(57)【要約】      （修正有）【課題】アンモニア等の塩基性ガスから成る臭気成分を長期間にわたって吸着除去することができる脱臭用吸着材素子及びその製造方法を提供する。【解決手段】レーヨン系の活性炭素繊維を、酸素含有雰囲気下、例えば、空気を送風しながら３００〜５００℃で０．５〜５時間熱処理して、活性炭素繊維に所定の官能基を導入し、全酸性基量が２〜２０ｍｅｑ／ｇ、カルボキシル基量が０．５〜１０ｍｅｑ／ｇ、水酸基量が０．５〜８ｍｅｑ／ｇである活性炭素繊維からなる脱臭用吸着素子。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸塩基滴定法による全酸性基量が２〜２０ｍｅｑ／ｇ、カルボキシル基量が０．５〜１０ｍｅｑ／ｇ、水酸基量が０．５〜８ｍｅｑ／ｇである活性炭素繊維から成ることを特徴とする脱臭用吸着材素子。
【請求項２】
前記活性炭素繊維が、レーヨン系活性炭素繊維である請求項１に記載の脱臭用吸着材素子。
【請求項３】
前記活性炭素繊維が、酸素含有雰囲気下、３００〜５００℃で０．５〜５時間熱処理して得られる熱処理活性炭素繊維である請求項１に記載の脱臭用吸着材素子。
【請求項４】
活性炭素繊維を酸素含有雰囲気下、３００〜５００℃で０．５〜５時間熱処理することを特徴とする請求項１に記載の脱臭用吸着材素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気中の臭気成分、特にアンモニアや各種アミン類等の塩基性ガス成分を効率良く吸着除去する脱臭用吸着材素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、各種空気清浄機等において、煙草の副流煙等に含まれる臭気成分であるアンモニアや各種アミン類等の塩基性ガスは、粒状活性炭、シリカゲル、ゼオライト等を吸着材素子とする脱臭フィルターに流通させて吸着除去されている。しかし、これらの吸着材素子は吸着速度が低いため、脱臭フィルターに１回流通させるだけでは臭気成分を十分に吸着除去することができない。そのため、臭気成分の除去率を向上させるためには、被処理ガスを脱臭フィルターに繰り返し流通させる必要があり、室内空間の脱臭に長時間を要している。また、これらの吸着材素子は、アンモニアや各種アミン類等の塩基性ガスに対する吸着容量が低く、吸着材素子を頻繁に交換する必要がある。
【０００３】
活性炭素繊維（以下、「ＡＣＦ」と記す）は、細孔が繊維の表面に存在するため、吸着速度が高い吸着材素子として知られている。また、ＡＣＦは、粒状活性炭等と比較して表面積が大きいため、吸着能が優れる。繊維状のＡＣＦは、紙、織物、不織布等の形態に容易に加工できるため、様々な分野で活用されている。
【０００４】
特許文献１には、酸素含有量が３質量％以上であって表面に酸素官能基を有するピッチ系ＡＣＦが開示されているが、アンモニアや各種アミン類等の塩基性ガスに対する吸着容量が十分ではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平２−１１８１２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、臭気成分、特にアンモニアや各種アミン類等の塩基性ガスを長期間にわたって吸着除去することができる脱臭用吸着材素子及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、特にアンモニアや各種アミン類等の塩基性ガスを効率良く吸着除去できる吸着材素子について検討した。その結果、ＡＣＦを所定条件で熱処理して該ＡＣＦに所定の官能基を導入することにより、アンモニアや各種アミン類等の塩基性ガスの吸着能が飛躍的に向上することを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
