(57)【要約】      （修正有）【課題】活性炭を含んだ吸着性モノリスと、このモノリスを製造する方法、及び流体流から、揮発性有機化合物、オゾン、その他の化学物質を吸着する方法を提供する。【解決手段】活性炭と、セラミック形成材料と、フラックス材料、及び水とを有する押し出し可能な混合物を、押し出しダイを介して押し出して、押し出し後のモノリスの形状を維持して乾燥し、乾燥されたモノリスを、材料が反応してセラミックマトリックスを形成するのに十分な温度及び時間で焼成する。【選択図】図１
2004202492.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸着性モノリスを形成する方法であって、
（ａ）押し出しダイを介して押し出し可能な混合物を押し出して、少なくとも一つの貫通する通路を有する形状のモノリスを形成する段階を有し、前記押し出し可能な混合物は、
活性炭と、
セラミック形成材料と、
フラックス材料と、
水と、
を有し、前記混合物は、押し出しのあと及びモノリスの乾燥の際にモノリスの形状を維持することができるものであり、
（ｂ）押し出しされたモノリスを乾燥する段階を有し、
（ｃ）乾燥されたモノリスを、セラミック材料が一緒に反応してセラミックマトリックスを形成するのに十分な温度かつ時間で焼成する段階を有している、
方法。
【請求項２】
前記押し出し可能な混合物が、強度を増すため、及び押し出しされたウェットモノリスの形状を維持するためのウェットバインダを有している請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記セラミック形成材料が、乾燥及び焼成段階の際のモノリスの収縮を低減するためのフィラーを有している請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記押し出し可能な混合物が、強度を増すため、及び押し出しされたウェットモノリスの形状を維持するためのウェットバインダを有し、前記セラミック形成材料が、乾燥及び焼成段階の際のモノリスの収縮を低減するためのフィラーを有している請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記セラミック形成材料がボールクレイを有している請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記フラックス材料が長石質鉱物を有している請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記フラックス材料がネフェリン閃長岩を有している請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記バインダがメチルセルロースを有している請求項２記載の方法。
【請求項９】
前記バインダがさらにアクリルバインダを有している請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記押し出し可能な混合物がさらにケイ酸ナトリウムを有している請求項１記載の方法。
【請求項１１】
前記セラミック形成材料のフィラーがか焼カオリンクレイを有している請求項３記載の方法。
【請求項１２】
前記セラミック形成材料がボールクレイを有し、フラックスが長石質鉱物を有している請求項１記載の方法。
【請求項１３】
前記長石質鉱物がネフェリン閃長岩である請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記セラミック形成材料がボールクレイを有し、フラックスが長石質鉱物を有し、バインダがメチルセルロースを有し、セラミック形成材料のフィラーがか焼カオリンクレイを有している請求項４記載の方法。
【請求項１５】
前記長石質鉱物がネフェリン閃長岩である請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
前記押し出し可能な混合物がさらにケイ酸ナトリウムを有している請求項１４記載の方法。
【請求項１７】
前記バインダがさらにアクリルバインダを有している請求項１４記載の方法。
【請求項１８】
前記活性炭が、重量で約20〜約70部の量で押し出し可能な混合物の中に存在し、
前記セラミック形成材料が、重量で約20〜約60部の量で押し出し可能な混合物の中に存在し、
前記フラックス材料が、重量で約4〜約20部の量で押し出し可能な混合物の中に存在する請求項１記載の方法。
【請求項１９】
前記押し出し可能な混合物が、強度を増すため、及び押し出しされたウェットモノリスの形状を維持するために、約0.5〜約5部の量でウェットバインダを有している請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
前記セラミック形成材料が、乾燥及び焼成段階の際のモノリスの収縮を低減するために、重量で約1〜約15部の量で押し出し可能な混合物の中に存在するフィラーを有している請求項１８記載の方法。
【請求項２１】
前記押し出し可能な混合物が、強度を増すため、及び押し出しされたウェットモノリスの形状を維持するために、約0.5〜約5部の量でウェットバインダを有し、前記セラミック形成材料が、乾燥及び焼成段階の際のモノリスの収縮を低減するために、重量で約1〜約15部の量で押し出し可能な混合物の中に存在するフィラーを有している請求項１８記載の方法。
【請求項２２】
前記セラミック形成材料がボールクレイである請求項１８記載の方法。
【請求項２３】
前記フラックスが長石質鉱物である請求項１８記載の方法。
【請求項２４】
前記長石質鉱物がネフェリン閃長岩である請求項２３記載の方法。
【請求項２５】
前記押し出し可能な混合物が、重量で約0.5〜約5部の量で存在するメチルセルロースを有している請求項１８記載の方法。
【請求項２６】
前記押し出し可能な混合物が、重量で約0.5〜約5部の量で存在するメチルセルロースと、重量で約1〜約4部の量で存在するアクリルバインダとを有している請求項１８記載の方法。
【請求項２７】
前記押し出し可能な混合物が約2〜約7部の量で固形ケイ酸ナトリウムをさらに有している請求項１８記載の方法。
【請求項２８】
前記セラミック形成材料のフィラーが、か焼カオリンクレイである請求項２０記載の方法。
【請求項２９】
前記セラミック形成材料がボールクレイであり、前記フラックスが長石質鉱物である請求項１８記載の方法。
【請求項３０】
前記長石質鉱物がネフェリン閃長岩である請求項２９記載の方法。
【請求項３１】
前記活性炭が重量で約20〜約70部の量で押し出し可能な混合物の中に存在し、
前記セラミック形成材料が、重量で約20〜約60部の量で押し出し可能な混合物の中に存在するボールクレイを有し、
前記フラックスが重量で約4〜約20部の量で押し出し可能な混合物の中に存在する長石質鉱物であり、
