(57)【要約】  呼吸保護フィルタは、濾過媒体を含む。当該濾過媒体は、１〜４ｎｍの範囲の平均細孔径（ＢＪＨ法）と、少なくとも３００ｍ２／ｇ、又は少なくとも３５０ｍ２／ｇ、又は少なくとも４００ｍ２／ｇの表面積（ＢＥＴ）とを有する鉄ドープ酸化マンガン材料を含む。【選択図】図１
2018532442.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気流入口及び空気流出口を有し、かつある量の濾過媒体を流体連通内及び前記空気流入口と前記空気流出口との間に収容する、ハウジングを備え、
前記濾過媒体が、１〜４ｎｍの範囲の平均細孔径（ＢＪＨ法）と、少なくとも３００ｍ２／ｇ、又は少なくとも３５０ｍ２／ｇ、又は少なくとも４００ｍ２／ｇの表面積（ＢＥＴ）とを有する鉄ドープ酸化マンガン材料を含む、呼吸保護フィルタ。
【請求項２】
前記鉄ドープ酸化マンガン材料が、周囲条件において、又は、大気圧かつ−２０〜４０℃かつ相対湿度５％〜９５％において、前記濾過媒体を通過する空気流から有害ガスを除去することができる、請求項１に記載の呼吸保護フィルタ。
【請求項３】
前記鉄ドープ酸化マンガン材料が、マンガン：鉄のモル比が９５：５〜７０：３０の範囲、又は好ましくは８０：２０〜８５：１５の範囲である化学反応から生成される、請求項１又は２に記載の呼吸保護フィルタ。
【請求項４】
前記鉄ドープ酸化マンガン材料が、米国標準ふるい系列で１２〜５０又は２０〜４０の範囲のメッシュサイズを有する顆粒を画定する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の呼吸保護フィルタ。
【請求項５】
前記鉄ドープ酸化マンガン材料が、１．３ｇ／ｍＬ未満、若しくは１ｇ／ｍＬ未満、若しくは０．８ｇ／ｍＬ未満、若しくは０．７ｇ／ｍＬ未満の見かけ密度又はかさ密度を有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の呼吸保護フィルタ。
【請求項６】
前記鉄ドープ酸化マンガン材料が、圧縮形成された顆粒の形態である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の呼吸保護フィルタ。
【請求項７】
鉄（ＩＩＩ）塩をマンガン（ＩＩ）塩と水中で組み合わせ、水性塩混合物を生成させる工程と、
過マンガン酸塩溶液を前記水性塩混合物とブレンドし、湿潤状態の沈殿物を生成させる工程と、
前記沈殿物を分離し、かつ乾燥させ、鉄ドープ酸化マンガン材料を生成させる工程と、
を含む、方法。
【請求項８】
前記方法が、全ての方法工程について１１５℃以下である処理温度を有する、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記ブレンドする工程が、２０〜３０℃の範囲の処理温度を有する、請求項７又は８に記載の方法。
【請求項１０】
前記組み合わせる工程が、マンガン（ＩＩ）塩：鉄（ＩＩＩ）塩のモル比を９５：５〜７０：３０の範囲、又は好ましくは８０：２０〜８５：１５の範囲で組み合わせることを含む、請求項７〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記鉄ドープ酸化マンガン材料を、米国標準ふるい系列で１２〜５０若しくは２０〜４０の範囲のメッシュサイズを有する顆粒に顆粒化又は圧縮する工程を更に含む、請求項７〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記鉄ドープ酸化マンガン材料を呼吸保護フィルタ中に配置する工程を更に含む、請求項７〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
鉄（ＩＩ）塩をマンガン（ＩＩ）塩と水中で組み合わせ、水性塩混合物を生成させる工程と、
ｐＨが７〜８の範囲であるシュウ酸アンモニウム溶液を調製する工程と、
前記シュウ酸アンモニウム溶液を前記水性塩混合物とブレンドし、湿潤状態のシュウ酸Ｆｅ／Ｍｎ沈殿物を生成させる工程と、
前記湿潤状態のシュウ酸Ｆｅ／Ｍｎ沈殿物を乾燥させ、水を除去して乾燥状態のシュウ酸Ｆｅ／Ｍｎ沈殿物を生成させる工程と、
前記乾燥状態のシュウ酸Ｆｅ／Ｍｎ沈殿物を２００〜２５０℃の範囲の温度で加熱し、鉄ドープ酸化マンガン材料を生成させる工程と、
を含む、方法。
【請求項１４】
