(57)【要約】【課題】ウイルスの吸着能を有する新規なカーボンエアロゲル及びその製造方法を提供すること。【解決手段】ＢＥＴ比表面積が２００ｍ２／ｇ以上であり、０．１〜４００ｎｍの範囲で測定された空孔径分布がピークを示す空孔径が、２ｎｍ以上２００ｎｍ以下である、カーボンエアロゲル。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＢＥＴ比表面積が２００ｍ２／ｇ以上であり、
０．１〜４００ｎｍの範囲で測定された空孔径分布がピークを示す空孔径が、２ｎｍ以上２００ｎｍ以下である、カーボンエアロゲル。
【請求項２】
前記空孔径分布がピークを示す空孔径が、２０ｎｍを超えて２００ｎｍ以下である、請求項１に記載のカーボンエアロゲル。
【請求項３】
前記空孔が連通性を有する、請求項１又は２に記載のカーボンエアロゲル。
【請求項４】
フェノール性水酸基を有する化合物とアルデヒド化合物との重縮合体を含む樹脂多孔質体の炭化物である、請求項１〜３のいずれか一項に記載のカーボンエアロゲル。
【請求項５】
ウイルスの吸着材として使用される、請求項１〜４のいずれか一項に記載のカーボンエアロゲル。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載のカーボンエアロゲルを含む濾材層を備える、濾過装置。
【請求項７】
前部フィルタ及び後部フィルタを更に備え、
濾過される流体の流路に沿って前記前部フィルタ、前記濾材層及び前記後部フィルタの順に配置されている、請求項６に記載の濾過装置。
【請求項８】
前記前部フィルタの直前、及び前記後部フィルタの直後にそれぞれ設けられた、前記流路を遮断可能な弁を更に備える、請求項７に記載の濾過装置。
【請求項９】
前記前部フィルタ、前記濾材層及び前記後部フィルタの、前記流体の流路に沿う方向における厚みが、それぞれ０．０１ｃｍ〜１ｍである、請求項７又は８に記載の濾過装置。
【請求項１０】
前記前部フィルタ、前記濾材層及び前記後部フィルタの、前記流路に垂直な断面の断面積が、それぞれ０．１ｃｍ２〜１０ｍ２である、請求項７〜９のいずれか一項に記載の濾過装置。
【請求項１１】
フェノール性水酸基を有する化合物とアルデヒド化合物とを溶媒中で重縮合させて湿潤ゲルを得る工程と、
前記湿潤ゲルから前記溶媒を除去して樹脂多孔質体を得る工程と、
前記樹脂多孔質体を炭化してカーボンエアロゲルを得る工程と、を備える、
請求項１〜５のいずれか一項に記載のカーボンエアロゲルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カーボンエアロゲル及びこれを備える濾過装置、並びにカーボンエアロゲルの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ウイルスの除去方法としては、紫外線照射、オゾン分解、光触媒、及び静電気集塵による方法が知られている。例えば、特許文献１には、光触媒によるウイルス除去方法が開示されている。
【０００３】
また、ウイルスの除去方法として、不織布又は多孔質材料をウイルス濾過膜として使用する方法も提案されている（例えば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３５５２９９号公報
【特許文献２】特開２０１７−１１００１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１及び２に記載されているウイルスの除去方法には、改善の余地がある。例えば、特許文献１に記載されている方法では、ウイルス除去に対する即効性が不十分である。特許文献２に記載されている方法では、フィルタの目開きのサイズがウイルスに対して必ずしも適切ではないために、フィルタが目詰まりを生じて、送液あるいは送風の圧損が大きくなったり、十分なウイルス除去効果が得られなくなったりする問題があった。
【０００６】
本発明は、ウイルスの吸着能に優れる新規なカーボンエアロゲル及びその製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、ウイルスの吸着能に優れる濾過装置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】
【０００７】