前記押し出し可能な混合物が、重量で約0.5〜約5部の量で押し出し可能な混合物の中に存在するメチルセルロースをさらに有し、
前記セラミック形成材料が、重量で約1〜約15部の量で押し出し可能な混合物の中に存在するか焼カオリンクレイをさらに有し、
前記水が重量で約60〜約130部の量で押し出し可能な混合物の中に存在する請求項１記載の方法。
【請求項３２】
前記長石質鉱物がネフェリン閃長岩である請求項３１記載の方法。
【請求項３３】
前記押し出し可能な混合物が重量で約2〜約7部の量でケイ酸ナトリウムを有している請求項３１記載の方法。
【請求項３４】
前記活性炭が重量で約20〜約70部の量で押し出し可能な混合物の中に存在し、
前記セラミック形成材料が、重量で約20〜約60部の量で押し出し可能な混合物の中に存在するボールクレイを有し、
前記フラックス材料が、重量で約4〜約20部の量で押し出し可能な混合物の中に存在するネフェリン閃長岩であり、
前記押し出し可能な混合物が、重量で約0.5〜約5部の量で押し出し可能な混合物の中に存在するメチルセルロースをさらに有し、
前記押し出し可能な混合物が、重量で約1〜約4部の固形分量で押し出し可能な混合物の中に存在するアクリルバインダをさらに有し、
前記セラミック形成材料が、重量で約1〜約15部の量で押し出し可能な混合物の中に存在するか焼カオリンクレイをさらに有し、
前記押し出し可能な混合物が約2〜約7部の量で押し出し可能な混合物の中に存在するケイ酸ナトリウム固形分をさらに有し、
前記水が重量で約60〜約130部の量で押し出し可能な混合物の中に存在する請求項１記載の方法。
【請求項３５】
前記押し出し段階の際に、押し出し可能な混合物が押し出しダイを介して押し出しされることで、貫通する複数の通路を有するような形状のモノリスが形成される請求項１記載の方法。
【請求項３６】
前記モノリス及び前記複数の通路がハニカム構造を形成する請求項３５記載の方法。
【請求項３７】
前記モノリスが70%以上で約85%までの開口前面積を有する請求項３６記載の方法。
【請求項３８】
前記モノリスが約1600〜約1900°Fの温度で非酸化雰囲気中で焼成される請求項１記載の方法。
【請求項３９】
前記モノリスが約0.5〜1時間未満の時間にわたって焼成される請求項３８記載の方法。
【請求項４０】
前記乾燥段階が、
押し出されたモノリスを、最初は内部に周囲室温と大気圧とを有する真空チャンバの中に設置する段階と、
真空チャンバ内の圧力を、モノリス内の水分を凍結するのに十分な速度でかつレベルまで減少させる段階と、
真空チャンバ内の減少した圧力を、モノリスが乾燥するまでモノリス内の凍った水分が蒸散するのに十分な時間で維持する段階と、
を有する請求項１記載の方法。
【請求項４１】
前記圧力を減少させる段階の際に、真空チャンバ内の圧力が大気圧から約1 torr以下の圧力まで減少される請求項４０記載の方法。
【請求項４２】
前記圧力を減少させる段階の際に、真空チャンバ内の圧力が大気圧から約1 torrトール以下の圧力まで約1分以内に減少させられる請求項４０記載の方法。
【請求項４３】
前記乾燥段階が、
押し出されたモノリス中の水分を凍結する段階と、
押し出しされ凍結されたモノリスを、最初は大気圧の真空チャンバ内圧力を有する真空チャンバの中に設置する段階と、
真空チャンバ内の圧力及び／あるいは温度を、モノリス内の水分を凍った状態に保つのに十分な速度でかつレベルまで減少させる段階と、
真空チャンバ内の減少した圧力及び／あるいは温度を、モノリスが乾燥するまでモノリス内の凍った水分が蒸散するのに十分な時間で維持する段階と、
を有する請求項１記載の方法。
【請求項４４】
前記凍結段階の際に、モノリス内の水分が押し出しの段階の後約10分以内に凍結される請求項４３記載の方法。
【請求項４５】
前記凍結段階の際に、モノリスが約マイナス25゜F以下の温度にさらされる請求項４３記載の方法。
【請求項４６】
前記凍結段階の際に、モノリスが約マイナス80゜F以下の温度にさらされる請求項４３記載の方法。
【請求項４７】
前記乾燥段階が、
押し出されたモノリスを、最初は少なくとも95%のチャンバ内相対湿度を有するチャンバ内に設置する段階と、
モノリスが乾燥するまでチャンバ内の相対湿度を徐々に低下させる段階と、
を有する請求項１記載の方法。
【請求項４８】
前記焼成段階のあとのモノリスが、1から800セル/in2のセル密度と、70%以上で約85%未満の開口前面積を有している請求項１記載の方法。
【請求項４９】
前記活性炭が、れき青炭、リグナイト、ピート、合成ポリマ、石油ピッチ、石油コークス、コルタールピッチ及びリグノセルロース材料から成るグループから選択された材料から由来するものである請求項１記載の方法。
【請求項５０】
前記活性炭が、木、木屑、木紛、おが屑、ココナッツ殻、果実種、ナッツ殻及び果実石から成るグループから選択されたリグノセルロース材料から由来するものである請求項１記載の方法。
【請求項５１】
前記活性炭が、約600〜約2000m2/gの窒素B.E.T.表面積により特徴付けられている請求項１記載の方法。
【請求項５２】
前記活性炭が、約800〜約1800m2/gの窒素B.E.T.表面積により特徴付けられている請求項１記載の方法。
【請求項５３】
前記活性炭が、約1000〜約1600m2/gの窒素B.E.T.表面積により特徴付けられている請求項１記載の方法。
【請求項５４】
前記活性炭が、活性炭の重量で40%以上が３２５メッシュスクリーンを通るような粒子サイズを有している請求項１記載の方法。
【請求項５５】
前記活性炭が、活性炭の重量で65%以上が３２５メッシュスクリーンを通るような粒子サイズを有している請求項１記載の方法。
【請求項５６】
（ａ）押し出しダイを介して押し出し可能な混合物を押し出して、少なくとも一つの貫通する通路を有する形状のモノリスを形成する段階を有し、前記押し出し可能な混合物は、
活性炭と、
セラミック形成材料と、
フラックス材料と、
水と、
を有し、前記混合物は、押し出しのあと及びモノリスの乾燥の際にモノリスの形状を維持することができるものであり、
（ｂ）押し出されたモノリスを乾燥する段階を有し、
（ｃ）乾燥されたモノリスを、セラミック材料が一緒に反応してセラミックマトリックスを形成するのに十分な温度かつ時間で焼成する段階と、
を有する方法によって製造される吸着性モノリス。
【請求項５７】
流体流から揮発性有機化合物あるいはオゾンを除去する方法であって、
最初は揮発性有機化合物あるいはオゾンを含んでいる流体流を、少なくとも一つの貫通する通路を有する吸着性モノリスに通す段階を有し、前記モノリスが、
（ａ）押し出しダイを介して押し出し可能な混合物を押し出して、少なくとも一つの貫通する通路を有する形状のモノリスを形成する段階を有し、前記押し出し可能な混合物は、
活性炭と、
