(57)【要約】【課題】一酸化炭素除去性能を長期にわたって維持することができる一酸化炭素除去触媒を提供すること。【解決手段】金属酸化物に金属粒子を支持せしめ、かつ、前記金属粒子を支持した金属酸化物の全体をイオン液体により被覆する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属酸化物に金属粒子が支持されており、かつ、前記金属粒子を支持した金属酸化物の全体がイオン液体により被覆されていることを特徴とする一酸化炭素除去触媒。
【請求項２】
前記イオン液体が、アンモニウム系イオン液体、ピリジニウム系イオン液体、イミダゾリウム系イオン液体、ホスホニウム系イオンから選ばれる１種、またはいずれか２種以上の混合物であることを特徴とする請求項１に記載の一酸化炭素除去触媒。
【請求項３】
通気性を有する基材上に、金属酸化物に金属粒子が支持されており、かつ、前記金属粒子を支持した金属酸化物の全体がイオン液体により被覆されている一酸化炭素除去触媒が付着されていることを特徴とする一酸化炭素除去フィルター。
【請求項４】
前記一酸化炭素除去触媒が、１又は２以上の金属塩水和物によって、前記通気性を有する基材上に付着されていることを特徴とする請求項３に記載の一酸化炭素除去フィルター。
【請求項５】
金属酸化物に金属粒子を支持させる工程と、
前記工程において形成された金属粒子を支持した金属酸化物の全体をイオン液体により被覆する工程と、
を含むことを特徴とする一酸化炭素除去触媒の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一酸化炭素除去触媒、一酸化炭素除去フィルター、及び一酸化炭素除去触媒の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一酸化炭素は非常に中毒性の強いガスであり、生活環境の空気中に共存すると人体に深刻な影響を及ぼすことが知られている。具体的には、一酸化炭素は酸素と比べて２００倍以上も血液中のヘモグロビンと結びつきやすく、一酸化炭素を吸入するとヘモグロビンは、酸素と結びつくことができず、血液の酸素運搬能力が低下し、酸素不足に陥り、いわゆる一酸化炭素中毒を引き起こす。
【０００３】
通常、生活空間において問題となる一酸化炭素の発生源として煙草の煙が知られており、煙草の喫煙、及び受動喫煙の健康への被害が問題となってきている。煙草の煙には、一般的に、一酸化炭素が１〜３％程度含まれている。一酸化炭素と血液中のヘモグロビンとが結びついた一酸化炭素ヘモグロビンの体内での半減期は３〜４時間程度であることから、１本の煙草の喫煙で、血液中の一酸化炭素ヘモグロビンは１〜２％増加するといわれている。したがって、常時喫煙する人は慢性的な酸素不足に陥っていることになる。また、煙草の煙中の一酸化炭素濃度は、主流煙が１本当たり３０ｍｇであるのに対し、副流煙が１本あたり１５０ｍｇであり、受動喫煙による一酸化炭素の影響が深刻となっている。
【０００４】
煙草の煙による一酸化炭素の影響を排除するためには、全面禁煙とすることが望ましいが、小規模の飲食施設、遊技施設など全面禁煙ができない場所も多く、近時では、いわゆる分煙設備や、分煙技術のニーズが高まりつつある。煙草の煙に含まれる有害物質は、主としてニコチン、タール、一酸化炭素である。これらの有害物質のうち、ニコチンやタールは、有機物であり、通常のフィルターで物理的に除去することが可能であるが、一酸化炭素は気体であることから、上記ニコチンやタールのように物理的に除去することができず、現在のところ、排気により除去するほかは方法がなかった。
【０００５】
しかしながら、喫煙場所から単に煙草の煙を廃棄するだけでは、一酸化炭素の除去としては不十分であり、一酸化炭素を完全に除去するためには、大掛かりな配管工事が必要であり、導入コストの観点から分煙設備の普及の妨げとなっていた。このような状況下、排気が不十分な空間であっても一酸化炭素を除去することができるフィルターが望まれており、具体的には、従来のフィルターを用いて一酸化炭素を除去することが望まれている。
