(57)【要約】【課題】  単に熱触媒を固めて粒状化しただけでは加熱時に活性は得られるものの、担体の比表面積が小さく、光触媒が十分に分散されないために活性が低いという課題を有してした。【解決手段】  少なくとも熱触媒２と、気体分子の平均径以上の孔を有する構造体３とを備え、前記熱触媒２を前記構造体３に担持した脱臭体１とする。これによって担体の単位体積あたりの表面積を大きくすることができ、担持する前記熱触媒２を効果的に表面に分散でき、活性を高めることが可能となる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも熱触媒と、気体分子の平均径以上の孔を有する構造体とを備え、前記熱触媒が前記構造体に担持された脱臭体。
【請求項２】
熱触媒が少なくとも白金族金属を含むことを特徴とする請求項１記載の脱臭体。
【請求項３】
熱触媒は、無機酸化物に白金族金属を担持させたことを特徴とする請求項１または２記載の脱臭体。
【請求項４】
物理吸着作用を有する吸着剤を備えた請求項１記載の脱臭体。
【請求項５】
少なくとも構造体の内部を貫通する孔を有する請求項１記載の脱臭体。
【請求項６】
構造体がエアロゲルである請求項１〜５のいずれか１項に記載の脱臭体。
【請求項７】
構造体がキセロゲルである請求項１〜５のいずれか１項に記載の脱臭体。
【請求項８】
少なくとも請求項１〜７のいずれか１項に記載の脱臭体と、前記脱臭体を加熱するための加熱手段と、送風手段とを備えた脱臭装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、臭気を除去する脱臭体およびこれを用いた脱臭装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、熱触媒を脱臭体として用いるには、熱触媒の紛体を必要であれば結合剤を用いて粒状化、あるいは基材やハニカムに塗布していた。そして熱触媒を加熱することにより接触した臭気を酸化分解するものであった（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第２１０１０８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、単に熱触媒を固めて粒状化、あるいは熱触媒の膜を形成しただけでは加熱時に活性は得られるものの、担体の比表面積が小さく、熱触媒が十分に分散して分布できず、さらに触媒表面を十分作用させることができていなかったため、活性が低いという課題を有してした。
【０００４】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、高い熱活性を有する脱臭体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】
【０００５】
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、少なくとも熱触媒と、気体分子の平均径以上の孔を有する構造体とを備え、前記熱触媒を前記構造体に担持した脱臭体とするものである。この構成により、脱臭体担体の単位体積あたりの表面積が大きくすることができ、担持する前記熱触媒を効果的に表面に分散できるものである。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の脱臭体担体の単位体積あたりの表面積を大きくすることができ、担持する前記熱触媒を効果的に表面に分散できるので、脱臭体の性能を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
第１の発明は、少なくとも熱触媒と、気体分子の平均径以上の孔を有する構造体とを備え、前記熱触媒を前記構造体に担持した脱臭体とするもので、担体の単位体積あたりの表面積が大きくすることができ、担持する前記熱触媒を効果的に表面に分散でき、熱触媒を有効に活用できるので、脱臭体としての臭気分解能力が大きく向上する。
【０００８】
第２の発明は、第１の発明の熱触媒が、少なくとも白金族金属を含む脱臭体としたもので、白金族金属を添加することで光活性が大きくなり、脱臭体の性能が大きく向上する。
【０００９】
第３の発明は、第１または第２の発明の熱触媒は、無機酸化物に白金族金属を担持させたことを特徴とするもので、白金族金属を効果的に分散させることが可能となり、脱臭体の性能が大きく向上する。
