(57)【要約】【課題】触媒担体をセラミック紙から作る場合、片波積層型ハニカム形状等に加工するためには、パルプ等有機成分が必要であったが、加工の工程で焼成を行うとき強度の問題から、有機分比率は少なくなければいけなかった。しかし有機分が少ないとその紙の加工性が悪いという課題があった。【解決手段】無機質繊維、有機質繊維、有機、無機バインダからなる紙を、無機バインダと無機フィラーの分散液に含浸し焼成することによって、強度と空隙率を併せ持つ触媒担体を得られる。またこの紙を波型に加工したものと平らな紙を張り合わせた片波成形体を積層したハニカム状フィルターを前記スラリーに含浸し焼成することで、強度のある触媒担体フィルタを得ることが、有機成分が多い紙であっても可能になることを目的とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機質繊維と無機質繊維と、バインダ成分として有機バインダと無機バインダのいずれか一方もしくは両方を原料として漉かれた紙を、無機バインダと無機フィラーの分散液に浸した後乾燥し、一定温度以上で、前記有機繊維と、有機バインダを原料に用いた場合には有機バインダを焼き飛ばすことによって得られる触媒担体。
【請求項２】
無機フィラーとして珪酸マグネシウム化合物を用いた請求項１記載の触媒担体。
【請求項３】
珪酸マグネシウム化合物として滑石を用いた請求項２記載の触媒担体。
【請求項４】
有機質繊維５〜３０重量％と無機質繊維４０〜８０重量％と、バインダ成分として有機バインダと無機バインダのいずれか一方もしくは両方を５〜２０重量％を原料として漉かれた紙を、無機バインダ１０〜３０重量％と無機フィラーを１〜１０重量％と水６５〜９０重量％分散液につけて乾燥し、焼き飛ばし温度を４００℃以上とすることを特徴とした請求項１乃至３のいずれかに記載の触媒担体。
【請求項５】
有機質繊維５〜３０重量％と無機質繊維４０〜８０重量％と、有機バインダと無機バインダのいずれか一方もしくは両方を5~20重量％を原料として漉かれた紙シートを片波成形体に成形し、前記片波成形体を積層してハニカム状のブロック体を形成し、前記ハニカム状ブロックを無機バインダ１０〜３０重量％と無機フィラー１〜１０重量％と水６５〜９０重量％分散液につけて乾燥し、焼き飛ばし温度を４００℃以上として前記有機繊維と、バインダに有機バインダを用いた場合は、有機バインダを焼き飛ばすことによって得られるハニカム状触媒担体。
【請求項６】
請求項５のハニカム状触媒担体に、触媒材料を担持した気相もしくは液相反応用触媒フィルタ。
【請求項７】
請求項５のハニカム状触媒担体を、触媒材料と無機バインダを分散した分散液に含浸することで、触媒材料を前記ハニカム触媒担体の紙内部および表面に担持した構成からなる気相もしくは液相反応用触媒フィルタ。
【請求項８】
有機質繊維５〜３０重量％と無機質繊維４０〜８０重量％と、有機バインダと無機バインダのいずれか一方もしくは両方を５〜２０重量％を原料として漉かれた紙シートを片波成形体に成形し、前記片波成形体を積層してハニカム状のブロック体を形成し、前記ハニカム状ブロックを無機バインダ１０〜３０重量％と無機フィラー１〜１０重量％と溶媒６５〜９０重量％分散液につけて乾燥したハニカム構造物に、触媒材料と無機バインダを分散した分散液に含浸することで、触媒を前記ハニカム構造物の紙内部の空隙部および表面に担持し、これを少なくとも４００℃以上で焼成した気相もしくは液相反応用触媒フィルタ。
【請求項９】
有機成分を含む気体を通すもしくは気体に通し、熱、光その他のエネルギー作用によって触媒と有機成分が化学反応することを特徴とした、請求項６から請求項８のいずれかに記載の触媒フィルタをもちいた空気清浄装置。
【請求項１０】
有機成分を含む液体を通すもしくは液体に通し、熱、光その他のエネルギー作用によって触媒と有機成分が反応することを特徴とした、請求項６乃至８のいずれかに記載の触媒フィルタをもちいた水質改善装置。