上記課題を解決する本発明は以下に記載するとおりである。
【０００９】
〔１〕  酸塩基滴定法により測定される全酸性基量が２〜２０ｍｅｑ／ｇ、カルボキシル基量が０．５〜１０ｍｅｑ／ｇ、水酸基量が０．５〜８ｍｅｑ／ｇである活性炭素繊維から成ることを特徴とする脱臭用吸着材素子。
【００１０】
〔２〕  前記活性炭素繊維が、レーヨン系活性炭素繊維である〔１〕に記載の脱臭用吸着材素子。
【００１１】
〔３〕  前記活性炭素繊維が、酸素含有雰囲気下、３００〜５００℃で０．５〜５時間熱処理して得られる熱処理活性炭素繊維である〔１〕に記載の脱臭用吸着材素子。
【００１２】
〔４〕  活性炭素繊維を酸素含有雰囲気下、３００〜５００℃で０．５〜５時間熱処理することを特徴とする〔１〕に記載の脱臭用吸着材素子の製造方法。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の脱臭吸着材素子は、ＡＣＦを原料とする。ＡＣＦは繊維表面に１０〜２０Å程度のミクロポアを有しており、１００Å以上のマクロポアを有さない。吸着に寄与するミクロポアが繊維表面に形成されているため、吸着速度が高い。したがって、低濃度の被処理ガスに対する吸着能が高く、脱臭用吸着材素子に被処理ガスを１回流通させるだけで臭気成分を高い除去率で除去できる。また、本発明の脱臭用吸着材素子は、ＡＣＦが熱処理されて所定の官能基が導入されている。この熱処理ＡＣＦは、塩基性ガス、特にアンモニアや各種アミン類等の吸着能が特異的に高い。さらに、熱処理ＡＣＦの吸着容量は、未処理のＡＣＦや粒状活性炭と比較して大きい。そのため、脱臭用吸着材をコンパクトに設計できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、吸着破過試験に用いる試験装置の構成を示す説明図である。
【図２】図２は、脱臭用吸着材素子のアンモニアガス吸着能を示す破過曲線である。
【図３】図３は、全酸性基量とアンモニア吸着率との関係を示すグラフである。
【図４】図４は、カルボキシル基量とアンモニア吸着率との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の脱臭用吸着材素子、その製造方法及び使用方法について詳細に説明する。
【００１６】
（１）脱臭用吸着材素子
本発明の脱臭用吸着材素子は、ＡＣＦを熱処理して得られる熱処理ＡＣＦを主成分とする。この熱処理ＡＣＦは、表面官能基量が所定範囲に制御されている。なお、本明細書において、表面官能基量は酸塩基滴定法（Ｂｏｅｈｍ法）により測定される値である。
【００１７】
熱処理ＡＣＦの全酸性基量は２〜２０ｍｅｑ／ｇであり、５〜１７．５ｍｅｑ／ｇであることが好ましく、７．５〜１５ｍｅｑ／ｇであることがより好ましい。２ｍｅｑ／ｇ未満である場合、塩基性ガスに対する吸着能が向上し難い。
【００１８】
熱処理ＡＣＦのカルボキシル基量は０．５〜１０ｍｅｑ／ｇであり、２〜８．５ｍｅｑ／ｇであることが好ましく、３〜７ｍｅｑ／ｇであることがより好ましい。０．５ｍｅｑ／ｇ未満である場合、塩基性ガスに対する吸着能が向上し難い。
【００１９】
熱処理ＡＣＦのフェノール系水酸基量は０．５〜８ｍｅｑ／ｇであり、２．５〜７ｍｅｑ／ｇであることが好ましく、３〜６ｍｅｑ／ｇであることがより好ましい。０．５ｍｅｑ／ｇ未満である場合、塩基性ガスに対する吸着能が向上し難い。
【００２０】
熱処理ＡＣＦの比表面積は１００〜２０００ｍ２／ｇであることが好ましく、５００〜１５００ｍ２／ｇであることがより好ましい。１００ｍ２／ｇ未満である場合、臭気成分の吸着能力が低い。２０００ｍ２／ｇを超える場合、収率が大きく低下し経済的に不利である。
【００２１】