前記ブレンドする工程が超音波混合を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記組み合わせる工程が、マンガン（ＩＩ）塩：鉄（ＩＩ）塩のモル比を９５：５〜７０：３０の範囲、又は好ましくは８０：２０〜８５：１５の範囲で組み合わせることを含む、請求項１３又は１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記鉄ドープ酸化マンガン材料を、米国標準ふるい系列で１２〜５０若しくは２０〜４０の範囲のメッシュサイズを有する顆粒に顆粒化又は圧縮する工程を更に含む、請求項１３〜１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
前記鉄ドープ酸化マンガン材料を呼吸保護フィルタ中に配置する工程を更に含む、請求項１３〜１６のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
［背景］
呼吸フィルタのカートリッジに用いられる吸着剤は、典型的には、活性炭をベースとしている。活性炭の特質は、高表面積及び有機蒸気を吸着する能力である。活性炭は、概して、アンモニア等の低沸点の極性化合物の吸着が不十分であるため、追加の材料を表面に加え、化学反応によってこれらの汚染物質を除去する。
【０００２】
酸性ガス、アンモニア、シアン化物、又はアルデヒド等の有害ガスを濾過するため、含浸として知られるプロセスにおいて、特定の化学物質を活性炭に加える。例えば、ルイス酸遷移金属塩である塩化亜鉛を炭素に加え、アンモニア除去のための吸着剤を生成させる。任意の支持体（例えば、活性炭等）の含浸は、支持体の高表面積を損なうことなく、十分な量の反応性含浸剤を組み込むというバランスを必要とする。
【０００３】
含浸剤材料を吸着剤構成成分として検討する際、毒性、適切な条件下での安定性、及び反応性等の因子が重要な特質となる。銅及び亜鉛をベースとする伝統的な炭素含浸剤は、多くの場合、２＋酸化状態の酸化物であり、水溶液又はアンモニア溶液に可溶なＣｕ塩及び／若しくはＺｎ塩で処理した活性炭の熱分解（約１８０〜２００℃）によって生成される。しかしながら、これらの無機酸化物が活性炭等の材料上で支持されない場合、それぞれは、通常、低多孔度及び低表面積の悪影響を被る。
【０００４】
［概要］
本開示は、呼吸保護のための濾材に関する。特に、当該濾材は、呼吸気流から有害ガスを除去することができる鉄ドープ酸化マンガン材料等の、酸化マンガン材料である。当該鉄ドープ酸化マンガン材料は、低温水系レドックス共沈法又はシュウ酸塩熱分解法のいずれかを用い、調製することができる。
【０００５】
一態様において、呼吸保護フィルタは、空気流入口及び空気流出口を有し、かつある量の濾過媒体を流体連通内及び空気流入口と空気流出口との間に収容する、ハウジングを備える。濾過媒体は、１〜４ｎｍの範囲の平均細孔径（ＢＪＨ法）と、少なくとも３００ｍ２／ｇ、又は少なくとも３５０ｍ２／ｇ、又は少なくとも４００ｍ２／ｇの表面積（ＢＥＴ）を有する、鉄ドープ酸化マンガン材料を含む。
【０００６】
更なる態様において、鉄ドープ酸化マンガン材料を生成させる方法は、鉄（ＩＩＩ）塩をマンガン（ＩＩ）塩と水中で組み合わせ、水性塩混合物を生成させる工程と、過マンガン酸塩溶液をこの水性塩混合物とブレンドし、湿潤状態の沈殿物を生成させる工程と、を含む。次に、方法は、沈殿物を分離し、かつ乾燥させ、鉄ドープ酸化マンガン材料を生成させる工程を含む。
【０００７】
更なる態様において、鉄ドープ酸化マンガン材料を生成させる方法は、鉄（ＩＩ）塩をマンガン（ＩＩ）塩と水中で組み合わせ、水性塩混合物を生成させる工程を含む。ｐＨが７〜８の範囲であるシュウ酸アンモニウム溶液を調製した後、シュウ酸アンモニウム溶液を水性塩混合物とブレンドし、湿潤状態のシュウ酸Ｆｅ／Ｍｎ沈殿物を生成させる。次に、方法は、湿潤状態のシュウ酸Ｆｅ／Ｍｎ沈殿物を乾燥させ、水を除去して乾燥状態のシュウ酸Ｆｅ／Ｍｎ沈殿物を生成させた後、この乾燥状態のシュウ酸Ｆｅ／Ｍｎ沈殿物を２００〜２５０℃の範囲の温度で加熱し、鉄ドープ酸化マンガン材料を生成させる工程を含む。
【０００８】
これら及び様々な他の特徴並びに利点は、以下の詳細な説明を読むことにより、明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本開示は、本開示の様々な実施形態の以下の詳細な説明を、添付の図面と共に検討することにより、更に完全に理解することができる。
【図１】例示的な呼吸保護フィルタの概略図である。
【図２】例示的な方法のフロー図である。
【図３】別の例示的な方法のフロー図である。
【００１０】
