎ）」、および炭素製品「ウェトラライト（Ｗｈｅｔｌｅｒｉｔｅ）」として知られるようになった。この技術の変更が、時が経つにつれて開発されている（特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５、特許文献６、特許文献７）。
【０００８】
第二次世界大戦中、含浸された炭素の使用に対して、実質的な技術調査がなされた。この分野における米国研究は、非特許文献１に要約されている。この報告書は、いくつかの含浸剤配合物の徹底的な適用範囲を提供する。
【０００９】
英国は、わずかに異なった含浸方法を追求した。そこでは、炭化および活性化前に酸化銅を石炭と混合し、そのため、活性炭が、その構造全体にわたって分配された金属銅を含有した。この材料は、第二次世界大戦で使用されたフィルタ炭素の基礎であった。
【００１０】
塩化シアン（ＣＫ）を除去する炭素の能力は、アミンピリジンの付与によって、または、別に、二クロム酸ナトリウムの形態のクロムでの含浸によって向上された。炭素のこの形態は、ピリジン含浸剤と組合せて、１９７０年代に製造された軍用レスピレータフィルタに使用された。
【００１１】
第二次世界大戦後の研究では、有機化合物を含浸された炭素に加えることが、どれほど保管寿命を向上させることができるかを調べている。実験が、英国、フランス、および他の国で、さまざまなアミンで、行われた。塩化シアンに対する保管寿命を向上させることがわかった、１つのそのような材料は、トリエチレンジアミン（ＴＥＤＡ、ＤＡＢＣＯ、または１，４−ジアザビシクロ−２，２，２−オクタンなどの他の名称でも知られている）である。炭素上に含浸されると、ＴＥＤＡは、それ自体で塩化シアンと直接反応することができることがわかっており、また、臭化メチルおよびヨウ化メチルを除去することが高度に可能である。ＴＥＤＡは、炭素上に強く吸着され、安定性があり、低レベルで有効であり、他のアミン化合物と比較して最小の毒性を有する。ＴＥＤＡは、室温で固体であるが、容易に昇華する。
【００１２】
クロムは、シアン化水素および塩化シアン（ＣＫ）の満足のいく除去を促進するので、従来、軍事用途において炭素含浸剤として使用されている。クロムの６価イオン形が潜在的な肺発がん物質として特定されているので、近代、および１９７０年代前半にさかのぼって行われた研究では、含浸剤としてのクロム酸塩を回避するか、そのレベルを低下させる配合物を調べている。
【００１３】
近代、従来の軍事力の役割が、多少予測できる戦場戦闘から、平和づくりおよび平和維持の役割、ならびに緊急事態対応における民間当局の支持を含むように変わっている。そのような活動は、事故によるまたは意図的な化学物質の放出に対応することを伴うことがある。「化学テロ」と呼ばれる、化学物質の意図的な放出が、実際に起こり、何回も脅かされている。これらの事件は、従来軍事的脅威とみなされていた化学物質を伴うことがあるか、産業において通常使用される危険な化学物質を伴うことがある。これらの危険に対する対応は、最終的に民間および軍当局の両方を巻込む可能性があり、また、産業認可および軍事性能要件を満たす保護システムを必要とする可能性がある。
【００１４】
濾過ベースの保護システムが、化学物質放出の地点からある距離でさまざまなタスクを行う人員に適切である。そのような場合、迅速に、遅れることなく危険に対応することができることが最も望ましい。しかし、従来、適切なフィルタを選択するために、最初に脅威を特定することが必要なことがあるので、遅れが避けられないことがある。広範囲の起こり得る危険に対応することができるために、多くの異なった種類のフィルタの在庫を持つことが必要であった。多くの異なった危険に対する保護をもたらすことができる１つのフィルタタイプを有することは、ずっと望ましいであろう。そのような多目的フィルタは、望ましくは、産業および軍事要求の両方に対応するであろう。
【００１５】
特許文献８は、いくつかの実施形態において、Ｃｕ化合物、Ｚｎ化合物、硫酸アンモニウム、湿気、モリブデン化合物、および他の薬剤で含浸されたフィルタ媒体粒子を記載している。モリブデン化合物は、強酸性である傾向があり、ＨＣＮおよび塩化シアン（ＣＫ）だけでなく、またアンモニアなどの塩基性ガスに対して保護するのを助けるために使用される。しかし、Ｍｏは、これらの配合物中で比較的高い重量ローディングで使用され、Ｍｏがより低いローディングで有効でありおよび／または使用されるとしたら、他の含浸剤に利用可能であるかもしれない基材粒子のより大きい部分を占める。Ｍｏ化合物は、強酸性である傾向があり、配合物フレキシビリティを、機能がＭｏ化合物の酸性特徴によって過度に損なわれない共含浸剤（ｃｏ−ｉｍｐｒｅｇｎａｎｔｓ）に制限する。Ｍｏは、また、比較するとかなり高価である。
【００１６】
しかし、配合物中のＭｏを単に低減するかなくすことは、簡単なタスクではない。重要な課題は、依然として、ＨＣＮおよびＣＫだけでなく、またアンモニアおよび他の塩基性汚染物質に対する保護をもたらしながら、Ｍｏを低減するかなくす方法を見出すことである。
【特許文献１】米国特許第１，５１９，４７０号明細書
【特許文献２】米国特許第２，９２０，０５０号明細書
【特許文献３】米国特許第２，９２０，０５１号明細書
【特許文献４】独国特許第１，０９８，５７９号明細書
【特許文献５】仏国特許第１，６０５，３６３号明細書
【特許文献６】特許第７３８４，９８４号公報
【特許文献７】チェコ特許第１４９，９９５号明細書
【特許文献８】米国特許第５，４９２，８８２号明細書
【非特許文献１】アール・ジェイ・グラベンステッター（Ｇｒａｂｅｎｓｔｅｔｔｅｒ，  Ｒ．Ｊ．）、およびエフ・イー・ブラセット（Ｂｌａｃｅｔ，  Ｆ．Ｅ．）著「エーロゾルおよび一時性ガスの軍事問題（Ｍｉｌｉｔａｒｙ  Ｐｒｏｂｌｅｍｓ  ｗｉｔｈ  Ａｅｒｏｓｏｌｓ  ａｎｄ  Ｎｏｎｐｅｒｓｉｓｔｅｎｔ  Ｇａｓｅｓ）」、第４章：「木炭の含浸（Ｉｍｐｒｅｇｎａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｃｈａｒｃｏａｌ）」、米国国防研究委員会のディビジョン１０報告書（Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  １０  Ｒｅｐｏｒｔ  ｏｆ  ＵＳ  Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｄｅｆｅｎｓｅ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ）（１９４６年）ｐｐ．４０〜８７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明は、非常に広い濾過能力を有する濾過システムを提供する。本発明は、モリブデンまたはクロム含有材料を使用する必要なく（しかし、望ましい場合はオプションで）、ＨＣＮ、塩化シアン（ＣＫ）、酸性汚染物質、およびアンモニアなどの塩基性汚染物質を含む広範囲の汚染物質に対して有効であるフィルタシステムを提供する。従来の配合物は、アンモニアおよびＨＣＮの両方に対する満足のいく性能を達成するために、Ｍｏ材料（またはＣｒを含有する、より毒性の材料）の使用を必要とする傾向があった。配合物からＭｏをなくすオプションを有することは、より大きい配合物フレキシビリティをもたらし（Ｍｏが強酸性であるので）、Ｍｏと関連する高いコストを回避する。