【請求項１１】
請求項６乃至８のいずれかにおいて、触媒の代わりに吸着剤をもちい、吸着剤をハニカム触媒担体の紙内部の空隙部および表面に担持した吸脱着フィルタ。
【請求項１２】
水分を含む空気を通すことにより、通過する空気を調湿することを特徴とした、請求項１１の吸脱着フィルタを用いた空調装置。
【請求項１３】
請求項６乃至８のいずれかにおいて、触媒の代わりに、吸着材料と触媒材料の混合物を用いた複合材料をハニカム触媒担体の紙内部の空隙部および表面に担持した吸着分解フィルタ。
【請求項１４】
有機ガスを含んだ空気、有機ガス、有機成分を含む液体を通し、吸着剤にいったんそれら有機化合物を吸着し、別の場所で熱、光その他のエネルギー作用によって触媒と有機化合物が反応することを特徴とした請求項１３のフィルタを用いた水質および空質改善装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、触媒もしくは吸湿剤の担持体かつ、触媒、吸湿剤を担持したフィルタに関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のハニカム状担持体は、成分としてセラミック繊維もしくはガラス繊維と有機繊維、さらに山皮（セピオライト）などの鉱物を基材紙として漉いた紙をハニカム状に加工し、このハニカム体を焼成することで無機質のハニカム状担体がされたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
以下、そのハニカム状触媒担体について図１および図２を参照しながら説明する。
【０００４】
図１に示すように、セラミック紙１０１は、セラミック繊維、パルプ、山皮、有機および無機バインダからなり、それを波状に加工したセラミック紙１０２と有機系と無機系の混合接着剤によって接着した片波成形体を形成する。図２に示すように図１の片波成形体を積層し、ハニカム状積層体を得られる。それを焼成することで、ハニカム状触媒担体が得られる。
【０００５】
また、この種のハニカム状担持体には成分としてセラミック繊維、パルプ、有機質または無機質のバインダよりなるシートをハニカム状に成形し、これにコロイダルシリカもしくはエチルシリケートを含浸させたあとこのケイ素化合物をシリカゲルに変換し、ついで焼成することでシート中の有機質を燃焼除去した結果、触媒担体が得られることが知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
図１に示すセラミック紙１０１にはセラミック繊維、有機繊維、有機結合体から構成されたもので、この紙を波上に加工したセラミック紙１０２と接着した片波成形体を、図２に示したハニカム状積層体に加工する。これをコロイダルシリカ、もしくはエチルシリケートの液に含浸し、加熱処理することで、ハニカム状積層体を硬化させる。
【特許文献１】特開平５−６４７４５号公報（第１図、第２図）
【特許文献２】特開平４−１８８９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本来、片波構造を形成するためには紙中に有機質のパルプを必要とし、触媒の担体として利用するためには、最終的には焼成によって有機質を焼き飛ばす必要がある。しかし、このような従来のハニカム状触媒担体では、やきとばされた部分は空洞となり、強度が弱くなってしまうため有機パルプの分量をできる限り減らして加工していた。しかし有機のパルプ分が少ないと片波加工は困難になり、大量に速くは製造しづらいという課題があった。また十分な強度を出すためコロイダルシリカ等に含浸するとその粒径が小さいことから、繊維の奥まで粒子が入り込み、触媒を担持するための空間が得にくいという課題もあった。そのため、このような片波ハニカム状の触媒担体では紙を漉いた状態で有機質が多くても焼成後の強度が十分に保たれ、空隙率の高い構造体であることが要求されている。