【０００６】
近時、金属酸化物の表面に金属粒子を支持させた触媒が、一酸化炭素を分解することが知られており、この分野に関する種々の研究が進められている。例えば、非特許文献１には、金粒子を金属酸化物の表面に支持させた触媒が、室温環境下において一酸化炭素を効率的に酸化除去できることが報告されている。また、特許文献１、２には、このような触媒の製造方法が提案されている。具体的には、特許文献１には、触媒を固相混合還元法で製造する技術が提案されており、特許文献２には、触媒を沈殿析出法で製造する技術が提案されている。
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１、２で提案がされている製造方法を用いて製造された触媒は、その性能を長期にわたって維持することができず、この点において改善の余地がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−２５９９９３号公報
【特許文献２】特開２００９−２４０９５１号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】春田正毅（Ｍ．Ｈａｒｕｔａ）著，「Ｓｉｚｅ−ａｎｄ  ｓｕｐｐｏｒｔ−ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｙ  ｉｎ  Ｔｈｅ  ｃａｔａｌｙｓｉｓ  ｏｆ  ｇｏｌｄ」，（ｃａｔａｌｙｓｉｓ  Ｔｏｄａｙ  ３６（１９９７）  １５３−１６６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、一酸化炭素除去性能を長期にわたって維持することができる一酸化炭素除去触媒を提供すること、及びこの一酸化炭素除去触媒を用いた一酸化炭素除去フィルターや、この一酸化炭素除去触媒を製造するための製造方法を提供することを主たる課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するための発明は、一酸化炭素除去触媒であって、金属酸化物に金属粒子が支持されており、かつ、前記金属粒子を支持した金属酸化物の全体がイオン液体により被覆されていることを特徴とする。
【００１２】
上記の発明にあっては、前記イオン液体が、アンモニウム系イオン液体、ピリジニウム系イオン液体、イミダゾリウム系イオン液体、ホスホニウム系イオンから選ばれる１種、またはいずれか２種以上の混合物であってもよい。
【００１３】
上記課題を解決するための発明は、一酸化炭素除去フィルターであって、通気性を有する基材上に、金属酸化物に金属粒子が支持されており、かつ、前記金属粒子を支持した金属酸化物の全体がイオン液体により被覆されている一酸化炭素除去触媒が付着されていることを特徴とする。
【００１４】
上記の発明にあっては、前記一酸化炭素除去触媒が、１又は２以上の金属塩水和物によって、前記通気性を有する基材上に付着されていてもよい。
【００１５】
上記課題を解決するための発明は、一酸化炭素除去触媒の製造方法であって、金属酸化物に金属粒子を支持させる工程と、前記工程において形成された金属粒子を支持した金属酸化物の全体をイオン液体により被覆する工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の一酸化炭素除去触媒によれば、金属酸化物に金属粒子が支持された構造を有しているため、当該金属酸化物と金属粒子との接合界面において一酸化炭素を酸化せしめ二酸化炭素とすることで、一酸化炭素を除去することができる。加えて、本発明の一酸化炭素除去触媒は、前記金属粒子を支持した金属酸化物の全体がイオン液体により被覆されているので、一酸化炭素を酸化せしめ二酸化炭素とするために重要な役割を果たす「金属酸化物と金属粒子との接合界面」が汚染物質等によって汚染されることを防止することができ、その結果、当該一酸化炭素除去触媒の作用効果を長期間にわたって維持することができる。さらに、「金属酸化物と金属粒子との接合界面」においては、酸素原子の欠損が生じ、これに起因して活性が発現すると考えられるところ、前述の如く、当該接合界面をイオン液体によって被覆することにより、酸素原子の欠損が生じた際に生成する金属粒子に起因する金属カチオンを電気的に安定化せしめることができると考えられ、その結果、酸化還元反応が促進され、一酸化炭素除去触媒の作用効果が増大することも期待できる。