［詳細な説明］
以下の詳細な説明では、本明細書の一部を形成し、いくつかの具体的な実施形態を例示として示す添付の図面を参照する。本開示の範囲又は趣旨から逸脱することなく、他の実施形態が想定され、かつ実施され得ることを理解されたい。したがって、以下の詳細な説明は、限定的な意味では解釈しないものとする。
【００１１】
本明細書で用いる全ての科学用語及び技術用語は、特に明記しない限り、当該技術で通常用いられる意味を有する。本明細書で与えられる定義は、本明細書で頻繁に用いる特定の用語の理解を助けるためのものであり、本開示の範囲を限定することを意図するものではない。
【００１２】
別途記載のない限り、本明細書及び特許請求の範囲で用いる特徴的なサイズ、量、及び物理的特性を表す全ての数字は、全ての場合において、用語「約」によって修飾されるものと理解されたい。したがって、別途記載のない限り、前述の明細書及び添付の特許請求の範囲において示される数値パラメータは、本明細書に開示される教示を利用する当業者が所望する特性に応じて変わり得る近似値である。
【００１３】
端点による数値範囲の記述には、その範囲内に含まれる全ての数（例えば１〜５は、１、１．５、２、２．７５、３、３．８０、４、及び５を含む）、並びにその範囲内の任意の範囲が含まれる。
【００１４】
本明細書及び添付の特許請求の範囲で用いる場合、単数形「a」、「an」及び「the」は、内容から別の判断が明らかでない限り、複数の指示対象を有する実施形態を包含する。
【００１５】
本明細書及び添付の特許請求の範囲で用いる場合、用語「又は」は、内容から別の判断が明らかでない限り、「及び／又は」を含む意味で概して用いられる。
【００１６】
本明細書で用いる場合、「有する（have）」、「有する（having）」、「含む（include）」、「含む（including）」、「含む（comprise）」、「含む（comprising）」等は、これらのオープンエンドの意味で用いられ、「含むが、限定されない」ことを概して意味する。「から本質的になる（consisting essentially of）」、「からなる（consistingof）」等は、「含む（comprising）」等に包含されるものと理解される。
【００１７】
本開示は、呼吸保護のための濾材に関する。活性炭と同様に、遷移金属酸化物は、高表面積及び高多孔度を有し、かつ他の遷移金属をドープし、有害ガスの吸着を潜在的に高めることができる。特に、本開示における濾材は、呼吸気流から有害ガスを除去することができる鉄ドープ酸化マンガン材料等の、酸化マンガン材料である。鉄ドープ酸化マンガン材料等の酸化マンガン材料は、１〜４ｎｍの範囲の平均細孔径（ＢＪＨ法）と、少なくとも３００ｍ２／ｇ、又は少なくとも３５０ｍ２／ｇ、又は少なくとも４００ｍ２／ｇの表面積（ＢＥＴ）とを有する。当該鉄ドープ酸化マンガン材料は、低温水系レドックス共沈法又はシュウ酸塩熱分解法のいずれかを用い、調製することができる。鉄ドープ酸化マンガン材料は、米国標準ふるい系列で１２〜５０の範囲のメッシュサイズに顆粒化される。次に、鉄ドープ酸化マンガン材料は、呼吸保護フィルタエレメントに配置することができる。本開示内容は、これらに限定されるものではないが、下記に示した実施例の説明により、本開示の様々な態様の理解が得られるであろう。
【００１８】
図１は、例示的な呼吸保護フィルタ１０の概略図である。呼吸保護フィルタ１０はハウジング２０を含み、ハウジング２０は、空気流入口２２及び空気流出口２４を有し、かつある量の濾過媒体３０を流体連通内及び空気流入口２２と空気流出口２４との間に収容する。濾過媒体３０は、鉄ドープ酸化マンガン材料を含む。
【００１９】
濾過媒体３０は、例えば、活性炭等の１つ以上の別の種類の濾過材料を含み得る。多くの実施形態において、濾過媒体３０は、自立型の顆粒鉄ドープ酸化マンガン材料を含む。濾過媒体３０は、少なくとも２０重量％、又は少なくとも３０重量％、又は少なくとも５０重量％の自立型の顆粒鉄ドープ酸化マンガン材料を含み得る。
【００２０】
濾過媒体３０は、本明細書に記載の鉄ドープ酸化マンガン材料、又は酸化マンガン材料、又は鉄ドープ酸化マンガン材料と酸化マンガン材料との組み合わせを含み得る。
【００２１】
当該鉄ドープ酸化マンガン材料又は酸化マンガン材料は、周囲条件において、又は、大気圧かつ−２０〜４０℃かつ相対湿度５％〜９５％において、濾過媒体３０を通過する空気流から１種以上の有害ガスを除去することができる。これらの有害ガスとしては、二酸化硫黄、アンモニア、及びホルムアルデヒド蒸気等の、酸性ガス又は塩基性ガスの群からの例が挙げられる。