【０００８】
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、パルプを多く含んでいても、焼成後の強度を確保することができ、また空隙率も４０％以上である触媒担体を提供することを目的としている。
【０００９】
また、ハニカム状に加工された触媒担体を触媒粒子、または吸着体粒子、または吸着体と触媒の混合材料の分散媒に含浸することで、触媒フィルタ、吸着フィルタ、吸着触媒フィルタを得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の触媒担体は上記目的を達成するために、有機パルプ分を多くふくむセラミック繊維混抄紙であっても、コロイダルシリカとタルクをはじめとするフィラーとの分散液に含浸し、焼成することで、焼成後も強度を保ち、かつ空隙率の高い触媒担体を得ることを可能としたものである。
【００１１】
この手段により比較的少ないコロイダルシリカ量で、片波ハニカム状構造体の焼成後の強度を向上させることができ、また、空隙率が高い構造体が得られる。
【００１２】
また、この手法で得られた触媒担体に、触媒もしくは吸着体を担持することによって、気相、液相で用いることができる触媒反応フィルタや、ガス、水分を吸脱着できる吸着フィルタが得られる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば軽い重量で強度のあるという効果のある触媒担体を提供できる。
【００１４】
また、前記触媒担体を作成し、これに触媒、もしくは吸着剤を担持することで、空気浄化フィルタ、空気改質フィルタなどを提供できる。
【００１５】
また、有機パルプを多く含むセラミック紙のため、焼成後の空隙率が高く、触媒や吸着剤の付着量が多い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明は、無機質繊維４０〜８０重量％、好ましくはセラミック繊維０〜８０重量％とガラス繊維０〜８０重量％とその他無機鉱物系の繊維状物質０〜２０重量％で合計の無機質繊維６０〜８０重量％で構成されたものと、有機パルプ５〜３０重量％で、低い組成では紙の加工が難しく、高すぎる組成では焼成後の構造体の空隙が大きすぎで構造体の強度が保ちにくいため好ましくは１０〜２５重量％と、有機バインダと無機バインダのいずれか一方もしくは両方を主原料として漉かれた無機繊維紙を、無機バインダ、好ましくはコロイダルシリカ、と無機フィラー、好ましくは滑石、セピオライトなどの珪酸マグネシウム、の分散液に含浸し、それを乾燥後、４００℃以上、紙の形状が変化しない場合に限り好ましくは８００℃以上で焼成し、前記有機繊維と、有機バインダを含む紙の場合は有機バインダを焼き飛ばすことによって得られる、触媒担体とその製造法を示したものであり、有機成分を紙に多く含ませて、加工性を向上させた紙であっても、その焼成後の強度は無機フィラーとそれを結合する無機バインダーにより保たれるという特徴を有する。
【００１７】
なお、本発明では前記の無機繊維紙を片波成形体に成形し、前記片波成形体を積層してハニカム状のブロック体を形成し、かつハニカム状ブロック体を前記無機フィラーと無機バインダの分散液につけて乾燥したハニカム構造物を前記温度で焼成することで開口面積がひろくて圧力損失が低く、かつ接触面積の広い触媒担体フィルタが得られる。積層の方法としては、片波を一枚づつ重ねる方法や、長い片波成形体を巻き取る円形の積層体を得る方法がある。
【００１８】
なお、上記の触媒担体フィルタを、触媒材料と無機バインダを分散した分散液に含浸して、触媒を前記ハニカム構造物の紙内部の空隙部および表面に担持することで気相もしくは液相反応用触媒フィルタが得られる。