【００１７】
また、本発明の一酸化炭素除去フィルターにおいても、上記と同様の効果を奏し得ることができ、本発明の一酸化炭素除去触媒の製造方法によれば、上記の効果を奏し得る一酸化炭素除去触媒を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態にかかる一酸化炭素除去触媒の構造および作用を説明するための概略断面図である。
【図２】本発明の一酸化炭素除去触媒の製造方法の工程図である。
【図３】本発明の一酸化炭素除去フィルターの構成を説明するための一部拡大正面図である。
【図４】実施例１および比較例１の評価結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、本発明は以下に説明する形態に限定されることはなく、技術思想を逸脱しない範囲において種々変形を行なって実施することが可能である。また、添付の図面においては、説明のために上下、左右の縮尺を誇張して図示することがあり、実際のものとは縮尺が異なる場合がある。
【００２０】
＜一酸化炭素除去触媒＞
はじめに本発明の実施形態にかかる一酸化炭素除去触媒について説明する。
【００２１】
図１は、本発明の実施形態にかかる一酸化炭素除去触媒の構造および作用を説明するための概略断面図である。
【００２２】
図１に示すように、本実施形態にかかる一酸化炭素除去触媒１０は、金属酸化物１１に金属粒子１２が支持された構造を呈しており、さらに、前記金属粒子を支持した金属酸化物の全体がイオン液体１３によって被覆されている。
【００２３】
このような一酸化炭素除去触媒１０によれば、金属酸化物１１と金属粒子１２との接合界面Ｐにおいて一酸化炭素を酸化せしめ二酸化炭素とすることができる。また、金属酸化物１１と金属粒子１２との接合界面Ｐは、イオン液体１３によって被覆されているので、当該接合界面Ｐが汚染物質等によって汚染されることを防止することができ、その結果、当該一酸化炭素除去触媒の作用効果を長期間にわたって維持することができる。
【００２４】
（金属酸化物）
本実施形態にかかる一酸化炭素除去触媒１０を構成する金属酸化物１１としては、後述する金属粒子１２を支持することができ、金属粒子１２と協働して一酸化炭素を酸化せしめ二酸化炭素とすることができれば特に限定されることはない。具体的には、（ｉ）酸化
亜鉛、酸化鉄、酸化銅、酸化ランタン、酸化チタン、酸化コバルト、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、酸化ベリリウム、酸化ニッケル、酸化クロム、酸化スカンジウム、酸化カドミウム、酸化インジウム、酸化スズ、酸化マンガン、酸化バナジウム、酸化セリウム、酸化アルミニウム、酸化ケイ素などの単一金属の金属酸化物、（ｉｉ）亜鉛、鉄、銅、ランタン、チタン、コバルト、ジルコニウム、マグネシウム、ベリリウム、ニッケル、クロム、スカンジウム、カドミウム、インジウム、スズ、マンガン、バナジウム、セリウム、アルミニウム、ケイ素などからなる群から選ばれる２種以上の金属の複合酸化物などを例示することができる。
【００２５】
上記の中でも、金属粒子１２との相性やコストなどの観点から酸化チタンを用いることが好ましい。
【００２６】
金属酸化物１１の形状についても特に限定はなく、粉体、顆粒、ペレット、繊維状物などのあらゆる形状のものが使用可能である。また、金属酸化物１１の形態についても特に限定はなく、稠密体、多孔体、発泡体、中空体、積層体など任意の形態のものが使用可能である。
【００２７】