本発明者らは、上記課題を解決するため、空孔径の大きさが特定の範囲に制御された樹脂多孔質の炭化物であるカーボンエアロゲルが、ウイルス吸着特性において優れていることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【０００８】
本発明は、第１の態様として、ＢＥＴ比表面積が２００ｍ２／ｇ以上であり、０．１〜４００ｎｍの範囲で測定された空孔径分布がピークを示す空孔径が、２ｎｍ以上２００ｎｍ以下である、カーボンエアロゲルを提供する。
【０００９】
多孔質材料における目開き、即ち空孔径を制御することは難しい。特に、ウイルスの大きさは標準的には１０〜１００ｎｍであり、この大きさのウイルスを捕捉可能な空孔径を有する多孔質材料を簡便に製造することは、一般的に困難である。その理由の一つは、１０〜１００ｎｍの空孔径を有する材料については、その製造において乾燥工程を経ることにより毛管収縮と呼ばれる現象が発生し、空孔が収縮してしまうことにある。それゆえ、これまでは、ウイルスを除去するために、多孔質材料の中でも、ウイルスの大きさよりも目開きの小さい材料を濾材として使用するか、不織布のような目開きの大きな材料を複数組み合わせたフィルタを使用していた。しかし、前者のフィルタでは目詰まりを生じやすく、後者のフィルタにおいてはウイルスを吸着、保持する効率が十分ではなかった。本発明によれば、このような問題を回避することができ、ウイルスの吸着能に優れた材料を得ることができる。
【００１０】
第１の態様において、空孔径分布がピークを示す空孔径は、好ましくは２０ｎｍを超えて２００ｎｍ以下である。第１の態様において、空孔は、好ましくは連通性を有する。
【００１１】
カーボンエアロゲルは、好ましくは、フェノール性水酸基を有する化合物とアルデヒド化合物との重縮合体を含む樹脂多孔質体の炭化物である。
【００１２】
カーボンエアロゲルは、好ましくは、ウイルスの吸着材として使用される。
【００１３】
本発明は、第２の態様として、上記のカーボンエアロゲルを含む濾材層を備える、濾過装置を提供する。
【００１４】
第２の態様において、濾過装置は、好ましくは前部フィルタ及び後部フィルタを更に備え、濾過される流体の流路に沿って前部フィルタ、濾材層及び後部フィルタの順に配置されている。
【００１５】
第２の態様において、濾過装置は、前部フィルタの直前、及び後部フィルタの直後にそれぞれ設けられた、流路を遮断可能な弁を備えてもよい。
【００１６】
第２の態様において、前部フィルタ、濾材層及び後部フィルタの、流体の流路に沿う方向における厚みは、好ましくは、それぞれ０．０１ｃｍ〜１ｍである。
【００１７】
第２の態様において、前部フィルタ、濾材層及び後部フィルタの、流路に垂直な断面の断面積は、好ましくは、それぞれ０．１ｃｍ２〜１０ｍ２である。
【００１８】
本発明は、第３の態様として、フェノール性水酸基を有する化合物とアルデヒド化合物とを溶媒中で重縮合させて湿潤ゲルを得る工程と、湿潤ゲルから前記溶媒を除去して樹脂多孔質体を得る工程と、樹脂多孔質体を炭化してカーボンエアロゲルを得る工程と、を備える、上述したカーボンエアロゲルの製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ウイルスの吸着能に優れる新規なカーボンエアロゲル及びその製造方法を提供することができる。また、本発明によれば、ウイルスの吸着能に優れる濾過装置を提供することができる。
【００２０】
ウイルスは経時的に増殖するため、できる限り多くのウイルスを短時間で除去することが好ましい。本発明によれば、ウイルスに対して優れた吸着速度を有する材料を得ることもできる。本発明のカーボンエアロゲルは、例えば活性炭等と比較して、ウイルスの吸着に関して即効性を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施例１及び２におけるブルーデキストランの吸着等温線である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【００２３】
一実施形態に係るカーボンエアロゲルは、樹脂多孔質体の熱分解により生成する多孔質の炭化物である。カーボンエアロゲルには、樹脂多孔質体の空孔に由来する空孔が形成されている。
【００２４】