セラミック形成材料と、
フラックス材料と、
水と、
を有し、前記混合物は、押し出しのあと及びモノリスの乾燥の際にモノリスの形状を維持することができるものであり、
（ｂ）押し出しされたモノリスを乾燥する段階を有し、
（ｃ）乾燥されたモノリスを、セラミック材料が一緒に反応してセラミックマトリックスを形成するのに十分な温度かつ時間で焼成する段階と、
を有する方法。
【請求項５８】
活性炭とセラミック形成材料と水とを有する押し出されたウェットモノリスを乾燥するための方法であって、
押し出されたウェットモノリスを、最初は内部に大気温度と圧力とを有する真空チャンバの中に設置する段階と、
真空チャンバ内の圧力を、モノリス中の水分を凍結させるのに十分な速度でかつレベルまで減少させる段階と、
モノリスが乾燥するまで、モノリス中の凍った水分が蒸散するのに十分な時間で真空チャンバ内の減少した圧力を維持する段階と、
を有する方法。
【請求項５９】
前記圧力を減少させる段階の際に、チャンバ内の圧力が大気圧から約1 torr以下の圧力まで減少させられる請求項５８記載の方法。
【請求項６０】
前記圧力を減少させる際に、チャンバ内の圧力が大気圧から約1 torr以下の圧力まで約1分以内に低下させられる請求項５８記載の方法。
【請求項６１】
活性炭とセラミック形成材料と水とを有する押し出されたウェットなモノリスを乾燥させるための方法であって、
押し出されたモノリス中の水分を凍結する段階と、
押し出されて凍結されたモノリスを、最初は大気圧の内部圧力を有する真空チャンバの中に設置する段階と、
真空チャンバ内の圧力及び／あるいは温度を、モノリス内の水分を凍った状態に保つのに十分な速度かつレベルまで減少させる段階と、
真空チャンバ内の減少した圧力及び／あるいは温度を、モノリスが乾燥するまでモノリス内の凍った水分が蒸散するのに十分な時間で維持する段階と、
を有する方法。
【請求項６２】
前記凍結段階の際に、モノリス内の水分が押し出し段階の後約10分以内に凍結される請求項６１記載の方法。
【請求項６３】
前記凍結段階の際に、モノリスが約マイナス25゜F以下の温度にさらされる請求項６１記載の方法。
【請求項６４】
前記凍結段階のときに、モノリスが約マイナス80゜F以下の温度にさらされる請求項６１記載の方法。
【請求項６５】
活性炭とセラミック形成材料と水とを有する押し出されたウェットなモノリスを乾燥させるための方法であって、
押し出されたモノリスを、最初は少なくとも95%のチャンバ内相対湿度を有するチャンバ内に設置する段階と、
モノリスが乾燥するまでチャンバ内の相対湿度を徐々に低下させる段階と、
を有する方法。
【請求項６６】
流体の流れを受容するための貫通する複数の通路を有し、また70%以上で85%未満の開口前面積を有しており、焼成されたセラミック形成材料とこのセラミック形成材料全体にわたって分散された活性炭とを有し、前記セラミック形成材料がマトリックスを形成していて、活性炭がこのマトリックによって保持されているハニカム形状の吸着性モノリス。
【請求項６７】
前記活性炭が重量で約20〜約70部の量で存在し、前記セラミック形成材料が重量で約20〜約60部の量で存在する請求項６６記載のモノリス。
【請求項６８】
当該モノリスが約500〜約1600psiの軸方向破砕強度を有している請求項６６記載のモノリス。
【請求項６９】
前記活性炭が、れき青炭、リグナイト、ピート、合成ポリマ、石油ピッチ、石油コークス、コルタールピッチ、リグノセルロース材料から成るグループから選択された材料から由来するものである請求項６６記載のモノリス。
【請求項７０】
前記炭が、木、木屑、木紛、おが屑、ココナッツ殻、果実種、ナッツ殻、及び果実石から成るグループから選択されたリグノセルロース材料から由来するものである請求項６６記載のモノリス。
【請求項７１】
前記炭が、約600〜約2000m2/gの窒素B.E.T.表面積を有している請求項６６記載のモノリス。
【請求項７２】
前記炭が、約800〜約1800m2/gの窒素B.E.T.表面積を有している請求項６６記載のモノリス。
【請求項７３】
前記炭が、約1000〜約1600m2/gの窒素B.E.T.表面積を有している請求項６６記載のモノリス。
【請求項７４】
前記炭が、活性炭の重量で40%以上が３２５メッシュスクリーンを通るような粒子サイズを有している請求項６６記載のモノリス。
【請求項７５】
前記炭が、活性炭の重量で65%以上が３２５メッシュスクリーンを通るような粒子サイズを有している請求項６６記載のモノリス。
【請求項７６】
前記活性炭が重量で約20〜約70部の量で存在し、セラミック形成材料が重量で約20〜約60部の量で存在する請求項５７記載のモノリス。
【請求項７７】
前記モノリスが約500〜約1600psiの軸方向破砕強度を有している請求項５７記載のモノリス。
【請求項７８】
前記活性炭が、れき青炭、リグナイト、ピート、合成ポリマ、石油ピッチ、石油コークス、コルタールピッチ、リグノセルロース材料から成るグループから選択された材料から由来するものである請求項５７記載のモノリス。
【請求項７９】
前記炭が、木、木屑、木紛、おが屑、ココナッツ殻、果実種、ナッツ殻、及び果実石から成るグループから選択されたリグノセルロース材料から由来するものである請求項７８記載のモノリス。
【請求項８０】
前記活性炭が、約600〜約2000m2/gの窒素B.E.T.表面積を有している請求項５７記載のモノリス。
【請求項８１】
前記活性炭が、約800〜約1800m2/gの窒素B.E.T.表面積を有している請求項８０記載のモノリス。
【請求項８２】
前記活性炭が、約1000〜約1600m2/gの窒素B.E.T.表面積を有している請求項８１記載のモノリス。
【請求項８３】
前記活性炭が、活性炭の重量で40%以上が３２５メッシュスクリーンを通るような粒子サイズを有していることにより特徴付けられる請求項５７記載のモノリス。
【請求項８４】
前記活性炭が、活性炭の重量で65%以上が３２５メッシュスクリーンを通るような粒子サイズを有していることにより特徴付けられる請求項８３記載のモノリス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は活性炭を含んだ吸着性モノリスに関する。さらに詳しくは、この発明はセラミック材料と活性炭を含んだモノリス、及び揮発性有機化合物やオゾン、及びその他の化学物質を流体流から除去するためのこのようなモノリスの利用に関する。
【発明の背景】
【０００２】
活性炭は揮発性有機化合物などの化学物質を流体流から除去するのに有用であり、また特殊な用途に対しては触媒基材としても有用である。活性炭によって化学物質を流体流から除去するために、その流体流は活性炭と接触するように導かれる。活性炭は、カラムの中に詰め込まれた粒子や、基材上のコーティング、あるいは中に流体を流すための通路が設けられたモノリスの形などが可能である。