【００２２】
本明細書に記載の鉄ドープ酸化マンガン材料又は酸化マンガン材料は、１〜４ｎｍ、又は１〜３．５ｎｍ、又は１〜３．０ｎｍの範囲の平均細孔径（ＢＪＨ法）と、少なくとも３００ｍ２／ｇ、又は少なくとも３５０ｍ２／ｇ、又は少なくとも４００ｍ２／ｇの表面積（ＢＥＴ）とを有する。鉄ドープ酸化マンガン材料は、マンガン：鉄のモル比が９５：５〜７０：３０の範囲、又は好ましくは８５：１５〜８０：２０の範囲である化学反応から調製される。
【００２３】
多くの実施形態において、鉄ドープ酸化マンガン材料又は酸化マンガン材料は顆粒化され、米国標準ふるい系列で１２〜５０又は２０〜４０の範囲のメッシュサイズを有する顆粒を画定する。任意の有用な顆粒化プロセスを利用することができる。多くの実施形態において、顆粒は、圧縮により、結合剤を用いずに形成される。多くの実施形態において、鉄ドープ酸化マンガン顆粒又は酸化マンガン顆粒は、水分含量が１０重量％未満、又は５重量％未満である。
【００２４】
多くの実施形態において、鉄ドープ酸化マンガン材料粒子若しくは顆粒、又は酸化マンガン材料粒子若しくは顆粒は、見かけ密度又はかさ密度が、１．３ｇ／ｍＬ未満、又は１ｇ／ｍＬ未満、又は０．８ｇ／ｍＬ未満、又は０．７ｇ／ｍＬ未満であり得る。
【００２５】
図２は、例示的な方法１００のフロー図である。この例示的な方法は、低温水系レドックス共沈法である。方法１００は、鉄ドープ酸化マンガン材料を生成させる。当該方法は、鉄（ＩＩＩ）塩をマンガン（ＩＩ）塩と水中で組み合わせ、水性塩混合物を生成させる工程（工程１１０）と、過マンガン酸塩溶液をこの水性塩混合物とブレンドし（工程１２０）、湿潤状態の沈殿物を生成させる工程と、を含む。次に、この方法は、沈殿物を分離し、かつ乾燥させ（工程１４０及び１５０）、鉄ドープ酸化マンガン材料を生成させる工程（工程１６０）を含む。
【００２６】
水性塩混合物とブレンドした過マンガン酸塩溶液を、周囲温度において所定の時間撹拌する、又は、かき混ぜる場合がある（工程１３０）。所定の時間は、任意の有用な継続時間であり得る。多くの実施形態において、所定の時間は、少なくとも数時間〜４８時間、又は１０時間〜３０時間、又は２０〜２４時間である。沈殿物の分離（工程１４０）には、例えば、濾過、遠心分離及び洗浄等の、固体を液体から分離するための任意の有用な分離法が含まれ得る。
【００２７】
沈殿物の乾燥（工程１５０）は比較的低温で実施され、沈殿物から水を除去する。乾燥工程１５０は、沈殿物又は沈殿物の周囲の空気の温度を、１００℃以上かつ１５０℃未満、若しくは１２５℃未満、若しくは１２０℃以下、若しくは１１５℃以下、又は１００〜１１０℃の範囲の温度まで上昇させ得る。多くの実施形態において、方法１００は、全ての工程について、１１５℃以下又は１１０℃以下の処理温度を有する。多くの実施形態において、乾燥工程１３０、１５０は、湿潤状態の鉄ドープ酸化マンガン材料から水又は湿気のみを除去する。
【００２８】
多くの実施形態において、方法１００は、１２５℃未満、又は１２０℃未満、又は１１５℃未満の温度で実施される。特に、過マンガン酸塩溶液と水性塩混合物とのブレンド（工程１２０）及びこの混合物の撹拌工程１３０は、周囲温度、例えば２０〜３０℃等で実施される。
【００２９】
当該方法は、水和鉄（ＩＩＩ）塩をマンガン（ＩＩ）塩と水中で組み合わせ、水性塩混合物を生成させる工程（工程１１０）を含み得る。多くの実施形態において、マンガン（ＩＩ）塩は、水和マンガン（ＩＩ）塩である。例示的な塩としては、硝酸塩、酢酸塩、硫酸塩等が挙げられる。水和マンガン（ＩＩ）塩の例としては、酢酸マンガン（ＩＩ）四水和物及び硫酸マンガン（ＩＩ）一水和物が挙げられる。水和鉄（ＩＩＩ）塩の例としては、硝酸鉄（ＩＩＩ）九水和物及び硫酸鉄（ＩＩＩ）五水和物が挙げられる。
【００３０】
前述の組み合わせる工程は、マンガン（ＩＩ）塩：鉄（ＩＩＩ）塩のモル比を９５：５〜７０：３０の範囲、又は好ましくは８０：２０〜８５：１５の範囲で組み合わせることを含み得る。多くの実施形態において、方法１００は、鉄ドープ酸化マンガン材料を、米国標準ふるい系列で１２〜５０若しくは２０〜４０の範囲のメッシュサイズを有する顆粒に顆粒化又は圧縮する工程（工程１７０）を更に含む場合がある。次に、鉄ドープ酸化マンガン顆粒は、呼吸保護フィルタ中に配置され得る。
【００３１】