熱処理ＡＣＦの全細孔容積は０．３〜１．２ｃｃ／ｇであることが好ましく、０．５〜１．０ｃｃ／ｇであることがより好ましい。０．３ｃｃ／ｇ未満である場合、吸着材素子の吸着容量が小さい。そのため、吸着材素子の交換又は再生の頻度が高くなる。１．２ｃｃ／ｇを超える場合、収率が大きく低下し経済的に不利である。
【００２２】
熱処理ＡＣＦの繊維直径は特に限定されないが、通常１〜５０μｍであり、５〜３０μｍであることが好ましい。
【００２３】
ＡＣＦの形態はトウ、カットファイバー、織物、不織布、フェルト、紙等の任意の形態を採用できる。
【００２４】
熱処理ＡＣＦは、従来公知のＡＣＦを熱処理することにより得られる。ＡＣＦとしては、フェノール系ＡＣＦ、ポリアクリロニトリル系ＡＣＦ、ピッチ系ＡＣＦ、レーヨン系ＡＣＦが例示される。これらの中でもレーヨン系ＡＣＦは他のＡＣＦと比較して特に好ましい。図３は、全酸性基量とアンモニア吸着率との関係を示すグラフである。これによれば、レーヨン系の熱処理ＡＣＦは、同一の全酸性基量であってもアンモニアの吸着率が、その他の熱処理ＡＣＦと比べて特異的に高い。図４は、カルボキシル基量とアンモニア吸着率との関係を示すグラフである。同様に、レーヨン系の熱処理ＡＣＦは、同一のカルボキシル基量であってもアンモニアの吸着率が、その他の熱処理ＡＣＦと比べて特異的に高い。その理由は定かではないが、レーヨン系ＡＣＦの特異的な吸着能は、他のＡＣＦと比較して繊維表面に深い溝が形成されており官能基の導入態様が異なっている可能性があることや、灰分に由来する極性部分が少なく水分吸着の影響を受けにくいこと等に起因するのではないかと推察される。
【００２５】
（２）脱臭用吸着材素子の製造方法
本発明の脱臭用吸着材素子は、主として上記の熱処理ＡＣＦから構成される。熱処理ＡＣＦは、ＡＣＦを酸素含有雰囲気下、３００〜５００℃で０．５〜５時間熱処理することにより製造される。この熱処理により、表面官能基量が上記所定範囲に制御される。
【００２６】
酸素含有雰囲気としては、酸素を５容量％以上含有していればよい。このような酸素含有雰囲気としては空気が例示される。
【００２７】
熱処理温度は、３００〜５００℃であり、３５０〜４８０℃が好ましく、４００〜４５０℃がより好ましい。３００℃未満の場合、ＡＣＦへの表面官能基の導入が不十分であり、アンモニアや各種アミン類等のような塩基性ガスの吸着能が十分に向上しない。５００℃を超える場合、ＡＣＦが燃焼したり、ＡＣＦに形成されているミクロポアが消失したりする。
【００２８】
熱処理時間は０．５〜５時間であり、１〜３時間が好ましい。０．５時間未満である場合、表面官能基の導入が不十分となる。５時間を超える場合、経済的に不利である。また、熱処理温度によってはＡＣＦに形成されているミクロポアが消失する場合がある。
【００２９】
熱処理は公知の加熱装置を用いて行えばよい。例えば、連続管状炉やロータリーキルン型熱処理装置、高温オーブン等が例示される。
【００３０】
（３）脱臭用吸着材素子の使用方法
本発明の脱臭用吸着材素子は、臭気成分を含む被処理ガスと接触させることにより使用される。即ち、被処理ガスを吸着材素子に導いて被処理ガス中の臭気成分を吸着除去する。接触時間や被処理ガスの流量、吸着材素子の量は、被処理ガスの種類や濃度により適宜設定される。
【００３１】
この熱処理ＡＣＦは、そのまま用いてもよいし、任意の形態に加工してもよい。また、他の吸着材素子と組み合わせても良く、触媒等を付加しても良い。
【００３２】