【０００３】
活性炭のいくつかの用途においては、活性炭に隣接するところでの流速を大きくし、背圧を低くすることが望ましい。従って、背圧レベルが高いために、活性炭が詰め込まれたカラムは時として適切ではない。流速が妥当な程度に大きくて背圧レベルを低くする必要のある用途においては、ハニカム形状の活性炭モノリスなど、活性炭を含んでいて、貫通する開口通路を有する成形体が望ましい。しかし、吸着フィルタとしての取り扱い及び使用に耐えるだけの十分なレベルの強度を有するそうした形状を形成することは困難である。バインダを用いずに形成された活性炭モノリスはいくつかの用途に対しては強度が不十分である。
【０００４】
オカバヤシ等(Okabayashi et al)に付与された米国特許第4,518,704号には、活性炭とセラミック材料とから成る成形体が開示されている。この構造は強度特性が改善されているが、オカバヤシは所望の結合及び強度を実現するために1100℃の温度で1〜4時間焼成している。そうした高温でそれだけ長い時間にわたって焼成することは経済的に望ましくない。
【０００５】
活性炭とセラミック材料とから成る吸着性モノリスを作るときの別の問題は、活性炭の多孔度が大きいために、活性炭とセラミック形成材料との混合物中の水分量を多くせずにはその混合物を押し出すことが困難なことである。活性炭とセラミック形成材料の混合物をハニカムなどの形状にうまく押し出しするためには、重量で30〜65パーセントの水分含有量が必要である。形成されたモノリスの品質を保護するためには、焼成するまえに、押し出しされたモノリスからその水分をほとんど除去してしまわなければならない。焼成するときに高温にさらされるセラミック部材は、最初にその水分の大部分を取り除かないと、残った水分が急激に蒸気に変換されるために、クラックやポップアウト(pop-out)、あるいは破裂の形の損傷を通常は被る。
【０００６】
セラミック形成材料と活性炭とから成る押し出しされたウェットモノリスの乾燥は慎重を要するプロセスである。焼成されていないセラミック製品は一般にその水分を失うと縮み、乾燥のときのモノリスからの水分損失速度がモノリス全体にわたって均一でないとモノリスにはクラックが生じる可能性がある。
【０００７】
従って、押し出しによって形成が可能であり、クラックを生じずに乾燥させて焼成することができ、より低い温度かつ短い時間などのより経済的な条件で焼成することができ、吸着フィルタとしての取り扱い及び使用に耐えるだけの十分な強度を有し、十分な流量を流せる形状を有するような、活性炭から成る成形体が要求されている。
【発明の概要】
【０００８】
この発明は、活性炭とセラミック形成材料と水分とフラックス材料とを含んだ押し出し可能な混合物を押し出す段階を有する、吸着性モノリスを形成する方法を提供することによって、上述した問題を解決する。フラックス材料は焼成時にセラミック形成材料が溶融してセラミック結合を形成する温度を下げることによって、セラミック形成材料の溶融を向上させる。これによって、モノリスをより低い温度とより短い時間で焼成することができる。さらに、この発明は真空乾燥や凍結乾燥、湿度調節乾燥などを含めた、押し出されたウェットなモノリスの乾燥方法に関する。こうした乾燥方法によれば、押し出しされたウェットなモノリスをモノリスにクラックを生じることなく乾燥させることができる。
【０００９】
より詳しくは、この発明は、（ａ）活性炭とセラミック形成材料とフラックス材料と水分とから成る押し出し可能な混合物を、押し出しダイを介して押し出しして、少なくとも一つの貫通する通路を有するような形状のモノリスを形成する段階と、（ｂ）この押し出しされたモノリスを乾燥する段階と、（ｃ）セラミック形成材料が一緒に反応してセラミックマトリックスを形成するのに十分な温度と時間で、乾燥されたモノリスを焼成する段階とを有する吸着性モノリスの形成方法に関する。この押し出し可能な混合物は、モノリスの押し出しのあと及び乾燥の際にモノリスの形状を維持することができる。
【００１０】
適したセラミック形成材料はボールクレイである。また、セラミック形成材料は乾燥及び焼成の段階の際のモノリスの収縮を低減するためにフィラーを含んでいることが好ましい。適したフィラーはか焼されたカオリンクレイである。
【００１１】
適したフラックス材料は長石材料、さらに詳しくはネフェリン閃長岩である。
【００１２】
押し出し可能な混合物は、押し出されたウェットなモノリスの強度を増すため及び形状を維持するためにウェットバインダを含んでいることが好ましい。特に適したウェットバインダはメチルセルロースである。アクリルバインダも適していて、メチルセルロースと組み合わせて使用することができる。
【００１３】
押し出し可能な混合物はケイ酸ナトリウムを含んでいてもよい。ケイ酸ナトリウムは乾燥の際にバインダとしてモノリスの強度を増し、焼成後においてはフラックス材料としてモノリスの強度を増す。
【００１４】
吸着性モノリスは貫通する複数の通路を有していて、ハニカム形状を有していることが好ましい。
【００１５】
押し出し可能なモノリスは真空乾燥によって乾燥してもよい。真空乾燥では、押し出しされたモノリスを最初は内部に周囲室温と大気圧を有する真空チャンバの中に設置する段階と、真空チャンバ内の圧力をモノリス中の水分を凍結させるのに十分な速さでかつレベルまで減少させる段階と、真空チャンバ内の減少した圧力を、モノリスが乾燥するまで、凍った水分が蒸散するのに十分な時間で維持する段階とを有する。さらに詳しくは、真空チャンバ内の圧力を、約1分以内に、大気圧から約1 torr以下の圧力まで、そして好ましくは30ミクロンから約1 torrの範囲内に低下させる。
【００１６】
押し出しされたウェットなモノリスを凍結乾燥させる方法は、（１）押し出されたモノリス内の水分を凍結する段階と、（２）最初は大気圧の内部圧力を有する真空チャンバの中に、凍結した押し出されたモノリスを設置する段階と、（３）真空チャンバ内の圧力及び／あるいは温度を、モノリス内の水分を凍結された状態に維持するのに十分な速度でかつレベルまで減少させる段階と、（４）減少した真空チャンバ内の圧力／及び温度を、モノリスが乾燥するまでモノリス内の凍結された水分が蒸散するのに十分な時間維持する段階とを有する。望ましくは、凍結段階の際に、モノリス内の水分は押し出し段階の後約10秒〜10分以内に凍結され、約-25°F以下の温度にされる。より望ましくは、凍結段階のときに、モノリスは約-80°F以下の温度にされる。
【００１７】
押し出されたウェットなモノリスの湿度調節乾燥方法は、（１）最初は少なくとも95パーセントのチャンバ内相対湿度を有するチャンバの中に押し出されたモノリスを設置する段階と、（２）モノリスが乾燥するまでチャンバ内の相対湿度を徐々に低下させる段階とを有する。
【００１８】