図３は、鉄ドープ酸化マンガン材料を生成させる例示的な方法２００のフロー図である。例示した方法は、シュウ酸塩熱分解法である。方法２００は、水和鉄（ＩＩ）塩をマンガン（ＩＩ）塩と水中で組み合わせ、水性塩混合物を生成させる工程（工程２１０）を含む。次に、ｐＨが７〜８の範囲であるシュウ酸アンモニウム溶液を調製し（工程２２０）、シュウ酸アンモニウム溶液を水性塩混合物とブレンドし（工程２３０）、湿潤状態のシュウ酸Ｆｅ／Ｍｎ沈殿物を生成させる。次に、当該方法は、湿潤状態のシュウ酸Ｆｅ／Ｍｎ沈殿物を乾燥させ（工程２５０）、水を除去して乾燥状態のシュウ酸Ｆｅ／Ｍｎ沈殿物を生成させた（工程２６０）後、乾燥状態のシュウ酸Ｆｅ／Ｍｎ沈殿物を２００〜２５０℃の範囲の温度で加熱し（工程２７０）、鉄ドープ酸化マンガン材料を生成させる工程（工程２８０）を含む。
【００３２】
シュウ酸アンモニウム溶液を水性塩混合物とブレンドした（工程２３０）後、ブレンドした混合物を超音波処理（超音波撹拌）する場合がある。超音波撹拌（工程２４０）は多くの驚くべき利点をもたらすことがあり、例えば、利点の中でもとりわけ、比較的より小さい粒径及びより狭い粒度分布をもたらすこと等がある。いくつかの実施形態において、超音波撹拌が実施されない場合がある。
【００３３】
ブレンドした溶液の水性塩混合物（工程２３０）を、周囲温度において所定の時間、例えば磁気撹拌等により、撹拌する場合がある（工程２４０）。所定の時間は、任意の有用な継続時間であり得る。多くの実施形態において、所定の時間は、少なくとも３０分間〜４時間、又は１時間〜３時間、又は約２時間である。沈殿物の分離（工程２５０）には、例えば、濾過、遠心分離及び洗浄等の、固体を液体から分離するための任意の有用な分離法が含まれ得る。
【００３４】
沈殿物の乾燥（工程２６０）は比較的低温で実施され、沈殿物から水を除去する。乾燥工程２６０は、沈殿物又は沈殿物の周囲のガスの温度を、４０℃以上かつ１００℃未満、又は４０〜８０℃の範囲、又は約６０℃の温度まで上昇させ得る。乾燥状態の沈殿物は、水分含量が３０重量％未満、又は２５重量％未満、又は２０重量％未満であり得る。
【００３５】
次に、乾燥状態の沈殿物（工程２６０より）を、二酸化炭素及び水を除去するのに十分な低温において、か焼する。か焼温度は２００〜２５０℃、又は２２０〜２４０℃、又は約２２５℃であり、所定の時間は少なくとも１時間〜１２時間、又は３時間〜８時間、又は約６時間である。いくつかの実施形態において、乾燥工程２６０及びか焼工程２７０を、上記の単一のか焼工程２７０にまとめる場合がある。
【００３６】
鉄ドープ酸化マンガン材料（工程２８０）は、１００〜５００ｎｍ又は２００〜３００ｎｍの範囲の均一なサイズを有し得る。
【００３７】
方法２００は、水和鉄（ＩＩ）塩をマンガン（ＩＩ）塩と水中で組み合わせ、水性塩混合物を生成させる工程（工程２１０）を含み得る。多くの実施形態において、マンガン（ＩＩ）塩は、水和マンガン（ＩＩ）塩である。例示的な塩としては、硝酸塩、酢酸塩、及び硫酸塩等が挙げられる。水和鉄（ＩＩ）塩の例としては、硫酸鉄（ＩＩ）七水和物が挙げられる。水和マンガン（ＩＩ）塩の例としては、酢酸マンガン（ＩＩ）四水和物及び硫酸マンガン（ＩＩ）一水和物が挙げられる。
【００３８】
上記の組み合わせる工程は、（マンガン（ＩＩ）塩）：（鉄（ＩＩ）塩）のモル比を９５：５〜７０：３０の範囲、又は好ましくは８０：２０〜８５：１５の範囲で組み合わせることを含み得る。多くの実施形態において、方法２００は、鉄ドープ酸化マンガン材料を、例えば、米国標準ふるい系列で１２〜５０若しくは２０〜４０の範囲のメッシュサイズを有する顆粒に顆粒化又は圧縮する工程（工程２９０）を更に含む場合がある。次に、鉄ドープ酸化マンガン顆粒は、呼吸保護フィルタ中に配置され得る。
【００３９】
本開示の目的及び利点は、以下の実施例によって更に例示されるが、これらの実施例に列挙された特定の材料及びこれらの量、並びに他の条件及び詳細は、本開示を不当に限定するものと解釈してはならない。
【実施例】
【００４０】
実施例中の全ての部、百分率、比、その他は、特に明記しない限り、重量による。用いた溶媒及び他の試薬は、別途明記しない限り、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ  Ｃｏｒｐ．（Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ，Ｍｉｓｓｏｕｒｉ）から入手される。
【００４１】
材料一覧
【表１】
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【００４２】