本発明の脱臭用吸着材素子を構成する熱処理ＡＣＦは、ＡＣＦのミクロポア内に各種ガスを吸着させることができる。また、熱処理ＡＣＦは、熱処理によって表面官能基の量が所定範囲に制御されているので塩基性ガスの吸着能が特に優れている。そのため、被処理ガス中の臭気成分のうち、塩基性成分の吸着量が特に高くなる。塩基性ガスとしては、メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、ジエチルアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン等の各種アミン類やアンモニアが例示される。その中でもアンモニアの吸着能が特に優れている。
【実施例】
【００３３】
以下、実施例によって本発明をさらに具体的に説明する。本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００３４】
以下の実施例において、「破過曲線」とは、吸着材素子に一定濃度の臭気成分を含む被処理ガスをワンパスで流通させた場合の、流通時間に対する臭気成分の出口濃度を示す曲線をいう。また、「保持時間」とは、被処理ガスの流通を開始してから、被処理ガス中の臭気成分が吸着材素子に吸着されている時間をいう。「１０％破過時間」とは、カラム出口における臭気成分の濃度が、カラム入口における臭気成分の濃度の１０％を超えるまでに要する時間をいう。吸着率は、吸着前後における吸着材素子の質量変化から計算した。即ち、下記式（１）
吸着率（％）＝１００×（吸着後の吸着材素子の質量−吸着前の吸着材素子の質量）／吸着前の吸着材素子の質量  ・・・式（１）
により計算した。
【００３５】
以下の実施例において、被処理ガスの吸着試験は次のとおり行った。図１は、吸着試験に用いる試験装置の構成を示す説明図である。図１中、１００は試験装置である。１１はテドラーバッグであり、内部に被処理ガスが充填されている。テドラーバッグ１１には、送気管１２、給気ポンプ１３及び送気管１４を順に介して流量計１５の入口側に接続されている。流量計１５の出口側は、送気管１６を介してカラム１７の一端（入口側）に接続されている。カラム１７内には吸着材素子１８が充填されている。カラム１７の他端（出口側）には、送気管１９が接続されている。テドラーバッグ１１内に充填された被処理ガスは、給気ポンプ１３を用いてカラム１７に導入され、吸着材素子１８と接触した後、送気管１９を通って大気中に放出される。
【００３６】
以下の実施例で用いた原料ＡＣＦの物性等は以下のとおりである。
・レーヨン系ＡＣＦ：比表面積は１１３０ｍ２／ｇ、目付は１８０ｇ／ｍ２のフェルト状ＡＣＦ
・フェノール系ＡＣＦ：比表面積は１２４０ｍ２／ｇ、目付は１７０ｇ／ｍ２のフェルト状ＡＣＦ
・ピッチ系ＡＣＦ：比表面積は１０２０ｍ２／ｇ、目付は３９０ｇ／ｍ２のフェルト状ＡＣＦ
・ＰＡＮ系ＡＣＦ：比表面積は９４０ｍ２／ｇ、目付は１８０ｇ／ｍ２のフェルト状ＡＣＦ
【００３７】
（実施例１）
レーヨン系ＡＣＦ ５０ｇをロータリーキルン型熱処理装置（株式会社タナカテック製）を用いて常圧下、空気を１Ｌ／ｍｉｎ．で送風しながら、４５０℃で２時間加熱処理してレーヨン系の熱処理ＡＣＦを得た。この熱処理ＡＣＦの比表面積は１２６０ｍ２／ｇ、熱処理後におけるＡＣＦの全酸性基量、カルボキシル基量及びフェノール系水酸基量は表１に記載した。
【００３８】
この熱処理ＡＣＦを１．０ｇ計り取り、図１に示す試験装置のカラム内に充填して吸着試験を行った。被処理ガスとしては、アンモニアガスを３００ｐｐｍ含有させた空気を用いた。被処理ガスの温度は２０℃、湿度は５０％である。被処理ガスの流量は０．３Ｌ／ｍｉｎ．とした。被処理ガスのカラム出口濃度はガス検知管を用いて測定した。破過曲線は図２の符号Ｅ１に示した。その他の結果は表１に示した。
【００３９】
（実施例２〜４）
原料として用いるＡＣＦを表１に記載するとおり変更した他は、実施例１と同様に製造して各熱処理ＡＣＦを得た。また、実施例１と同様に吸着試験を行った。破過曲線は図２の符号Ｅ２〜４に示した。なお、図２中、符号Ｅ２及び符号Ｅ４の破過曲線は重なっている。その他の結果は表１に示した。