本実施形態のカーボンエアロゲルのＢＥＴ比表面積は、２００ｍ２／ｇ以上である。ＢＥＴ比表面積は、カーボンエアロゲルにウイルスをより好適に吸着させる観点から、好ましくは３００ｍ２／ｇ以上であり、より好ましくは４００ｍ２／ｇ以上であり、更に好ましくは５００ｍ２／ｇ以上であり、特に好ましくは６００ｍ２／ｇ以上であり、最も好ましくは１０００ｍ２／ｇ以上である。ＢＥＴ比表面積はできる限り大きい方がよいが、例えば、２５００ｍ２／ｇ以下であってよい。ＢＥＴ比表面積は、ＢＥＴ法により算出できる比表面積のことをいう。
【００２５】
カーボンエアロゲルの内部には複数の空孔が形成されている。細孔分析装置を用いることにより、カーボンエアロゲルに形成されている空孔の空孔径分布を測定することができる。本実施形態に係るカーボンエアロゲルにおいて、０．１〜４００ｎｍの範囲で測定された空孔径分布がピークを示す空孔径は、２ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。以下、「空孔径が０．１〜４００ｎｍの範囲で測定された空孔径分布がピークを示す空孔径」を、単に「空孔径ピーク」と呼ぶことがある。
【００２６】
空孔径ピークは、カーボンエアロゲルにウイルスをより好適に吸着させる観点から、２ｎｍ以上２００ｎｍ未満、５ｎｍ以上１５０ｎｍ未満、又は１０ｎｍ以上１００ｎｍ未満であってもよい。空孔径ピークは、同様の観点から、２０ｎｍを超えて２００ｎｍ以下、２０ｎｍを超えて１５０ｎｍ未満、又は２０ｎｍを超えて１００ｎｍ未満であってもよい。
【００２７】
細孔分析装置を用いることにより、カーボンエアロゲルの空孔容積を求めることもできる。カーボンエアロゲルにおいて、２ｎｍ以上２００ｎｍ以下の径を有する空孔の容積はできる限り大きい方がよく、好ましくは０．０５ｃｃ／ｇ以上であり、より好ましくは０．４ｃｃ／ｇ以上であり、更に好ましくは０．６ｃｃ／ｇ以上である。２ｎｍ以上２００ｎｍ以下の径を有する空孔の容積の上限は、特に限定されないが、５．０ｃｃ／ｇ以下であってもよい。
【００２８】
カーボンエアロゲルにおいて、２ｎｍ未満の空孔の容積はできる限り小さい方がよく、好ましくは０．６ｃｃ／ｇ以下であり、より好ましくは０．５ｃｃ／ｇ以下であり、更に好ましくは０．４ｃｃ／ｇ以下である。２ｎｍ未満の空孔の容積をできる限り小さくすることにより、カーボンエアロゲルを濾過装置における濾材に用いた際に、送液又は送風時の圧力損失を低減できるため、濾過装置の省エネルギー化が可能になる。２ｎｍ未満の空孔の容積の下限は、特に限定されないが、０．０１ｃｃ／ｇ以上であってもよい。
【００２９】
カーボンエアロゲルには、連通性を有する空孔が形成されていることが好ましい。本明細書における連通性を有する空孔とは、空孔同士が連なることにより、カーボンエアロゲルが気体（例えば酸素）または液体（例えば、水）を通過させることができるように形成された空孔をいう。カーボンエアロゲルにおいては、必ずしも全ての空孔が連通している必要はなく、一部独立した空孔が形成されていてもよく、カーボンエアロゲル全体として気体または液体を通過させることができればよい。
【００３０】
カーボンエアロゲルの形状は、特に限定されないが、塊状、板状、膜状、粉体状などであってよい。比表面積を増大させ、充填が容易である観点から、カーボンエアロゲルは好ましくは粉体状である。
【００３１】
次に、カーボンエアロゲルの製造方法を説明する。一実施形態に係るカーボンエアロゲルの製造方法は、樹脂及び溶媒を含む湿潤ゲルを得る工程と、湿潤ゲルから溶媒を除去して樹脂多孔質体を得る工程と、樹脂多孔質体を炭化させる第３の工程と、を備える。
【００３２】
湿潤ゲルを構成する樹脂の種類は特に限定されないが、簡便かつ低コストで製造できるようにするためには、例えば、フェノール性水酸基を有する化合物及びアルデヒド化合物をモノマーとして用い、これらを重縮合させて得られる重縮合体であってもよい。
【００３３】
フェノール性水酸基を有する化合物としては、特に限定されないが、例えば、ヒドロキノン、カテコール、レゾルシノール、ジヒドロキシナフタレン、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、ビフェノール、ビスフェノールフルオレン、ビスクレゾールフルオレン、及びこれらのヒドロキシメチル化合物又はアルコキシメチル化合物からから選ばれる１種以上を用いることができる。