方法１の調製手順：実施例１〜５。
ドープした酸化マンガン試料は、完全な反応混合物中の金属のモル比に従って命名する。例えば、８０Ｍｎ２０ＦｅＯｘは、Ｍｎ含有試薬対Ｆｅ含有試薬を４：１のモル比で含有した反応混合物から得た材料を指す。
【００４３】
調製は、ＫＭｎＯ４とＭｎ（Ｏ２ＣＣＨ３）２・４Ｈ２Ｏとの比が一定であったという点でモジュール方式であったが、反応混合物に添加した鉄のモル量は、変更した。
実施例１は１００：０のＭｎ：Ｆｅである
実施例２は９０：１０のＭｎ：Ｆｅである
実施例３は８５：１５のＭｎ：Ｆｅである
実施例４は８０：２０のＭｎ：Ｆｅである
実施例５は７５：２５のＭｎ：Ｆｅである。
【００４４】
以下に実施例３の調製の代表的な手順を記載する：２Ｌの三角フラスコ中で、ＫＭｎＯ４（１９．０ｇ、０．１２ｍｏｌ）を脱イオン水２００ｍＬで処理し、混合物を磁気撹拌した。別のビーカー中で、Ｍｎ（Ｏ２ＣＣＨ３）２・４Ｈ２Ｏ（４４．１ｇ、０．１８ｍｏｌ）を脱イオン水１００ｍＬに溶解した。この桃色の溶液にＦｅ（ＮＯ３）３・９Ｈ２Ｏ（３０．３ｇ、０．０７５ｍｏｌ）を加え、褐色の溶液を生成させた。次に、この溶液を、過マンガン酸塩を含む三角フラスコに、最初の５０ｍＬをパスツールピペットによって加えた後、残りの５０ｍＬをゆっくり注いだ。混合物の粘度の上昇が観察され、撹拌の妨げとなったため、脱イオン水２００ｍＬを加え、効率的な撹拌を再開した。次いで溶液を放置し、２２時間磁気撹拌した。次に、暗色の沈殿物を吸引濾過により分離し、脱イオン水３００ｍＬで４回に分けて洗浄した。次に、洗浄した固体をパイレックスの皿に移し、１００℃で２０時間乾燥させた。この後、スパーテルを用い、固体をより小さい断片に粉砕した後、１１０℃で１．５時間又は水分含量が＜５重量％となるまで再度乾燥した。次に、乾燥した固体を乳鉢及び乳棒により粉砕し、米国標準ふるい系列で２０×４０の顆粒にサイズを調整した。次に、残存する微粉を、１３ｍｍのダイス及びＣａｒｖｅｒプレスを用い、７００００ＰＳＩの圧力を用い、ペレットに成形した。次に、ペレットを粉砕し、米国標準ふるい系列で２０×４０の顆粒にサイズを調整した。顆粒を再度脱イオン水で洗浄し（１５０ｍＬで４回に分けて）、１００℃で３時間乾燥した。実施例４−Ｃｕ及び４−Ｚｎは、Ｆｅ（ＮＯ３）３・９Ｈ２Ｏの代わりにＣｕ（ＮＯ３）２・２．５Ｈ２Ｏ又はＺｎ（ＮＯ３）２・６Ｈ２Ｏを用い、上記と同様に調製した。
【００４５】
方法２の調製手順：実施例６〜８。
ＭｎＳＯ４／ＦｅＳＯ４混合溶液（０．２５Ｍ）を、ＭｎＳＯ４・Ｈ２Ｏ及びＦｅＳＯ４・７Ｈ２Ｏを以下のＭｎ：Ｆｅモル比で脱イオン水４００ｍＬに溶解して調製した：
実施例６は１００：０のＭｎ：Ｆｅである
実施例７は９０：１０のＭｎ：Ｆｅである
実施例８は８０：２０のＭｎ：Ｆｅである。
（ＮＨ４）２Ｃ２Ｏ４溶液（０．２５Ｍ）を、（ＮＨ４）２Ｃ２Ｏ４・Ｈ２Ｏ（Ａｌｆａ  Ａｅｓａｒ）１４．２ｇを脱イオン水４００ｍＬに溶解して調製した。（ＮＨ４）２Ｃ２Ｏ４溶液のｐＨを、８（体積）％のＮＨ３・Ｈ２Ｏを用い、７〜８に調整した。Ｍａｓｔｅｒｆｌｅｘ蠕動ポンプを用い、得られた（ＮＨ４）２Ｃ２Ｏ４溶液を、ＭｎＳＯ４／ＦｅＳＯ４溶液に、穏やかな超音波処理（Ｂｒａｎｓｏｎ  Ｓｏｎｉｆｉｅｒ  ４５０、２０Ｗ）を適用しながら、２時間超の時間をかけ、ゆっくりと加えた。沈殿した固体の生成が、２時間の間に観察された。（ＮＨ４）２Ｃ２Ｏ４溶液の添加終了後、沈殿物を遠心分離により分離し、ｐＨが約７に達するまで、脱イオン水で繰り返し洗浄した。次いで、生成物を、６０℃のオーブン内において、空気中で終夜乾燥した。次に、乾燥したシュウ酸塩沈殿物を、乳鉢及び乳棒で粉砕し、２２５℃で６時間、空気中で加熱し、最終粉末を得た。続いて、粉末を、１７ｍｍのダイス及び液圧プレスを用い、８０００ＰＳＩの圧力を用い、ペレットに成形した。次に、ペレットを粉砕し、２０×４０の顆粒にサイズを調整した。実施例８−Ｃｕは、ＦｅＳＯ４・７Ｈ２Ｏの代わりにＣｕＳＯ４・５Ｈ２Ｏを用い、更に、最終の加熱時間を２５０℃で５時間として、上記のように調製した。
【００４６】
試験方法
管試験
管試験装置を破過試験に用いた。用いた試料管は、ベース付近に細かいステンレス鋼メッシュを有するポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）（内径＝６．５ｍｍ）で構成されている。これらの管に、規定容積の試験用濾材顆粒を充填し、下端部を硬質の表面に繰り返しタッピングし、一定の容積に充填する。試料管を、ｕｌｔｒａ−ｔｏｒｒ（Ｓｗａｇｅｌｏｋ）継手を用い、可撓性のテフロンチューブに連結する。次いで、所望の濃度のチャレンジガスを、垂直管を通し、管の上（入口）部分を経由して規定の流量で供給し、更に、管の下端（出口）を通過して吸着床から流出する流出ガスを検出器に移し、分析する。
