(57)【要約】  空気のようなガス流れから、酸性、塩基性またはカルボニルを含有する化合物の汚染物質を除去ための汚染物質除去フィルタである。フィルタは、第１の入口面から第２の面に伸びる複数の流れ経路を提供する通路を含む、多孔性または繊維状の基体を有する。基体は、基板中に含浸された活性材料を有する。存在する活性材料は除去すべき汚染物質に基づいて選択される。
2008511403.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚染物質除去用のフィルタであって、
繊維状基板と、
前記繊維状基板の全体に分布する活性材料と、
を有する基体を含み、
前記活性材料が、
（ａ）クエン酸と、防腐剤または安定剤のうちの少なくとも１つ、
（ｂ）前記フィルタがいかなる湿潤剤も用いていなくて、塩基性材料および助触媒、または、
（ｃ）亜硫酸塩、重亜硫酸塩、アンモニア誘導体、特有の高分子量の安定なアミン、および強アルカリの群から選択された１つの反応物、
のうちの１つであることを特徴とするフィルタ。
【請求項２】
前記防腐剤が存在する場合、前記防腐剤は、安息香酸ナトリウム、安息香酸、硝酸カリウム、亜硝酸カリウム、亜硝酸ナトリウム、硝酸ナトリウム、メチルパラベン、エチルパラベン、プロピルパラベン、ブチルパラベン、プロピオン酸、プロピオン酸ナトリウム、プロピオン酸カルシウム、ソルビン酸、ソルビン酸カリウム、酢酸、燐酸、ソルビン酸ナトリウム、ソルビン酸カルシウム、安息香酸カリウム、安息香酸カルシウム、エチルパラ-ヒドロキシ安息香酸、エチルパラ-ヒドロキシ安息香酸ナトリウム、プロピルパラヒドロキシ安息香酸、ビフェニル、ジフェニル、オルトフェニルフェノール、ナトリウムオルトフェニルフェノール、亜硫酸ナトリウム、硫酸ナトリウム、およびその組み合わせからなる群から選択されたものであることを特徴とする請求項１に記載のフィルタ。
【請求項３】
前記安定剤が存在する場合、前記安定剤がポリアクリル酸であることを特徴とする請求項１に記載のフィルタ。
【請求項４】
前記クエン酸と防腐剤とが存在する場合、クエン酸対防腐剤の比率は１:１から５０００：１であることを特徴とする請求項１に記載のフィルタ。
【請求項５】
前記クエン酸と安定剤とが存在する場合、クエン酸対安定剤の比率は１:１から５０：１であることを特徴とする請求項１に記載のフィルタ。
【請求項６】
前記塩基性材料が存在する場合、前記塩基性材料は、炭酸塩、重炭酸塩、および水酸化物、第４アンモニウム化合物、金属酸化物、塩基性アニオン交換樹脂、またはその組み合わせからなる群から選択されたアルカリ金属あるいはアルカリ土類金属であることを特徴とする請求項１に記載のフィルタ。
【請求項７】
前記塩基性材料が炭酸カリウムであることを特徴とする請求項６に記載のフィルタ。
【請求項８】
前記助触媒が存在する場合、前記助触媒がヨウ化カリウム、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化リチウム、ヨウ素酸カリウム、ヨウ素酸ナトリウム、またはヨウ素酸リチウムであることを特徴とする請求項１に記載のフィルタ。
【請求項９】
前記助触媒がヨウ化カリウムであることを特徴とする請求項８に記載のフィルタ。
【請求項１０】
前記塩基性材料と助触媒とが存在する場合、助触媒対塩基性材料の比率は１:１から１：５０００であることを特徴とする請求項１に記載のフィルタ。
【請求項１１】
前記塩基性材料と助触媒とが存在する場合、助触媒対塩基性材料の比率は１:１から１：１０であることを特徴とする請求項１０に記載のフィルタ。
【請求項１２】
前記アンモニア誘導体が存在する場合、前記アンモニア誘導体は２、４ジニトロフェニルヒドラジン(ＤＮＰＨ)、２-ヒドロオキシメチルピペリジン(２−ＨＭＰ)、およびトリス（ヒドロキシメチル）アミノメタンのうちの１つであることを特徴とする請求項１に記載のフィルタ。
【請求項１３】
前記アンモニア誘導体がトリス（ヒドロキシメチル）アミノメタンであることを特徴とする請求項１２に記載のフィルタ。
【請求項１４】
前記亜硫酸塩が存在する場合、前記亜硫酸塩は亜硫酸ナトリウムまたは亜硫酸カリウムであることを特徴とする請求項１に記載のフィルタ。
【請求項１５】
前記重亜硫酸塩が存在する場合、前記重亜硫酸塩は重亜硫酸ナトリウムまたは重亜硫酸カリウムであることを特徴とする請求項１に記載のフィルタ。
【請求項１６】
前記繊維状基板が第１面と第２面とを有し、前記第１面から前記第２面に伸びる複数の通路を有することを特徴とする請求項１乃至請求項１５のいずれか１項に記載のフィルタ。
【請求項１７】
前記汚染物質除去用のフィルタがまっすぐに通過する流れのために構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項１６のいずれか１項に記載のフィルタ。
【請求項１８】
前記繊維状基板は熱可塑性繊維を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項１７のいずれか１項に記載のフィルタ。
【請求項１９】
前記繊維状基板は活性化された炭素繊維を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項１８のいずれか１項に記載のフィルタ。
【請求項２０】
前記汚染物質除去用のフィルタは湿潤剤を用いていないことを特徴とする請求項１に記載のフィルタ。
【請求項２１】
請求項１乃至請求項１５のいずれか１項に記載の汚染物質除去用のフィルタを製造する方法であって、
（ａ）前記基板を提供する工程と、
（ｂ）前記基板に活性材料の混合物を含浸によって適用する工程と、
を有することを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は空気の流れなどのガスの流れから汚染物質を除去する低圧力損失のフィルタエレメントに関する。特に、本発明は、汚染物質を除去するために特に選択された材料で含浸されたフィルタエレメントを使用するガス流れからの汚染物質除去に関する。
【背景技術】
【０００２】
本願は、米国内の企業であり、米国を除く全ての国の指定に対する出願人をＤｏｎａｌｄｓｏｎ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ．の名で、および、米国の指定に対する出願人として米市民であるアンドリュージェームスダラスと中国市民であるレフェイディングと米市民であるデニスジョリマンの名で、２００５年８月２５日にＰＣＴ国際特許出願として出願されたものであり、かつ２００４年８月２７日に米国実用新案出願第１０／９２８，７７６号および２００４年８月２７日出願の米国実用新案出願第１０／９２７，７０８号および２００４年１２月１７日出願の米国実用新案出願第１１／０１６，０１３号に基づく優先権を主張するものである。
【０００３】
エレメントあるいはフィルタと呼ばれるガス吸着物品は、しばしば多くの工業において人々、環境、および重大な製造プロセスあるいはその製造プロセスで製造される製品を保護するために、空気で運ばれる汚染物質を除去するために使用されている。ガス吸着物品の応用の特別な例は、半導体産業であり、そこでは製品が「クリーンルーム」として一般的にその業界で知られている、超清潔な環境で製造されている。ガス吸着物品は多くの非工業の応用でも使用されている。例えば、ガス吸着物品は、商業用ビルおよび住居用ビルの両方で空気移動システム中にしばしば存在し、クリーナーで住民に呼吸をする空気を提供している。
【０００４】
典型的な空気で運ばれる汚染物質は、アンモニア、有機アミン、およびＮ−メチル−２-ピロリドンなどの塩基性汚染物質、硫化水素、塩化水素、または亜硫酸ガスなどの酸性汚染物質、および反応性モノマーまたは反応しない溶媒などのＶＯＣ(揮発性有機化合物)と通常呼ばれる一般的な有機物汚染物質を含む。シラン、シロキサン、シラノール、およびシラザンなどのシリコン含有材料は、いくつかの応用において特に有害な汚染物質であり得る。さらに、多くの有害な工業化学薬品と化学戦争の薬剤は呼吸をする空気から除去されなければならない。
【０００５】
