(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体電解質が互いに接することのない２枚の金属を担持しない活性炭素繊維層に挟まれた構造を有し、
前記活性炭素繊維層を成す活性炭素繊維のＢＥＴ比表面積が１０００〜２０００ｍ２／ｇであり、かつ、前記固体電解質が水素イオン伝導性樹脂である、ことを特徴とするガス除去素子。
【請求項２】
前記２枚の活性炭素繊維層のそれぞれの外側に、金属メッシュが積層されていることを特徴とする請求項１に記載のガス除去素子。
【請求項３】
請求項１または２に記載のガス除去素子と、
当該ガス除去素子に電圧を印加する電圧印加手段と、を備えたことを特徴とする悪臭除去装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス除去素子およびそれを用いた悪臭除去装置に関する。より具体的には、ガス状汚染物質を電気化学反応によって分解するガス除去素子およびそれを用いた悪臭除去装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
空気中に含まれる悪臭成分を電気エネルギーによって分解するために、電解質を挟む一方のアノード電極にガス導入経路を設け、アノード−カソード電極間に電圧を印加することで悪臭成分を分解する悪臭除去装置が知られている（例えば、特許文献１）。上記の悪臭除去装置によれば、両電極間に電圧を印加して、アノード反応によって、アセトアルデド等のガスを分解することができる。また、この悪臭除去装置において、電解質として硫酸や水素イオン伝導性樹脂などの固体電解質を用いた例が開示されている。ここで、電極は、多孔質炭素基板上に、白金、ルテニウム、イリジウム等の貴金属を炭素粉末に担持した触媒を塗布し、焼成することによって形成されている。これによって、アセトアルデヒド等のガスを分解することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第２７０１９２３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来技術では、電極材に貴金属を使用するためコストが高くなるという問題がある。他方、電極材に貴金属を使用しないと悪臭成分を十分に除去できないという問題がある。このように、ガス状汚染物質を十分に除去することができ、かつ、コストが安いガス除去素子は見当たらないのが現状である。
【０００５】
そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされ、ガス状汚染物質を十分に除去することができ、かつ、コストが安いガス除去素子、および、それを用いた悪臭除去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】
【０００６】
本発明者は上記課題を解決するため、鋭意研究した結果、水素イオン伝導性樹脂を、ＢＥＴ比表面積１０００〜２０００ｍ２／ｇである活性炭素繊維から成る活性炭素繊維層２枚を互いに接触しないように挟み、電圧を印加することにより、貴金属を担持することなく、ガス状汚染物質を十分に除去できることを見出し、遂に本発明を完成するに到った。すなわち本発明は、以下の通りである。
（１）本発明に係るガス除去素子は、固体電解質が互いに接することのない２つの活性炭素繊維層に挟まれた構造を有し、前記活性炭素繊維層を成す活性炭素繊維のＢＥＴ比表面積が１０００〜２０００ｍ２／ｇであり、かつ、前記固体電解質が水素イオン伝導性樹脂であることを特徴とする。
（２）本発明に係るガス除去素子は、（１）の構成に加え、前記２枚の活性炭素繊維層のそれぞれの外側に金属メッシュが積層されていてもよい。
（３）本発明に係る悪臭除去装置は、（１）または（２）に記載のガス除去素子と、当該ガス除去素子に電圧を印加する電圧印加手段と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係るガス除去素子は、固体電解質が互いに接することのない２つの活性炭素繊維層に挟まれた構造を有し、前記固体電解質が水素イオン伝導性樹脂であり、前記活性炭素繊維層を成す活性炭素繊維のＢＥＴ比表面積が１０００〜２０００ｍ２／ｇである。そのため、本発明に係るガス除去素子は、ガス状汚染物質を十分に除去することができ、かつ、コストが安いという利点を有する。