【００１８】
濾過システムは、産業環境において見出されるような広範囲の毒性ガスおよび蒸気、また、化学戦剤として使用される化学物質を除去するために、人の呼吸保護における主用途に特に適している。濾過システムは、適用できる産業フィルタ認可仕様および国際的に認められた軍事フィルタ性能仕様の両方によって要求される性能レベルを首尾よく達成する。本発明は、好ましくは、低沸点毒性ガスを除去する活性炭の能力を向上させるために活性炭に与えられる処理に関する。好ましい用途において、結果として生じる濾過システムは、呼吸保護装置と関連して呼吸空気を濾過するために使用される。しかし、本発明の有用性は、呼吸保護装置に限定されず、産業プロセスと関連して空気または他の気体を浄化するために使用することもできる。
【００１９】
濾過システムの広い能力は、フェースマスク上に取付けるか、動力を備えた空気浄化レスピレータシステム上に単独でまたは多数取付けることを含む、非常にさまざまな用途に使用することができるフィルタの構成を可能にする。１つのそのような動力を備えたシステムが、ミネソタ・マイニング・アンド・マニュファクチャリング・カンパニー（Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ  Ｍｉｎｉｎｇ  ａｎｄ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｃｏｍｐａｎｙ）（３Ｍ）から商標「ブリーズ−イージー（ＢＲＥＡＴＨＥ−ＥＡＳＹ）」で市販されている。
【００２０】
有利に、濾過システムは、広範囲濾過性能をもたらすだけでなく、コンパクトかつ使用するのに便利でありながらそのようにする。たとえば、本発明の濾過媒体を、現在の市販のフィルタシステムに使用されているのと同じハウジングおよびキャニスタに組入れてもよい。また優れた空気流特徴を維持しながら、広範囲性能および便利さが達成される。本濾過媒体の空気流抵抗は、容易に、現在の産業および軍事仕様を満たす。
【００２１】
広範囲濾過特徴のため、本発明の濾過システムは、存在する化学物質の厳密なタイプが前もって知られていないか予測可能でない化学事件と関連する補助的な活動に、人員が対応し関わることを可能にする。この対応フレキシビリティは、異なったフィルタの大きい在庫を維持する必要を回避する。多くの場合、フィルタシステムの使用は、遅れることなく対応する行動がとられることを可能にし、というのは、濾過システムによってもたらされる広範囲保護が、最初に、問題となっている化学物質を分析し、化学物質を特定し、次に適切なフィルタを選択し、次にようやく危険に対応する緊急性を低減することができるからである。
【００２２】
好ましくは、本発明の濾過システムは、フィルタ媒体粒子などの基材に組入れられたタングステンベースの材料および他の含浸剤を含む。これらの基材は、単独でまたは他のフィルタ材料と組合せて使用してもよい。たとえば、気体、蒸気および微粒子汚染に対する組合された保護をもたらすために、タングステン材料含有粒子を、高効率微粒子フィルタ媒体と、混合するか、層ローディングするか、組合せて他の態様で使用してもよい。別の例として、タングステン材料含有粒子を、欧州標準化委員会（ｔｈｅ  Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ  ｆｏｒ  Ｓｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎ）（ＣＥＮ）によって定義されるようないわゆるクラスＢフィルタ材料を構成するフィルタ媒体粒子と、混合するか、層ローディングするか、組合せて他の態様で使用してもよい。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
一態様において、本発明は、拡大表面積基材を含むフィルタシステムに関する。タングステン含有材料を含む第１の含浸剤が、フィルタ媒体にＨＣＮ汚染物質に対する濾過効力を与えるのを助けるのに有効な量で基材上に提供される。フィルタ媒体粒子上の第２の含浸剤が、フィルタ媒体に塩基性汚染物質に対する濾過効力を与えるのを助けるのに有効な量で提供される。第３の含浸剤が、フィルタ媒体に酸性汚染物質に対する濾過効力を与えるのを助けるのに有効な量で基材上に提供される。
【００２４】
別の態様において、本発明は、フィルタ媒体に関する。フィルタ媒体は基材を含む。銅含有含浸剤が、フィルタ媒体に酸性汚染物質に対する濾過効力を与えるのを助けるのに有効な量で基材上に提供される。タングステン含有含浸剤が、フィルタ媒体にＨＣＮ汚染物質に対する濾過効力を与えるのを助けるのに有効な量で基材上に提供される。酸性の硫酸塩含有含浸剤が、フィルタ媒体に塩基性汚染物質に対する濾過効力を与えるのを助けるのに有効な量で基材上に提供される。
【００２５】
別の態様において、本発明は、フィルタ媒体を製造する方法に関する。この方法は、炭酸塩、硫酸塩、水酸化物、銅含有材料、およびタングステン含有材料を単独でまたは組合せて含む成分を、１つ以上の混合物に組入れる工程であって、成分の少なくとも１つがアンモニウム成分を含む工程を含む。１つ以上の混合物を基材と含浸接触させ、それにより、含浸された基材が形成される。含浸された基材を乾燥させ、乾燥の少なくとも一部を真空中で行い、乾燥の少なくとも一部を、酸性硫酸塩化合物が現場で基材上に形成されるように十分に高い温度で行う。
【００２６】
別の態様において、本発明は、フィルタ媒体を製造する方法に関する。この方法は、どれほど、フィルタ媒体の有機蒸気性能が、フィルタ媒体上に提供されたＨＣＮ除去含浸剤の量に相関するかを示す情報を提供する工程を含む。この情報を用いて、ある量のＨＣＮ除去含浸剤を含むフィルタ媒体を製造する。
【００２７】
別の態様において、本発明は、フィルタ媒体を製造する方法に関する。この方法は、ＨＣＮ除去含浸剤の効力を、基材単位あたりに使用される薬剤のモル数の関数として示す情報を提供する工程を含む。この情報を用いて、基材上に含浸されたある量のＨＣＮ除去含浸剤を含むフィルタ媒体を製造する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下で説明される本発明の実施形態は、余すところがないこと、または、本発明を次の詳細な説明に開示された厳密な形態に限定することは意図されていない。むしろ、実施形態は、当業者が、本発明の原理および実施を認識し理解することができるように、選択され説明される。
【００２９】