【００１０】
第４の発明は、第１の発明に加えて、物理吸着作用を有する吸着剤を備える脱臭体としたもので、ゼオライト、シリカ等の物理吸着作用を有する吸着剤を加えることで、高い吸着能力を有し、さらに熱触媒による再生、つまり吸着臭気物質の分解も可能な脱臭体とすることができる。
【００１１】
第５の発明は、第１の発明に加えて、少なくとも構造体の内部を貫通する孔を有する脱臭体としたもので、臭気が前記脱臭体内部に侵入しやすく、前記脱臭体内部の面積を有効に利用できるので、従来の脱臭体と同等以上の臭気分解性能を有する脱臭体を提供できる。
【００１２】
第６の発明は、第１〜第５のいずれか１つの発明の構造体が、エアロゲルである脱臭体としたもので、容易にかつ構造を破壊することなく多孔質構造を有する脱臭体を作製することができ、また単位体積あたりの表面積を大きくすることができ、従来の脱臭体と同等以上の表面積を有する脱臭体とすることができる。さらには、空間率が９９％程度までの多孔質構造を有する脱臭体を作製することができ、見かけの体積に匹敵するほどの空間を有することができるため、１パスで処理できる臭気ガス量を多くすることができる。したがって、従来の脱臭体と同等以上の脱臭性能を有する脱臭体を実現できる。
【００１３】
第７の発明は、第１〜第５のいずれか１つの発明の構造体が、キセロゲルである脱臭体としたもので、容易に多孔質構造を有する脱臭体を作製することができ、また単位体積あたりの表面積を大きくすることができ、従来の脱臭体と同等以上の表面積を有する脱臭体とすることができる。さらには、空間率が９９％程度までの多孔質構造を有する脱臭体を作製することができ、見かけの体積に匹敵するほどの空間を有することができるため、１パスで処理できる臭気ガス量を多くすることができる。したがって、従来の脱臭体と同等以上の脱臭性能を有する脱臭体を実現できる。
【００１４】
第８の発明は、第１〜第７のいずれか１つの発明の脱臭体と、前記脱臭体を加熱するための加熱手段と、送風手段とを備えた脱臭装置とするもので、室内空間の臭気を酸化分解により迅速に浄化することが可能となる。
【００１５】
（実施の形態１）
図１は本発明の第１の実施の形態における脱臭体を示す模式図である。以下図１を参照しながら本発明を説明する。図１（ａ）は本実施の形態の脱臭体の模式図であり、図１（ｂ）は同脱臭体の一部分を拡大した模式図である。脱臭体１は、熱触媒２が構造体３に担持されている構造をとる。熱触媒２と構造体３はアンカー効果もしくは物理的な結合もしくは化学的な結合などの作用により結合されているが、バインダを添加しても良い。
【００１６】
構造体３は、構造体を形成する骨格４（以下、本実施例では骨格４という）からなり、骨格４同士間の骨格間距離５は気体分子の平均径以上のものが存在する。そして、これら骨格の隙間が多数の孔を形成し、脱臭体１は多孔質構造となっている。
【００１７】
図１（ａ）、図１（ｂ）より明らかなように、熱触媒２同士が空間を有する構造となるため、熱触媒の表面が有効に作用することが可能になる。
【００１８】
骨格の太さや孔の大きさ、熱触媒２の平均径は小さい方が脱臭性能は向上する傾向にあるが、孔の大きさがあまりに小さすぎると、臭気を有する気体分子が脱臭体内部まで浸入できず、脱臭性能は低下することとなる。また、孔は構造体の外部と連通しているのが望ましく、構造体を貫通する孔を有することにより、その孔を臭気が通り抜けることで効率よく脱臭される。
【００１９】
骨格の材質は特に限定するものではないが、臭気を発せず、むしろ臭気を吸着するものが望ましく、少なくとも骨格の一部が熱触媒２から成るものにより、さらに脱臭性能を上げることができる。
【００２０】
熱触媒としては、触媒活性の高い白金族金属等を用いることが可能である。白金族金属としては白金、パラジウム、ルテニウム、ロジウム等があげられる。脱臭体１はより小さい方が同体積あたりの表面積を大きくとることができるので、脱臭性能は向上する。アルミナ、シリカ等の無機酸化物に貴金属を担持したものを用いる方法が分散性もよい。無機酸化物と貴金属の硝酸塩化合物、硫酸塩化合物、塩化物を混合し、焼成することで、無機酸化物への貴金属の担持が可能である。
【００２１】