【００４０】
（実施例５〜６）
レーヨン系ＡＣＦを用いて、熱処理時間を表１に記載するとおり変更した他は、実施例１と同様に製造して各熱処理ＡＣＦを得た。また、実施例１と同様に吸着試験を行った。破過曲線は図２の符号Ｅ５及び６に示した。なお、その他の結果は表１に示した。
【００４１】
（実施例７）
レーヨン系ＡＣＦを用いて、加熱処理の温度を３５０℃、処理時間を１時間と変更した他は、実施例１と同様に製造して熱処理ＡＣＦを得た。その結果を表１に示した。
【００４２】
（比較例１）
熱処理を行わないレーヨン系ＡＣＦを用いて実施例１と同様に吸着試験を行った。破過曲線は図２の符号Ｃ１に示した。その他の結果は表１に示した。
【００４３】
（比較例２）
熱処理ＡＣＦに変えて粒状活性炭Ａ（クラレケミカル株式会社製、製品名クラレコール３Ｔ‐Ｂ）を用いて実施例１と同様に吸着試験を行った。破過曲線は図２の符号Ｃ２に示した。その他の結果は表１に示した。
【００４４】
（比較例３）
熱処理ＡＣＦに変えて粒状活性炭Ｂ（フタムラ化学株式会社製、製品名  太閤ＩＡ）を用いて実施例１と同様に吸着試験を行った。破過曲線は図２の符号Ｃ３に示した。その他の結果は表１に示した。
【００４５】
（比較例４）
レーヨン系ＡＣＦを用いて、加熱処理の温度を２５０℃、処理時間を０．５時間と変更した他は、実施例１と同様に製造して熱処理ＡＣＦを得た。その結果を表１に示した。
【００４６】
（比較例５）
レーヨン系ＡＣＦを用いて、加熱処理の温度を５５０℃、処理時間を３時間と変更した他は、実施例１と同様に製造して熱処理ＡＣＦを得た。その結果、熱処理前の比表面積が１，１３０ｍ２／ｇであったのに対して、熱処理後には３３０ｍ２／ｇと大幅に低減し、かつ収率が１０％となり、性能面、及び経済面から不利である。
【００４７】
図２は、実施例及び比較例の吸着試験結果を示す破過曲線である。ＡＣＦを用いる実施例１〜４及び比較例１の破過曲線は、１０％破過直前に急激に立ち上がる。即ち、ＡＣＦは吸着速度が高いため、アンモニアの吸着漏れが少ない。そのため、被処理ガスを脱臭用吸着材素子に１回流通させるだけ（ワンパス）でアンモニアを完全に除去できる。一方、粒状活性炭を用いる比較例２及び３の破過曲線は、吸着試験開始直後からアンモニアの吸着漏れが見られる。そのため、アンモニアを完全に除去するためには、被処理ガスを脱臭用吸着材素子に複数回流通させなければならない。
【００４８】
熱処理を施した実施例１のＡＣＦは、熱処理を施していない比較例１のＡＣＦと比較し、保持時間が極めて長い。即ち、熱処理を施すことにより、ＡＣＦの塩基性ガス吸着量が向上する。
【００４９】
レーヨン系ＡＣＦに熱処理を施した実施例１の吸着材素子は、他のＡＣＦに熱処理を施した実施例２〜４の吸着材素子と比較して保持時間は約２倍、飽和吸着量は約１．７倍になった。したがって、レーヨン系熱処理ＡＣＦは、アンモニアのような塩基性ガスの吸着能が特異的に向上している。
【００５０】
【表１】
2015196102.tif 000002
【符号の説明】
【００５１】
１００・・・試験装置
１１・・・テドラーバッグ
１２、１４、１６、１９・・・送気管
１３・・・給気ポンプ
１５・・・流量計
１７・・・カラム
１８・・・吸着材素子
Ｅ１・・・実施例１の破過曲線
Ｅ２・・・実施例２の破過曲線
Ｅ３・・・実施例３の破過曲線
Ｅ４・・・実施例４の破過曲線
Ｅ５・・・実施例５の破過曲線
Ｅ６・・・実施例６の破過曲線
Ｃ１・・・比較例１の破過曲線
Ｃ２・・・比較例２の破過曲線
Ｃ３・・・比較例３の破過曲線
【図１】
2015196102.tif 000003
【図２】
2015196102.tif 000004
【図３】
2015196102.tif 000005
【図４】
2015196102.tif 000006