汚れたあるいは汚染された空気は、しばしば微粒状吸着ベッドアセンブリまたは充填されたベッドアセンブリを通して吸引される。そのようなベッドはフレームと、フレーム中に保有された活性炭などの吸着媒体を有する。吸着媒体は、気流からのガス状汚染物質を吸着し、あるいは化学反応し、環境に戻される空気を清浄にするのを可能にする。除去効率と特別な除去効率における時間の長さは、そのプロセスおよび製品を伸びた期間、十分保護するために重要である。
【０００６】
ガス状吸着ベッドの除去効率と能力は、多くの因子、例えば、吸着ベッドを通る空気速度、ベッドの深さ、使用されている吸着媒体のタイプと量、吸着媒体の活性レベルおよびレートに依存する。また、増加されるまたは最大にされるべき効率に対して、ぎっしり充填された吸着ベッドの粒子とフレームとの間の空隙を通って漏れる空気は、排除されるべき点に減少されるべきであることも重要である。微粒状吸着ベッドの例は、オセンドルフ他の米国特許第５，２９０，３４５号、グラハム他の同第５，９６４，９２７号、グラハム他の同第６，１１３，６７４号で教示されたものを含む。これらのぎっしり充填されたベッドは、ベッドを通る空気て流れのための曲がりくねった経路をもたらす。
【０００７】
しかしながら、ぎっしり充填されたベッドの結果として、かなりの圧力損失をこうむる。圧力損失を最小にする現在の解決策は、ベッドの面積を増加することによってベッドを通る空気速度を減少させる工程を含む。これは、ベッドをＶ次にまたはひだ付きに形成することによってベッドサイズを増加することによってなし得る。しかしながら、あいにく、これらの方法は、圧力損失の問題に十分取り組んでおらず、ベッドを出る不均等な流れ速度の追加の問題を生じさせ得る。さらに、充填されたベッドはかなり重い。
【０００８】
上記の認定された充填されたベッドでの汚染物質除去システムは、いくつかの応用において十分ではあるが、酸、塩基、または他の有機材料などの汚染物質を効率的に除去するとともに圧力損失を最小にしてフィルタを出る一定の流れ速度を提供する代替の製品が必要とされる。
【０００９】
充填されていないベッドの吸着物品の一例がセグイン他の米国特許第６，６４５，２７１号に記載されている。この特許で記載された物品は、そこを通る通路を有する基板を有し、通路の表面は吸着材料で被覆されるまたは覆われている。吸着材料は高分子材料によって基板上に保持され得る。
【００１０】
マラ他の米国特許第６，０７１，４７９号は、ガス流れから汚染物質を除去するための適切な物品を提供することを試みている。しかしながら、マラ他の物品には様々な欠点と好ましくない特徴が本来備わっている。例えば、その媒体は、長期間および/または高純度の濾過の応用のために設計されていない。マラ他の発明によると、クエン酸を含浸した紙媒体は適切な汚染物質除去物品であり得るが、実際の使用において、そのような製品は受け入れ可能な性能を提供していない。マラ他は、吸着材料の水分含有量を増加するための湿潤剤または有機アミンを含み、酸性の含浸剤と除去されるべき塩基性材料との間の反応を助けている。さらに、マラ他は、形成された媒体の構造を保持するためにバインダーと接着剤とを使用する。そのような接着材料は汚染物質をオフガスすることが知られていて、そのうちのいくらかは汚染物質除去材料と反応あるいは結合し得るので、それにより、そこを通るガス流れから汚染物質を除去するための利用可能量が低減する。
【特許文献１】米国特許第５，２９０，３４５号
【特許文献２】米国特許第５，９６４，９２７号
【特許文献３】米国特許第６，１１３，６７４号
【特許文献４】米国特許第６，６４５，２７１号
【特許文献５】米国特許第６，０７１，４７９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
より良い汚染物質除去システムが必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、繊維状基板内および至る所に存在する汚染物質除去用活性材料を有する汚染物質除去フィルタに向けられる。フィルタ中に存在する活性材料は、除去されるべき特別の汚染物質に対して選択される。
【００１３】
１つの設計において、フィルタは塩基性汚染物質の除去用に構成される酸性材料と、防腐剤または安定剤とを含む。出願人は、本発明に先だって、フィルタエレメント中の酸性材料が一般に、許容できる汚染物質除去寿命を有しておらず、従来技術のフィルタ寿命はフィルタ中の水分の存在によって短縮されることを見出した。出願人は、酸性材料とともに防腐剤あるいは安定剤を含むことが、フィルタの有用な寿命を増加させることを見出した。理論によって縛られないが、出願人は防腐剤または安定剤がフィルタ基板上のかび、バクテリアおよびウイルスなどの微生物の成長を抑制することによってフィルタの使用寿命を伸ばすと信じている。
【００１４】
好ましい酸性材料はクエン酸である。酸性材料は、フィルタと接触する空気または他のガス流体中の塩基性汚染物質と反応する、あるいは別の方法で除去する。防腐剤または安定剤の少なくとも１つは、少なくとも表面上に、好ましくは基板中に存在する。一般に、この防腐剤および/または安定剤は酸性材料とともに均一に存在している。好ましい安定剤はポリアクリル酸(ＰＡＡ)である。好ましい防腐剤は安息香酸ナトリウムである。
【００１５】
別の設計において、フィルタは、酸性汚染物質除去用に構成され、塩基性またはアルカリ性材料と助触媒とを含む。出願人は、本発明に先だって、フィルタエレメント中の塩基性材料は一般に許容可能な汚染物質の除去寿命を有さず、従来技術のフィルタ寿命はフィルタ中の水分の存在によって短縮されることを見出した。出願人は、塩基性材料と助触媒とを含むと、フィルタの有用な寿命を増加させることを見出した。理論によって縛られないが、出願人は、助触媒が酸性のガス(除去されるべき汚染物質)とフィルタの塩基性またはアルカリ性材料との間の酸化反応を高めて、その結果、フィルタの使用寿命を伸ばすこと信じている。
【００１６】
好ましい塩基性材料は炭酸カリウム(Ｋ2ＣＯ3)である。塩基性材料は、フィルタに接触する空気または他のガス流体の酸性汚染物質と反応する、あるいは別の方法で除去する。また助触媒は、少なくとも表面上に、好ましくは基板中に存在する。一般に、この助触媒は塩基性材料であり、均一に存在する。好ましい助触媒は、ヨウ化カリウム（ＫＩ）である。
【００１７】
また別の設計において、フィルタはその上やその中に存在する反応材料あるいは反応物を有する基板を含み、その反応材料は、ケトンとアルデヒドとを含むカルボニル含有化合物の除去用に構成された、亜硫酸塩、重亜硫酸塩、酸化剤、アンモニアの誘導体、または特有の高分子量の安定なアミンである。強アルカリ（塩基）材料は特にアルデヒド除去に適している。
【００１８】
カルボニル含有化合物を除去するための好ましい材料の例は、亜硫酸塩、重亜硫酸塩、酸化剤、または、アンモニアの誘導体、特有の高分子量の安定なアミンなどの反応物が含浸された、微粒状あるいは繊維状形態の活性炭である。強アルカリを含浸した活性炭の微粒子または繊維は、特にアルデヒド除去に適している。
【００１９】
また別の設計において、フィルタは、その中に活性化された炭素繊維を含む基板を含んでおり、活性化された炭素繊維は基板の構造的な構成要素である。そのようなフィルタ設計はメタノール、トルエン、エタノール、および同様物などのＶＯＣ除去用に構成されている。活性化された炭素繊維は特に低濃度(例えば、１００ｐｐｍ未満)で存在しているＶＯＣの除去に適している。上記要約された設計のいずれかは、内部に炭素繊維を有する基板と共に使用され得る。カルボニル含有化合物とＶＯＣの除去のために、炭素繊維は、亜硫酸塩、重亜硫酸塩、酸化剤、または、アンモニアの誘導体、特有の高分子量の安定なアミンなどの反応物の含浸に特に適している。
【００２０】
フィルタを形成する基板は、セルロースあるいは高分子材料、またはその組み合わせなどの繊維状または多孔性材料である。ＶＯＣ除去のために、基板は活性化された炭素繊維を含む。基板によって形成されたフィルタの基体は、好ましくは、そこを通るガス流れに対して通路を提供する複数の流路が入口面から出口面に向かって伸びるように構成されている。活性材料は、少なくとも基板表面上に、好ましくは基板中に存在する。
【００２１】
酸性材料、アルカリあるいは塩基性材料、または反応材料のいずれかである活性材料は、活性材料の混合物または溶液として基板に適用される。通常、混合物または溶液が含浸によって適用される。
【００２２】