本発明のフィルタシステムは、一般に、シアン化水素、塩化シアン、酸性汚染物質、塩基性汚染物質、有機蒸気などを含むさまざまな汚染物質に対する濾過効力をもたらす含浸剤の有利な組合せ（以下でさらに説明される）で含浸されるか、これを組入れるように他の態様で処理された拡大表面積基材を含むフィルタ媒体を含む。本発明は、ＭｏまたはＣｒを使用することに頼る必要なく（しかし、望ましい場合はオプションで）、この広い性能を達成する。「濾過効力」という用語は、一般に、含浸剤を組入れるフィルタ媒体が、含浸剤がない他の点では同一の媒体と比較して、気体組成から指定汚染物質を除去する、より大きいキャパシティを有することを意味する。好ましい実施形態において、濾過効力は、含浸剤が、米国のＮＩＯＳＨ規格および／または欧州のＣＥＮ規格などの所望の政府規制に従う、指定汚染物質に対する濾過保護をもたらすことができることを意味する。含浸剤は、単独で、および／または１つ以上の他の含浸剤と組合せて使用されるとき、そのような濾過効力を有してもよい。
【００３０】
「拡大表面積基材」という用語は、基材を、累積ベースで、以下でさらに説明される少なくとも第１、第２、および第３の含浸剤少なくとも約０．５重量％、好ましくは少なくとも約３重量％、より好ましくは少なくとも約５重量％以上で含浸させることができるように、表面が、好ましくは微視的および／または巨視的レベルで、十分に回旋状または多孔性である基材を意味する。例としては、織布または不織布、結合、溶融、または焼結ブロック、拡大表面積粒子などが挙げられる。拡大表面積粒子が好ましい。適切な拡大表面積基材粒子は、ＢＥＴ比表面積が、少なくとも約８５ｍ２／ｇ、より典型的には少なくとも約５００ｍ２／ｇから２０００ｍ２／ｇ、好ましくは約９００ｍ２／ｇから約１５００ｍ２／ｇである傾向がある。本発明の実施において、粒子のＢＥＴ比表面積を、全体を引用によりここに援用するＩＳＯ  ９２７７：１９９５に記載された手順によって定めてもよい。
【００３１】
拡大表面積基材粒子の代表的な例としては、活性炭、ゼオライト、アルミナ、シリカ、触媒担体、これらの組合せなどが挙げられる。含浸剤のためのホストとして使用される基材粒子は、同じでも異なってもよい。活性炭粒子が、現在、拡大表面積基材粒子の少なくとも一部の好ましい成分であり、より好ましくは拡大表面積基材粒子の少なくとも実質的にすべてである。適切な活性炭粒子は、石炭、ココナッツ、泥炭、任意の源からの任意の活性炭、これらのうちの少なくとも２つの組合せなどを含む非常にさまざまな源から誘導されてもよい。
【００３２】
基材粒子は、好ましくは、ＩＵＰＡＣ化学技術概論（Ｃｏｍｐｅｎｄｉｕｍ  ｏｆ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）、第２版（１９９７）の適用できる規定に定義されるように、ミクロポーラス、メソポーラス、および／またはマクロポーラス特徴を有してもよい。活性炭基材粒子の典型的な集団は、ミクロポーラスメソポーラス、およびマクロポーラス特性の組合せを含む傾向がある。好ましくは、特に、フィルタ媒体粒子が、溶液含浸およびその後の真空処理の工程を含む方法によって形成される実施形態に関して、本発明の基材粒子の少なくとも一部がマクロポーラスである。そのような実施形態において、含浸剤を、基材粒子の細孔構造中により徹底的にかつ完全に含浸させることができる。
【００３３】
拡大表面積基材粒子は、広範囲のサイズのいずれを有してもよい。フィルタ産業における基材粒度は、一般に、メッシュサイズで表現される。メッシュサイズの典型的な表現は、「ａ×ｂ」によって与えられ、ここで、「ａ」は、粒子の実質的にすべてが落ちるメッシュ密度を指し、「ｂ」は、粒子の実質的にすべてを保持するように十分に高いメッシュ密度を指す。たとえば、１２×３０のメッシュサイズは、粒子の実質的にすべてが、１インチあたり１２ワイヤのメッシュ密度を有するメッシュを通って落ち、かつ粒子の実質的にすべてが、１インチあたり３０ワイヤの密度を有するメッシュ密度によって保持されることを意味する。１２×３０のメッシュサイズによって特徴づけられるフィルタ粒子は、直径が約０．５ｍｍから約１．５ｍｍの範囲内の粒子の集団を含む。
【００３４】
基材粒子のための適切なメッシュサイズを選択することは、空気流抵抗に対して密度およびフィルタキャパシティのバランスをとることを伴う。一般に、より細かいメッシュサイズ（すなわち、より小さい粒子）が、より大きい密度およびフィルタキャパシティだけでなく、より高い空気流抵抗ももたらす傾向がある。これらの問題のバランスをとって、ａとｂとの差が一般に約５から約３０の範囲内であるという条件で、「ａ」は典型的には５から２０の範囲内であり、「ｂ」は典型的には１５から約４０である。本発明の実施において適していることがわかった特定のメッシュサイズとしては、１２×２０、１２×３０、および１２×４０が挙げられる。
【００３５】
本発明のフィルタ媒体粒子を得るために、少なくとも３種類の含浸剤が、基材粒子上に含浸されるか基材粒子内に他の態様で組入れられる。第１の含浸剤は、タングステン含有材料を含む。タングステン含有材料は、ＨＣＮおよび塩化シアン（ＣＫ）などの汚染物質に対する濾過効力をもたらすのを助ける。また、タングステン含有材料は、ほんの弱酸性にすぎない傾向がある。タングステン含有材料は、また、アンモニアなどの塩基性汚染物質に対する濾過効力をもたらすのを助ける。タングステン含有材料は、また、クロムおよび／またはモリブデンベースの含浸剤に対して従来用いられているより低いモル重量ローディングで、ＨＣＮおよび／またはＣＫに対する比較できる保護をもたらす。
【００３６】
タングステン含有材料はさまざまな異なった形態で供給してもよいが、便利にタングステン酸塩として供給され、というのは、これらは商業源から入手可能であるからである。そのような塩の特定の例としては、メタタングステン酸アンモニウムおよびパラタングステン酸アンモニウムが挙げられる。メタタングステン酸アンモニウムの厳密な化学組成は確実に知られていないが、この塩は、式（ＮＨ４）６（Ｈ２Ｗ１２Ｏ４０）・４Ｈ２Ｏを有すると、技術文献において特定されている。パラタングステン酸アンモニウムは、式（ＮＨ４）６（Ｈ２Ｗ１２Ｏ４２）・４Ｈ２Ｏを有すると、文献において特定されている。粒子の製造の間により少ないアンモニア副生成物が生成されるので、１つ以上の適切な対イオンを有するメタタングステン酸塩が、パラタングステン酸塩に対してより好ましい。メタ形態は、また、水溶液により可溶性である。さらに、メタタングステン酸塩は、比較できる重量ローディングでＨＣＮに対するより長く続く保護をもたらす。
【００３７】
基材粒子上に含浸されたタングステン含有材料の量は、広範囲にわたって変わってもよい。少なすぎる量が使用される場合、ＣＫ、ＨＣＮ、および／またはＮＨ３に対する保護が、望ましいであろうほども長く続かないであろう。一方、より多くのタングステン含有材料が使用されると、付加的な材料を加えることが、たとえあるとしてもほとんど加えられた保護をもたらさない時点がある。多すぎる含浸剤を使用することは、また、有益に１つ以上の他の含浸剤によって占めることができる基材粒子の部分を使い尽すことがある。これらの問題のバランスをとって、本発明の代表的な実施形態は、基材粒子１００重量部あたりタングステン含有材料０．５から１０、より好ましくは３から６重量部を組入れる。