図２は本実施の形態における他の脱臭体の形態を示す模式図である。以下図２を参照しながら本発明を説明する。図２に示す脱臭体は、図１の構成の脱臭体１に物理吸着作用を有する吸着剤６を加えたものである。物理吸着作用を有する吸着剤６にはゼオライト、シリカ等を用いることが可能である。脱臭対象となる臭気にあわせて、吸着剤の選定が可能である。この構成を用いれば、吸着剤による物理吸着脱臭により臭気が除去され、脱臭体としての性能がさらに向上する。また吸着剤で吸着した臭気物質は加熱により活性化した触媒により酸化分解できるので、再生されることになる。
【００２２】
（実施の形態２）
以下、本発明の第２の実施の形態について説明する。
【００２３】
図３（ａ）は、本発明の第２の実施の形態における脱臭体の模式図であり、図３（ｂ）は同脱臭体の一部分を拡大した模式図である。脱臭体２１は、熱触媒２２が構造体２３に担持されている構造をとる。熱触媒２２と構造体２３はアンカー効果もしくは物理的な結合もしくは化学的な結合などの作用により結合されているが、バインダを添加しても良い。
【００２４】
熱触媒２２は実施の形態１の熱触媒２と同様のものであり、本実施の形態では白金を用いた。
【００２５】
構造体２３は、エアロゲルやキセロゲルからなる。エアロゲルやキセロゲルは主に金属酸化物や、カーボン、ウレタンなどの有機物が０．１〜２０ｎｍ程度の一次粒子２４を形成し、それが数珠状につながり粒子間距離２５の多数の連通孔を形成する。そのため構造体２３は多孔質構造となっており、粒子間距離は１ｎｍ〜１μｍ程度が望ましい。なおカーボン、ウレタンなどの有機物を使用する場合は低温で使用するときに限られる。
【００２６】
また、空間率は大きい方が１パスで処理できる臭気ガス量を多くすることができるので望ましいが、大きすぎると担持できる熱触媒２２の量が少なくなるため、７０％〜９５％程度の空間率が望ましい。また本実施の形態では、平均径が約３０μｍ程度の大きさの脱臭体２１を用いたが、これらの大きさに拘るものではないが、より小さい方が表面積を大きくとることができるので、脱臭性能は向上する。
【００２７】
エアロゲルやキセロゲルの材質は特に限定するものではないが、エアロゲルやキセロゲルの一部が熱触媒２２から形成されたものは、より脱臭効果が高い。また、材質にシリカを選択すると、原材料が安価で種類も豊富であり、作製プロセスも簡単であるので、非常に望ましい。
【００２８】
次に、脱臭体２１の作製方法について簡単に説明する。水ガラスや、珪素、アルミニウム、ジルコニウム、チタン等の金属アルコキシドをゲル原料として、水やアルコール等の溶媒と必要に応じて酸あるいはアルカリ触媒を混合することで、溶媒中でゲル原料を反応させ湿潤ゲルを形成させ、内部の溶媒を蒸発乾燥させることにより作製される。湿潤ゲル形成時に熱触媒を混合させておくことにより、熱触媒を担持した湿潤ゲルを形成できる。金属アルコキシドの場合、加水分解・縮重合を経て、湿潤ゲルとなる。
【００２９】
また、ゲル原料として水ガラスを用いる場合は、水ガラスに直接塩酸等の触媒を加え、ゲル化させ、湿潤ゲルを形成させる。このとき、水ガラスに含まれるナトリウム分などを触媒を入れる前に、電気透析処理などで取り除いておくか、ゲル化後に塩になったものを水で洗浄することで除去する。本実施の形態では、ゲル原料としてテトラメトキシシラン（以下、ＴＭＯＳという）を用いた。これは珪素のアルコキシドで、入手しやすく、また反応速度が速いため、非常に好ましいからである。
【００３０】
湿潤ゲルは、珪素原子と酸素原子が交互に結合した３次元網目構造のシリカ粒子を作り、それらシリカ粒子が重合して数珠状となり、それら粒子同士の隙間すなわち孔に水等の溶媒が入り込む構造となっている。また、熱触媒は３次元網目構造の一部分や一部の孔に入り込む構造となっている。したがって、本実施の形態でのキセロゲルやエアロゲルの材質としてはシリカとなる。
【００３１】
この後、湿潤ゲルを普通に熱風乾燥させたものは、溶媒が乾燥するときの表面張力により、収縮してしまい孔を潰してしまうので、空間率が小さくなり、脱臭性能を低下させる原因となる。しかしながら、湿潤ゲル表面のシラノール基をヘキサメチルジシラザン、ジメチルジメトキシシラン等でメチル基を導入することにより疎水化を行い、さらに溶媒をトルエンやキシレンやアセトンやヘキサンなどの表面張力が比較的小さな溶媒に置換し、熱風乾燥させたものは、表面張力がほとんど働かず、図３に示すように０．１〜２０ｎｍ程度の径をもつシリカ一次粒子２４が集合し、１ｎｍ〜１μｍ程度の粒子間距離２５をもった集合体となる。
【００３２】