また、本発明に係る悪臭除去装置は、本発明に係るガス除去素子を用いるため、悪臭除去の効果が高い。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
本実施形態のガス除去素子は、固体電解質が互いに接することのない２つの活性炭素繊維層に挟まれた構造を有し、前記活性炭素繊維層を成す活性炭素繊維のＢＥＴ比表面積が１０００〜２０００ｍ２／ｇであり、かつ、前記固体電解質が水素イオン伝導性樹脂である。
【０００９】
ガス状汚染物質を除去するメカニズムについては明確ではないが、次のように推測される。まず、（１）ガス状汚染物質が固体電解質と活性炭素繊維の界面付近の活性炭素繊維の細孔内に吸着する。次に、（２）吸着したガス状汚染物質は、その近傍にある官能基、もしくは、炭素の六角網面のエッジ部分と反応することにより、活性化される。さらに、（３）ガス状汚染物質は、炭素の六角網面と電子の授受を行うことにより、酸化／還元反応が起こり分解される、と考えられる。
【００１０】
ここで、もし、水素イオン伝導性樹脂からなる固体電解質がなければ、前記（１）が進行しないため、ガス状汚染物質を十分に除去することができない。
【００１１】
また、もし、２枚の活性炭素繊維層が互いに接していれば、前記（３）が進行しないため、ガス状汚染物質を十分に除去することができない。
【００１２】
さらに、もし、活性炭素繊維のＢＥＴ比表面積が１０００ｍ２／ｇ未満であれば、前記（１）の進行が遅くなるため、ガス状汚染物質を十分に除去することができない。
【００１３】
また、もし、活性炭素繊維のＢＥＴ比表面積が２０００ｍ２／ｇよりも大きければ、活性炭素繊維に十分な電気伝導性を確保することができないため、前記（３）の進行が遅くなり、ガス状汚染物質を十分に除去することができない。
【００１４】
以上からわかるように、本実施形態のガス除去素子は上記構成を有することで、ガス状汚染物質を十分に除去することができ、かつ、コストが安いという利点を有する。
【００１５】
なお、本実施形態のガス除去素子は、活性炭素繊維層にそのまま電圧を印加してもよいし、ガス除去素子を互いに接しない金属メッシュで挟み込み、一体化した後、電圧を印加してもよい。
さらに、本実施形態のガス除去素子を用いた悪臭除去装置も本発明の範囲に含まれる。
【実施例】
【００１６】
以下、実施例によって本発明の作用効果をより具体的に示す。下記実施例は本発明を限定する性質のものではなく、前・後記の趣旨に沿って設計変更することはいずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【００１７】
まず、実施例中で行った特性値の測定方法、および処理方法を以下に示す。
［ＢＥＴ比表面積測定］
サンプル約１００ｍｇを採取し、１２０℃で２４時間真空乾燥した後、秤量した。自動比表面積装置ジェミニ２３７５（マイクロメリティックス社製）を使用し、液体窒素の沸点（−１９５．８℃）における窒素ガスの吸着量を、相対圧が０．０２〜０．９５の範囲で徐々に高めながら４０点測定し、前記サンプルの吸着等温線を作製した。自動比表面積装置ジェミニ２３７５に付属の解析ソフト（ＧＥＭＩＮＩ−ＰＣＷ  ｖｅｒｓｉｏｎ１．０１）にて、ＢＥＴ条件で、表面積解析範囲を０．０１〜０．１５に設定して、ＢＥＴ比表面積［ｍ２／ｇ］を求めた。また、相対圧０．９５のデータより全細孔容積［ｃｃ／ｇ］を求めた。
【００１８】
［アセトアルデヒド除去測定］
３Ｌ容器にガス除去素子を入れ、２５℃、５０％ＲＨのアセトアルデヒド１０００ｐｐｍガスを導入した。その後、所定の電圧を印加し、１時間後のアセトアルデヒド濃度をＦＩＤ−ＧＣにより測定した。
【００１９】
以下の実施例１，２、比較例１〜３では、固体電解質である水素イオン伝導性樹脂として、ナフィオン（登録商標）１１７（ＤｕＰｏｎｔ製）を用いた。
（実施例１）
金属メッシュ（サイズ：５ｃｍ×５ｃｍ、目開き：３ｍｍ）、活性炭素繊維層（活性炭素繊維のＢＥＴ比表面積：１０２０ｍ２／ｇ、活性炭素繊維の細孔容積：０．４１ｃｃ／ｇ、サイズ：４ｃｍ×４ｃｍ）、ナフィオン１１７（ＤｕＰｏｎｔ製、サイズ：５ｃｍ×５ｃｍ）、活性炭素繊維層（活性炭素繊維のＢＥＴ比表面積：１０２０ｍ２／ｇ、活性炭素繊維の細孔容積：０．４１ｃｃ／ｇ、サイズ：４ｃｍ×４ｃｍ）、金属メッシュ（サイズ：５ｃｍ×５ｃｍ、目開き：３ｍｍ）の順に、ナフィオンを挟む活性炭素繊維層同士、および金属メッシュ同士が、互いに接触しないように積層し、一体化し、ガス除去素子を作成した。このガス除去素子に５Ｖの直流電圧を印加し、アセトアルデヒド除去測定を実施したところ、１時間後の容器内のアセトアルデヒド濃度が１２５ｐｐｍであった。