【００３８】
いくつかの実施形態において、モルベースで、タングステン含有材料または任意の他の含浸剤の適切なローディングを定めることがより有利である。これは、タングステンに加えて多くの他の元素成分を含有するタングステン酸塩に特にあてはまる。比較的より低いモルローディングで所望の汚染物質に対する優れた保護をもたらすことができることが、タングステン含有材料の区別できる利点である。たとえば、基材粒子のわずか約０．００１モルタングステン／ｇを含有するフィルタ媒体粒子が、モリブデン約０．０８モル／ｇを含有する他の点では同一のフィルタ媒体粒子と実際に同じＨＣＮに対する濾過効力をもたらすことが定められている。
【００３９】
したがって、本発明は、さらに、ＨＣＮ性能をモルローディングに相関させ、次に、相関を用いて、フィルタ媒体粒子をより良好に配合するのを助けるための方法を提供する。具体的には、典型的には実験的に、情報を得て、ＨＣＮに対する濾過効力を有するか、ＨＣＮに対する濾過効力を有すると調査中の１つ以上の含浸剤のモルローディングの変化とともに、どれほどＨＣＮ保護が変わるかを定める。次に、この情報を用いて、所望のレベルのＨＣＮ保護に対応するある量の含浸剤を有するフィルタ媒体粒子を製造する。この方法を用いて、本発明の好ましい実施形態において、フィルタ媒体粒子が、基材粒子１グラムあたり約０．０２５未満、より好ましくは約０．０１５モル未満のタングステン、最も好ましくは１グラムの基材粒子あたり約０．０００１から約０．０２モルのタングステンを含むことが定められている。
【００４０】
本発明は、さらに、フィルタ媒体粒子によってもたらされる有機蒸気保護が、粒子上に提供されるか粒子内に他の態様で組入れられるＨＣＮ除去含浸剤の量に相関するという認識を伴う。具体的には、ＨＣＮ除去含浸剤の性質によって、有機蒸気に対する性能が、一般に、関心のある重量ローディング領域内でＨＣＮ除去含浸剤が増加するにつれて、増加および／または減少することができる。したがって、情報を提供して、典型的には最初に実験的に得て、ＨＣＮに対する濾過効力を有する１つ以上の含浸剤のモルローディングの変化とともに、どれほど有機蒸気保護が変わるかを定めてもよい。次に、この情報を用いて、所望の量のＨＣＮ除去含浸剤、たとえば、所望のレベルの有機蒸気およびＨＣＮ保護のバランスをとる量を有するフィルタ媒体粒子を製造する。
【００４１】
第２の含浸剤も本発明の実施に使用される。第２の含浸剤は、塩基性汚染物質に対する濾過効力を有する１つ以上の材料である。たとえば、アンモニアが、保護が求められる典型的な塩基性汚染物質である。非常にさまざまなそのような薬剤が知られており、重硫酸塩、スルファミン酸、塩化亜鉛、これらの組合せなどの酸性材料を含む。第２の含浸剤の好ましい実施形態が酸性材料を含み、第３の含浸剤の好ましい実施形態（以下で説明される）が塩基性材料を含むことに留意されたい。好ましい溶液含浸技術を用いるとき、酸性および塩基性含浸剤の両方を同じ基材粒子上に組入れることは、技術的に難しいことがある。この難題を克服するために、本発明は、所望の第２および／または第３の含浸剤の前駆体を、最初に粒子上に含浸させ、次に、その後、現場で所望の含浸剤に変える好ましい方法を用いる。したがって、酸性および塩基性含浸剤の両方が、同じ基材粒子上に機能的に共存することができる。
【００４２】
硫酸アンモニウム、中性塩が、現場で酸性材料に変えることができる好ましい前駆体の例である。たとえば、硫酸アンモニウムは、炭素粒子などの基材上に含浸され、次に、乾燥され熱処理され、たとえば、約１４０℃から約４５０℃で、好ましくは約１９０℃から２００℃で、５分から５０時間、好ましくは１８時間から２０時間の時間期間の間加熱されると、酸性重硫酸塩（ａｃｉｄ  ｂｉｓｕｌｆａｔｅ）を含むと考えられる酸性材料に変えられる。重硫酸塩は、アンモニアと反応して、空気または他の気体の流れからのアンモニア汚染の除去を促進するのに十分に酸性である。これは、結果として生じる含浸された炭素を含有するカートリッジの向上したアンモニア耐用寿命をもたらす。有利に、強酸性重硫酸塩の現場形成は、また存在し、および／または、また熱処理の間現場で形成される塩基性酸化物／水酸化物含浸剤の過度の劣化または損傷を回避する。含浸溶液中のアンモニウム塩の存在は、また、空気流中の毒性ホルムアルデヒド蒸気に対するフィルタの性能を向上させるのを助ける。硫酸塩材料は、また、フィルタ媒体の使用の間ｐＨを制御するのを助けると考えられる。代表的なフィルタ媒体粒子は、前駆体および／または所望の含浸剤として、硫酸塩含有材料０．１から１０、好ましくは２．５から４．５重量パーセントを含んでもよい。
【００４３】
所望の加熱条件は、加熱が行われる装置および雰囲気を含む要因による。たとえば、真空および／または不活性雰囲気中で、より高い温度を用いてもよい。空気中で、より低い加熱温度を用いて、粒子の発火温度より低くとどまってもよい。
【００４４】
第３の含浸剤も本発明の実施に使用される。第３の含浸剤は、酸性汚染物質に対する濾過効力を有する１つ以上の材料である。非常にさまざまなそのような薬剤が知られており、銅含有材料、湿気、炭酸カリウム、重炭酸カリウム、これらの組合せなどを含む。１つ以上の銅含有材料が、第３の含浸剤の少なくとも一部として好ましい。Ｃｕ含有材料は、性質が塩基性である傾向があり、空気流からＨＣＮ、Ｈ２Ｓ、酸性ガスなどの多くのガスを濾過するのを助ける。銅は、塩、酸化物、水酸化物、金属、または他の化合物として供給してもよい。好ましくは、硫酸アンモニウムに関して上で示されたのと同じ理由のため、銅は、塩として供給され、次に、熱処理によって現場で、酸化物および／または水酸化物などのより塩基性の化合物に少なくとも部分的に変えられる。代表的なフィルタ媒体粒子は、銅を含む１つ以上の含浸剤０．１から１５重量パーセントを含んでもよい。
【００４５】
本発明の実施において、含浸剤が水溶性である場合、含浸剤の酸性および／または塩基性特徴を、含浸剤０．１ｇから５ｇを１００ｇの水に溶解し、ｐＨを測定することによって定めてもよい。溶液のｐＨが、７未満、より好ましくは約６未満、より好ましくは約５未満である場合、含浸剤は酸性である。水溶性でない場合、含浸剤を、それぞれ、酸と反応させ、次に塩基と反応させることができる。酸と反応する場合、含浸剤は塩基性であるとみなされる。塩基と反応する場合、含浸剤は酸性であるとみなされる。酸および塩基の両方と反応する場合、含浸剤は、両性であり、酸および塩基汚染物質の両方に対する効力において２つの役割を果たすことができる。本明細書で使用されるように、酸または塩基と「反応する」とは、ほぼ化学量論量の材料を、ほぼ周囲温度で適切な溶媒中０．０１Ｍから０．５Ｍの範囲内の適切なそれぞれの濃度で反応させることが、完成まで少なくとも１０％、より好ましくは少なくとも５０％進むことを意味する。