本発明の汚染物質除去フィルタは、空気流れなどのガス流れからの塩基性汚染物質の除去を望んでいる種々の高純度の応用において使用することができる。用語「高純度」およびその変形での使用によって意味されることは、清浄にされたガス流れ中において汚染物質レベルが１ｐｐｍ未満の汚染物質であることを示す。多くの応用では、望まれるレベルは１ｐｐｂ未満の汚染物質である。本発明の汚染物質除去フィルターは、「高純度エレメント」である、または「高純度媒体」を含む。この応用において、そのような用語は、空気流れから汚染物質を除去するばかりでなく、いかなる汚染物質を拡散しないまたは放出しない材料について言及する。高純度エレメントまたは高純度媒体中に一般に存在しない材料の例は、オフガスをする接着剤または他の高分子材料を含む。いくつかの応用において、汚染物質除去フィルタでの接着剤の存在が許容できることが理解され得る。
【００２３】
一般に、このフィルタは石版印刷プロセス、半導体プロセス、写真画像プロセスおよび熱アブレーティブ画像プロセス（thermal ablative imaging process）などの応用でも使用され得る。また、燃料電池の適切で効率的な操作は、容認できない化学汚染物質を有さない酸化剤(例えば、空気)を望んでいる。本発明の汚染物質除去フィルタを使用することができる他の応用は、環境の空気がその空気を吸う人々ために清浄にされる応用を含む。しばしば、これらの領域は、住宅、工業的または商業的空間、飛行機の客室、および自動車の車室などの囲まれた空間である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
ここで、図面を参照するが、同じ参照番号と文字とはいくつかの図面で対応する構造を示すものである。ここで、特に図１を参照すると、本発明に基づく汚染物質除去フィルタまたはエレメントの第１実施例が１０で示される。汚染物質除去フィルタ１０は、第１面１７と反対の第２面１９とを有する基体１２によって定められる。一般に、塩基性汚染物質を清浄にするガスは、第１面１７を通ってフィルタ１０に入り、第２面１９を通って出る。この実施例では、基体１２は、対面層１６と波形状層１４を交互にすることによって形成される。波形状シート１４は、各谷と尾根とが一般に同じである丸い波状の構成を有する。対面層１６は波形状層あるいは非波形状(例えば、平ら)シートであり得る、本実施例では、対面層１６は平たんなシートである。層１４と層１６とは一緒に第１面１７から第２面１９まで伸びる基体１２を通る多くの通路２０を定める。フィルタ１０は、「まっすぐに通る流れ（straight-through flow）」あるいは「インライン流れ」は、フィルターにかけられるガスが第１面１７を通って一方向に入って、第２面から一般に同じ方向に出ることを意味する。通路２０の長さ「Ｌ」は、第１面１７と第２面１９との間で測定され、この寸法Ｌは、一般に空気流れの方向に基体１２の厚さ、フィルタ１０の厚さをも定める。
【００２５】
本発明に基づく汚染物質除去フィルタの第２の構成は図２の１０'で示される。図の物品と同様に、汚染物質除去フィルタ１０’は、第１面１７'と反対の第２面１９'を有する基体１２'によって定められる。第１面１７'と第２面１９'の間の距離はフィルタ１０'の厚さである。基体１２'は、波形状層の１４'と対面層１６'とを交互にすることによって形成される。波形状シート１４'は、各谷と尾根とが一般に同じ高さである、角張った波状の構成を有する。対面層１６'は波形状層あるいは非波形状(例えば、平ら)シートであり得るが、本実施例の対面層１６'は平たんなシートである。層１４'と層１６'は一緒に第１面１７'から第２面１９'まで伸びる基体１２'を通る複数の通路を定める。
【００２６】
図１の基体１２と図２の基体１２’は、どちらも波形状層１４、１４'と対面層１６、１６'とを含むという同様の構造を有する。基体１２に対して、２つの層１４，１６は、交互に積層され、一般に平らなフィルタ１０を提供する。基体１２'に対して、２つの層１４’、１６’は、交互にコイル状にまかれて、一般に筒状フィルタ１０’を供給する。例示されたフィルタ１０'は、卵形、楕円形、または競馬場形状などの非円形断面を有し、他の形状(特に円)は、層１４’、１６’をコイル状に巻いて形成することができる。さらに、２つの平行な側面、第一の２つの平行な側面と直交する２つの他の平行な側面、およびそれらの間の４つの丸いコーナもまたコイル状に巻かれることができる。コイル状に巻かれた構成は、層の巻き取りを容易にするために中央コアを含むことができる。
【００２７】
本発明に基づく汚染物質除去フィルタの第３の構成は図３に３０で示される。汚染物質除去フィルタ３０は第１面３７と反対の第２面３９を有する基体３２によって定められる。一般に、清浄にされるべきガスは第１面３７を通ってフィルタ３０に入り、第２面３９を通って出る。第１面３７と第２面３９の間の距離はフィルタ３０の厚みである。基体３２は基板層３５をらせん状に巻き上げることによって形成される。スペーサは層３５の隣接する巻き付け間の必要な間隔を得るために使用され得る。層３５の隣接する巻き付けがフィルタ３０を通る通路を形成する。図２のフィルタ１０'と同様に、フィルタ３０は、円形あるいは非円形の断面を持つことができ、層の巻き取りを容易にするために中央コアを含むことができる。
【００２８】
本発明に基づく汚染物質除去フィルタの第４の構成は、図４の５０で示される。前の構成のように、フィルタ５０は、第１面５７と反対の第２面５９とを有する基体５２によって定められる。第１面５７と第２面５９との間の距離はフィルタ５０の厚みである。基体５２は一般にらせん状構造を形成するために構成された基板の多重の各シートによって形成される。例えば、基体５２は、第１シート６５a、隣接する第２シート６５b、およびそれに続く各シートがある。これらのシート６５は一般に平たんであるが、波形でもあり得る。６５aと６５bなどの隣接するシート６５は一緒に、第１面５７から第２面５７に伸びる基体５２を通る複数の通路６０を定める。前の構成のように、フィルタ５０は、円形あるいは非円形の断面を持つことができ、シート６５の配置を容易にするためにコアを含むことができる。
【００２９】
本発明の汚染物質除去フィルタのための別の予期される構成は、多重の個々のシートによって形成される同心状の層を有するものである。
【００３０】
汚染物質除去フィルタの特別な特徴は以下に記載される。容易なために、第１実施例のフィルタ１０の参照番号だけが一般に使用されるが、特別に示されない場合、その特徴の記載はすべての構成に適用されることが理解される。
【００３１】
フィルタの基体
基体１２は汚染物質除去フィルタ１０の総合的構造を提供し、基体１２はフィルタ１０の形状とサイズとを定める。基体１２は立方体、円筒、円錐、切形の円錐、ピラミッド、切形のピラミッド、ディスクなどのいかなる３次元形状を持つことができる、しかしながら、第１面１７および第２面１９は、通路２０に入ってくる流れが通路２０から出る流れと等しいことを可能とするため、少なくとも同じ面積に近いものを有することが好ましい。第１面１７、第２面１９、面１７と面１９の間でえられる断面によって定められる基体１２の断面の形状は、正方形、長方形、三角形、円、星、卵形、楕円、競馬場状、および同様のものなどのいかなる二次元形状でもあり得る。また、輪状形状もまた使用することができる。好ましくは、基体１２の断面は、長さ「Ｌ」に沿って第１面１７から第２面１９まで本質的に一定である。
【００３２】
通常、第１面１７と第２面１９は、少なくとも１ｃｍ2である、同じ面積を有する。追加のまたは代替の第１面１７と第２面１９は約１ｍ2以下である面積を有する。多くの実施例では、面１７と面１９の面積は約７０〜７５００ｃｍ2である。フィルタ１０の特別の応用では、その面積に対して好ましい範囲を有する。第１面１７と第２面１９の間である基体１２の厚み「Ｌ」は通常少なくとも０．５ｃｍであり、通常２５ｃｍ以下である。多くの実施例では、「Ｌ」は約２〜１０ｃｍである。基体１２の２つの特別な適切な厚みは２．５ｃｍと７．５ｃｍである。基体１２の寸法は、フィルタ中のガスの滞流時間および結果としてガス流れからの汚染物質の除去に影響を与え得る。
【００３３】
