(57)【要約】【課題】安価で化学吸着剤の表面塗布率が大きく、高フィルタ効率のケミカルフィルタを提供する。【解決手段】ケミカルフィルタは、セラミックファイバ、または、ガラスファイバのいずれか、またはそれらの混合物を基材とし、この基材１の表面２に過マンガン酸カリウム、水酸化カルシウム、リン酸、二酸化マンガン、または、炭酸アルカリ、炭酸アルカリ土類のいずれかの化学的吸着剤３が塗布されている。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックファイバ、または、ガラスファイバのいずれか、またはそれらの混合物を基材とし、この基材の表面に過マンガン酸カリウム、水酸化カルシウム、リン酸、二酸化マンガン、または、炭酸アルカリ、炭酸アルカリ土類のいずれかの化学的吸着剤が塗布されていることを特徴とするケミカルフィルタ。
【請求項２】
上記基材は、その表面を特別に活性化処理することなく、平滑な表面であることを特徴とする請求項１のケミカルフィルタ。
【請求項３】
上記基材は、１〜１００μｍの直径、５０ｍｍ以下の長さを有するファイバからなるシート形状であることを特徴とする請求項１または２に記載のケミカルフィルタ。
【請求項４】
上記基材のファイバ表面には、８〜９９％の面積比率で０．０１〜１μｍの厚さの薄膜が塗布されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のケミカルフィルタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はケミカルフィルタに係わり、特に有害ガスを捕捉し化学的手法により有害物質を固定化するケミカルフィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般にフィルタは、粒子状物質を捕集する粗塵フィルタと、ＮＯｘ、ＳＯｘに代表される有害物質を捕集するケミカルフィルタに大別される。従来のケミカルフィルタは、空気中の有害物質を捕集するために、活性炭素繊維や活性アルミナ繊維などの比表面積の大きな基材を使用している。これをフィルタの物理吸着効果という。また、捕集した有害物質の放出を防止するためには、過マンガン酸カリウムなどの化学的吸着剤を基材の表面に塗布し、化学的吸着剤と有害物質との化学反応を利用する。これをケミカルフィルタの化学固定効果という。
【０００３】
従来のケミカルフィルタは、物理吸着効果のみの使用、または物理吸着効果と化学固定効果の併用の構成となっているが、いずれの場合にも、根本的には、表面を活性化処理して比表面積を大きくした特殊のファイバ基材が必要とされてきた。
【０００４】
また、従来のケミカルフィルタは、物理吸着効果のみを用いる場合、ガス濃度、ガス温度、水分などの変動に伴って吸着特性が変わり、かつ吸着した有害物質を再び放出する問題点がある。また、化学固定効果を用いた従来のケミカルフィルタでは、物理吸着効果及び化学吸着剤の塗布を実現するために、表面活性化処理した特殊のファイバ基材を必要としていたので、フィルタの製造コストが高くなる問題点があった。特に、ケミカルフィルタにとって、化学吸着剤の表面塗布率は化学固定効果に直接に影響するため、従来のケミカルフィルタでは、基材とするファイバの表面の化学吸着剤の表面塗布率が低かった。表面活性化処理を施しても、塗布率はせいぜい４０〜６０％に止まり、塗布率の向上が課題となっていた。そのため、従来、ケミカルフィルタは高価であり、良好な特性にも関わらず広く普及するには至らなかった。
【０００５】
そこで、ケミカルフィルタの基材としてのファイバに効率よく化学的吸着剤を塗布するための工夫がなされている。図４に示すように、ケミカルフィルタに用いられるファイバ１１の表面１２を活性化処理して、表面１２に凹凸１３を形成し、図５に示すように、この凹凸１３を利用して、物理吸着効果を実現するとともに、物理的に吸着した有害物質をケミカルフィルタに固定化する化学的吸着剤１４の塗布を確実にすることが提案されている。しかしながら、この提案のケミカルフィルタは、化学的吸着剤塗付プロセスに用いる増粘剤により、表面活性化処理により形成した凹凸１３は、増粘剤により閉塞され、表面活性化処理により得られた比表面積の増加分だけの塗布密度を増加させることができないため、高フィルタ効率が実現できず、また、表面活性化処理に要する費用がコストアップの要因になっている。
【０００６】