【００４６】
上述された第１、第２、および第３の含浸剤に加えて、１つ以上の付加的な含浸剤も使用してもよい。１つのオプションとして、ＨＣＮ、ＣＫなどに対する効力を有する１つ以上の付加的な含浸剤を、タングステン含有材料と組合せて使用してもよい。そのような薬剤の例としては、Ｃｒ、Ｖ、Ｍｏ、これらの組合せなどを含有する化合物および／または塩が挙げられる。これらの任意の含浸剤は、金属形態で供給してもよいが、より典型的には、塩、酸化物、水酸化物などとして含浸される。使用される場合、タングステン含有材料とそのような他のＨＣＮ除去含浸剤の各々との重量比は、それぞれ、好ましくは、１００：１から１：１００、好ましくは２０：１から１：２０、より好ましくは１０：１から１：１０の範囲内である。
【００４７】
しかし、Ｃｒの六価形態が潜在的な発がん物質として特定されているので、フィルタ媒体粒子は、好ましくは、検出可能な量のＣｒ（ＶＩ）を含まず、より好ましくは、Ｃｒの他の形態、たとえばＣｒ（ＩＩＩ）が酸化されてＣｒ（ＶＩ）になることがあるという恐れによって、いかなる原子価状態の検出可能なＣｒも含まない。バナジウムも毒性問題と関連する。したがって、フィルタ媒体粒子は、好ましくは、いかなる原子価状態のバナジウムの検出可能な量も含まない。モリブデン材料は、タングステン材料と比較して比較的強酸性である傾向がある。したがって、フィルタ媒体粒子は、好ましくは、いかなる原子価状態のモリブデンの検出可能な量も含まない。特に好ましい実施形態は、モリブデン、バナジウム、およびＣｒの検出可能な量を含有しない。本明細書で使用されるように、Ｃｒ、バナジウム、またはモリブデンなどの金属は、０．０１ｇ／グラム未満の基材粒子、好ましくは０．００１ｇ／グラムの基材粒子、より好ましくは０．０００１ｇ／グラムの基材粒子が存在する場合、検出可能でないとみなされるであろう。したがって、そのような材料は、微量のそのような材料が不純物として存在することがある場合でも、依然として検出可能でないであろう。本発明において、存在するそのような材料の量があれば、元素分析技術、たとえば、原子吸収技術を用いて定めてもよい。
【００４８】
使用してもよい他の任意の含浸剤としては、他の遷移金属を含む１つ以上の含浸剤が挙げられる。そのような含浸剤材料の例としては、Ｚｎ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｏ、それらの組合せなどを含有する材料が挙げられる。そのような１つ以上の他の遷移金属含浸剤のどれを第１の複数のフィルタ媒体粒子に組入れるべきかの選択は、さまざまな遷移金属の各々が特定の空気汚染物質に対する保護をもたらす傾向があるので、濾過能力の所望の範囲による。さまざまな形態のＺｎは、空気流からＨＣＮ、塩化シアン、シアン、およびＮＨ３を濾過するのを助ける傾向がある。本発明の代表的なフィルタ媒体粒子は、Ｚｎを含む１つ以上の含浸剤１から２０重量パーセントを含んでもよい。Ａｇは、空気流からヒ素ガスを濾過するのを助ける傾向がある。Ａｇは、触媒作用し、一般に、濾過操作の間に消費されない。したがって、フィルタ媒体粒子は、１つ以上のＡｇ含有含浸剤の比較的小さい触媒量、たとえば、約０．０１から１、好ましくは０．１重量パーセントを含んでもよい。ＮｉおよびＣｏは、各々、独立して、空気流からＨＣＮを濾過するのを助ける。代表的なフィルタ媒体粒子は、それぞれ、１つ以上のＮｉ含有含浸剤および／またはＣｏ含有含浸剤０．１から１５重量パーセントを含んでもよい。
【００４９】
遷移金属を含有する１つ以上の含浸剤に加えて、フィルタ媒体粒子は、任意に、１つ以上の他の種類の含浸剤を含んでもよい。たとえば、１つ以上のアミン官能含浸剤を、有益に、第２の複数のフィルタ媒体粒子に組入れてもよい。適切なアミンは、モノマー、オリゴマー、またはポリマーであってもよい。本明細書で使用されるように、「モノマー」という用語は、ポリマー鎖の基本繰返し単位を形成する重合性分子を意味する。「オリゴマー」は、主鎖が２から１０のモノマーから形成される重合化合物を指す。「ポリマー」は、主鎖が１０を超えるモノマーから形成される重合化合物を指す。
【００５０】
好ましいアミンは、室温で固体または液体である。好ましいアミンは、ＣＫ、臭化メチル、および／またはヨウ化メチル除去能力をもたらす。適切なアミンの代表的な例としては、トリエチレンジアミン（ＴＥＤＡ）、トリエチルアミン（ＴＥＡ）、ピリジン、ピリジン−４−カルボン酸（Ｐ４ＣＡ）、これらの組合せなどが挙げられる。これらのうち、ＴＥＤＡが最も好ましい。
【００５１】
フィルタ媒体粒子に組入れられるアミンの量は、広範囲内で変わってもよい。一般に、少なすぎる量が使用される場合、結果として生じる媒体のＣＫ寿命は、望ましいものより短いであろう。さらに、少なすぎるアミンが使用される場合、濾過能力の相乗的増加（たとえば、有機蒸気、ＣＫ、およびアンモニア寿命）が、他の種類の含浸剤および／またはフィルタ媒体粒子と組合せて使用された場合に観察されないであろう。一方、多すぎるアミンを使用することは、空気または他の気体から有機蒸気を除去するフィルタ媒体粒子のキャパシティを過度に劣化させる傾向があるであろう。さらに、ある含浸レベルを超えると、より多いアミンの使用によって、付加的な利益がほとんど観察されないであろう。これらの問題のバランスをとって、第２の複数のフィルタ媒体粒子は、一般に、含浸されたフィルタ媒体粒子の総重量を基準にして、アミン０．５から１５、より好ましくは１から５重量パーセントを含む。
【００５２】
いくつかの実施形態において、水が望ましい任意の含浸剤であろう。水含浸剤は、酸性ガス、アンモニアなどに対する増加した濾過効力をもたらす。存在する場合、含浸されたフィルタ媒体粒子の総重量を基準にして、０．２から１０、好ましくは１から５重量パーセントの水が適している。他の適切な含浸剤が、エーロゾルおよび一時性ガスの軍事問題（Ｍｉｌｉｔａｒｙ  Ｐｒｏｂｌｅｍｓ  ｗｉｔｈ  Ａｅｒｏｓｏｌｓ  ａｎｄ  Ｎｏｎｐｅｒｓｉｓｔｅｎｔ  ｇａｓｅｓ）、ＮＤＲＣ、ディビジョン１０の概略技術報告書（Ｓｕｍｍａｒｙ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｒｅｐｏｒｔ  ｏｆ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  １０）（１９４６）に記載されており、その全体を引用によりここに援用する。
【００５３】
基材が粒子上に含浸された場合、製造の間、含浸剤のいずれかの最初の形態を化学的に変更してもしなくてもよい。たとえば、製造プロセスが、溶液含浸後に熱乾燥処理を伴う場合、含浸剤の１つ以上を他の化合物に化学的に変えてもよい。たとえば、熱処理の結果として、銅塩のいくらかまたはすべてを、酸化銅、水酸化銅、または他の銅化合物に変えてもよい。別の例として、硫酸アンモニウム塩が、有利に、現場で重硫酸アンモニウムに変えられ、アンモニアなどの塩基性汚染物質に対する濾過保護をもたらすのを助けると考えられる。従来の実施に従って、含浸剤を第１の複数の基材粒子に組入れてもよい。そのような含浸剤は、典型的には、塩、酸化物、炭酸塩などとして提供され、溶液処理、昇華処理、流動床処理などによって含浸される。そのような処理のための代表的な技術が、ここの背景セクションに引用された特許文書および文献文書を含む文献に広く記載されている。