【００３４】
アルデヒド化合物としては、特に限定されないが、ホルムアルデヒド、パラホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、プロピルアルデヒド、ブチルアルデヒド、イソブチルアルデヒド、ペンチルアルデヒド、へキシルアルデヒド、グルタルアルデヒド等のアルキルアルデヒド、サリチルアルデヒド、３−ヒドロキシベンズアルデヒド、４−ヒドロキシベンズアルデヒド、２−ヒドロキシ−４−メチルベンズアルデヒド、２，４−ジヒドロキシベンズアルデヒド、３，４−ジヒドロキシベンズアルデヒド等のヒドロキシベンズアルデヒド、２−ヒドロキシ−３−メトキシベンズアルデヒド、３−ヒドロキシ−４−メトキシベンズアルデヒド、４−ヒドロキシ−３−メトキシベンズアルデヒド、３−エトキシ−４−ヒドロキシベンズアルデヒド、４−ヒドロキシ−３，５−ジメトキシベンズアルデヒド等のヒドロキシ基とアルコキシ基の両方を有するベンズアルデヒド、メトキシベンズアルデヒド、エトキシベンズアルデヒド等のアルコキシベンズアルデヒド、１−ヒドロキシ−２−ナフトアルデヒド、２−ヒドロキシ−１−ナフトアルデヒド、６−ヒドロキシ−２−ナフトアルデヒド等のヒドロキシナフトアルデヒド、ブロムベンズアルデヒド等のハロゲン化ベンズアルデヒド、フルフラールからから選ばれる１種以上を用いることができる。
【００３５】
例えば、樹脂を構成するモノマーを溶媒中で重縮合させることによって湿潤ゲルを得ることができる。より具体的には、まず、モノマー（例えば、フェノール性水酸基を有する化合物及びアルデヒド化合物）を溶媒に加え、得られた反応液を撹拌する。次に、モノマー同士を重縮合させる。これにより、重縮合体及び溶媒を含む湿潤ゲルを得ることができる。重縮合の際、必要に応じて、加熱の前に酸を添加し、反応液を撹拌する工程を更に備えてもよい。
【００３６】
湿潤ゲルを得るために用いられる溶媒は特に限定されないが、水、有機溶剤、又はこれらの混合溶媒であってよい。好ましくは、モノマー（例えば、フェノール性水酸基を有する化合物、アルデヒド化合物）、及び必要により用いられる触媒の溶解性が高い溶媒を任意に選択することができる。これにより、未反応原料が少ない湿潤ゲルを短時間で作製することができる。
【００３７】
溶媒として用いられる有機溶剤は、シクロヘキサン等の炭化水素、プロパノール、ブタノール（例えばｔｅｒｔ−ブチルアルコール）、オクタノール、エチレングリコール、グリセリン、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル等のアルコール、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン、酢酸ブチル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等のエステル等であってよい。
【００３８】
モノマーを重縮合させる反応液には、触媒を加えてもよい。触媒は、特に限定されないが、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸アンモニウム、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化バリウム、アンモニア、アミン類等の塩基性触媒であってよい。このうち、無機塩基性触媒は、安価かつ取り扱いが容易であるため、より有用である。反応液に界面活性剤を加えてもよい。
【００３９】
モノマーとしてフェノール性水酸基を有する化合物及びアルデヒド化合物を使用する場合、フェノール性水酸基を有する化合物（Ｐ）とアルデヒド化合物（Ａ）とのモル比（Ｐ／Ａ）は、好ましくは０．１〜２．０であり、より好ましくは０．２〜１．５であり、更に好ましくは０．２〜１．０である。これにより、未反応のアルデヒド化合物の含有量が少ない湿潤ゲルを好適に得ることができる。
【００４０】
フェノール性水酸基を有する化合物（Ｐ）と、触媒（Ｂ）とのモル比（Ｐ／Ｂ）は、好ましくは１〜５００００であり、より好ましくは１０〜３００００であり、更に好ましくは２０〜２００００である。これにより、未反応原料の少ない湿潤ゲルを、短時間で得ることができる。
【００４１】