また、特許文献１に示されるように、粒体状担体に化学吸着剤を担持させたケミカルフィルタと、高分子繊維に化学吸着剤を重合させたケミカルフィルタが提案されている。この特許文献１のケミカルフィルタは、高分子繊維に化学吸着材としてアミン基を重合させた第１のケミカルフィルタで、外部環境から供給された空気に含有されているパーティクルが除去され、化学汚染物質である硫黄酸化物ＳＯｘの一部が除去される。第１のケミカルフィルタを通過した空気は、粒体状担体ゼオライトに化学吸着剤である過マンガン酸カリウムを担持させた第２のケミカルフィルタにおいて、外部環境から供給された空気中に含有されている硫黄酸化物ＳＯｘの大部分が除去される。第２のケミカルフィルタを通過した空気は、第１のケミカルフィルタと同じ高分子繊維に化学吸着剤としてアミン基を重合した第３のケミカルフィルタで、外部環境から供給された空気に含有されていた硫黄酸化物ＳＯｘを除去しかつ第２のケミカルフィルタで発生したパーティクルを除去する。
【０００７】
しかしながら、特許文献１のケミカルフィルタは、耐薬品性に優れ安価な汎用のファイバに化学的吸着剤を塗布したものではなく、粒体状担体に化学吸着剤を担持させたケミカルフィルタあるいは高分子繊維に化学吸着剤を重合させたケミカルフィルタであり、表面活性化処理した特殊の担体を必要とするので、フィルタの製造コストが高くなる問題点がある。また、ケミカルフィルタにとって、担体の表面の化学吸着剤の表面塗布率が改善されていない。
【０００８】
【特許文献１】
特開平０６−２３２０１７号公報（第２頁右欄段落番号［０００９］）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、安価で化学吸着剤の表面塗布率が大きく、高フィルタ効率のケミカルフィルタが要望されている。
【００１０】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、安価で化学吸着剤の表面塗布率が大きく、高フィルタ効率のケミカルフィルタを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の１つの態様によれば、セラミックファイバ、または、ガラスファイバのいずれか、またはそれらの混合物を基材とし、この基材の表面に過マンガン酸カリウム、水酸化カルシウム、リン酸、二酸化マンガン、または、炭酸アルカリ、炭酸アルカリ土類のいずれかの化学的吸着剤が塗布されていることを特徴とするケミカルフィルタが提供される。これにより、安価で化学吸着剤の表面塗布率が大きく、高フィルタ効率のケミカルフィルタが実現される。
【００１２】
好適な一例では、上記基材は、その表面を特別に活性化処理することなく、平滑な表面である。これにより、汎用のファイバを使用でき安価である。
【００１３】
また、他の好適な一例では、上記基材は、１〜１００μｍの直径、５０ｍｍ以下の長さを有するファイバからなるシート形状である。これにより、シート形状のケミカルフィルタを容易に製造できる。
【００１４】
また、他の好適な一例では、上記基材のファイバ表面には、８〜９９％の面積比率で０．０１〜１μｍの厚さの薄膜が塗布されている。これにより、効率よく吸着できかつ経済的である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わるケミカルフィルタの実施形態について添付図面を参照して説明する。
【００１６】
図１に示すように、本発明に係わるケミカルフィルタは、セラミックファイバ、または、ガラスファイバのいずれか、またはそれらの混合物を基材１とし、この基材１の表面２に過マンガン酸カリウム、水酸化カルシウム、リン酸、二酸化マンガン、または、炭酸アルカリ、炭酸アルカリ土類のいずれかの化学的吸着剤３が薄膜状に塗布されたものである。
【００１７】
図２に示すように、上記基材１は、セラミックファイバ、または、ガラスファイバのいずれか、またはそれらの混合物であり、上記セラミックファイバにカーボンファイバを含み、また、汎用ファイバであり、その表面２に表面活性化処理が施されておらず、凹凸がなく平滑である。さらに、基材１は、化学的吸着剤と増粘剤が塗布されることから、化学的安定性（耐薬品性）を有するのが好ましく、また、エンジンフィルタとして使用する場合には、１００℃程度での耐熱性を有するのが好ましい。また、上記セラミックファイバは、例えば高温溶融状態のセラミックファイバ材料溶融体をブロー法によって吹飛ばして得られる。基材１は直径が１〜１００μｍ、長さが５０ｍｍ以下のファイバからなるシート形状にするのが好ましい。これにより、シート形状のケミカルフィルタを容易に製造できる。直径が１μｍより小さく、あるいは１００μｍを超えるとシート形状のケミカルフィルタを製造しにくい。
【００１８】
また、上記化学的吸着剤３としては、過マンガン酸カリウム、水酸化カルシウム、リン酸、二酸化マンガン、または、炭酸アルカリ、炭酸アルカリ土類のいずれかを用いる。
【００１９】