例えば、図１と２のエレメント１０と１０'を参照されるように、基体１２には、通常、そこを通って伸びる複数の通路２０を有する。通路２０は、例えば、正方形、長方形、三角形、円形、台形、六角形(例えば、「ハニカム」)などのいかなる形状も持ち得るが、一般に好ましい形状は、図１で示されるようなドーム形である。好ましくは、通路２０の形状は第１面１７から第２面１９まで変化が感知されず、フィルタ１０中の各通路は同様の断面形状を有する。
【００３４】
各通路２０は、一般に、通常約５０ｍｍ2以下の断面積を有し、この断面積は少なくとも第１面１７と第２面１９の少なくとも１つと平行である。代替のまたは追加の通路２０は通常約１ｍｍ2よりも小さくない断面積を有する。一般に、各通路２０の断面積は約１．５〜３０ｍｍ2、しばしば約２〜４ｍｍ2である。１つの好ましい実施例では、図１で例示される通路２０などのドーム形通路２０の断面積は約７〜８ｍｍ2である。別の好ましい実施例では、通路２０の面積は１．９ｍｍ2である。
【００３５】
通路２０の最も長い断面寸法は通常１０ｍｍ以下、しばしば６ｍｍ以下である。さらに、通路２０の最も短い断面寸法は０．２５ｍｍ以上であり、しばしば１．５ｍｍ以上である。
【００３６】
各細長い通路２０の全内部表面積は、通常、約５ｍｍ2以上であり、通常約２００ｃｍ2以下である。通路２０の内部表面積によって定められるフィルタ１０の総面積は少なくとも２００ｃｍ2であり、あるいは約２５０ｃｍ2から約１０ｍ2である。
【００３７】
第３の構成において、図３のエレメント３０は層３５の続く隣接する一巻きによって形成された単一の通路を持っている。そのような構成において、エレメント３０の全内部表面積は少なくとも約２００ｃｍ2であり、通常、約２５０ｃｍ2から１０ｍ2である。
【００３８】
通路２０の形とサイズを定める通路壁は基体１２を形成する基板によって定められる。基板は一般に、少なくとも０．０１５ｍｍの厚さである。代替のあるいは追加の通路壁は一般に、５ｍｍ以下の厚さである。通常、通路壁は２ｍｍ以下の厚さである。壁の厚みは通路２０のサイズ、基体１２が作られる基板およびフィルタ１０の使用用途によって変わり得る。層１４と対面層１６が通路２０を定めるそれらの構成において、通路壁は層１４と対面層１６によって定められる。
【００３９】
ほとんどの実施例において、各通路２０はその長さに沿って連続したサイズと形状とを持っている。一般に、各通路２０の長さは、第１面１７と第２面１９との間の厚み「Ｌ」として本質的に同じである。通路２０は面１７から面１９まで直線でないことが予想される、しかしながら、このことは、通路２０を通る圧力損失が望ましくないレベルの可能性をもつことによって、一般に好まれない。
【００４０】
基体１２(例えば、層１４、１６)は多孔性あるいは透過性基板で形成されるが、繊維状材料は好ましい材料である。基体１２用の適切な基板の例は、天然の(例えば、セルロース材料)および高分子ベースの材料を含む。基板は、不織の繊維状材料(例えば、紡織され接着された)、織られた繊維状材料、編んだ繊維状材料、開いたまたは閉じたセルの発泡体またはスポンジ材料であり得る。適切な基板の特別な例は、グラス繊維紙、ちりめん紙、クラフト紙、羊毛、絹、セルロースの繊維織物(例えば、綿、リネン、ビスコースまたはレーヨンなど)および合成繊維の織物(例えば、ナイロン、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリビニルアルコール、アクリル、およびポリアミドなど)を含む。また、多孔性セラミック材料は基体１２に使用され得る。
【００４１】
基体１２中の活性化された炭素繊維は、特に低濃度(約１００ｐｐｍ未満)のＶＯＣ除去のために望まれている。繊維は２０wt％から１００wt％のレベルで存在し得るが、３０〜８０wt％のレベルが最も一般的である。活性化された炭素繊維は一般に、基体１２を形成するために他の少なくとも１つの繊維と混合されるが、熱可塑性繊維との組み合わせが好まれる。熱可塑性繊維は材料に強度と堅さを加える。炭素繊維は層１４、１６の一方あるいは両方に存在し得る。
【００４２】
ＶＯＣ除去のための基体１２での使用に適した活性化された炭素繊維は、通常、約８００〜３０００ｍ2/ｇの名目上のＢＥＴ表面積、約０．３〜０．８ｃｍ3/ｇの細孔容積、５〜１００μｍの繊維直径、および０．１〜１０ｍｍの平均繊維長さを有する。
【００４３】
基体１２に使用される材料は、基体１２上に存在している活性材料(すなわち、酸性、塩基性、または他の反応材料)の機能に影響を与え得る、有害なオフガスあるいは汚染物質の放出を発生させるべきでない。好ましくは避けられる材料の例は、オフガスをする接着剤および他のそのような材料である。ある応用において許容される接着剤があり、接着剤はその応用に対して有害でなくかつ許容できるオフガスのレベル、量およびタイプを有する。
【００４４】
基体１２のための好ましい基板は、セルロース繊維と結合した熱可塑性高分子繊維を有する。２つの繊維は、均一に結合され混合されてシート状の基板に形成され得る。加熱時に高分子繊維は軟化し、少なくとも部分的に溶融し、繊維は一緒に結合する。冷却のときに、高分子繊維は再び固化する熱可塑性材料を含む基板を使用すると、接着剤を使用せずに基板の多重シートあるいは層の接合を可能とする。適切な基板の特別の例は、ポリエチレンテレフタレート(PET)繊維を約４０wt％とセルロース繊維を約６０wt％有する。適切な基板の別の特別の例は、活性化された炭素繊維を約６０wt％とポリエステル繊維を約４０wt％有する。また、熱可塑性および非熱可塑性繊維の他の組み合わせもまた適切であろう。
【００４５】
図２で例示したような好ましい基体１２の例は、セルロース繊維と結合した熱可塑性高分子繊維をどちらも有する、波形状シート１４と対面シート１６とからを作ることができる。シート１４、１６は、シートを局所的に加熱するために超音波を使用する超音波溶接機を通過され得る。圧力はシート１４、１６が互いに接触する領域に加えられ、その結果、シート１４、１６は一緒に結合する。また、活性化された炭素繊維と熱可塑性高分子繊維で作られたシート１４、１６は、そのような方法で溶接することができる。
【００４６】
波形状シート１４と対面シート１６から基体１２を作るための方法は、例えば、米国特許第６，４１６，６０５号および国際特許出願第ＷＯ  ０３/４７７２２号に教授され、参照により本明細書に合体される。基体１２はフィルタ１０を通過する空気あるいは他のガス状流体から汚染物質を除去する酸性材料のための担体である。
【００４７】
上記で提供されたように、汚染物質除去フィルタ１０は、塩基、酸、およびカルボニル含有化合物の除去のためにそれぞれ選択された酸性材料、塩基性またはアルカリ性材料、または反応材料などの活性材料を少なくとも１つ含む。汚染物質除去フィルタ１０は、代替のまたは追加の、ＶＯＣ除去用に基体１２中に活性化された炭素繊維を含むことができる。
【００４８】
活性材料は、基体１２中の繊維としてよりはむしろ基体１２中および基体上に提供された活性材料を有するフィルタ１０を製造するために、液体キャリア中供給され、汚染物質除去フィルタを形成する基板上または基板中に含浸される。通常および好ましくは、活性材料は溶液の形態で基板中に含浸される。いくつかの材料は溶媒に溶解せずにむしろ分散されることが理解される。水は、溶液、分散体または他の混合物形態に対する好ましい溶媒である。
【００４９】
含浸溶液内の活性材料のレベルは特別な活性材料と使用される基板に基づいて選択される。溶液中の活性材料の量は、少なくとも約０．５wt％であり、約７５wt％以下である。好ましくは、活性材料の量は、５-５０wt％あるいは１０-５０wt％である。
【００５０】
用語「含浸」「含浸する」およびその同類が使用されるが、基板への活性材料の適用方法が含浸に制限されないのは理解されるべきである。他の方法は、活性材料を基板に供給するのに使用され得る。活性材料を基板中に適用するために使用される他の代替の適切な方法は、浸漬、噴霧、ブラッシング、ナイフコーティング、キスコーティング、および表面または基板上に液体を適用するために知られている他の方法を含む。含浸または他の応用方法は、大気圧条件で、または、加圧または真空でなされ得る。
【００５１】
好ましい方法では、基板は活性材料の適用前に基体１２中に形成される。しかしながら、基板が基体１２中に形成された後で基体１２を形成され得ることは理解される。基体１２中に活性化された炭素繊維を含ませるために、基板がその中を繊維で形成され得ることが理解される。
【００５２】