フェノール性水酸基を有する化合物（Ｐ）と、溶媒（Ｓ）との重量比（Ｐ／Ｓ）は、好ましくは０．０１〜４であり、より好ましくは０．０５〜１であり、更に好ましくは０．１〜０．８である。これにより、未反応原料の少ない湿潤ゲルを、短時間で得ることができる。
【００４２】
重縮合のために反応液を加熱してもよい。加熱条件は、好ましくは４０℃〜９０℃の温度下で４時間〜４８０時間であり、より好ましくは５０℃〜９０℃の温度下で５時間〜３００時間であり、更に好ましくは６０℃〜８０℃の温度下で６時間〜２００時間である。これにより、未反応原料の少ない湿潤ゲルを、短時間で好適に得ることができる。
【００４３】
湿潤ゲルから溶媒を除去することにより、樹脂多孔質体（乾燥ゲル）が形成される。樹脂多孔質体の内部には、複数の空孔が形成されている。樹脂多孔質体において、０．１〜４００ｎｍの範囲で測定された空孔径分布がピークを示す空孔径（空孔径ピーク）、及び、空孔容積は、上述したカーボンエアロゲルにおける空孔径ピーク及び空孔容積と同様の方法によって求めることができる。
【００４４】
樹脂多孔質体の比表面積及び空孔径分布等に基づいて、カーボンエアロゲルの比表面積及び空孔径分布を制御することができる。樹脂多孔質体の比表面積及び空孔径分布は、例えば、モノマーを重縮合する反応液におけるモノマーの濃度（溶媒に対するモノマーの比率）によって制御することができる。モノマーの濃度が低いと、樹脂多孔質体及びこれから得られるカーボンエアロゲルの比表面積が小さく、空孔径ピークが大きくなる傾向がある。例えば、モノマーの濃度（例えばフェノール性水酸基を有する化合物及びアルデヒド化合物の合計の濃度）は、溶媒の質量を基準として１〜７０質量％であってもよい。
【００４５】
湿潤ゲルから溶媒を除去する方法は、例えば、湿潤ゲルを常圧乾燥、ピンホール乾燥、加熱乾燥、減圧乾燥、加熱減圧乾燥、真空凍結乾燥、超臨界乾燥させる方法等であってよい。このうち、真空凍結乾燥又は超臨界乾燥は、乾燥後の体積収縮、空孔の破壊を防げることから好適である。
【００４６】
溶媒の揮発速度を効率よく制御できる観点から、溶媒を除去する方法は、湿潤ゲル中の溶媒を他の溶媒に置換する工程と、溶媒置換された湿潤ゲルから置換後の溶媒を揮発させる工程と、を含んでいてもよい。
【００４７】
樹脂多孔質体を熱分解により炭化させることによって、カーボンエアロゲルを得ることができる。炭化の方法は特に限定されないが、電気マッフル炉を用いた、不活性ガス雰囲気下での加熱による方法が簡便であるため好ましい。
【００４８】
炭化の際の加熱温度としては、特に限定されないが、好ましくは、６００〜１２００℃であり、より好ましくは、８００〜１０００℃である。この温度範囲で加熱することにより、炭化が促進され、より均一な分子構造を有する炭化物（カーボンエアロゲル）が形成される。炭化物の分子構造が均一になると、これを濾過装置の濾材に用いた際に、送液・送風時の圧力損失を少なくでき、カーボンエアロゲルの空孔内部までウイルスを効率よく侵入させ、吸着することができる。カーボンエアロゲルの空孔内部までウイルスが侵入することで、ウイルスの飛散による二次感染を防ぐことができる。
【００４９】
本実施形態のカーボンエアロゲルは、ウイルスの吸着材として特に好適に用いることができる。すなわち、一実施形態におけるウイルスの吸着材は、ＢＥＴ比表面積が２００ｍ２／ｇ以上であり、０．１〜４００ｎｍの範囲で測定された空孔径分布がピークを示す空孔径が、２ｎｍ以上２００ｎｍ以下である、カーボンエアロゲルを含む。吸着材は、カーボンエアロゲルのみからなっていてもよいし、他の成分を含んでいてもよい。
【００５０】
吸着材の吸着対象となるウイルスは、ノロウイルス、肝炎ウイルス、インフルエンザウイルス等であってよい。
【００５１】
カーボンエアロゲルをウイルスの吸着材として用いると、優れた吸着能及び吸着速度を得ることができる。本実施形態の吸着材は、ウイルスの吸着能に優れると共に、ウイルスの吸着に関して即効性を有する。
【００５２】
次に、カーボンエアロゲルを使用した濾過装置について説明する。一実施形態に係る濾過装置は、濾過される流体（気体又は液体）の流路に沿って、前部フィルタ、濾材層及び後部フィルタをこの順に備えている。
【００５３】