この発明は、上述したプロセスに従って形成される吸着性モノリスと、流体空気流から揮発性有機化合物やオゾンなどの化学物質を除去する方法とに関し、これは、吸着性モノリスの中に、最初はそうした化学物質を含んでいる流体流を通す段階を有している。
【００１９】
この発明の吸着性モノリスは、セラミック材料と、マトリックスの中に分散された活性炭とを有している。セラミック材料は一緒に反応させられて、セラミックマトリックスが形成され、このマトリックスによって活性炭が保持される。モノリスは、流体流を受容するための貫通する複数の通路を有していて、ハニカム形状を有していることが好ましい。また、モノリスは70％以上で85％未満の開口前面積と、約500〜約1600psiの軸方向破砕強度とを有していることが好ましい。
【００２０】
従って、この発明の目的は、活性炭を含んだ改良されたモノリスと、そうしたモノリスを製造するための改良された方法を提供することである。
【００２１】
この発明の別の目的は、流体流から揮発性有機化合物やオゾンなどの化学物質を除去するための吸着性モノリスを提供することである。
【００２２】
この発明のさらに別の目的は、望ましい強度特性を有する吸着性モノリスを提供することである。
【００２３】
この発明のさらに別の目的は、活性炭とセラミック形成材料と水分とを有する押し出されたウェットなモノリスを乾燥するための改良された方法を提供することである。
【００２４】
この発明のその他の目的や特徴、利点は、この発明の実施の形態に関する以下の説明からより明らかになろう。
【発明の実施の形態】
【００２５】
以上で要約したように、この発明は、活性炭を含んだ吸着性モノリスと、このモノリスを乾燥させる段階を含んだそうしたモノリスの製造方法と、揮発性有機化合物などの化学物質を吸着する方法に関する。ここで使用されるとき、モノリスとは固相材料のブロックを意味している。図１は、この発明の一実施形態に従って形成されたモノリス１０を示している。図１に示されているモノリス１０は、活性炭とセラミック材料から成っていてハニカム形状を有する押し出しされたモノリスである。このモノリスは前端１４から後端１６までこのモノリスを貫いて延びる複数の通路１２を有している。これらの通路１２は断面がほぼ方形であり、その長さ方向に沿って直線的であり、押し出し材料から成る周壁１８によって形成されているが、これらの通路は長方形や円形、三角形、六角形、長円形、楕円形など他の断面形状でもよい。通路１２は押し出し材料から成る外皮２０によって囲まれている。
【００２６】
モノリス１０は気相あるいは液相から種々の化学物質を吸着する吸着フィルタとして、また触媒基材として有用である。例えば、モノリス１０を燃料噴射内燃機関のエアーインテークシステムの中に配置したときには、モノリスの活性炭が、エンジンを停止させたときに燃料漏れとしてインジェクターポートから漏れる燃料蒸気を吸着する。エンジンを再スタートすると、流入する空気がハニカム構造の中を吹き抜けて戻し、燃料を放出する。こうして、燃料はエンジンの中で燃焼する。図２はモノリス１０の通路１２を通る流体の流れを示している。吸着される材料はモノリス構造の壁に保持された活性炭によって吸着される。
【００２７】
別の実施形態においては、モノリス１０は乾式複写装置の排気流の中に設置され、ハニカム構造の活性炭がオゾンを吸着する。オゾンはカーボンによって捕らえられ、酸素（触媒反応によって）あるいは二酸化炭素（カーボンとの化学反応によって）に変換されるか、吸着によって長い期間にわたって捕捉された状態に保持される。おそらく、実際には上述した事態の組み合わせが起きる。いずれにしても、吸着性モノリスあるいはフィルタが空気流からオゾンを除去し、不快感をなくし、そのエリアにおいてオゾンがオフィスで働く人の目や呼吸器官に与える健康被害をなくす。
【００２８】
一般的に、モノリス１０は、活性炭と、セラミック形成材料と、フラックス材料と、バインダと、水分を一体に混ぜて、押し出し可能な混合物を形成することによって製造される。押し出し可能な混合物は押し出しダイを介して押し出しされ、ハニカム構造を有するモノリスが形成される。押し出しのあと、乾燥のときに、押し出しされたハニカムモノリスはその形状を保持する。そのあと、セラミック形成材料が反応して、構造全体にわたって活性炭が分散していて意図した最終的な利用に十分な強度を有するモノリスが形成するのに十分な温度及び時間で焼成される。
【００２９】
モノリス１０を製造する方法は、まず押し出し可能な混合物の乾燥成分を混合する段階と、次に乾燥混合物に液体成分を添加する段階とを有していることが好ましい。しかし、押し出し可能な混合物へ成分を添加する順番は、押し出しの際及び後において形状を保持するような押し出し可能な混合物をつくるのに適切な量の湿気が加えられ限り、乾燥成分及び液体成分を交替することができる。
【００３０】
活性炭は、望ましくは重量で約２０部〜約７０部、より望ましくは重量で約３０部〜約５０部の量で押し出し可能な混合物の中に存在するものである。活性炭は揮発性有機化合物やオゾンなどのその他の化学物質を吸着する。種々の活性炭がこの発明では使用することができる。最も適した活性炭は、目的とする用途、さらに詳しくは吸着される材料の特性によって決まる。従って、表面積や孔の構造などの活性炭の物理特性は用途によって変わる。活性炭は約600〜約2000m２/gの窒素B.E.T.表面を有していることが望ましい。活性炭は約800〜約1800m２/gの窒素B.E.T.表面を有していることがより望ましく、約1000〜約1600m２/gの窒素B.E.T.表面を有していることがさらに望ましい。適した活性炭の特性は、重量で40%以上の活性炭が325メッシュスクリーンを通るような粒子サイズを有していることである。さらに望ましくは、重量で65%以上の活性炭が325メッシュスクリーンを通るような粒子サイズを有していることである。
【００３１】
この発明において使用するのに適した活性炭は、れき青炭、リグナイト、ピート、合成ポリマ、石油ピッチ、石油コークス、コールタールピッチ、及びリグノセルロース材料を含めた種々の前駆物質から製造される。適したリグノセルロース材料には、木、木屑、木粉、おが屑、ココナッツ殻、果実種、ナッツ殻、及び果実石などがある。特に望ましい市販の活性炭は、ニューヨーク州ニューヨーク(New York，New York)のウェストバコ・コーポレーション(Westvaco Corporation)から入手可能なNUCHAR（登録商標）活性炭である。
【００３２】