一次粒子径や粒子間距離の大きさは、用いる湿潤ゲル原料の種類や量、溶媒と触媒の種類や量、水の量で決定され、湿潤ゲルの構造がほぼそのまま脱臭体２１の構造となる。そして、一次粒子の集合体が１μｍ〜１０ｍｍ程度の二次粒子を形成することとなる。本実施の形態では、この二次粒子が、約３０μｍ程度の大きさで、脱臭体２１として用いられるもので、このときの構造体２３がキセロゲルと称されるものである。
【００３３】
また、湿潤ゲルに疎水化処理を施さずとも、有機溶剤で置換した湿潤ゲル中の溶媒を超臨界状態にすることで乾燥させる、もしくは二酸化炭素を超臨界状態で流通させることにより溶媒を抽出する超臨界乾燥により乾燥することでも、図３に示すような脱臭体２１を得ることができ、このときの構造体２３がエアロゲルと称されるものである。
【００３４】
エアロゲルとキセロゲルとの物性はよく似ているが、キセロゲルの方が安価に作製できるというメリットがあり、エアロゲルはキセロゲルに比べ作製時に構造を破壊することが少なく、有効に作用する箇所を多くすることができる。
【００３５】
また、実施の形態１と同様に物理吸着作用を有する吸着剤を混合した場合においても、実施の形態２で記述したような手法により脱臭体の作製が可能である。また混合する前記吸着剤は任意の添加量が可能である。
【００３６】
以下、実験例を示す。
【００３７】
＜実験例１＞
ＴＭＯＳ４５．６ｇとメタノール４１．４ｇに平均径３０ｎｍ程度の白金担持アルミナ２０ｇを混合し、攪拌を行った溶液を（以下、溶液Ａという）を用意した。白金担持アルミナの作製方法は次のとおりである。活性アルミナ、白金硝酸塩溶液（ジニトロジアンミン白金硝酸溶液、白金５ｗｔ％）、イオン交換水を３０：２０：５０の比率で混合、６５０℃で焼成後、ボールミルにて２時間粉砕し作製した。次に、水２１．６ｇに約２９ｗｔ％のアンモニア水０．１ｇを添加し、攪拌を行った溶液（以下、溶液Ｘという）を用意した。溶液Ａに溶液Ｘを攪拌しながら添加することにより、約２０分で湿潤ゲルを作製し、４０℃の恒温槽で２４時間静置した。その後、湿潤ゲルの径が２ｍｍ程度になるように破砕した後、ジメチルジメトキシシラン８４．７ｇを添加し、４０℃の恒温槽で７２時間静置することにより、疎水化処理を行った。その後、湿潤ゲルをアセトンに浸すことにより湿潤ゲル中の水を脱水し、湿潤ゲル中の溶媒をアセトンに置換した。その後、１３０℃の恒温槽で６時間乾燥を行い、約３０μｍに粉砕して脱臭体を作製した（以下、実験例１ではナノ脱臭体１という）。
【００３８】
図４に示す臭気除去性能評価装置を用いて作製した脱臭体の性能を評価した。石英ガラス製の円筒４１内に脱臭体４２を充填、加熱装置４３で円筒を加熱できるようになっている。前記円筒には、上流サンプリング口４４、下流サンプリング口４５を設け、通過するガスをシリンジで採取可能になっている。
【００３９】
円筒４１は内径１０ｍｍ、長さ４００ｍｍで、充填する脱臭体４２は長さ２０ｍｍとなるように充填した。脱臭体４２は粉末を押し固め粗粉砕、その後ふるいで６メッシュから８メッシュの間の粒を選別した。
【００４０】
試験手順について説明する。加熱装置４３により脱臭体４２近傍が２５０℃となるように入力設定、円筒４１の上流サンプリング口４４側からアセトアルデヒドガス５ｐｐｍを空間速度ＳＶが４００００となるように流した。なおガス分析にはガスクロマトグラフ（ＦＩＤ）を使用した。そして上流サンプリング口４４、下流サンプリング口４５から採取したガスの濃度を一定時間毎に測定した。サンプル１としてナノ脱臭体１、サンプル２として白金担持アルミナを用いた。触媒反応が安定した１時間後の脱臭体によるアセトアルデヒドの除去率（円筒の出口側濃度／円筒の入り口側濃度）は、サンプル１は９８％、サンプル２では８４％となった。明らかにサンプル１の方がアセトアルデヒドの除去率が高くなっていた。さらに酸性臭気である酢酸、塩基性臭気のアンモニアについても同様の効果が確認できた。
【００４１】
図５に示す脱臭装置においても性能を確認した。ケーシング５０、ハニカム体５１、送風機５２、ニクロムヒータ５３から構成されている。ナノ脱臭体１をシリカゾル３０ｗｔ％を含むスラリーにし、セラミックハニカムにディップ後、乾燥焼成した２００セルのハニカム体１を作製した。体積３００ｃｍ3、厚さ５ｍｍのセラミックハニカムを用いた。
【００４２】