前部フィルタは、主として、巨視的なサイズの粗大物を捕捉して、下流に位置する濾材層の目詰まりを抑制するために設けられる。前部フィルタが粗大物を捕捉することにより、濾材層に含まれる濾材としてのカーボンエアロゲルの吸着能を更に高めることができる。前部フィルタは、濾過される流体を流通可能で、粗大物が捕捉できるものであればよい。前部フィルタは、例えば、０．１μｍ以上の粒径（最大幅）を有する粗大物を捕捉できるものであってもよい。
【００５４】
前部フィルタの素材は特に限定されないが、樹脂、金属、セラミック、シリカ、活性炭などであってよく、これらを単独で又は組み合わせて用いられることができる。前部フィルタは、これらの材料の多孔質体、又は不織布等であってよい。
【００５５】
濾材層は、上述したカーボンエアロゲルを含む。濾材層は、上述したカーボンエアロゲルが板状に形成されたものであってよく、粉体状のカーボンエアロゲルが前部フィルタと後部フィルタとの間に充填されることによって形成されてもよい。
【００５６】
後部フィルタは、主として、濾材層に含まれるカーボンエアロゲルが濾過装置外に流出することを抑制するために設けられる。後部フィルタは、濾過される流体を流通可能で、濾材層中のカーボンエアロゲルを実質的に通過させないものであればよく、上述した前部フィルタと同様の素材によって形成されていてよい。濾過装置において、後部フィルタは、前部フィルタと同一であってもよいし異なっていてもよい。
【００５７】
濾過装置は、他の実施形態において、前部フィルタの直前、及び後部フィルタの直後に設けられた、流路を遮断可能な弁を更に備えてもよい。濾過装置が弁を備える場合、使用後に弁を閉じることによって、濾過装置内に捕捉されたウイルスの飛散を抑止できる。また、例えば濾過装置を交換する必要がある場合には、ウイルスを濾過装置の内部に閉じ込めたまま濾過装置を交換することができる。
【００５８】
前部フィルタ、濾材層及び後部フィルタの、流路に沿う方向における厚みは、ウイルスが好適に除去されていれば特に限定されないが、０．０１ｃｍ〜１ｍであることが好ましく、０．１ｃｍ〜５０ｃｍであることがより好ましい。この厚みにすることによって、濾過装置を省スペース化することができる。
【００５９】
前部フィルタ、濾材層及び後部フィルタの、流体の流路に垂直な断面の断面積は特に限定されないが、０．１ｃｍ２〜１０ｍ２であることが好ましく、１ｃｍ２〜５ｍ２であることがより好ましい。この厚みにすることによって、濾過装置を省スペース化することができると共に、エアコンの配管内、吹き出し口等、様々な箇所に使用できる大きさとすることが可能となる。
【００６０】
カーボンエアロゲルを使用した濾過装置は、更なる他の実施形態として、カーボンエアロゲルが流動及び分散している流動層を濾材層として有する、流動式分散装置であってもよい。流動式分散装置においては、入口及び出口を備える所定の分離容器内にカーボンエアロゲルを流動及び分散させることにより、濾材層を形成してよい。
【００６１】
上述した実施形態の濾過装置は、上述したカーボンエアロゲルを備えているため、ウイルスの吸着用又は除去用の濾過装置として特に好適に用いられる。本実施形態の濾過装置は、ウイルスの吸着能に優れると共に、ウイルスの吸着、除去に関して即効性を有する。本実施形態の濾過装置は、ウイルスの吸着、除去を効率よく行うことができるため、省エネルギーの濾過装置ということもできる。
【実施例】
【００６２】
以下、本発明の構成と効果を具体的に示す実施例について説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００６３】
［実施例１］
撹拌子を入れた１１０ｍＬのラボランスクリュー管に、レゾルシノール４８．０ｇ及び超純水１４６．３ｇを入れて室温下で撹拌した。その後、ラボランスクリュー管に３５−３８％ホルムアルデヒド水溶液７１．８ｇを加え、混合液を再度室温下で撹拌した。撹拌後のラボランスクリュー管に、５％炭酸アンモニウム水溶液０．０８gを更に加え、得られた水溶液を原料水溶液（ａ）とした。３０００ｍＬのセパラブルフラスコに、シクロヘキサン１２５０ｍＬ及び界面活性剤（スパン８０）６２．５ｍＬを入れ、３００ｒｐｍで３０分間撹拌した後、原料水溶液（ａ）を添加して、３５０ｒｐｍで撹拌しながら、フラスコ内の反応液を６０℃、５時間加熱し、沈殿物（湿潤ゲル）を生成させた。