含浸させられた後に、基板は少なくとも部分的に溶媒(例えば、水)を除去するために乾燥され、基板中および基板上には活性材料が残る。好ましくは、少なくとも９０％の全自由水または他の溶媒が除去され、最も好ましくは、少なくとも９５％の全自由水または他の溶媒が除去される。
【００５３】
活性材料はエレメントの通路２０の表面積の少なくとも５０％の上および内部に存在している。好ましくは、活性材料は、通路壁の表面の少なくとも５０％〜７５％の上および内部に、より好ましくは表面の少なくとも９０％で、最も好ましくは活性材料がない領域がなくて連続して全面的に接触している。活性材料は基板の厚みの少なくとも１０％を通って存在している。好ましくは、活性材料は基板の少なくとも５０％を通して、より好ましくは少なくとも８０％を通って存在している。活性材料が基板中の活性化された炭素繊維であるときに、基板は、少なくとも３０wt％の活性化された炭素繊維、好ましくは少なくとも６０wt％の活性化された炭素繊維が均一に層１４または層１６中に分布されていることが好ましい。いくつかの実施例では、層１４、１６のうちの１つだけが活性化された炭素繊維を含む。
【００５４】
活性材料は通常、基板の厚みを通常増加させない。しかしながら、活性材料は、基板の特性を変更し得る、例えば、基板をより堅くするまたはより柔軟にする。
【００５５】
活性材料としての酸性材料
１つの設計では、汚染物質除去フィルタ１０は活性材料として酸性材料を含む。酸性材料は、塩基性汚染物質と反応することによってまたは塩基性汚染物質を除去することによって通路を通り抜ける空気から汚染物質を除去する。
【００５６】
本発明のエレメントでの使用のために適切な酸性材料の例は、クエン酸、蓚酸、マロン酸、高次の同族体等のカルボン酸(一、二、三、多酸;線形の、分岐した、および周期的な形態)、芳香族カルボン酸、スルフォン酸(線形の、周期的、芳香族)、硫酸、燐酸、硝酸、塩酸などの無機酸、ヘテロポリ酸(「超酸」)を含む。クエン酸は好ましい酸性材料である。
【００５７】
含浸溶液中の酸性材料のレベルは、酸性材料と使用される基板に基づいて選択される。溶液中の酸性材料の量は、少なくとも約０．５wt％であり、約７５wt％以下である。好ましくは、酸性材料の量は１０-５０wt％である。好ましい酸性材料であるクエン酸に対して、クエン酸の量は約１０-５０wt％、好ましくは１５-３５wt％である。また、他の酸のレベルもまた適切であり得える。
【００５８】
低濃度の酸性材料が高濃度の酸性材料よりも一般に好まれることが見いだされた。例えば、５-１５wt％のクエン酸を有する溶液は２０-３５wt％のクエン酸を有する溶液よりも好ましい。特別の例では、基板を５％の水性クエン酸溶液で含浸し、基板を乾燥し、次に、２５％のクエン酸溶液を用いる一工程の含浸より、より良い塩基性汚染物質除去を提供する１２％の水性クエン酸溶液で含浸する。この低濃度の２ステップ含浸工程は１ステップの含浸工程よりも好ましい。
【００５９】
酸性材料が活性材料の場合に避けるべき助剤
基板中の水分レベルの増加は酸で含浸させられたエレメントの適切な寿命を低下することが理論づけられる。したがって、乾燥された基板の水分含有量を増加する湿潤剤の使用は好ましくない。避けられるべき湿潤剤の例は、尿素、グリセロール、グリセリン、アルコール、ポリビニルピリジン、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、ポリアクリレート、ポリエチレングリコール、およびセルロースアセテートを含む。また、乾燥された基板の水分含有量を増加する有機アミンの使用は好ましくない。避けられるべき有機アミンの例は、アルカノールアミン、ヒドロキシアミン、およびポリアミンを含む。
【００６０】
酸性材料が活性材料の場合に受け入れ可能な助剤
理論によって縛られないが出願人は、フィルタエレメントの基板中に存在する水分が、フィルタ上のかび、バクテリア、ウイルスなどの微生物の成長を容易にし、この微生物が酸性材料と反応するまたそうでない場合は劣化させると信じている。出願人は、酸性材料に少なくとも１つの防腐剤あるいは安定剤を加えるとエレメントの寿命に対する酸性材料の有効性を改良し、フィルタエレメントの寿命を伸ばすることを見出した。
【００６１】
含浸溶液中の安定剤および／または防腐剤のレベルは、酸性材料と使用される安定剤または防腐剤に基づいて選択される。溶液中の安定剤および/又は防腐剤の量は少なくとも約０．０１wt％であり、約２０wt％以下である。好ましくは、安定剤および/又は防腐剤の量は、添加物に依存するが、０．１−１０wt％、より好ましくは約０．１−１０wt％、である。安定剤および/又は防腐剤の他のレベルもまた適切であり得る。
【００６２】
適切な安定剤の例は、ポリアクリル酸である。溶液中のポリアクリル酸の好ましいレベルは、もし存在する場合は、約１−１０wt％、好ましくは６−１０wt％である。これらのレベルは特に酸性材料がクエン酸の場合に適切である。ポリアクリル酸の好ましいレベルは、クエン酸との比率として１:１〜約１:１０、より好ましくは約１:２〜１:４である。
【００６３】
適切な防腐剤の例は、安息香酸、安息香酸ナトリウム、硝酸カリウム、亜硝酸カリウム、亜硝酸ナトリウム、硝酸ナトリウム、メチルパラベン、エチルパラベン、プロピルパラベン、ブチルパラベン、プロピオン酸、プロピオン酸ナトリウム、プロピオン酸カルシウム、ソルビン酸、ソルビン酸カリウム、酢酸、燐酸、ソルビン酸ナトリウム、ソルビン酸カルシウム、安息香酸カリウム、安息香酸カルシウム、エチルパラ-ヒドロキシ安息香酸、エチルパラ-ヒドロキシ安息香酸ナトリウム、プロピルパラヒドロキシ安息香酸、ビフェニル、ジフェニル、オルトフェニルフェノール、ナトリウムオルトフェニルフェノール、亜硫酸ナトリウム、硫酸ナトリウムを含む。溶液中の安息香酸ナトリウムの好ましいレベルは、存在する場合は、約０．０１−５wt％、好ましくは０．１−１wt％、およびさらに好ましくは、約０．１−０．５wt％である。これらのレベルは特に酸性材料がクエン酸材料の場合は適切である。安息香酸ナトリウムが好ましいレベルは、クエン酸との比率として、約１：５から１：１０００であり、より好ましくは、約１：５０から１:７００である。
【００６４】
活性材料としてのアルカリ性または塩基性材料
別の設計では、汚染物質除去フィルタ１０は活性材料として塩基性材料を含む。塩基性材料は、酸性汚染物質と反応するあるいは別の方法で除去することによって、通路を通る空気から酸性汚染物質を除去する。
【００６５】
本発明のエレメント中で使用するのための適切な塩基性材料の例は、炭酸塩、重炭酸塩、水酸化物、第４アンモニウム化合物(一般に水酸化物形態)などの塩基性塩、酸化銅、酸化マンガン、および酸化鉄などの金属酸化物を含む。ポリスチレン第４アンモニウム(水酸化物形態)、ポリスチレン第三アミン、グラフトされたポリエチレンを含むなどのイオン交換樹脂もまた塩基性汚染物質の除去に対して適切である。アルカリおよびアルカリ土類金属の塩基性塩、通常、リチウム、ナトリウム、およびカリウム塩が使用される。炭酸カリウムは汚染物質除去エレメント１０における使用のための好ましい塩基性材料である。他の好ましい塩基性材料の例は重炭酸カリウム、炭酸ソーダ、および重炭酸ナトリウムを含む。
【００６６】
含浸溶液中の塩基性材料のレベルは、塩基性材料と使用される基板に基づいて選択される。溶液中の塩基性材料の量は少なくとも約０．５wt％であり、約７５wt％以下である。好ましくは、塩基性材料の量は１０−５０wt-％である。好ましい塩基性材料が炭酸カリウムの場合、その量は約１０−５０wt％、好ましくは１５−３５wt％である。また、塩基性材料の他のレベルもまた適切である。
【００６７】
アルカリ材料が活性材料の場合に避けるべき助剤
基板中の水分レベルの増加はエレメントの適切な寿命を低下することが理論づけられる。したがって、乾燥された基板の水分含有量を増加する湿潤剤の使用は好ましくない。避けられるべき湿潤剤の例は、尿素、グリセロール、グリセリン、アルコール、ポリビニルピリジン、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、ポリアクリレート、ポリエチレングリコール、およびセルロースアセテートを含む。また、乾燥された基板の水分含有量を増加する有機アミンの使用は好ましくない。避けられるべき有機アミンの例は、アルカノールアミン、ヒドロキシアミン、およびポリアミンを含む。