次に試験手順について説明する。前記脱臭装置を１ｍ3のアクリル容器中央に設置、アクリル容器内にアセトアルデヒドガスを注入し、５０ｐｐｍとなるようにした。次に送風機５２、ニクロムヒータ５３を動作させた。１時間後のアクリル容器内のアセトアルデヒド濃度は２ｐｐｍであった。同様の試験で前記ナノ脱臭体１に用いたものと同様の白金担持アルミナについても試験を行ったが、１時間後のアクリル容器内のアセトアルデヒド濃度は１１ｐｐｍで、ハニカム体を用いた脱臭装置での実用的な試験でも明らかな差が見られた。
【００４３】
＜実験例２＞
ＴＭＯＳ４５．６ｇとメタノール４１．４ｇに実験例１と同様の平均径３０μｍ程度の白金担持アルミナ１０ｇとＡ型ゼオライト１０ｇを混合し、攪拌を行った溶液を（以下、溶液Ｂという）を用意した。次に、水２１．６ｇに約２９ｗｔ％のアンモニア水０．１ｇを添加し、攪拌を行った溶液（以下、溶液Ｘという）を用意した。溶液Ｂに溶液Ｘを攪拌しながら添加することにより、約２０分で湿潤ゲルを作製し、４０℃の恒温槽で２４時間静置した。その後、湿潤ゲルの径が２ｍｍ程度になるように破砕した後、ジメチルジメトキシシラン８４．７ｇを添加し、４０℃の恒温槽で７２時間静置することにより、疎水化処理を行った。その後、湿潤ゲルをアセトンに浸すことにより湿潤ゲル中の水を脱水し、湿潤ゲル中の溶媒をアセトンに置換した。その後、１３０℃の恒温槽で６時間乾燥を行い、約３０μｍに粉砕して脱臭体を作製した（以下、実験例２ではナノ脱臭体２という）。
【００４４】
実験例１と同様の図４に示す評価装置で評価した。臭気にはアンモニアを用いた。操作手順について説明する。まず円筒４１にナノ脱臭体２を充填する。アンモニアガス２０ｐｐｍを空間速度ＳＶが４００００となるように流通させた。なおガス分析にはガスクロマトグラフ（ＦＩＤ）を使用した。円筒の出口側、つまり下流サンプリング口４５で採取したガスのアンモニア濃度の刑事変化を確認、２０ｐｐｍになったところ（破過状態）で一旦アンモニアガスの流通を停止した。
【００４５】
次に加熱装置４３を動作させ、空気のみを流通させながら加熱を行い脱臭体４２近傍が２５０℃となるようし、２０分間処理を行った。次に再度アンモニアガス２０ｐｐｍを空間速度ＳＶが４００００となるように流通させたところ、触媒反応が安定した１時間後の脱臭体によるアセトアルデヒドの除去率（円筒の出口側濃度／円筒の入り口側濃度）は、９７％となり、再生効果が確認された。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
以上のように、本発明にかかる脱臭体は、脱臭体担体の単位体積あたりの表面積を大きくすることができ、担持する熱触媒を効果的に表面に分散できるので、脱臭体の性能を向上させることができる。脱臭装置を内蔵した空気清浄装置としてだけでなく、熱源を有する家電機器への脱臭機能としての応用も可能である。またとくに白金触媒や金触媒には一部臭気に対して常温分解性を持つため、熱源あるいは加熱手段を有しない利用方法も可能である。例えば、照明器具を含む家電機器等のケーシング、部品への塗布、住宅の内壁、外壁への塗布、添加等があげられる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】（ａ）本発明の実施の形態１における脱臭体の模式図（ｂ）同、脱臭体の一部分を拡大した模式図
【図２】（ａ）本発明の実施の形態１における他の脱臭体の模式図（ｂ）同、脱臭体の一部分を拡大した模式図
【図３】（ａ）本発明の実施の形態２における脱臭体の模式図（ｂ）同、脱臭体の一部分を拡大した模式図
【図４】本発明の実施の形態１および２で用いる臭気除去性能評価装置の斜視図
【図５】本発明の実施の形態１および２で用いる脱臭装置の断面図
【符号の説明】
【００４８】
１  脱臭体
２  熱触媒
３  構造体
４  構造体を形成する骨格
５  骨格間距離
６  物理吸着作用を有する吸着剤
２１  脱臭体
２２  熱触媒
２３  構造体
２４  一次粒子
２５  粒子間距離
４１  円筒
４２  脱臭体
４３  加熱装置
４４  上流サンプリング口
４５  下流サンプリング口
５０  ケーシング
５１  ハニカム体
５２  送風機
５３  ニクロムヒータ
【図１】
2005052729.tif 000003
【図２】
2005052729.tif 000004
【図３】
2005052729.tif 000005
【図４】
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【図５】
2005052729.tif 000007