湿潤ゲルを濾取して、当該湿潤ゲルをｔｅｒｔ−ブチルアルコール３００ｍＬに浸漬させ、室温で１日静置することにより、湿潤ゲル中のシクロヘキサンをｔｅｒｔ−ブチルアルコールに置換した。静置後、上澄みをデカンテーションにより除去する操作を合計３回行った。残存した湿潤ゲルを−２０℃の冷凍庫で１時間凍結し、凍結した湿潤ゲルをデシケータ内に移して、室温下、ダイアフラムポンプで３日間以上真空乾燥することによって、湿潤ゲル中のｔｅｒｔ−ブチルアルコールを除去し、乾燥ゲル（樹脂多孔質体）を得た。この樹脂多孔質体を、卓上真空ガス置換炉（ＦＵＡ１１２ＤＢ、ＡＤＶＡＮＴＥＣ（株）製）を使用して、窒素ガス雰囲気下、２５０℃で１時間加熱後、９００℃まで昇温し、更に４時間加熱することによって炭化させた。炭化によって得られたカーボンエアロゲルを室温まで自然放冷した。表１において、Ｐ／Ａはフェノール性水酸基を有する化合物（Ｐ）とアルデヒド化合物（Ａ）とのモル比を、Ｐ／Ｂはフェノール性水酸基を有する化合物（Ｐ）と触媒（Ｂ）とのモル比を、Ｐ／Ｓはフェノール性水酸基を有する化合物（Ｐ）と溶媒（Ｓ）との質量比を示す。
【００６４】
［実施例２］
シクロヘキサンの量を２５００ｍＬに、スパン８０の量を１２５ｍＬに変更した以外は、実施例１と同様の方法によりカーボンエアロゲルを得た。
【００６５】
［空孔径ピーク・ＢＥＴ比表面積の測定]
実施例１〜２のカーボンエアロゲルの比表面積及び空孔径分布を、細孔分析装置（ＡｕｔｏＳｏｒｂ  ｉＱ、Ｑｕａｎｔａｃｈｒｏｍｅ製）を用いて測定した。前処理として、試料管（φ９ｍｍ）に５０ｍｇのカーボンエアロゲル（以下、「試料」という。）を採取し、試料を１００℃で１．５〜２時間真空加熱乾燥することで、試料表面の吸着物質を除去した。細孔分析装置による測定中においては、不活性ガスとしてヘリウムを、吸着ガスとして窒素を用い、測定中は、液体窒素を用いて試料を冷却した。試料の単分子吸着量Ｗｍ（ｇ）を、測定結果から得られるＢＥＴプロットからＢＥＴ式を用いて算出した。Ｗｍから、比表面積ＳＢＥＴ（ｍ２／ｇ）を求めた。空孔径分布については、Ｋｅｌｖｉｎ式と脱着等温線を利用したＢＪＨ法を用いて求め、０．１〜４００ｎｍの範囲の空孔径分布から空孔径ピークΦｐｅａｋ（ｎｍ）を確認した。２ｎｍ未満の径を有する空孔の容積である空孔容積Ｖ1（ｃｃ／ｇ）、及び、２ｎｍ以上１００ｎｍ未満の径を有する空孔の容積である空孔容積Ｖ2(ｃｃ／ｇ)についても算出した。測定結果を表１に示す。
【００６６】
【表１】
2019210188.tif 000002
【００６７】
［ウイルス吸着性の評価１］
ウイルス吸着特性の評価方法として、ブルーデキストラン（分子量２００万、ＣＡＳ番号８７９１５−３８−６、シグマアルドリッチ社製）を疑似的に用いた、水中での吸着量評価を行った。ブルーデキストランとしては、クロマトグラフで分子量マーカとして使用できる程度に分子量分布の小さいグレードを使用した。まず、実施例１及び２のカーボンエアロゲルを所定量秤量し、それぞれ９ｃｃのスクリュー管に採取した。カーボンエアロゲルの入ったスクリュー管に、ブルーデキストラン２．７ｍｇを１００ｇの超純水に完全に溶解させた溶液を５ｍＬずつ加えた。スクリュー管内の混合物を、ミックスローター(ＶＭＲ−５Ｒ、アズワン（株）製)を用いて１００ｒｐｍで５時間撹拌し、撹拌後の混合物を親水性ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）フィルタ（ＳＦＰＴＦＥ０２５０２２ＮＬ、ＭＥＭＢＲＡＮＥ  Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ社製）を通過させて濾液を採取し、カーボンエアロゲルを除去した。得られた濾液を試験液として３ｍＬ採取し、測定セル(ＣＵＶＥＴＴＥ  ＡＣＲＹＬＩＣ  ４．５ＭＬ  ＳＴ−ＭＡ、アズワン（株）製）に移して、分光光度計（Ｕ−２９００、（株）日立ハイテクサイエンス製）を用いて紫外可視吸収スペクトルを測定した。ブルーデキストラン水溶液の紫外可視吸収スペクトルにおける６２０ｎｍの吸光度から、ろ液中に残存したブルーデキストランの平衡濃度（Ｃ）を算出し、以下の式（１）を用いて吸着量（Ｗ）を見積もった。その結果、図１に示すとおり、実施例１及び２に係るカーボンエアロゲルがブルーデキストランに対して吸着特性を示すことが分かった。