【００６８】
アルカリ材料が活性材料の場合に受け入れ可能な助剤
出願人は、塩基性またはアルカリ性材料に助触媒を加えると、エレメントの寿命に対して塩基性あるいはアルカリ性材料の有効性が改良されて、フィルタエレメントの寿命を伸ばすことを見出した。
【００６９】
含浸溶液中の助触媒のレベルは、塩基性材料と使用される助触媒に基づいて選択される。適切な助触媒の例は、ヨウ化カリウム、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化リチウム、ヨウ素酸カリウム、ヨウ素酸ナトリウム、またはヨウ素酸リチウムである。好ましい助触媒はヨウ化カリウムであり、この助触媒は特に炭酸カリウム材料とともの使用に適している。
【００７０】
溶液中の助触媒の量は少なくとも約０．０１wt％であり、約２０wt％以下である。好ましくは、助触媒の量は０．１−１０wt％、より好ましくは、約０．１−５wt％である。これらのレベルは塩基性材料が約５wt％であるときに、特に適切である。また、助触媒の他のレベルも適切であろう。好ましいレベルの助触媒は、塩基性材料の比率として、約１：１から１:５０であり、より好ましくは約１：３から１:１０である。
【００７１】
活性材料としての反応物材料
別の設計では、汚染物質除去フィルタ１０は活性材料として反応物材料を含む。反応物材料は、カルボニル含有化合物と反応するあるいは別の方法で除去することによって通路を通る空気からカルボニル含有化合物を除去する。
【００７２】
本発明のフィルタエレメントで使用するのための適切な反応物材料の例は、亜硫酸塩、重亜硫酸塩、酸化剤、アンモニア誘導体、特に高分子量の安定したアミンを含む。アルデヒドの除去のために、強アルカリ(塩基性)材料が好まれる。
【００７３】
より特別の例の適切な反応物は、亜硫酸塩に対して亜硫酸ナトリウムおよび亜硫酸カリウム、重亜硫酸塩に対して、重亜硫酸ナトリウムと重亜硫酸カリウム、アンモニア誘導体に対して、特別に適切な高分子量と安定したアミン、２、４ジニトロフェニルヒドラジン(DNPH)、２-ヒドロキシメチルピペリジン(２-HMP)、およびトリス(ヒドロキシメチル)アミノメタン、強アルカリに対して水酸化ナトリウムおよび水酸化カリウムを含む。カルボニル含有化合物除去方法の様々な例は以下に提供される。
【００７４】
カルボニル含有化合物と亜硫酸塩の反応例は以下の通りである。
ＲＣＲ’Ｏ＋Ｎａ2ＳＯ3+Ｈ2Ｏ→ＮａＯＨ＋ＨＯＲＣＲ’ＳＯ3Ｎａ
カルボニル含有化合物との重亜硫酸塩の反応例は以下の通りである。
ＲＣＲ’Ｏ＋ＮａＨＳＯ3→ＨＯＲＣＲ’ＳＯ3Ｎａ
【００７５】
アルデヒドと高分子量で安定したアミンの反応例は以下の通りである。
ＨＣＨＯ＋ＮＨ2−Ｒ→ＨＣＮＨ−Ｒ＋Ｈ2Ｏ
【００７６】
アルデヒドと強アルカリの反応例は以下の通りである。
２ＲＣＨＯ＋ＮａＯＨ→ＲＣＯＯＮａ＋ＲＣＨ2ＯＨ
【００７７】
含浸溶液中の反応物材料のレベルは反応物材料と使用される基板に基づいて選択される。溶液中の反応物材料の量は少なくとも約０．５wt％であり、約７５wt％以下である。好ましくは、反応物の材料の量は５-５０wt％である。例えば、トリス（ヒドロキシメチル）アミノメタンが使用される場合、好ましいレベルは含浸溶液で約５wt％である。水酸化ナトリウムが使用される場合、好ましいレベルは約５wt％である。また、１０−５０wt％などの他の反応物材料のレベルも適切である。
【００７８】
避けられるべき添加物
基板中の水分レベルの増加はエレメントの適切な寿命を低下することが理論づけられる。したがって、乾燥された基板の水分含有量を増加する湿潤剤の使用は好ましくない。避けられるべき湿潤剤の例は、尿素、グリセロール、グリセリン、アルコール、ポリビニルピリジン、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、ポリアクリレート、ポリエチレングリコール、およびセルロースアセテートを含む。
【００７９】
上記記載された活性材料は、いずれも活性化された炭素繊維に含浸させるかまたは別の方法で適用することができる。
【００８０】
再生
本発明の汚染物質除去フィルタでは、酸性、塩基性、または反応材料を有するか否かに関係なく再生することができることを見出した。使用の後または長期間使用しなかった後に、酸性材料、アルカリ性材料、または反応物材料で再びエレメントを含浸することができる。この第２あるいはその後の含浸は、例えば、水のすすぎによってフィルタから前の汚染物質を洗浄する、洗浄しないにかかわらずすることができる。基板が物理的に損なわれないという制限で、基板は何回でも含浸することができることが予想される。
【００８１】
汚染物質除去フィルタ１０のための応用
本発明の汚染物質除去フィルタ１０は、空気流れなどのガス流れから汚染物質除去を望むいかなる種類の応用にも使用することができる。汚染物質除去フィルタ１０は特に、ガスから１ｐｐｍ未満の汚染物質のレベルまで化学汚染物質の除去を望む高純度の応用に対して適している。多くの高純度の応用において、望まれているレベルは１ｐｐｂ未満の汚染物質である。一般に、フィルタ１０自体はオフガスなどによっていかなる汚染物質も追加しない。
【００８２】
酸を含浸したフィルタ１０によって除去され得る、共通の、空気で運ばれる塩基性汚染物質化合物の例は、アンモニア、アミン、アミド、Ｎ−メチルl−１，２−ピロロドン、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む。アルカリを含浸したフィルタ１０によって除去され得る、共通の、空気で運ばれる酸性汚染物質化合物の例は、酸化硫黄、酸化窒素、ＨＣｌ(塩酸)、ＨＮＯ3(硝酸)、Ｈ2Ｓ(硫化水素)、Ｈ2ＳＯ4(硫酸)およびＨＣＮ(シアン化水素)を含む。共通の空気で運ばれるカルボニル含有化合物の例は、アセトンを含むケトン、ホルムアルデヒドを含むアルデヒドを含む。カルボニル含有化合物は、一般に、かなり悪臭を放って、多くの人々に不快を引き起こす。人々の中にはカルボニル含有化合物にアレルギーの反応を持つ人もいる。
【００８３】
一般に、汚染物質除去フィルタ１０は、充填された微粒状ベッドが使用されるような、石版印刷プロセス、半導体プロセス、写真画像プロセスおよび熱アブレーティブ画像プロセスを含むいかなる応用でも使用することができる。燃料電池の適切で効率的な操作は、容認できない塩基性汚染物質を含まない空気を取入ることによって利益を得るだろう。汚染物質除去フィルタ１０を使用することができる他の応用は、人々がその空気を呼吸する利益のために環境空気が浄化されるような応用を含む。フィルタ１０は、呼吸装置(慣用のものと動力を備えたものの療法)などの個人的装置と清浄な呼吸用空気を供給するための自給式呼吸装置とで使用することができる。汚染物質除去フィルタ１０は、また大きいスケールで、例えば、住宅用および商業用空間(部屋とビル全体など)、飛行機の客室、および自動車の車室などの閉じられた空間で使用することができる。他の時に、空気を大気に放出する前に汚染物質を除去ことが望まれる。そのような応用の例は、自動車または他の乗り物からの放出、工業的操業からの排気、あるいは化学汚染物質を環境に放出するような他の操業または応用も含む。
【００８４】
フィルタ１０は通常、ガス流れ(例えば、空気の流れ)がフィルタ１０の通路２０に入って通過するように向けるハウジング、フレームまたは他の構造中に配置される。多くの構成において、フィルタ１０は、ハウジング、フレームまたは他の構造によってその周囲の周りが少なくとも部分的に囲まれているる。
【００８５】
本明細書で記述されたプロセスで作られた汚染物質除去フィルタ１０は、システム内に配置され、プレフィルタ、ポストフィルタまたは両方が汚染物質除去フィルタ１０と協同して使用される。プレフィルタは、フィルタ１０の上流に配置され、フィルタ１０を使用する前に空気で運ばれる粒子を除去する。ポストフィルタは、フィルタ１０の下流に配置され、空気が放出される前にフィルタ１０から残留粒子を除去する。これらのフィルタは一般に、汚染物質除去フィルタ１０の第１面１７と第２面１９に対向してあるいは近くに近接してそれぞれ配置される。プレフィルタを含むシステムの例は図５に示される。
【００８６】