セラミック形成材料は重量で約２０部〜約６０部の量で、より望ましくは重量で約３０部〜約５０部の量で押し出し可能な混合物の中に存在する。セラミック形成材料という用語は、アルミナ／ケイ酸塩をベースとしていて、焼成すると一体に反応して高強度の結晶／ガラス混相のセラミックマトリックスを形成するような材料を意味している。この用途では、反応したセラミック材料は、活性炭を保持するためのマトリックスを提供しており、意図した用途におけるモノリスの取り扱い及び使用に耐えるだけの十分な強度を有しており、クラックやその他の品質劣化を生じることなく意図した形状を維持する。セラミック形成材料は、可塑性を有する成形可能材料をかなりの部分含んでいて、液体と混合されると、ある形状に成形あるいは押し出しできて、乾燥及び焼成を行うときにその形状を維持することが望ましい。それに適したプラスチックあるいは成形可能な材料はボールクレイである。特に適した市販のボールクレイは、ケンタッキー州メイフィールド(Mayfield, Kentucky)のケンタッキー・テネシー・クレイ・カンパニ(Kentucky-Tennessee Clay Company)から入手可能なOLD MINE #4ボールクレイである。他の適したプラスチック状セラミック形成材料には、プラスチックカオリン、スメクタイトクレイ鉱物(smectite clay minerals)、ベントナイト、及びそれらの組み合わせがある。ベントナイトとスメクタイトとはボールクレイあるいはカオリンと組み合わせて使用されることが望ましい。
【００３３】
セラミック形成材料には、非可塑性であって乾燥及び焼成の段階のときにモノリスの収縮を低減するフィラー材料を含んでいることが望ましい。それに適したセラミックフィラーはか焼されたカオリンクレイである。特に適した市販のか焼カオリンクレイは、ニュージャージー州ユニオン(Union, New Jersey)のジョージア・カオリン・カンパニ・インコーポレーテッド(George Kaolin Company, Inc.)から入手可能なGlomax  LLである。フィラーは重量で約１５部までの量が押し出し可能な混合物の中に存在することが、より望ましくは重量で約１〜約１５部の量で、さらに望ましくは重量で約３〜約１０部の量で存在する。他の適したフィラー材料は、か焼玉滴石、ムライト、きん青石、クレイグロッグ、シリカ、アルミナ、及びか焼された、あるいは非可塑性の耐火性セラミック材料及びそれらの組み合わせがある。
【００３４】
フラックス材料は重量で約４〜約２０部の量で押し出し可能な混合物に存在する。そして、フラックス材料を使用しないときよりも低い焼成温度で、セラミック形成材料粒子が一緒に反応してセラミックマトリックスを形成し、セラミック形成材料の間にセラミック結合を形成する。フラックス材料は重量で約４〜約１０部の量で押し出し可能な混合物の中に存在することがより望ましい。適したフラックス材料には、長石質材料、特に、ネフェリン閃長岩、長石、ゆうき石、ソーダ、酸化カリウム、ケイ酸ナトリウム、グラスフリット、その他のセラミックフラックス、及びそれらの組み合わせがある。特に望ましい市販のフラックス材料は、イリノイ州エルコ(Elco, Illinois)のユニミン・スペシャルティ・マテリアルズ・インコーポレーテッド(Unimin Specialty Materials, Inc.)から入手可能なMINEX（登録商標）ネフェリン閃長岩である。
【００３５】
ウェットバインダは、このバインダの固形含有量に基づいた重量で約０．５〜約５パーセントの量で押し出し可能な混合物の中に存在し、押し出しのあとのモノリスの強度を増す。その結果、押し出しされたモノリスは押し出しのあとや、乾燥及び焼成を通じてその形状を維持する。ウェットバインダは、バインダの固形含有量に基づいた重量で約１〜約３パーセントの量で押し出し可能な混合物の中に存在することが望ましい。特に適したウェットバインダはメチルセルロースであり、適した市販のメチルセルロースは、ミシガン州ミッドランド(Midland, Michigan)のダウ・ケミカル・カンパニ(Dow Chemical Company)から入手可能なMETHOCEL A4Mメチルセルロースである。メチルセルロースは、押し出し可能な混合物の重量で約０．５〜約５部の量で押し出し可能な混合物の中に存在することが望ましく、重量で約１〜約３部で存在することがさらに望ましい。メチルセルロースと組み合わせて使用される他の適したバインダは、アクリルバインダである。そうしたポリマの例は、ニューヨーク州ニューヨークのウェストバコ・コーポレーションから入手可能なJONREZ D-2106及びJONREZ D-2104や、ペンシルバニア州モンゴメリービル(Montgomeryville, Pennsylvania))のローム・アンド・ハース(Rohm & Haas)から入手可能なDuramaxアクリルバインダである。高いガラス転移温度に対する媒質を有するアクリルポリマは、アクリルバインダの固形含有量に基づいた重量で押し出し可能な混合物の約４部までの量で押し出し可能な混合物の中に存在することが望ましく、アクリルバインダの固形含有量に基づいた重量で押し出し可能な混合物の約１〜約４部の量で押し出し可能な混合物の中に存在することがより望ましい。その他の適したバインダには、ヒドロキシプロピルメチルセルロースポリマ、ＣＭＣ、ポリビニルアルコール、及びその他の一時的バインダ／可塑剤添加物がある。
【００３６】
押し出し可能な混合物の別の望ましい成分は、乾燥した、しかし焼成はされていないモノリスと、焼成されたモノリスの両方の強度を増す、そしてフラックス材料であるケイ酸ナトリウムである。従って、ケイ酸ナトリウムはモノリスが乾燥した状態のときのバインダであるとともにフラックス材料であり、押し出し可能な混合物へ溶液として添加される。ケイ酸ナトリウムは、ケイ酸ナトリウムの固形含有量に基づいた重量で約７部までの量で押し出し可能な混合物の中に存在することが望ましく、ケイ酸ナトリウムの固形含有量に基づいた重量で約２〜約７部の量で押し出し可能な混合物の中に存在することがより望ましい。適した市販のケイ酸ナトリウム溶液は、ペンシルバニア州バリーフォージュ(Valley Forge, Pennsylvania)のピーキュー・コーポレーション(PQ Corporation)のインダストリアル・ケミカルズ・ディビジョン(Industrial Chemicals Division)から入手可能な40%固形分のＴｙｐｅ  Ｎ溶液である。乾燥したモノリスに適したその他のバインダはシリカゾル及びアルミナゾルである。
【００３７】
押し出し可能な混合物は、押し出し可能な混合物を形成するのに十分な量の水分を含んでおり、重量で約６０〜約１３０部で水分を含んでいることが望ましい。水は混合物へ添加されるまえに冷やされることが好ましく、0℃あるいはそれ近くでシステムへ添加されることがより好ましい。この低温は、混合するときに成分を冷たく保つのを助ける。そして、成分を混合する結果、あるいは混合する機械的な作用によって混合物が加熱する結果として生じる発熱を克服する助けになる。
【００３８】