【００４７】
二酸化硫黄破過試験：
市販供給業者から得た、又は、所定の実施例に従って調製した濾材顆粒の、容積１．７ｃｃ相当の試料を、上で概説した管試験装置に移し、秤量した。肉眼で著しい容積の減少が観察されなくなるまで、濾材顆粒をタッピングした。次いで、Ｌｉｎｄｅ（Ｗｈｉｔｂｙ，ＯＮ，Ｃａｎａｄａ）の認定ガス混合物からの空気中に１０００±１０％ｐｐｍの二酸化硫黄（ＳＯ２）を含有する約２００ｍＬ／分の試験流に、管内の試料を暴露した。濾材顆粒の下流の空気を、ＭＩＲＡＮ  ＳａｐｐｈＩＲｅ  ＩＲ携帯型空気分析器を用いる、又は、ｐＨの変化（Ｆｏｒｔｉｅｒ  ｅｔ  ａｌ．Ａｐｐｌ．Ｓｕｒｆ．Ｓｃｉ．２００７，２５３，３２０１〜３２０７）によるいずれかにより、破過についてモニターした。破過時間は、試料の下流で２０ｐｐｍの濃度が観察された時間と規定した。
【００４８】
アンモニア破過試験：
市販供給業者から得た、又は、所定の実施例に従って調製した濾材顆粒の、容積１．７ｃｃ相当の試料を、上で概説した管試験装置に移し、秤量した。肉眼で著しい容積の減少が観察されなくなるまで、濾材顆粒をタッピングした。次いで、Ｌｉｎｄｅ（Ｗｈｉｔｂｙ，ＯＮ，Ｃａｎａｄａ）の認定ガス混合物からの空気中に１０００±１０％ｐｐｍのアンモニア（ＮＨ３）を含有する約２００ｍＬ／分の試験流に、管内の試料を暴露した。濾材顆粒の下流の空気を、ＭＩＲＡＮ  ＳａｐｐｈＩＲｅ  ＩＲ携帯型空気分析器を用いる、又は、ｐＨの変化（Ｆｏｒｔｉｅｒ  ｅｔ  ａｌ．Ｊ．Ｃｏｌｌ．Ｉｎｔｅｒｆ．Ｓｃｉ．２００８，３２０，４２３〜４３５）によるいずれかにより、破過についてモニターした。破過時間は、試料の下流で２０ｐｐｍの濃度が観察された時間と規定した。
【００４９】
ホルムアルデヒド破過試験：
用いた試料管は、ベース付近にＡＳＴＭ  Ａガラスフリット（１４５〜１７５μｍ）を有するガラス（内径＝９ｍｍ）で構成されている。これらの管に、容積０．９ｃｃの試験用濾材顆粒を充填する。下端部を硬質の表面に繰り返しタッピングし、これらの試験用濾材顆粒を一定の容積に充填する。試料管を、ｕｌｔｒａ−ｔｏｒｒ（Ｓｗａｇｅｌｏｋ）継手を用い、可撓性のテフロンチューブに連結する。次に、所望の濃度のホルムアルデヒドを、垂直管を通し、管の上（入口）部分を経由して規定の流量で供給し、更に、管の下端（出口）を通過して吸着床から流出する流出ガスを検出器に移す。この場合、出口のガス流は、メタナイザを用い、二酸化炭素（ＣＯ２）及びホルムアルデヒド（ＨＣＨＯ）をメタン（ＣＨ４）に変換し、ＳＲＩガスクロマトグラフ（ＧＣ）により分析した。フレームイオン化検出器（ＦＩＤ）を用い、ＣＯ２及びＨＣＨＯについて固有の時間に通過するメタンを検出した。ＧＣのカラムは３０ｍ、内径０．５３ｍｍのＲＴ  Ｕ−Ｂｏｎｄ（Ｒｅｓｔｅｋ）であった。次いで、パラホルムアルデヒド粉末を用いて調製したパラホルムアルデヒドの揮発試料からの空気中に２５０ｐｐｍのＨＣＨＯを含有する約２５０ｍＬ／分の試験流に、管内の試料を暴露した。濾材顆粒の下流の空気を、ＳＲＩ  ＧＣを用い、破過についてモニターした。破過時間は、試料の下流で１ｐｐｍの濃度が観察された時間と規定した。
【００５０】
粉末Ｘ線回折：
Ｐｈｉｌｌｉｐｓ  ＰＷ１７２０  Ｘ線発生装置を用い、電圧４０ｋＶかつ電流３０ｍＡで作動させ、粉末Ｘ線回折パターンを収集した。このシステムは、Ｃｕ  Ｋα放射線源（波長＝１．５４１７８Å）及び回折ビームモノクロメータを備えている。典型的な条件は、走査速度０．０５°／ステップ、及び滞留時間４０秒／ステップであった。試料を微粉に粉砕し、アルミニウム試料ホルダーに固定した。
【００５１】
表面積及び細孔径の測定：
Ｎ２吸着等温線及び細孔径分布を、Ｍｉｃｒｏｍｅｒｉｔｉｃｓ  ＡＳＡＰ２０１０を用い、７７Ｋで測定した。測定前に試料を１５０℃で２〜３日間脱気し、残留水分を除去した。細孔径分布は、Ｍｉｃｒｏｍｅｒｉｔｉｃｓ提供のソフトウェア（ＡＳＡＰ  ２０１０  Ｖ５．０３Ｃ）を用い、ＢＪＨ法（１〜３００ｎｍ）を用い、測定した。ＢＪＨ方は既知の方法であり、Ｅ．Ｐ．Ｂａｒｒｅｔｔ，Ｌ．Ｇ．Ｊｏｙｎｅｒ，Ｐ．Ｈ．Ｈａｌｅｎｄａ，Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．７３（１９５１）３７３に記載されている。