金属酸化物１１の大きさについても特に限定はないが、５ｎｍ以上１ｍｍ以下の範囲内であることが好ましく、５０ｎｍ以上０．１ｍｍ以下の範囲内であることが特に好ましい。なお、金属酸化物１１の大きさは、レーザー回折／散乱式粒度分布測定により測定される平均粒子径（体積中位粒子径：Ｄ５０）である。また、金属酸化物１の平均粒子径は、測定された電子顕微鏡観察結果のデータを、粒子認識ツールを用いて識別し、認識された粒子の画像から取得した形状データをもとに粒度分布のグラフを作成し、この粒度分布のグラフから算出することができる。粒度分布のグラフは、例えば、電子顕微鏡観察結果を画像解析式粒度分布測定ソフトウェア（株式会社マウンテック製、ＭＡＣ  ＶＩＥＷ）を用いて作成可能である。
【００２８】
（金属粒子）
本実施形態にかかる一酸化炭素除去触媒１０を構成する金属粒子１２としては、前述の金属酸化物１１に支持され、金属酸化物１１と協働して一酸化炭素を酸化せしめ二酸化炭素とすることができれば特に限定されることはない。具体的には、貴金属、つまり金、白金、銀、パラジウムのいずれかであることが好ましく、この中でも金が特に好ましい。金は常温においても一酸化炭素除去作用を発揮できるからである。
【００２９】
金属粒子１２の大きさについても特に限定はないが、いわゆるナノ粒子とすることが好ましく、具体的には、平均粒径を２０ｎｍ以下とすることが好ましい。この大きさとすることにより、常温においても一酸化炭素除去作用を発揮できるからである。なお、金属粒子１２の大きさは、上記金属酸化物と同じ測定方法により測定した値である。
【００３０】
金属粒子１２の支持量についても特に限定することはないが、前記金属酸化物１１に対して、０．００１質量％〜１０質量％であることが好ましく、より好ましくは０．０１質量％〜５質量％である。例えば、金粒子を用いる場合、金の支持量が０．００１質量％より少ないと触媒の活性が低下するので好ましくなく、また金の支持量を１０質量％より多くしても、金を上記の範囲内で支持させた場合と比較して、触媒の活性の更なる向上が望めず、金が無駄になるので好ましくない。
【００３１】
（イオン液体）
本実施形態にかかる一酸化炭素除去触媒１０を構成するイオン液体１３としては、従来公知のイオン液体１３を適宜選択して用いることができ、特に限定することはない。具体的には、アンモニウム系イオン液体、ピリジニウム系イオン液体、イミダゾリウム系イオン液体、ホスホニウム系イオンから選ばれる１種、またはいずれか２種以上の混合物を挙げることができ、さらに具体的には、Ｎ−ブチル−Ｎ'−メチルイミダゾリウムトリフルオロアセタート、Ｎ−ブチル−Ｎ'−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボラート、Ｎ−ブチル−Ｎ'−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスフェート、Ｎ−オクチル−Ｎ'−メチルイミダゾリウムトリフルオロアセタート、Ｎ−ブチルピリジニウムトリフルオロアセタート、Ｎ−ヘキシルピリジニウムトリフルオロアセタート、Ｎ−オクチルピリジニウムトリフルオロアセタート、Ｎ−ブチルピリジニウムテトラフルオロボラート、トリヘキシルテトラデシルホスホニウムテトラフルオロボラート、塩化トリヘキシルテトラデシルホスホニウムから選ばれる１種、またはいずれか２種以上の混合物を挙げることができる。
【００３２】
上記で挙げたイオン液体１３により、前記金属粒子を支持した金属酸化物の全体を被覆することにより、金属酸化物１１と金属粒子１２との接合界面が汚染されることを効果的に防止することができ、その結果一酸化炭素除去触媒１０の効果を長時間にわたって発揮せしめることができるとともに、酸素原子の欠損が生じ際に生成する金属粒子１２に起因する金属カチオンを電気的に安定化せしめることができると考えられ、その結果、酸化還元反応が促進され、一酸化炭素除去触媒の作用効果が増大することも期待できる。
【００３３】
＜一酸化炭素除去触媒の製造方法＞
次に、本発明の一酸化炭素除去触媒の製造方法について説明する。