図５では、システム１００は、汚れたガス流れ１０１から汚染物質を除去ために示される。システム１００は微粒子フィルタ１０５、第１の汚染物質除去フィルタ１１０、および第２の汚染物質除去フィルタ１１０'を含む。微粒子フィルタ１０５は、ガス流れ１０１からほこりと煙などの固体粒子を除去ために構成される。通常、微粒子フィルタ１０５が使用される場合は、微粒子フィルタ１０５は、汚染物質除去フィルタ１１０と１１０’の上流に配置され、汚染物質除去フィルタ１１０、１１０'が微粒子で詰まらされるまたは積み込まれるのを低減する。１つの例では、第１汚染物質除去フィルタ１１０はガス流れ１０１から塩基性汚染物質を除去ために構成され、第２汚染物質除去フィルタ１１０'は、ガスの流れ１０１から酸性汚染物質を除去ために構成される。代替の実施例において、酸性汚染物質、塩基性汚染物質、またはカルボニル含有化合物を除去ための形態でフィルタ１１０、１１０'を構成することができることが理解される。微粒子フィルタ１０５、汚染物質除去フィルタ１１０、および汚染物質除去フィルタで１１０'をそれぞれ通過した後の結果としての浄化されたガス流れは１０２として示される。
【００８７】
微粒子フィルタ１０５、フィルタ１１０、およびフィルタ１１０'のいずれあるいはすべてはハウジング１２０などのハウジング中に保有され得る。フィルタ１０５、１１０、１１０'は互いに隣接して置かれるまたはその間に空間を有するかもしれない。
【００８８】
塩基汚染物質除去フィルタと微粒子フィルタが結合した代替の構成は、フィルタ７０として図６で例証される。汚染物質除去フィルタ７０は、第１面７７と反対の第２面７９を有する基体７２によって定められる。一般に、汚染物質を浄化すべきガスは第１面７７を通ってフィルタ７０に入り、第２面を通って出る。基体７２は図２のフィルタ１０'の基体１２と類似しており、波形状層７４と対面層７６とを交互に有する。層７４と層７６とは一緒に複数の通路８０を定める。通路８０の第１セットは第１面７７でブロックされあるいはシールされる、これらはシール８５として示される。シール８５の反対の端、第２面７９で、通路８０は開いている。さらに、通路８０の第２セットは、第２面７９でブロックされあるいはシールされ、第１面７７で開いている。
【００８９】
使用中、微粒子が積み込まれたガスは第１面７７の開いている通路８０を入る。微粒子はシールされた第２面７９によって通路８０で捕集されるが、ガスは繊維状基板によって形成された通路壁を通り抜ける。基板中と基板上の活性材料は空気で運ばれる汚染物質を除去する。浄化されたガスは第２面を通って出る。
【００９０】
フィルタ７０は、Ｚ−フィルタ、まっすぐに通る流れフィルタ、インラインフィルタとして言及される。フィルタ７０としてのそのようなフィルタの微粒子を除去する特徴は、例えば、米国特許第５，８２０，６４６号、同第６，１９０，４３２号、同第６，３５０，２９１号に記載されている。
【００９１】
除去されずにフィルタ１０を通り抜ける汚染物質の量を、もしある場合に、モニターするための表示計器または表示システムはフィルタ１０あるいは他の実施例の下流に配置され得る。そのような表示計器はよく知られている。
【００９２】
フィルタ１０の形状とサイズは、フィルタ１０中のガスの滞留時間に基づいて、そこを通過するガスまたは空気から所望の量の汚染物質を除去ために選択される。例えば、好ましくは少なくとも９０％、より好ましくは少なくとも９５％の汚染物質が除去かれる。いくつかの設計では、汚染物質の９８％またはそれ以上が除去される。除去かれるべき汚染物質の所望量は、用途、汚染物質の量および種類によって異なるのは理解される。例として、半導体処理施設に対し、フィルタ１０に入って来る空気の滞留時間は通常約０．０６〜０．３６秒であり、それは、約７．６〜１５ｃｍの厚みを有するエレメントによって成し遂げることができる。
【００９３】
実施例
以下の限定無しの実施例はさらに本発明を例証するであろう。実施例におけるすべての部品、割合、比率は、別の方法で示されない限り、重量によって示される。
【００９４】
２つの異なった基体が実施例の汚染物質除去エレメントとして使用された。
基体１:
基体１は平たんな対面シートと折り曲げ状の波形状シートと交互にすることによって形成された図２のものと同様である。各シートは１００％のセルロース繊維から作られた。シートは、シリンダを形成するために巻き付けられた。結果としてのドーム形の通路は、約３．４ｍｍの高さと約５．０ｍｍの幅を有した。各通路の断面積は約８．５ｍｍ2であった。シートはウレタン接着剤で結合された。
【００９５】
基体２:
基体２は、基体２が約１．０５ｍｍの高さと２．９０ｍｍの幅を有するのドーム形の通路を除いて基体１と類似であった。各通路の断面積は約１．５ｍｍ2だった。シートは６０％のセルロース繊維と４０％のＰＥＴ繊維から作られた。シートは超音波エネルギーで生成した熱で溶融する熱可塑性材料によって結合された。
【００９６】
酸性が含浸された実施例
基体は以下の方法によって酸性材料で含浸された。酸性溶液の容積はビーカーに入れられた。基体全体が溶液中に浸漬されるように繊維状基体はビーカー中に配置された。約６０秒後、基体は取り出され、１時間オーブン中で乾燥された。乾燥後、結果としてえられるフィルタエレメントは、その概算寿命を決定するために試験された。
【００９７】
破過試験（breakthrough test）１
フィルタエレメントは、テストチャンバーに配置され、フィルタの上流側と下流側を提供するためにシールされた。５０ｐｐｍのアンモニアを含んだ空気流れは、３０リットル/分の流れ速度でフィルタエレメントの上流側に送られた。上流と川流のアンモニア濃度は、アンモニア検知器を使用してモニターされた。
【００９８】
比較実施例Ａ:
３５wt％クエン酸の水溶液が作られた。約３．８ｃｍの直径と約７．５ｃｍの長さを有する基体１はこの水溶液で含浸された。比較実施例Ａは破過試験１で試験されて、その結果は図７のグラフに示される。
【００９９】
実施例１:
３５wt％クエン酸と６wt％のポリアクリル酸の水溶液が作られた。約３．８ｃｍの直径と約７．５ｃｍの長さを有する基体１はこの水溶液で含浸された。実施例１は破過試験１で試験されて、その結果は図７のグラフに示される。
【０１００】
実施例２:
３５wt％クエン酸と１wt％のポリアクリル酸の水溶液が作られた。約３．８ｃｍの直径と約７．５ｃｍの長さを有する基体１はこの水溶液で含浸された。実施例２は破過試験１で試験されて、その結果は図７のグラフに示される。
【０１０１】
実施例３:
３５wt％クエン酸と０．５wt％の安息香酸ナトリウムの水溶液が作られた。約３．８ｃｍの直径と約７．５ｃｍの長さを有する基体１はこの水溶液で含浸された。実施例３は破過試験１で試験されて、その結果は図７のグラフに示される。
【０１０２】
図７は、時間とともに(Ｘ座標に沿って)、１０％のしきい値に到達する時間が比較実施例Ａと実施例２の両方で減少する、ただし実施例２は比較実施例Ａと同じように早くはない、ことを示している。試験の持続時間に対して、実施例１と３は性能低下がないことを示している。
【０１０３】
比較実施例Ｂ:
１５wt％クエン酸と１５wt％尿素の水溶液が作られた。約３．８ｃｍの直径と約７．５ｃｍの長さを有する基体１はこの溶液で含浸された。比較実施例Ｂは破過試験１で試験されて、その結果は図８のグラフに示される。
【０１０４】
実施例４：
１５wt％クエン酸と１０wt％のポリアクリル酸の水溶液が作られた。約３．８ｃｍの直径と約７．５ｃｍの長さを有する基体１はこの溶液で含浸された。実施例４は破過試験１で試験されて、その結果は図８のグラフに示される。
【０１０５】
図８は、時間とともに(Ｘ座標に沿って)、１０％のしきい値に到達する時間が、湿潤剤を含んだ比較実施例Ｂで減少することを示している。試験の持続時間に対して、実施例４は性能低下がないことを示している。
【０１０６】
実施例５
３５wt％クエン酸と０．５wt％硫酸ナトリウムの水溶液が作られた。約３．８ｃｍの直径と約２．５ｃｍの長さを有する基体２はこの溶液で含浸された。実施例５は破過試験１で試験されて、その結果は図９のグラフに示される。
【０１０７】
実施例６
３５wt％クエン酸と０．５wt％安息香酸ナトリウムの水溶液が作られた。約３．８ｃｍの直径と約２．５ｃｍの長さを有する基体２はこの溶液で含浸された。実施例５は破過試験１で試験されて、その結果は図９のグラフで示される。
【０１０８】
実施例７