本発明に係わるケミカルフィルタの製造方法の一例として、セラミックファイバ（約７２重量％アルミナ、約２８重量％シリカ、及び他の少量不純物含有）を基材として使用し、水ガラス３０重量％、アルカリ塩（炭酸アルカリ）１５重量％及び少量の界面活性剤を水に溶かしたスラリを化学的吸着剤と増粘剤として使用し、上記ファイバを浸漬して、高密度に表面塗布を行う。化学的吸着剤は、基材としてのファイバ表面の面積比率８〜９９％、厚さ０．０１〜１μｍの薄膜に塗布される。これにより、効率よく吸着できかつ経済的である。面積比率が８％より小さく、あるいは厚さが０．０１μｍより薄いと、化学的吸着剤による吸着が十分になされず、面積比率が９９％を超えるとその実現に大きなコストを要する。また、厚さが１μｍを超えると、化学的吸着剤が過剰となり、不経済である。
【００２０】
上記のような本発明に係わるフィルタは、空気中の有害物質、特にＮＯｘやＳＯｘなどのような有害ガスが通過する場合、ファイバ表面に接触すると同時に、化学的吸着剤と化学反応が起こり、生成物をファイバの表面に固定する。
【００２１】
図１に示すように、基材１の表面２に凹凸がなく平滑であっても、界面活性剤や増粘剤の添加により、高密度に塗布して、塗布効率が向上し、化学的吸着剤３の面積が増大してケミカルフィルタの有害物質捕捉量は、表面活性化処理ファイバを用いたケミカルフィルタと同等、若しくはそれ以上となる。このように、基材とするファイバを特別な活性化処理せずに、汎用のセラミックファイバまたはガラスファイバなどを使用できるため、大幅なコストダウンが可能となる。
【００２２】
上記化学的吸着剤３による有害物質捕捉過程は、例えば、過マンガン酸カリウムによる有害物質ＮＯｘ、ＳＯｘの吸着と固定化のメカニズムについて以下の化学反応式よりと理解される。
【００２３】
【外１】
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【００２４】
この反応の生成物であるＭｎＯ２（酸化マンガン）は次の触媒反応によりオゾン除去の役割を果たす。
【００２５】
【外２】
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【００２６】
以上の反応を利用して、様々な実用ケミカルフィルタを構成することができる。
【００２７】
上記本発明に係わるケミカルフィルタは、特にエンジンの排ガスや室内やクリーンルーム内に含まれる有害物質の濾過に適する。
【００２８】
【実施例】
本発明に係わるケミカルフィルタを用い、下記測定条件により、図３に示すような測定方法により、フィルタ性能の測定を行い、市販のケミカルフィルタと比較する。なお、本発明のケミカルフィルタの基材としてのファイバは、直径２０μｍ、化学的吸着剤の膜厚平均０．５μｍで、化学的吸着剤の表面塗布率は９５％のものを用いる。
【００２９】
【外３】
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【００３０】
結果：表１及び表２に示す。
【表１】
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【００３１】
【表２】
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【００３２】
本発明に係わるケミカルフィルタは、塩化物及び各酸化物に対し、初期フィルタ効率は、９６〜９８％と極めて高効率であることがわかった。
【００３３】
これに対して、市販のケミカルフィルタは、塩化物及び各酸化物に対し、本発明に係わるケミカルフィルタに比べて、初期フィルタ効率が劣り、特に、窒素酸化物では、９１％と著しく劣ることがわかった。
【００３４】
【発明の効果】
本発明に係わるケミカルフィルタによれば、安価で化学吸着剤の表面塗布率が大きく、高フィルタ効率のケミカルフィルタを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わるケミカルフィルタに用いられる基材とこの基材に塗布された化学的吸着剤の模式図。
【図２】本発明に係わるケミカルフィルタに用いられる基材の模式図。
【図３】本発明に係わるケミカルフィルタの性能試験方法の概念図。
【図４】従来のケミカルフィルタに用いられる基材の模式図。
【図５】従来のケミカルフィルタに用いられる基材とこの基材に塗布された化学的吸着剤の模式図。
【符号の説明】
１　基材
２　表面
３　化学的吸着剤
【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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