【００３４】
図２は、本発明の一酸化炭素除去触媒の製造方法の工程図である。
【００３５】
図２に示すように、本発明の製造方法は、金属酸化物に金属粒子を支持させる工程Ｓ１と、前記工程Ｓ１において形成された金属粒子を支持した金属酸化物の全体をイオン液体により被覆する工程Ｓ２と、を有している。つまり、本発明の方法は、金属酸化物に金属粒子を支持させた後、前記金属粒子を支持した金属酸化物の全体をイオン液体によって被覆している点に特徴を有している。
【００３６】
（金属酸化物に金属粒子を支持させる工程）
この工程Ｓ１については、特に限定することはなく、従来公知の種々の方法を適宜採用することができる。具体的には、例えば、含浸法、共沈法、析出沈殿法、表面析出還元法、気相蒸着法、さらには固相混合法などを挙げることができる。
【００３７】
（イオン液体によって被覆する工程）
この工程Ｓ２についても特に限定されることはなく、最終的に、上記工程Ｓ１で形成された金属粒子が支持された金属酸化物の全体をイオン液体によって被覆することができれば、いかなる方法であってもよい。具体的には、たとえば、上記で説明したイオン液体を準備し、この中に金属粒子が支持された金属酸化物を投入し空気下で混合し、その後真空乾燥させる方法などを挙げることができる。
【００３８】
＜一酸化炭素除去フィルター＞
次に、本発明の一酸化炭素除去フィルターについて説明する。
【００３９】
図３は、本発明の一酸化炭素除去フィルターの構成を説明するための一部拡大正面図である。
【００４０】
図３に示すように、本発明の一酸化炭素除去フィルター３０は、通気性を有する基材３１上に前記で説明した本発明の一酸化炭素除去触媒１０が付着されていることに特徴を有している。
【００４１】
（通気性を有する基材）
ここで、一酸化炭素除去フィルター３０を構成する通気性を有する基材３１については、特に限定されるものではなく、従来からフィルターの基材として用いられている種々のものから適宜選択して用いることができる。なお、本願でいう「通気性を有する基材」とは、当該基材を構成する材料そのものに通気性がある場合は言うまでもなく、当該基材を構成する材料そのものには通気性がない場合であっても、その材料を用いてたとえばメッシュ形状とすることにより、全体として通気性が発揮されるものであってもよい。したがって、通気性を有する基材３１を構成する材料としては、各種樹脂、各種繊維、各種金属、など種々の材料を挙げることができ、当該基材の形状・状態としては、メッシュ状、編み目状、ストライプ状、綿状など、種々の形状・状態を挙げることができる。中でも、通気性を有する基材３１として、不織布素材や、コルゲート素材を用いることが好ましい。不織布素材やコルゲート素材としては、例えば、高分子、紙、金属、炭素繊維等を挙げることができる。これらの素材は、元来フィルターとしての性能が高く、また加工性にも優れており、コストパフォーマンスも高いからである。
【００４２】
上記のような通気性を有する基材３１に一酸化炭素除去触媒１０を付着する方法については特に限定することはなく、従来公知の方法から適宜選択することができる。具体的には、例えば、各種バインダー（図示せず）を用いて基材３１上に付着する方法を挙げることができる。
【００４３】
この場合において、用いられるバインダーとしては特に限定されることはないが、例えば、１又は２以上の金属塩水和物を含むバインダーを用いることが好ましく、さらに具体的には、珪酸塩水和物、アルミニウム塩水和物、カルシウム塩水和物のいずれか１以上を含むバインダーを用いることが好ましい。これらのバインダーはいずれも無機系のバインダーであるため、一酸化炭素除去触媒１０の性能を妨害することがないからである。
【実施例】
【００４４】
以下に実施例と比較例を挙げて本発明を説明する。
【００４５】
（実施例１）
以下の、いわゆる析出沈殿法により、金属酸化物としての酸化チタンに、金属粒子として金粒子を支持させた（図２の工程Ｓ１）。
【００４６】