５０wt％クエン酸と０．５wt％の安息香酸ナトリウムの水溶液が作られた。約３．８ｃｍの直径と約２．５ｃｍの長さを有する基体２はこの溶液で含浸された。実施例７は破過試験１で試験されて、その結果は図９のグラフで示される。
【０１０９】
実施例８
３５wt％クエン酸と０．５wt％硫酸ナトリウムの水溶液が作られた。約３．８ｃｍの直径と約２．５ｃｍの長さを有する基体２はこの溶液で含浸された。実施例８は週末(約４８時間)の間乾燥されて、次に、破過試験１に従って試験された。その結果は図９のグラフで例証される。
【０１１０】
図９は、試験の持続する時間の間、実施例５、実施例６および実施例８が性能低下が無いことを示している。実施例７には、破過時間の増加があった。これは試験されたフィルタの小さい領域と同様に利用可能な試験データの小さい領域による可能性がある。３．８ｃｍの直径で、フィルタの中心は損傷を受けて１０％の破過時間における小さな変動を起こすが、総合的な能力は良い。
【０１１１】
アルカリが含浸された実施例
基体は以下の方法によって塩基性材料で含浸された。塩基性溶液の容積はビーカーに入れられた。基体全体が溶液中に浸漬されるように繊維状基体はビーカー中に配置された。約６０秒後、基体は取り出され、１時間オーブン中で乾燥された。乾燥後、結果としてえられるフィルタエレメントは、その概算寿命を決定するために試験された。フィルタエレメントは、テストチャンバーに配置され、フィルタの上流側と下流側を提供するためにシールされた。
【０１１２】
破過試験２
破過試験２に対して、５００ｐｐｂのＳＯ2と５０％相対湿度を含んだ空気流れは、３０リットル/分の流れ速度でフィルタエレメントの上流側に送られた。上流側と川流側の亜硫酸ガス濃度は、ＳＯ2検出器を使用してモニターされた。
【０１１３】
破過試験３
破過試験３に対して、５０ｐｐｍのＳＯ2と５０％の相対湿度を含んだ空気流れは３０リットル/分の流れ速度でフィルタエレメントの上流側に送られた。上流側と川流側の亜硫酸ガス濃度は、ＳＯ2検出器を使用してモニターされた。
【０１１４】
比較実施例Ｃ:
２０wt％炭酸カリウム(Ｋ2ＣＯ3)の水溶液が作られた。約３．８ｃｍの直径と約７．５ｃｍの長さを有する基体２はこの水溶液で含浸された。比較実施例Ｃは破過試験２で試験されて、その結果は図１０のグラフで示される。
【０１１５】
比較実施例Ｄ:
２０wt％のＫ2ＣＯ3の水溶液が作られた。約３．８ｃｍの直径と約７．５ｃｍの長さを有する基体２はこの溶液で含浸された。比較実施例Ｄは破過試験２で試験されて、その結果は図１０のグラフで示される。
【０１１６】
実施例９
２０wt％のＫ2ＣＯ3と６．６wt％のＫＩの水溶液が作られた。３．８ｃｍの直径と約７．５ｃｍの長さを有する基体２がこの溶液で含浸された。実施例９は、破過試験２で試験されて、その結果は図１０のグラフで示される。
【０１１７】
図１０は時間とともに試験されたフィルタエレメントを通り抜けるＳＯ2レベルを示す。助触媒を含んだ実施例９は、比較実施例Ｃ、Ｄよりもより良いＳＯ2除去を提供することがわかる。
【０１１８】
比較実施例Ｅ:
２０wt％のＫ2ＣＯ3の水溶液が作られた。約３．８ｃｍの直径と約７．５ｃｍの長さを有する基体２はこの溶液で含浸された。比較実施例Ｅは破過試験３で試験された。試験されたサンプルの写真は図１２で示される。
【０１１９】
実施例１０
２０wt％のＫ2ＣＯ3と６．６wt％のＫＩの水溶液が作られた。約３．８ｃｍの直径と約７．５ｃｍの長さを有する基体２はこの溶液で含浸された。実施例１０は破過試験で試験された。試験されたサンプルの写真は図１１で示される。
【０１２０】
破過試験３からの比較実施例Ｅと実施例１０の定量的な試験結果は、２つフィルタエレメント寿命が同様であることを示した。しかしながら、図１１と図１２の比較は、２つのサンプルが同じ量のＳＯ2を吸着したがフィルタを横切る圧力損失において重要な違いがあることを示している。図１２でわかるように、比較実施例Ｅの入口面にはかなりの材料の集積があって、その結果、それを通る空気流れのために利用できる容積を減少させる。比較実施例Ｅの入口側における結晶の集積Ｋ2ＳＯ3として同定された。この集積は図１１の実施例１０上では見られなかった。この集積は低濃度下での破過試験２では見られなかった。
【０１２１】
反応物が含浸された例
基体は以下の方法により反応物材料で含浸された。反応物溶液の体積はビーカーに入れられた。基体全体が溶液中に浸漬されるように繊維状基体はビーカー中に配置された。約６０秒後、基体は取り出され、１時間オーブン中で乾燥された。
【０１２２】
乾燥後、結果としてのフィルタエレメントは、その概算寿命を決定するためにテストされた。
【０１２３】
破過試験４
破過試験４に対して、フィルタエレメントは、テストチャンバーに配置され、フィルタの上流側と下流側を提供するためにシールされた。０．７ｐｐｍのホルムアルデヒドと５０％の相対湿度を含んだ空気流れは、３０リットル/分の流れ速度でフィルタエレメントの上流側に送られた。フィルタエレメントは、約３．８ｃｍの直径と約２．５４ｃｍの長さを有した。川流側のホルムアルデヒド濃度は、検出器を使用してモニターされた。
【０１２４】
比較実施例  Ｆ
基体１から、約３．８ｃｍの直径と約２．５４ｃｍの長さを有するフィルタエレメントが作られた。基体基板の表面または基板処理はなかった。
【０１２５】
実施例１１
トリス（ヒドロキシメチル）アミノメタンの５％水溶液が作られた。約３．８ｃｍの直径と約２．５４ｃｍの長さを有する基体１はこの溶液で含浸された。
【０１２６】
実施例１１と比較実施例Ｆは、破過試験４によって試験され、その結果が図１３で示される。図１３のグラフは、含浸されたフィルタエレメントの実施例１１が劇的に寿命が伸びることを示している。ホルムアルデヒドのレベルは、比較実施例Ｆでは直ちに０．５ｐｐｍに達するが、実施例１１では０．５ｐｐｍに達するのに少なくとも５０００分有した。
【０１２７】
しかしながら、本発明の多くの特徴と利点は、本発明の構造と機能の詳細と共に上記の記載で発表されたけれども、その記載は単なる例示であり、本発明の原理の範囲内での詳細、特に、形状、サイズ、および部品の構成における変更は、付属の請求項で表された用語の広い一般的な意味によって示される全範囲にまでなされ得ることが理解される。
【図面の簡単な説明】
【０１２８】
【図１】本発明に基づく汚染物質除去フィルタの第１実施例の概略的な斜視図である。
【図２】本発明に基づく汚染物質除去フィルタの第２実施例の概略的な斜視図である。
【図３】本発明に基づく汚染物質除去フィルタの第３実施例の概略的な斜視図である。
【図４】本発明に基づく汚染物質除去フィルタの第４実施例の概略的な斜視図である。
【図５】微粒子フィルタと協同して本発明に基づく汚染物質除去フィルタを多重に組み込んだの第４実施例の概略的な斜視図である。
【図６】本発明に基づく汚染物質除去フィルタの第５実施例の概略的な斜視図である。
【図７】本発明に基づく種々の汚染物質除去フィルタのテスト結果をグラフで表現した図である。
【図８】本発明に基づく種々の汚染物質除去フィルタのテスト結果をグラフで表現した図である。
【図９】本発明に基づく種々の汚染物質除去フィルタのテスト結果をグラフで表現した図である。
【図１０】本発明に基づく種々の汚染物質除去フィルタのテスト結果をグラフで表現した図である。
【図１１】破過試験３の試験後の本発明に基づくフィルタエレメントの入口側の写真を示す図である。
【図１２】破過試験３の試験後の比較実施例のフィルタエレメントの入口側の写真を示す図である。
【図１３】実施例１１と比較実施例Ｆの結果をグラフで表現した図である。
【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６】
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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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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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