【００１９】
また、前記の無機繊維紙を片波成形体に成形し、前記片波成形体を積層してハニカム状のブロック体を形成し、かつハニカム状ブロックを前記無機フィラーと無機バインダの分散液につけて乾燥したあと、ハニカム構造物を前記温度で焼成する前に、触媒材料と無機バインダを分散した分散液に含浸して、触媒をハニカム構造物の紙内部の空隙部および表面に担持して、その後で、前記温度で焼成することでも、同様にハニカム構造の気相もしくは液相反応用触媒フィルタを得ることができる。
【００２０】
なお、前記手法の製造法を用いて得られた気相反応用触媒フィルタは、空気清浄機等に用いることができ、空気浄化、改質に利用できる。
【００２１】
なお、前記手法の製造法を用いて得られた液相反応用触媒フィルタは、河川や排水の浄化機として利用できる。
【００２２】
なお、前記の触媒の代わりに吸着剤を用いることで、空気中の有機ガス、水分を吸脱着する吸脱着フィルタが得られる。また吸着剤に吸着した物質はヒーター等熱エネルギーによって、吸着体から放出されるため、吸着と放出の系を分けることで、調湿やガスの濃縮等に利用できる。
【００２３】
なお、水分の吸脱着フィルタは除湿機、調湿機等に利用できる。
【００２４】
さらには、前記ハニカム構造体に触媒と吸着剤を同時に、もしくは吸着剤表面に触媒粒子を担持した吸着触媒粒子を担持することで、有機ガス等を吸着によって濃縮し、別部分でヒーター等の熱源や、光線によるエネルギーによって触媒と吸着した物質を反応させ、分解を行う吸着分解フィルタを得ることができる。
【００２５】
吸着分解フィルタは、脱臭機や、液相では環境ホルモンをはじめとする、低濃度化学物質の分解装置等に応用できる。
【実施例】
【００２６】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【００２７】
なお、従来と同一部品については同一番号を付与し、その説明は省略する。
【００２８】
（実施例１）
無機質繊維としてセラミック繊維７０重量％とガラス繊維８重量％と有機質繊維としてパルプ１０重量％と有機バインダ１０重量％と無機バインダ２重量％の組成よりなり、厚さ０．２ｍｍ、坪量５２ｇ／ｍ2の抄造したセラミック紙を１０１用いて、これを無機フィラーとして滑石（たとえば日本タルク株式会社Ｌ−１）と、無機バインダとしてコロイダルシリカ（たとえば日産化学株式会社スノーテックスＣ）と、抑泡剤（たとえばサンノプコ株式会社ＳＮデフォーマー３８０）と水を表１のＡ、Ｂ、Ｃに示すような配合スラリー中にて、マグネチックスターラーを用いて十分に撹拌し、前記セラミック紙１０１を含浸させた。その後５５０℃で２時間焼成して有機物を除去した。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
（実施例２）
セラミック繊維６０重量％と無機質繊維９重量％とパルプ１７重量％と有機バインダ１２重量％と無機バインダ２重量％の組成よりなり、厚さ０．１７ｍｍ、坪量５３ｇ／ｍ2の抄造したセラミック紙１０１を用いて、前記の表１のＤ、Ｅ、Ｆに示すように実施例１と同様の配合の液に含浸し、その後５５０℃で２時間焼成して有機物を除去した。
【００３１】
（比較例）
実施例１および実施例２で用いたセラミック紙１０１を前記の表１の比較例−Ｇ〜Ｌに示すようなコロイダルシリカ（たとえば日産化学株式会社スノーテックスＣ、スノーテックス４０）に１回もしくは２回含浸して乾燥後、実施例１および実施例２と同様に５５０℃で２時間焼成して有機物を除去した。
【００３２】
実施例１および実施例２に示したセラミック紙１０１の含浸液中の固形分の割合としては滑石１〜１０重量部に対してコロイダルシリカ２０〜１８重量部で、１重量部程度の滑石の量の添加では無添加のものと大きな変化は見られない。その一方で、多く添加しすぎても強度は向上せず、紙の重量を重くしてしまい、無駄が生じる。好ましくは滑石３〜１０重量部に対し、１９．５〜１７重量部であると良い。