【００２０】
（実施例２）
金属メッシュ（サイズ：５ｃｍ×５ｃｍ、目開き：３ｍｍ）、活性炭素繊維層（活性炭素繊維のＢＥＴ比表面積：１９５０ｍ２／ｇ、活性炭素繊維の細孔容積：０．８１ｃｃ／ｇ、サイズ：４ｃｍ×４ｃｍ）、ナフィオン１１７（ＤｕＰｏｎｔ製、サイズ：５ｃｍ×５ｃｍ）、活性炭素繊維層（活性炭素繊維のＢＥＴ比表面積：１９５０ｍ２／ｇ、活性炭素繊維の細孔容積：０．８１ｃｃ／ｇ、サイズ：４ｃｍ×４ｃｍ）、金属メッシュ（サイズ：５ｃｍ×５ｃｍ、目開き：３ｍｍ）の順に、ナフィオンを挟む活性炭素繊維層同士、および金属メッシュ同士が、互いに接触しないように積層し、一体化し、ガス除去素子を作成した。このガス除去素子に５Ｖの直流電圧を印加し、アセトアルデヒド除去測定を実施したところ、１時間後に容器内のアセトアルデヒド濃度が１０９ｐｐｍであった。
【００２１】
（比較例１）
金属メッシュ（サイズ：５ｃｍ×５ｃｍ、目開き：３ｍｍ）、活性炭素繊維層（活性炭素繊維のＢＥＴ比表面積：９３４ｍ２／ｇ、活性炭素繊維の細孔容積：０．３４ｃｃ／ｇ、サイズ：４ｃｍ×４ｃｍ）、ナフィオン１１７（ＤｕＰｏｎｔ製、サイズ：５ｃｍ×５ｃｍ）、活性炭素繊維層（活性炭素繊維のＢＥＴ比表面積：９３４ｍ２／ｇ、活性炭素繊維の細孔容積：０．３４ｃｃ／ｇ、サイズ：４ｃｍ×４ｃｍ）、金属メッシュ（サイズ：５ｃｍ×５ｃｍ、目開き：３ｍｍ）の順に、ナフィオンを挟む活性炭素繊維層同士、および金属メッシュ同士が、互いに接触しないように積層し、一体化し、ガス除去素子を作成した。このガス除去素子に５Ｖの直流電圧を印加し、アセトアルデヒド除去測定を実施したところ、１時間後に容器内のアセトアルデヒド濃度が３５２ｐｐｍであった。
【００２２】
（比較例２）
金属メッシュ（サイズ：５ｃｍ×５ｃｍ、目開き：３ｍｍ）、活性炭素繊維層（活性炭素繊維のＢＥＴ比表面積：２３４０ｍ２／ｇ、活性炭素繊維の細孔容積：１．１４ｃｃ／ｇ、サイズ：４ｃｍ×４ｃｍ）、ナフィオン１１７（ＤｕＰｏｎｔ製、サイズ：５ｃｍ×５ｃｍ）、活性炭素繊維層（活性炭素繊維のＢＥＴ比表面積：２３４０ｍ２／ｇ、活性炭素繊維の細孔容積：１．１４ｃｃ／ｇ、サイズ：４ｃｍ×４ｃｍ）、金属メッシュ（サイズ：５ｃｍ×５ｃｍ、目開き：３ｍｍ）の順に、ナフィオンを挟む活性炭素繊維層同士、および金属メッシュ同士が、互いに接触しないように積層し、一体化し、ガス除去素子を作成した。このガス除去素子に５Ｖの直流電圧を印加し、アセトアルデヒド除去測定を実施したところ、１時間後に容器内のアセトアルデヒド濃度が３２７ｐｐｍであった。
【００２３】
（比較例３）
金属メッシュ（サイズ：５ｃｍ×５ｃｍ、目開き：３ｍｍ）、活性炭素繊維層（活性炭素繊維のＢＥＴ比表面積：１９５０ｍ２／ｇ、活性炭素繊維の細孔容積：０．８１ｃｃ／ｇ、サイズ：４ｃｍ×４ｃｍ）、ナフィオン１１７（ＤｕＰｏｎｔ製、サイズ：５ｃｍ×５ｃｍ）、活性炭素繊維層（活性炭素繊維のＢＥＴ比表面積：１９５０ｍ２／ｇ、活性炭素繊維の細孔容積：０．８１ｃｃ／ｇ、サイズ：４ｃｍ×４ｃｍ）、金属メッシュ（サイズ：５ｃｍ×５ｃｍ、目開き：３ｍｍ）の順に、ナフィオンを挟む活性炭素繊維層同士、および金属メッシュ同士が、互いに接触しないように積層し、一体化し、ガス除去素子を作成した。このガス除去素子に０Ｖの直流電圧を印加し、すなわち、電圧を印加せずに、アセトアルデヒド除去測定を実施したところ、１時間後に容器内のアセトアルデヒド濃度が３３１ｐｐｍであった。
【００２４】
以上の実施例１〜２および比較例１〜３に関して、アルデヒド除去測定を行った結果より明らかなように、実施例１〜２は、ＢＥＴ比表面積が１０００ｍ２／ｇより小さい場合（比較例１）、および、ＢＥＴ比表面積が２０００ｍ２／ｇより大きい場合（比較例２）、電圧を印加しない場合（比較例３）とそれぞれ比較して、アルデヒド除去性能が高いことが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明に係るガス除去素子および本発明に係る悪臭除去装置は、ガス状汚染物質を効率的に除去することができ、また、コストを低減して製造することが可能であるため、産業界に大きく寄与することが期待できる。