押し出し可能な混合物は、押し出しダイに押し出し可能な混合物を通すことによって、最終的なモノリスの形状に形成される。モノリスはブロック形状を有し、その長さ方向に沿って少なくとも一つの通路を有している。そして、望ましくはモノリスの長さに沿って延びる複数の通路を有している。モノリスは吸着される物質を含んだ流体の流れの中に設置されて、流体がモノリスの通路を強制的に通されるように設計されている。流体にさらされるモノリスの内部表面積の大きさを最大限に大きくして、吸着の効率を最大にするのが理想的である。モノリスにはハニカム形状の構造が好ましい。ハニカム押出機は、セラミックスの分野においては周知のものであり、セラミックモノリスを製造するために使われてきている。
【００３９】
望ましくはモノリス１０のハニカム構造は７０パーセント以上で約８５パーセントまでの、そして望ましくは乾燥及び焼成のあとは約７３．８パーセントの開口前面積を有する。モノリスの開口前面積とは、モノリスの長さ方向とほぼ直角な平面内における、モノリスの開口面積の割合である。さらに、モノリス１０は、方形セルのハニカムパターンを有しており、平方インチ当り約540のセルを有していることが望ましい。ハニカム構造はセルとセル間のピッチが約0.043インチ、約6ミルのセル壁厚、セル当り約0.0014平方インチの開口前面積を有していることが望ましい。概して、種々の用途に対して、セル密度は平方インチ当り1から800セルあるいはそれ以上であり、セル壁厚は約150ミルから約5ミルの範囲であり、セルとセルとの間のピッチは約1〜約0.035インチである。
【００４０】
押し出しされたハニカムモノリス１０は、構造にクラックが生じないようにして乾燥される。クラックを避けるために、モノリスはモノリス全体がほぼ同じ速さで水分が除去されるように乾燥される。好ましい乾燥方法としては、真空乾燥、凍結乾燥、及び湿度調節乾燥がある。この発明のモノリスを乾燥するのに、より一般的な乾燥方法を使用することができるが、これらは商業的にはあまり現実的ではない。そうした方法としては、誘電乾燥や、モノリスをプラスチックで包んで行う温風乾燥がある。
【００４１】
押し出されたハニカムモノリスの真空乾燥は、押し出しされたモノリスを、最初は真空チャンバ内に周囲(ambient)室温と大気圧とを有する真空チャンバ内に設置する段階と、真空チャンバ内の圧力をモノリス中の水分を急速に凍結させるのに十分な速度でかつレベルまで低下させる段階と、低下した真空チャンバ内圧力を、モノリスが乾燥するまでモノリス中の凍った水分が蒸散するのに十分な時間にわたって維持する段階とを有する。この乾燥サイクルは、、モノリスが凍結されたあと、モノリスを別のチャンバへ取り出すために一時的に中断される。モノリス中の水分を凍結させることによって水分が固定され、モノリスの寸法及び形状が安定する。初期の真空はモノリスを急速かつ均一に凍結させるために高(deep)真空であることが望ましい。真空は、モノリスが大気圧においてコールドチャンバの中で凍結されるよりも、モノリスをより均一に凍結させる。凍結のあと、モノリスは、第１のチャンバほどの高い真空を必要としない第２のチャンバへ移される。蒸散はこの第２のチャンバの中で完了することができる。真空乾燥の際に、真空チャンバ内の圧力を約1分以内に、大気圧から約１torr以下まで、望ましくは30ミクロンから１torrまでの範囲内に低下させることが望ましい。それとは違って、この第２のチャンバを大気圧と準凍結温度にし、凍結されたモノリスを循環する乾燥空気で乾燥させることができる。
【００４２】
蒸散による乾燥のために真空チャンバの中へ設置するまえに、構造を瞬間凍結する以外は、押し出しされたハニカムモノリスの凍結乾燥は真空乾燥と同じ方法で実施される。ウェットモノリスは、このウェットモノリスを液体窒素あるいは当該分野において周知の他の手段によって冷やされた超低温チャンバの中に設置することによって凍結される。チャンバの温度は、循環する空気あるいは気体の雰囲気で-25°F以下にされることが望ましく、-80°F以下にされることがさらに望ましい。それとは違って、モノリスを液体窒素などの超低温液体に浸し、或いは浸けて、モノリスを凍結してもよい。
【００４３】
凍結乾燥や、モノリスを真空にさらす真空乾燥の乾燥段階においては、乾燥際の水分除去を強めるために、放射や伝導、対流によってエネルギを加えるか、あるいはＲＦもしくはマイクロ波エネルギを独立に加えることによって、モノリスの温度を変えることができる。真空乾燥に使用したのと同じ真空レベルが使用される。不均一な水分損失やクラックの発生を避けるために、モノリスの温度は最大でも32°Fか、それ以下に維持されるべきである。
【００４４】
押し出されたウェットなハニカムモノリスの湿度調節乾燥は、最初は少なくとも92パーセントのチャンバ内相対湿度を有するチャンバの中に押し出しされたウェットモノリスを設置する段階と、モノリスが乾燥するまでチャンバ内の相対湿度を徐々に低下させる段階とを有している。望ましくは、初期のチャンバ内の相対湿度レベルは98パーセントか、あるいはそれ以上にするべきである。チャンバ内の湿度を段階的に下げて、各乾燥ステージにおいてモノリス全体にわたってほぼ均一に湿気が失われるようにすることができる。湿度が制御された空気が乾燥チャンバ及びハニカムモノリスの通路を通して循環され、それによってモノリス全体にわたる均一な湿気の除去が確実化される。チャンバ内の温度を変えて、乾燥を速めることができる。
【００４５】
乾燥のあと、乾燥した押し出されたハニカムモノリスは、約1600から約1900°Fの温度で、望ましくは約1850〜約1900゜Fの温度で窒素中あるいは他の非酸化雰囲気あるいは若干の還元雰囲気において焼成される。モノリスはセラミック形成材料が一緒に反応するのに十分な温度で焼成されて、活性炭を保持し押し出し物の形状を維持するためのマトリックスを形成する。焼成によって形成された結合は、乾式複写装置のオゾンフィルタや自動車のエアーインテークシステムのフューエルアブソーバあるいは触媒支持体などの意図する用途におけるモノリスの取り扱いや使用に耐えられるような強度を有するマトリックスを形成するのに十分なものでなければならない。触媒支持体として使用されるとき、この発明のモノリスは、一般的なコーティング方法を用いて一般的な触媒コーティングでコーティングされる。この発明のモノリスを形成する材料の表面積を大きくすることが触媒支持体として望ましい。
【００４６】
望ましい実施形態においては、モノリスは、重量で30部の活性炭と、重量で50部のボールクレイと、重量で10部のか焼カオリンクレイと、重量で10部のネフェリン閃長岩と、重量で2.5部のメチルセルロースと、重量で2.8部の固体ケイ酸ナトリウムと、重量で75部の水から成る混合物を押し出すことによって製造される。その結果できるハニカムモノリスは、高い構造品質を有しており、約1500psiの軸方向破砕強度と、軸方向における約150psiの破壊モジュラス（ＭＯＲ）とを有している。