【００５４】
所望の種類のアミン含浸フィルタ媒体粒子が市販されていない場合、アミンを拡大表面積粒子上に含浸させるためのさまざまな技術が利用可能である。これらとしては、たとえば、溶液含浸、流動床方法（ロー（Ｒｏ）ら、米国特許第５，７９２，７２０号明細書）、および低圧昇華方法（リャン（Ｌｉａｎｇ）ら米国特許第５，１４５，８２０号明細書）が挙げられる。ＴＥＤＡなどの固体が、すでに他の含浸剤を含む基材粒子上に含浸されるべきである場合、溶液含浸は、他の含浸剤を洗い流すことがある。他の含浸剤の損失を回避するために、そのような場合の含浸は、好ましくは、全体を引用によりここに援用する国際公開第０２／０９２２２３  Ａ１号パンフレットに記載されているような昇華技術を用いて行われる。
【００５５】
本発明のフィルタ媒体粒子を製造するための特に好ましい方法によれば、濃縮水酸化アンモニウム溶液（約３０重量パーセントのアンモニア）１０から５００、好ましくは２００から３５０、より好ましくは約３２０重量部、炭酸アンモニウム１０から５００、好ましくは１００から２００、より好ましくは約１７０重量部、および硫酸アンモニウム１０から５００、好ましくは１００から２００、より好ましくは約１８０重量部を、蒸留水約３００から１０，０００、好ましくは４００から１０００、より好ましくは４００から６００重量部に溶解し、混合する。溶液が透明であるとき、塩基性炭酸銅、Ｃｕ  ＣＯ３・Ｃｕ（ＯＨ）２約１０から５００、好ましくは２００から３５０、より好ましくは約２３０重量部を加え、溶液が再び溶解していない粒子がなくなるまで混合する。これは、好ましくは、約３０から約５０分で行ってもよい。塩基性炭酸銅が完全に溶解されると、付加的な蒸留水５０から１０００、好ましくは３１０から２１０重量部を加える。銅塩を、好ましくは、タングステンまたは他の遷移金属塩を加える前に溶解することに留意されたい。この添加順序に従う場合、銅塩の溶解はより容易である。
【００５６】
次に、タングステンおよび他の遷移金属含有塩を混合物に加える。これらは、ともにまたは順次加えてもよい。好ましくは、他の遷移金属塩を加えた後、タングステン含有塩を順次加えてもよい。たとえば、配合物が塩化亜鉛および（メタおよび／またはパラ）タングステン酸アンモニウムを含有する場合、塩化亜鉛を最初に加えてもよい。代表的な配合物は、混合物５００から２０００重量部あたり、タングステン酸塩約１から約５００、好ましくは５から５０重量部、および亜鉛塩０から約１５、好ましくは１から約５重量部を含有してもよい。これらの塩を加えた後、塩が溶解するまで混合を行う。これは、一実施形態において約１時間で行ってもよい。
【００５７】
次に、混合物５００から２０００重量部あたり、基材粒子５００から２０００、好ましくは７５０から１０００、好ましくは約９００重量部を、回転して徹底的な含浸を促進することができる回転円錐形真空ドライヤなどの適切な容器に入れる。混合物も容器に入れる。内容物を、たとえば、０．５から６０、好ましくは１から１０ｒｐｍで、５から６０、より好ましくは約３０分などの十分な浸漬持続時間の間、ゆっくり回転させる。浸漬後、回転を続け、乾燥プロセスを十分な持続時間および温度で開始する。一実施形態において、乾燥は、約１６から約１８時間、約３６０°Ｆの温度で行う。これらの条件下で、粒子を乾燥させる。乾燥の間、硫酸アンモニウムは酸性種に変えられ、銅塩は塩基性種に変えられる。
【００５８】
乾燥処理後、容器の内容物を冷却する。一実施形態において、容器の温度を６０°Ｆに低下させて、冷却を行う。バッチが、たとえば約１２５°Ｆのまたは約１２５°Ｆ未満の温度で、十分に冷たいとき、結果として生じるフィルタ媒体粒子を容器から除去してもよい。ＴＥＤＡが所望の含浸剤である場合、その後、ＴＥＤＡを、上で示されたように昇華によって加えることができる。
【００５９】
以下で説明される特に好ましい方法を用いて、本発明のフィルタ媒体粒子の１つの代表的な実施形態を、炭酸アンモニウム、硫酸アンモニウム、水酸化アンモニウム、塩基性炭酸銅、メタタングステン酸アンモニウム、任意に亜鉛塩、および任意にＴＥＤＡを含む１つ以上の含浸溶液中に、基材粒子を浸漬することによって形成する。浸漬後、含浸された粒子を乾燥させる。好ましくは、乾燥の少なくとも一部を真空中でおよび／または高温で行う。
【００６０】
以下で説明される特に好ましい方法を用いて、本発明のフィルタ媒体粒子の別の代表的な実施形態を、炭酸アンモニウム、硫酸アンモニウム、水酸化アンモニウム、塩基性炭酸銅、パラタングステン酸アンモニウム、任意に亜鉛塩、および任意にＴＥＤＡを含む１つ以上の含浸溶液中に、基材粒子を浸漬することによって形成する。浸漬後、含浸された粒子を乾燥させる。好ましくは、乾燥の少なくとも一部を真空中でおよび／または高温で行う。
【００６１】
以下で説明される特に好ましい方法を用いて、本発明のフィルタ媒体粒子の別の代表的な実施形態を、炭酸アンモニウム、硫酸アンモニウム、水酸化アンモニウム、塩基性炭酸銅、パラタングステン酸アンモニウム、バナジン酸アンモニウム、任意に亜鉛塩、および任意にＴＥＤＡを含む１つ以上の含浸溶液中に、基材粒子を浸漬することによって形成する。浸漬後、含浸された粒子を乾燥させる。好ましくは、乾燥の少なくとも一部を真空中でおよび／または高温で行う。
【００６２】
ここで説明されるような少なくとも３種類の含浸剤を含む第１のフィルタ媒体粒子に加えて、本発明のフィルタ媒体システムは、米国特許第５，３４４，６２６号明細書；米国特許第５，４９６，７８５号明細書に記載されたものなどの１つ以上の他の種類のフィルタ媒体粒子をさらに含んでもよい。そのような付加的なフィルタ媒体粒子を、混合し、および／またはシステムを通って搬送される流体流が各濾床と接触するように作動的に位置決めされた別個の濾床層内に配置してもよい。別個の濾床層内に配置された場合、１つ以上の付加的なフィルタ媒体粒子を、上述された第１のフィルタ媒体粒子から上流または下流に位置決めしてもよい。特に好ましい実施形態において、本発明のフィルタシステムは、少なくとも第１のフィルタ媒体粒子を第１の濾床に組入れ、少なくともクラスＢフィルタ媒体粒子が第２の濾床に組入れられる。そのような第２の濾床は、好ましくは、高められたＨＣＮ保護のため、第１の濾床から上流に位置決めされる。
【００６３】
フィルタ媒体粒子およびクラスＢフィルタ媒体粒子の相対量は、広範囲にわたって変わることができる。一般的なガイドラインとして、第１の複数のフィルタ媒体粒子とクラスＢの複数のフィルタ媒体粒子との比は、１：１９から１９：１、好ましくは１：５から５：１、より好ましくは約１：１の範囲内である。
【００６４】
ここで、本発明を次の実施例を参照してさらに説明する。