【表２】
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【００５２】
実施例１〜８の試料に、上記の試験方法を用い、蒸気又はガスをチャレンジした。試験結果を下記の表３に、活性炭に銅化合物、モリブデン化合物及び硫酸塩を含浸させて調製したウェトラライトマルチガス吸着剤である市販のＣａｌｇｏｎ  ＵＲＣの試験結果と共に示す。
【表３】
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１全ての濾材顆粒は、２０×４０メッシュサイズで試験した。
２試料容積：１．７ｃｃ（ＳＯ２、ＮＨ３）、０．９ｃｃ（ＨＣＨＯ）
３破過時間についての２〜３回の試験の平均
４Ｃａｌｇｏｎ  Ｃａｒｂｏｎ  Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇｈ，ＰＡ，ＵＳＡ）より市販のＣａｌｇｏｎ  ＵＲＣ（入手状態）。
５Ｃａｒｕｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｐｅｒｕ，ＩＬ，ＵＳＡ）より市販のＣａｒｕｌｉｔｅ（入手状態で、２０×４０メッシュの顆粒にサイズを調整した）。
６Ｎは、試験が実施されなかったことを示す。
【００５３】
方法２の調製手順：実施例９〜１０。
ＭｎＳＯ４／ＦｅＳＯ４混合溶液（０．２５Ｍ）を、ＭｎＳＯ４・Ｈ２Ｏ及びＦｅＳＯ４・７Ｈ２Ｏを以下のＭｎ：Ｆｅのモル比で溶解して調製した：
実施例９は８０：２０のＭｎ：Ｆｅである
実施例１０は９０：１０のＭｎ：Ｃｕである
【００５４】
実施例９は、磁気撹拌を用い、超音波処理（超音波混合）を用いずに調製した。ＭｎＳＯ４／ＦｅＳＯ４混合溶液（０．２５Ｍ）及び（ＮＨ４）２Ｃ２Ｏ４（０．２５Ｍ）溶液は、上記のように調製した。（ＮＨ４）２Ｃ２Ｏ４溶液のｐＨを、８（体積）％のＮＨ３・Ｈ２Ｏを用い、約１０に調整した。Ｍａｓｔｅｒｆｌｅｘ蠕動ポンプを用い、得られた（ＮＨ４）２Ｃ２Ｏ４溶液を、ＭｎＳＯ４／ＦｅＳＯ４溶液に、激しく磁気撹拌しながら、１５時間の時間をかけ、ゆっくりと加えた。（ＮＨ４）２Ｃ２Ｏ４溶液の添加終了後、沈殿物を濾過により分離し、ｐＨが約７に達するまで、脱イオン水で繰り返し洗浄した。次いで、生成物を、６０℃のオーブン内において、空気中で終夜乾燥した。次に、乾燥したシュウ酸塩沈殿物を、乳鉢及び乳棒で粉砕し、２２５℃で６時間、空気中で加熱し、最終粉末を得た。続いて、粉末を、１７ｍｍのダイス及び液圧プレスを用い、８０００ＰＳＩの圧力を用い、ペレットに成形した。次に、ペレットを粉砕し、２０×４０メッシュの顆粒にサイズを調整した。実施例１０は、ＦｅＳＯ４・７Ｈ２Ｏの代わりにＣｕＳＯ４・５Ｈ２Ｏを用い、更に、最終の加熱時間を２５０℃で５時間として、実施例９と同様に調製した。
【表４】
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１Ｎは、試験が実施されなかったことを示す。
【表５】
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１全ての濾材顆粒は、２０×４０メッシュサイズで試験した。
２試料容積：１．７ｃｃ（ＳＯ２、ＮＨ３）、０．９ｃｃ（ＨＣＨＯ）
３破過時間についての２〜３回の試験の平均
４Ｎは、試験が実施されなかったことを示す。
【００５５】
このように、呼吸保護のための濾材の実施形態が開示されている。
【００５６】
本明細書で言及した全ての参考文献及び刊行物は、これらが本開示に直接矛盾し得る場合を除き、これらの全容が参照により本開示に明示的に組み込まれる。具体的な実施形態を本明細書において例示し記述したが、様々な代替及び／又は等価の実施により、図示及び記述されている具体的な実施形態を、本開示の範囲を逸脱することなく置き換え可能であることが、当業者には理解されるであろう。本出願は、本明細書において論じられている具体的な実施形態のいかなる適合例又は変形例であっても包含することが意図される。したがって、本開示は、特許請求の範囲及びその等価物によってのみ限定されるものとする。開示された実施形態は例示目的で提示されており、限定を目的とするものではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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