具体的には、テトラクロロ金酸四水和物（関東化学株式会社製、ＨＡｕＣｌ4・４Ｈ2Ｏ）６２．８ｍｇを蒸留水１５０ｍＬに加えて攪拌し、金イオン水溶液を調製した。次いで、金属酸化物として、酸化チタン粒子（日本エアロジル株式会社製、商品名：ＡＥＲＯＸＩＤＥ  ＴｉＯ2  Ｐ２５）を用い、この酸化チタン粒子１ｇを前記した金イオン水溶液に加え１時間攪拌した。このとき、金イオン水溶液は７０℃にし、ｐＨを７〜８の範囲にした。次いで、ここに蒸留水１Ｌを加えて攪拌した後、上澄み液を除去する水洗作業をｐＨが変化しなくなるまで５回繰り返した。その後、沈殿物をろ過、洗浄し、１２０℃で１２時間乾燥して、金ナノ粒子が支持された酸化チタン粒子を得た。
【００４７】
次いで、以下の方法により、上記金粒子を支持した酸化チタンの全体をイオン液体によって被覆した（図２の工程Ｓ２）。
【００４８】
具体的には、金粒子を支持した酸化チタン０．６６ｇをフラスコに秤量し、メタノール１０ｍＬに懸濁させた。これにイオン液体としてＮ−ブチル−Ｎ'−メチルイミダゾリウムトリフルオロアセタート［（ＢｕＭｅＩｍ）ＣＦ3ＣＯＯ］（０．３３ｇ）を室温にて徐々に滴下し、６０分間、空気下で混合させた。ロータリーエバポレータを用いて、この懸濁液からメタノールを減圧留去（２５ｍｍＨｇ／５０℃）し、更に２時間真空乾燥させ、本発明の実施例１にかかる一酸化炭素除去触媒を得た。
【００４９】
（比較例１）
上記実施例１と同様の方法により、金粒子を支持した酸化チタンを製造し、これを比較例１の一酸化炭素除去触媒とした。つまり、イオン液体によりその表面を被覆していない以外はすべて実施例１と同じ条件にて、比較例１の一酸化炭素除去触媒を得た。
【００５０】
（一酸化炭素除去触媒の評価）
上記実施例１および比較例１の一酸化炭素除去触媒のそれぞれに対し、室温環境２５℃で、たばこの副流煙に含まれる濃度１％の一酸化炭素ガス（酸素２０％、窒素７９％）を毎分５０ｍｌ通気させ、熱伝導度検出器（ＴＤＳ）ガスクロマトグラフィー装置を用いて、通過ガスを分析した。さらに、同様の条件にて、１０日間の連続間欠試験を実施した。つまり、室温環境２５℃で、濃度１％の一酸化炭素ガス（酸素２０％、窒素７９％）を毎分５０ｍｌ通気させ、ＴＤＳを用いて通過ガスを１時間ごとに連続８時間分析し、続いて１６時間圧縮空気を同通させた後に同条件の一酸化炭素を導通させたガスを分析し、この一連の評価を１０日間繰り返した。
【００５１】
図４は、実施例１および比較例１の評価結果を示す図である。
【００５２】
図４からも明らかなように、実施例１にかかる一酸化炭素除去触媒は、初日８時間後の一酸化炭素除去率１００％をほぼ完全に維持し、１０日後でも９８％の一酸化炭素が二酸化炭素に変換されて除去されていた。よって、長期間に渡り確実に一酸化炭素の除去性能を確保することができることが確認できた。なお、本検討は、たばこ副流煙に含まれる一酸化炭素濃度（環境により異なるが、数十から数百ｐｐｍ）よりも１０倍以上高い濃度での評価であり、実環境においては更に長期間確実に一酸化炭素の除去性能を確保することができると考えられる。
【００５３】
一方で、比較例１にかかる一酸化炭素除去触媒にあっては、実施例１の一酸化炭素除去触媒と同様、初日８時間後の一酸化炭素除去率は１００％であったが、２日目８時間後で９４％、５日目８時間後で７５％、１０日後では５０％にまで一酸化炭素除去率が経時的に低下した。これは、圧縮空気中に含まれる汚染物質や、分解生成物などにより、金属酸化物としての酸化チタンと金属粒子としての金粒子との接合界面が塞がれて、活性が次第に低下したためであると考えられる。
【符号の説明】
【００５４】
１０・・・一酸化炭素除去触媒
１１・・・金属酸化物
１２・・・金属粒子
１３・・・イオン液体
３０・・・一酸化炭素除去フィルター
３１・・・通気性を有する基材
【図１】
2013230436.tif 000003
【図２】
2013230436.tif 000004
【図３】
2013230436.tif 000005
【図４】
2013230436.tif 000006