【００３３】
なお、含浸液の固形分濃度としては、高濃度では沈降が進んだり、粘度の著しい上昇が起こるため３０重量％以下が望ましい。一方で、１０重量％以下の希薄な液では一度の含浸による固形分の担持が少なく、望むほどの焼成後の強度を得るためには複数回以上の含浸が必要になるため、１０重量％以上３０重量％未満の固形分濃度が望ましい。
【００３４】
なお、以上の実施例１および実施例２では、含浸液中の無機フィラーとして、滑石を扱ったが、これは板状の粒子で、１μm以下の粒径のものであることが望ましく、５μmより大きい粒子では分散液中でフィラーが沈降してしまい取り扱いが難しくなるため好ましくない。また、粒子径が大きいとセラミック紙１０１の繊維間の隙間に粒子が入りにくくなり、無機バインダと無機質繊維とが結合しにくくなり、焼成後の強度が得にくいことからも、粒子径が１μｍ程度のものが望ましいといえる。
【００３５】
なお、実施例１および実施例２の滑石の代わりに、無機フィラーとしてセピオライト、ゾノトライト、ウオラストナイト、石膏繊維、ドーソナイトなどの繊維状フィラーや、炭化ケイ素ウィスカー、窒化ケイ素ウィスカー、チタン酸カリウムウィスカーなどのウィスカー結晶物、その他ゾノトライト、ゼオライトなどであっても良い。
【００３６】
なお、実施例１および実施例２では無機バインダとしてコロイダルシリカを用いたが、アルミナゾル、珪酸ソーダ、有機溶媒に分散したシリカゾル、珪酸リチウムなどであっても良い。
【００３７】
なお、紙として従来、パルプ繊維が数重量％のものが望ましいをされていたが、ハニカム形状をはじめとした加工性の面では有機分が多いことが望ましく、表１で示したとおり、有機成分が合計２０重量％以上であっても、その強度は滑石と無機バインダを加えることで十分な強度が得られる。
【００３８】
（実施例３）
実施例１でもちいたセラミック紙１０１を用いて、波長２．６mm、波高１．５mmの波形紙１０１となし、固形分でアクリル酸エステル２４％、エチレン酢酸ビニル３６重量％、コロイダルシリカ４０重量％よりなる接着剤をもちいて平面紙１０２と接着して図１に示す片波成形体となし、該片波成形体を前記と同様の接着剤をもちいて積層し、図２に示すハニカム状積層体を得る。このハニカム状積層体を、前記の表１に示す実施例１−Ｂの含浸液に含浸したのち乾燥し、表２に示すようなパターンを用いて焼成した。
【００３９】
焼成時の最高温度は表２に示すようにハニカム構造体の圧縮強度が向上することから８００℃以上が望ましい。
【００４０】
【表２】
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【００４１】
実施例３では８００℃が最高焼成温度であったが、ハニカム状積層体が変形したり、材料が溶融することによる空隙率の低下しない温度であればそれ以上の高温であっても良い。
【００４２】
（実施例４）
実施例３−Ｃのように前記の表１の実施例１−Ｂの含浸液に含浸したのち８００℃以上の温度で焼成して得られたハニカム状積層触媒担体を、たとえば白金系触媒、マンガン系触媒、パラジウム系触媒、スズ系触媒、チタン系触媒等の触媒粒子と、たとえばコロイダルシリカ、珪酸リチウム、珪酸ナトリウム等の分散液に含浸して、加熱乾燥処理を行って触媒担持フィルタが得られる。
【００４３】
（実施例５）
実施例３−Ｃのように前記の表１の実施例１−Ｂの含浸液に含浸したのち８００℃以上の温度で焼成して得られたハニカム状積層触媒担体を、たとえばゼオライトやシリカゲル等の吸着剤と、たとえばコロイダルシリカ、珪酸リチウム、珪酸ナトリウム等の分散液に含浸して、加熱乾燥処理を行って吸脱着フィルタが得られる。
【００４４】
（実施例６）