【００４７】
この発明のカーボンを含んだセラミックモノリスは、モノリス中のカーボン含有量が広範囲なために、様々な用途に使用することができる。例えば、モノリスの破砕強度は、カーボンとセラミック形成材料との相対的な量や、焼成温度、及び成分の粒子サイズによって変化する。特に、自動車のエアーインテークＶＯＣ吸着製品として使用されるモノリスは、より高い強度と、重量で約25から約35%のカーボン含有量とが必要であり、一方、オゾン減少体として使用されるモノリスはより高い強度と、重量で約45〜約60%のカーボン含有量を必要とする。重量で25%のカーボンを含んだ自動車用エアーインテークＶＯＣ吸着製品についての軸方向破砕強度は1200〜1600psiの範囲であり、重量で50%のカーボン含有量を有するオゾン減少体についての軸方向破砕強度は、500〜1000psiの範囲である。
【００４８】
以下の実施例は、この発明をいかに実行するかを当業者に教示するように企てられたものである。
【００４９】
実施例
表１に示されている乾燥成分の４つの配合物（Ａ−Ｄ）を約4分間にわたって乾燥混合した。押し出し可能な混合物を製造するために適当な量の水を添加し、許容可能な押し出し特性を有する混合物が得られるまで約5分間にわたって高エネルギーミキサの中で成分を湿潤混合した。
【表１】
2004202492.tif 000003
【００５０】
１  ニューヨーク州ニューヨークのウェストヴァコ・コーポレイションから入手可能であり、1500m2/gのＢＥＴ表面積と、65〜85%が３２５メッシュ以下であり85〜95%が２００メッシュ以下であり95〜100%が１００メッシュ以下であるような粒子サイズ分布を有している。
２  ケンタッキー州メイフィールドのケンタッキー・アンド・テネシー・クレイ・コーポレーションからOLD MINE #4ボールクレイとして入手可能である。
３  ニュージャージー州ユニオンのジョージア・カオリンからGLOMAX LLの名称で入手可能である。
４  イリノイ州エルコのユニミン・スペシャルティ・マテリアルズからMINEX（登録商標）の商標のもとに入手可能である。
５  ペンシルバニア州バリー・フォージュのピーキュー・コーポレーションのインダストリアル・ケミカルズ・ディビジョンから、40%固形分を有する水溶液、タイプＮの形で入手可能である。
６  ミズーリ州ミッドランドのダウ・ケミカル・コーポレーションからA4Mの名称で入手可能である。
【００５１】
次に４つの混合物をハニカム押し出しダイによって個別に押し出して、ウェットな成形された押し出しハニカム構造を形成し、湿気の損失を遅らせるためにプラスチックフィルムの多重層で包んで、約180°Fで24時間にわたって温風の中で乾燥させた。
【００５２】
モノリスが十分に乾燥したら、配合物Ａ−Ｄから形成されたモノリスの各々から４つのサンプルを切り出した。これらのサンプルをモノリスの通路の方向と直角に、厚み12mmで切断した。次にこれらのサンプルを表２に示されているような温度まで0.5時間から1時間にわたって不活性雰囲気でパージしながら電気炉の中で焼成した。そして、軸方向破砕強度と見かけ密度を比較した結果を得た。これらの結果は図３及び図４にそれぞれ描かれている。
【表２】
2004202492.tif 000004
【００５３】
図３は、30%の活性炭を含んだ軸方向破砕強度が200cpsiのモノリスと、50%の活性炭を含んだ軸方向破砕強度が540cpsiのモノリスを、フラックス材料としてネフェリン閃長岩とケイ酸ナトリウムを有する場合と有しない場合の両方について比較している。軸方向破砕強度は、ＡＳＴＭ  Ｃ６９５−９１に基づいて測定した。30%の活性炭を含む配合物Ｃ及びＤは、50%の活性炭を含んでおりそれに対応してセラミック形成材料の量が少ない配合物Ａ及びＢよりも著しく大きな軸方向破砕強度を示していることがわかる。さらに、フラックス材料を添加すると、同じ量の活性炭とほぼ同じ量のセラミック形成材料を有していて同じ温度で焼成されたモノリスよりもモノリスの強度が増大することがわかる。特に、図３は重量で50部のカーボンとフラックス材料とを含んでいる配合物Ｂは、重量で50部のカーボンを含んでいてフラックス材料は含んでいない配合物Ａのモノリスよりも優れた強度を有することを示している。配合物Ｂのモノリスと配合物Ａのモノリスは両方とも同じ温度で焼成した。同様に、図３は配合物Ｃ及びＤのモノリスに対する類似の結果を示している。配合物Ｃは重量で30部のカーボンを含んでいてフラックス材料を含んでおらず、配合物Ｄは重量で30部のカーボンとフラックス材料を含んでいる。この結果、フラックス材料を用いて、より低い処理温度で焼成したとき、同様の配合物と同じ強度が得られる可能性がある。
【００５４】
図４は各々の配合物に基づいて製造され種々の焼成温度で焼いたモノリスからのサンプルの見かけ密度値を比較したものである。見かけ密度は、モノリスの外皮を除くために12mm×12mm×12mmの寸法の平行六面体に切断されたサンプルに対して、ＡＳＴＭ  Ｃ８３８−９１に基づいて測定した。すべての配合物が、焼成温度が増大すると見かけ密度も増大することを示している。この見かけ密度の増大は、存在するセラミック形成材料によるセラミック構造の形成から生じるものである。図４は、30%の活性炭とそれに対応してより多くのセラミック形成材料を含んでいる配合物は両方とも、50%の活性炭を含んだ配合物よりも大きな密度を有することを示している。また、特に配合物Ｄにおいては、フラックスを含んだ配合物はフラックス材料を含んでいない配合物よりも見かけ密度が増大することを示している。
【００５５】
以上の説明はこの発明の実施の形態に関するものであるが、特許請求の範囲に規定されているこの発明の範囲から逸脱することなく、変更及び修正が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】この発明の一実施形態に従って製造された吸着性モノリスの斜視図である。
【図２】図１のモノリスの部分側面図であり、モノリスのハニカム通路の中を流れる流体を示すために外皮の一部が除去されている。
【図３】この発明の実施形態に従って製造された吸着性モノリスの軸方向破砕強度を、フラックス材料を用いないで形成されたモノリスについてのものと比較したグラフである。
【図４】この発明の実施形態に従って製造された吸着性モノリスの見かけ密度を、フラックス材料を用いないで形成されたモノリスについてのものと比較したグラフである。
【図１】
2004202492.tif 000005
【図２】
2004202492.tif 000006
【図３】
2004202492.tif 000007
【図４】
2004202492.tif 000008