【実施例】
【００６５】
実施例およびテスト方法
耐用寿命
所与の成分濃度および流れのガスチャレンジ（ｇａｓ  ｃｈａｌｌｅｎｇｅ）が、レスピレータキャニスタの収着媒ベッドに特定レベルまで浸透する（ｐｅｎｅｔｒａｔｅ）のに必要な時間は、レスピレータキャニスタの耐用寿命と呼ばれる。耐用寿命は、チャレンジから成分ガスを除去する、キャニスタ内に収容された収着媒のキャパシティの表示である。チャレンジがキャニスタを出るとき、経時的に成分ガスの濃度を監視することによって、収着媒の吸着キャパシティを測定することができる。レスピレータキャニスタ内に収容された候補収着媒の耐用寿命テストを、米国連邦規則集第４２編（ｔｈｅ  Ｕｎｉｔｅｄ  Ｓｔａｔｅｓ  Ｃｏｄｅ  ｏｆ  Ｆｅｄｅｒａｌ  Ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｓ  Ｔｉｔｌｅ  ４２）、第１巻、２００２年１０月１日改正、第Ｉ章パート８４−−呼吸保護デバイスの認可、サブパートＩ−−ガスマスク、８４．１２６項−−キャニスタベンチテスト；最小要件（ＣＨＡＰＴＥＲ  Ｉ  ＰＡＲＴ  ８４−−ＡＰＰＲＯＶＡＬ  ＯＦ  ＲＥＳＰＩＲＡＴＯＲＹ  ＰＲＯＴＥＣＴＩＶＥ  ＤＥＶＩＣＥＳ，  Ｓｕｂｐａｒｔ  Ｉ−−Ｇａｓ  Ｍａｓｋｓ，  ｓｅｃｔｉｏｎ  ８４．１２６−−Ｃａｎｉｓｔｅｒ  ｂｅｎｃｈ  ｔｅｓｔｓ；  ｍｉｎｉｍｕｍ  ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ）（４２ＣＦＲ８４．１２６）に記載された方法に従って行った。耐用寿命テストに使用されたガスは、塩基性ガスチャレンジ−アンモニアＮＨ３、酸性ガスチャレンジ−二酸化硫黄ＳＯ２、有機蒸気ガスチャレンジシクロヘキサン、および軍用ガスチャレンジ−シアン化水素ＨＣＮを含む。チャレンジ濃度は、アンモニアについて１０００ｐｐｍ、二酸化硫黄について５００ｐｐｍ、シクロヘキサンについて１０００ｐｐｍ、シアン化水素について１０００ｐｐｍであった。各チャレンジとともに使用されたキャリヤガスは、７０％ＲＨであるＨＣＮチャレンジ以外は、５０％の相対湿度（ＲＨ）における空気であった。１６ｌｐｍである有機蒸気チャレンジ、および３０ｌｐｍであるＨＣＮチャレンジ以外は、１分あたり３２リットル（ｌｐｍ）の総チャレンジ流量を評価に用いた。チャレンジの各々についての耐用寿命の終わりにおける浸透（ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ）濃度またはブレイクスルー濃度は、それぞれ、ＮＨ３、ＳＯ２、シクロヘキサン、およびＨＣＮについて、５０、５、５、および１０ｐｐｍであった。耐用寿命は、ブレイクスルー濃度に達する分で報告した。
【００６６】
収着媒を評価するために使用されたキャニスタは、形状が円筒形であり、内径が８．２５ｃｍであった。テストキャニスタの底部は、１０６ｃｍ３の充填閉じ込め容積を提供することができるように配置されたステンレス鋼＃８０メッシュリテーナサポートによって画定された。評価のため、収着媒１０６ｃｍ３をキャニスタ内にローディングし、これは、２．５４ｃｍのベッド深さおよび０．６ｇ／ｃｍ３のベッドバルク密度をもたらした。ベッドを通るチャレンジの面速度を、特定のガステストによって、５〜１０ｃｍ／秒の間に維持した。
【００６７】
共役活性（Ｃｏｎｊｕｇａｔｅ  Ａｃｔｉｖｉｔｙ）およびモル効率測定
処理された収着媒の共役活性（ＣＡ）は、収着媒性能の便利な比較尺度である。共役活性は、１組のさまざまな組成ガスに対してテストされた収着媒の、個別のチャレンジについての耐用寿命時間（ＳＬＴ）を合計することによって定められる。モル効率（ＭＥ）は、含浸された成分の追加（ａｄｄ−ｏｎ）に対する処理された収着媒の有効性の尺度である。モル効率は、処理された収着媒の共役活性と、含浸された材料の、収着媒の単位重量あたりのモルローディングとの間の関係に基く。
【００６８】
共役活性およびモル効率は、下記のように与えられ、
【数１】
2007518546.tif 000002
ここで、
共役活性、ＣＡ［＝］分
ガスｇについての耐用寿命時間、ＳＬＴｇ［＝］分
収着媒モルローディング、ＳＭＬ［＝］モル／ｇ
モル効率、ＭＥ［＝］分・ｇ／モル。
【００６９】
実施例１
本発明の処理された収着媒の例を、活性炭を含浸溶液と接触させ、混合物を高温で乾燥させることによって製造した。ケベック州ラシーヌのユニバール・カナダ・リミテッド（Ｕｎｉｖａｒ  Ｃａｎａｄａ  Ｌｔｄ．，  Ｌａｃｈｉｎｅ  ＰＱ）によって、オクラホマ州プライヤーのノリット・アメリカズ・インコーポレイテッド（Ｎｏｒｉｔ  Ａｍｅｒｉｃａｓ  Ｉｎｃ．，  Ｐｒｙｏｒ，  Ｏｋｌａｈｏｍａ）から入手可能な、活性炭、タイプ１２Ｘ４０  ＧＡＣを、収着媒処理のためのキャリヤとして使用した。活性炭は、また、収着媒の有機蒸気吸着キャパシティを提供した。ベース溶液（ｂａｓｅ  ｓｏｌｕｔｉｏｎ）を付加的な活性成分と混合することによって、含浸のための溶液を調製した。ベース溶液の組成は、１８％のアンモニア、１１％の炭酸アンモニウム（ＮＨ４）２ＣＯ３、１１％の硫酸アンモニウム（ＮＨ４）２ＳＯ４、４５％の脱イオン水、および１５％の塩基性炭酸銅ＣｕＣＯ３・Ｃｕ（ＯＨ）２であった。メタタングステン酸アンモニウム（ＮＨ４）６（Ｈ２Ｗ１２Ｏ４０）・４Ｈ２Ｏ  ２ｐｐｈ（ｐａｒｔｓ  ｐｅｒ  ｈｕｎｄｒｅｄ）（ベース溶液の重量ｐｐｈ）を、ベース溶液に溶解することによって、含浸溶液の配合物を完成させた。処理された炭素を調製するために、含浸溶液３５４１グラムを、炭素２０００グラムとともに、ニュージャージー州リトルフォールズのポール・オー・アッベ・インコーポレイテッド（Ｐａｕｌ  Ｏ．  Ａｂｂｅ  Ｉｎｃ．，  Ｌｉｔｔｌｅ  Ｆａｌｌｓ，  ＮＪ）、０７４２４から入手可能な、回転円錐形真空ドライヤ、モデル１２ＲＣＶＤロータコーン（ｒｏｔａｃｏｎｅ）に投入した。混合物をロータコーン内で３０分間２ｒｐｍの回転速度でブレンドした。４ｒｐｍで回転させる間、混合物を１８２Ｃの温度に加熱し、その温度で１６から１８時間維持した。加熱段階後、混合物を４５Ｃの温度に冷却し、ロータコーンから排出した。次に、処理された炭素をカートリッジ内に構成し、耐用寿命テスト方法で説明されたような評価を行った。耐用寿命テストの結果、共役活性およびモル効率の値、ならびに炭素上のタングステンの重量測定された収着媒モルローディングは、それぞれ、表２および表１に示されている。
【００７０】
実施例２
実施例２を、１．５ｐｐｈのバナジン酸アンモニウムＮＨ４ＶＯ３をメタタングステン酸アンモニウム（ＮＨ４）６（Ｈ２Ｗ１２Ｏ４０）・４Ｈ２Ｏ１．５ｐｐｈとブレンドする以外は、実施例１のように調製した。耐用寿命テストの結果、共役活性およびモル効率の値、ならびに炭素上のバナジン酸塩およびタングステン酸塩の重量測定された収着媒モルローディングは、それぞれ、表２および表１に示されている。
【００７１】
実施例Ｃ１