Ｗ＝Ｖ（Ｃ０−Ｃ）／Ｍｉ      （１）
（ただし、Ｗ：吸着量（ｍｇ／ｍｇ−吸着材）、Ｍｉ：カーボンエアロゲルの添加量（ｍｇ−吸着材）、Ｖ：試験液の体積（ｍＬ）、Ｃ０：測定前の試験液濃度（ｍｇ／ｍＬ）、Ｃ：平衡濃度（ｍｇ／ｍＬ））
【００６８】
［ウイルス吸着性の評価２（吸着速度の評価）］
実施例１のカーボンエアロゲル及び活性炭（比較例１）について、バクテリオファージＱβを用いて、以下の手順によりウイルス吸着試験を行った。
（１）大腸菌液の調製
凍結保存された大腸菌の菌株をＬＢ  Ａｇａｒ（Ｄｉｆｃｏ社製、以下、ＬＢ寒天培地ともいう。）に接種して、３７±１℃で２４時間培養した。発育した集落を、カルシウムを添加したＬＢ培地５ｍＬに接種して、３７±１℃で１５時間静置培養した。この培養菌液０．０３ｍＬを新たなカルシウム添加ＬＢ培地３０ｍＬに接種して、３７±１℃、毎分１１０往復（振幅３ｃｍ）の条件で５時間振とう培養した。振とう培養により生存細胞数が約１０８ｃｆｕ／ｍＬになった菌液を、試験用大腸菌液とした。
（２）ファージ液の調製
所定の方法により準備した精製ファージ液をリン酸緩衝生理食塩水(ＰＢＳ)で５０，０００倍に希釈し、約１０６ｐｆｕ／ｍＬに調製し、これを試験ファージ液（以下、ウイルス液ともいう。）とした。
（３）ウイルス液への添加と吸着
実施例1のカーボンエアロゲル及び比較例1の活性炭（以下、試験品ともいう。）を表２に記載の濃度となるように３０ｍＬのウイルス液に懸濁させ、ウイルス液を５０ｍＬ容量の遠沈管（（株）エル・エム・エス製）に入れた。遠沈管をローテータ（アズワン（株）製）に固定した後、１０ｒｐｍ、２５±１℃で回転させながら撹拌し、試験品にウイルスを吸着させた。遠沈管を撹拌してから３０分経過後及び３時間経過後に、ウイルス液を５ｍＬ採取し、孔径０．２２μｍのシリンジフィルター（Ｍｅｌｌｅｘ  ＧＶ、メルクミリポア社製）でろ過し、試験品を除去したウイルス液を感染価測定用試料の原液とした。なお、対照としては試験品を加えないウイルス液について同様に操作したものを用いた。
（４）ファージ感染価の測定
感染価測定用試料の原液から、ペプトン加生理食塩水を用いて１０倍段階希釈列を作製した。カルシウム添加ＬＢ軟寒天培地２．０ｍＬに、（１）で調製した大腸菌液０．１ｍＬを加えて混合し、ここに試料原液または希釈液の各１．０ｍＬを加えて混合した。これをカルシウム添加ＬＢ寒天培地に重層し、３７±１℃で約１６時間培養した。培養後に発生したプラークを数えて、感染価測定用試料のファージ感染価を算出した。結果を表２に示す。
（５）感染価対数減少値の算出
対照の初期（撹拌前）感染価及び各試験品の撹拌時間経過後の感染価から、下記式を用いて対数減少値（＝ＬＲＶ）を算出した。ＬＲＶは小数点以下二位を切り捨てて表記した。結果を表２に示す。
ＬＲＶ＝Ｌｏｇ１０（初期感染価/各試験品の撹拌時間経過後の感染価）
【００６９】
【表２】
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【００７０】
表２に示すように、実施例１のカーボンエアロゲルはウイルスに対する吸着能を有しており、比較例１の活性炭よりもウイルスの吸着速度において優れているといえる。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明のカーボンエアロゲルによれば、これまで回収が困難であった分子サイズあるいは粒子サイズの物質を、効率よく吸着し回収することができる。特に産業排水においては、色素、タンパク質、動物植物油、細菌、バクテリア、その他有害物の除去、又は金属など有価物の回収に利用することができる。
【００７２】
本発明のカーボンエアロゲルによれば、種々の材料の軽量化、断熱性、遮音性、導電性等の付与に用いることも期待できる。
【００７３】
本発明のカーボンエアロゲルを備える濾過装置によれば、ウイルスの除去に対して即効性があり、既存の濾過装置よりも省エネルギー且つ高効率にウイルスを除去することができる。また、濾過装置が本発明のカーボンエアロゲルを備えることにより、ウイルスが効率よく濾材に吸着され、ウイルスの飛散が抑制され、交換時の二次感染が抑制されるという点で、有用である。
【図１】
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