実施例３−Ｃのように前記の表１の実施例１−Ｂの含浸液に含浸したのち８００℃以上の温度で焼成して得られたハニカム状積層触媒担体を、たとえば親水性ゼオライトや疎水性ゼオライト、シリカゲル等の吸着剤と、たとえば白金系触媒、マンガン系触媒、パラジウム系触媒、スズ系触媒、チタン系触媒等の触媒粒子と、たとえばコロイダルシリカ、珪酸リチウム、珪酸ナトリウム等の分散液に含浸して、加熱乾燥処理を行って触媒による吸着物の分解を目的とした吸着分解フィルタが得られる。
【００４５】
（実施例７）
実施例４乃至６のいずれかによって得られたフィルタにおいて特に、ハニカム積層体を図５に示すように円形形状に成形し、フィルタ回転動力部１０５により円形形状のフィルタを回転させることにより、回転式の連続再生型の触媒フィルタ、吸脱着フィルタ、吸着分解フィルタが得られる。特に吸脱着フィルタの場合、得られたフィルタの通風穴に対して通気部１０３と、加熱処理部１０４を設けることで、通気部１０３にて気体中の有機ガスや湿気を吸着して、加熱処理部１０４にては有機ガス、湿気の脱着をして、再度フィルタが通気部１０３にてガスや湿気を吸着できる状態に再生することができ、連続的な使用が可能となる。また、吸着分解フィルタの場合、加熱処理部１０４または加熱処理部１０４の代わりに光源を設けることで、通気部にて気体中の有機ガスを吸着して、加熱処理部もしくは光照射部（図示せず）でその熱エネルギーもしくは光エネルギーによって触媒と有機ガスの反応を起こして、有機ガスの分解を行い、再度フィルタが通気部１０３にて有機ガスを吸着できる状態に再生することができ、連続的な使用が可能となる。また触媒フィルタにおいては、通気部１０３の後ろ部分にも加熱処理部、もしくは光源を置くことで、連続的な有機ガスの分解が可能である装置を得ることができる。
【００４６】
（実施例８）
実施例４乃至６のいずれかにおいて、前記の表１の実施例１−Ｂの含浸液に含浸したのちに、実施例４乃至６のいずれかに記載されている触媒分散液、もしくは吸着剤分散液、もしくは吸着剤と触媒の混合分散液に含浸し、乾燥処理した後、材料が変質しない温度範囲で有機成分を焼き飛ばすことによっても、触媒フィルタ、もしくは吸脱着フィルタ、もしくは吸着分解フィルタが得られ、実施例７のような回転式のフィルタを得ることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明の触媒担体および触媒フィルタは、セラミック紙を片波加工、さらに積層加工するため従来の触媒担体にあった押し出し成形などと比べ薄い壁面を持った触媒担体が得られ、また従来のセラミック繊維と有機パルプの混抄紙よりもセラミック紙中のパルプ量が多くなったことにより、セラミック紙の加工性が向上する特徴が得られ、これにより従来の触媒担体よりも生産性の向上が期待される。また、特殊紙を加工する特別な設備や技術がなくても、紙の加工性が向上したことから、比較的容易に硬度をもつ触媒担体が得られる。
【００４８】
また、触媒や吸着剤を担持したフィルタは、気相、液相の浄化、改質を目的とした機器に組み込んで利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】片波成形体の図
【図２】ハニカム状片波積層体の図
【図３】坪量と強度の関係１の図
【図４】坪量と強度の関係２の図
【図５】円形ハニカム状積層体と回転式再生構造を示した図
【符号の説明】
【００５０】
１０１  セラミック紙（平紙）
１０２  セラミック紙（波紙）
１０３  通風部（吸着部）
１０４  加熱処理部（再生部）
１０５  フィルタ回転動力部
【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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