比較例を、メタタングステン酸アンモニウムを含浸溶液に加えない以外は、実施例１のように調製した。耐用寿命テストの結果および共役活性の値は、表２に示されている。
【００７２】
実施例Ｃ２
比較例を、メタタングステン酸アンモニウム（ＮＨ４）６（Ｈ２Ｗ１２Ｏ４）・４Ｈ２Ｏの代わりに３ｐｐｈのモリブデン酸アンモニウム（ＮＨ４）６Ｍｏ７Ｏ２４・４Ｈ２Ｏを使用する以外は、実施例１のように調製した。耐用寿命テストの結果、共役活性およびモル効率の値、ならびに炭素上のモリブデン酸塩の重量測定された収着媒モルローディングは、それぞれ、表２および表１に示されている。
【００７３】
実施例Ｃ３
比較例を、メタタングステン酸アンモニウム（ＮＨ４）６（Ｈ２Ｗ１２Ｏ４０）・４Ｈ２Ｏの代わりに６ｐｐｈのモリブデン酸アンモニウム（ＮＨ４）６Ｍｏ７Ｏ２４・４Ｈ２Ｏを使用する以外は、実施例１のように調製した。耐用寿命テストの結果、共役活性およびモル効率の値、ならびに炭素上のモリブデン酸塩の重量測定された収着媒モルローディングは、それぞれ、表２および表１に示されている。
【００７４】
実施例Ｃ４
比較例を、メタタングステン酸アンモニウム（ＮＨ４）６（Ｈ２Ｗ１２Ｏ４０）・４Ｈ２Ｏの代わりに３ｐｐｈのモリブデン酸アンモニウム（ＮＨ４）６Ｍｏ７Ｏ２４・４Ｈ２Ｏおよび１ｐｐｈの塩化亜鉛ＺｎＣｌ２を使用する以外は、実施例１のように調製した。耐用寿命テストの結果、共役活性およびモル効率の値、ならびに炭素上のモリブデン酸塩および亜鉛の重量測定された収着媒モルローディングは、それぞれ、表２および表１に示されている。
【００７５】
実施例Ｃ５
比較例を、メタタングステン酸アンモニウム（ＮＨ４）６（Ｈ２Ｗ１２Ｏ４０）・４Ｈ２Ｏの代わりに３ｐｐｈのバナジン酸アンモニウムＮＨ４ＶＯ３を使用する以外は、実施例１のように調製した。耐用寿命テストの結果、共役活性およびモル効率の値、ならびに炭素上のバナジン酸塩の重量測定された収着媒モルローディングは、それぞれ、表２および表１に示されている。
【００７６】
表１
2007518546.tif 000003
【００７７】
表２
2007518546.tif 000004
【００７８】
表２に示された結果から明らかなように、活性剤としてタングステンを使用する本発明の配合物のモル効率は、周知の処理化学を用いる最良の比較配合物のモル効率の１０倍を超える。実施例２のようにタングステンをバナジン酸塩などの他の活性剤とブレンドすると、組合せのモル効率が、その薬剤だけの使用に対して著しく向上されることも、明らかである。
【００７９】
実施例３
実施例３を、パラタングステン酸アンモニウム（ＮＨ４）６（Ｈ２Ｗ１２Ｏ４２）・４Ｈ２Ｏ  ３ｐｐｈ（ベース溶液の重量ｐｐｈ）をベース溶液中にブレンドする以外は、実施例１のように調製し評価し、これは、収着媒ベース上に０．００８９モル／ｇのモルローディングをもたらした。含浸された収着媒の耐用寿命を、ＨＣＮチャレンジについて１２分であることを定めた。
【００８０】
本発明の他の実施形態は、本明細書を考慮すると、またはここに開示された本発明の実施から、当業者には明らかであろう。特許請求の範囲によって示される本発明の真の範囲および精神から逸脱することなく、ここで説明された原理および実施形態のさまざまな省略、修正、および変更が、当業者によってなされてもよい。
【手続補正書】
【提出日】平成19年5月25日(2007.5.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィルタシステムであって、
（ａ）拡大表面積基材と、
（ｂ）フィルタ媒体にＨＣＮ汚染物質に対する濾過効力を与えるのを助けるのに有効な量で前記基材上に提供された、タングステン含有材料を含む第１の含浸剤と、
（ｃ）前記フィルタ媒体に塩基性汚染物質に対する濾過効力を与えるのを助けるのに有効な量の、前記基材上の第２の含浸剤と、
（ｄ）前記フィルタ媒体に酸性汚染物質に対する濾過効力を与えるのを助けるのに有効な量の、前記基材上の第３の含浸剤と、を含むフィルタシステム。
【請求項２】
前記タングステン含有材料が、メタタングステン酸塩を含む成分から誘導される、請求項１に記載のフィルタシステム。
【請求項３】
前記基材上に含浸されたＺｎ含有材料をさらに含む、請求項１に記載のフィルタシステム。
【請求項４】
前記基材上に含浸されたモリブデン含有材料をさらに含む、請求項１に記載のフィルタシステム。
【請求項５】
前記フィルタシステムが前記基材に含まれる第１の複数のフィルタ媒体粒子を含み、前記第１の複数のフィルタ媒体粒子が第１の濾床に組入れられ、前記フィルタシステムが、第２の複数のフィルタ媒体粒子を含む第２の濾床を含み、前記第１および第２の濾床が、前記システムを通って搬送される流体媒体が各濾床と接触するように、前記フィルタシステム内に作動的に位置決めされる、請求項１に記載のフィルタシステム。
【請求項６】
フィルタ媒体であって、
（ａ）基材と、
（ｂ）前記フィルタ媒体に酸性汚染物質に対する濾過効力を与えるのを助けるのに有効な量で前記基材上に提供された銅含有含浸剤と、
（ｃ）前記フィルタ媒体にＨＣＮ汚染物質に対する濾過効力を与えるのを助けるのに有効な量で前記基材上に提供されたタングステン含有含浸剤と、
（ｄ）前記フィルタ媒体に塩基性汚染物質に対する濾過効力を与えるのを助けるのに有効な量で前記基材上に提供された酸性の硫酸塩含有含浸剤と、を含むフィルタ媒体。
【請求項７】
前記基材が複数の基材粒子を含み、基材粒子１グラムあたりのタングステン含有含浸剤が約０．０２５モル未満である、請求項６に記載のフィルタ媒体。
【請求項８】
フィルタ媒体を製造する方法であって、
（ａ）炭酸塩、酸性硫酸塩の前駆体、塩基性材料、銅含有材料、およびタングステン含有材料を単独でまたは組合せて含む成分を、１つ以上の混合物に組入れる工程であって、前記成分の少なくとも１つがアンモニウム成分を含む工程と、
（ｂ）前記１つ以上の混合物を基材と含浸接触させ、それにより、含浸された基材が形成される工程と、
（ｃ）前記含浸された基材を乾燥させる工程であって、前記乾燥の少なくとも一部を真空中で行い、前記乾燥の少なくとも一部を、酸性硫酸塩化合物が現場で前記基材上に形成されるように十分に高い温度で行う工程と、を含む方法。
【請求項９】
フィルタ媒体を製造する方法であって、
（ａ）どれほど、フィルタ媒体の有機蒸気性能が、前記フィルタ媒体上に提供されたＨＣＮ除去含浸剤の量に相関するかを示す情報を提供する工程と、
（ｂ）前記情報を用いて、ある量の前記ＨＣＮ除去含浸剤を含むフィルタ媒体を製造する工程と、を含む方法。
【請求項１０】
フィルタ媒体を製造する方法であって、
ＨＣＮ除去含浸剤の効力を、基材単位あたりに使用される前記薬剤のモル数の関数として示す情報を提供する工程と、
前記情報を用いて、前記基材上に含浸されたある量の前記ＨＣＮ除去含浸剤を含むフィルタ媒体を製造する工程と、を含む方法。
【国際調査報告】
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