(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性炭素材と、
前記活性炭素材に付与されたリン酸と、
前記活性炭素材に付与された硫酸とを備え、
前記リン酸は前記活性炭素材１００重量部に対して１〜３０重量部に設定されており、かつ、前記硫酸は前記リン酸の２〜１００重量％に設定されている、
塩基性ガス吸着剤。
【請求項２】
前記活性炭素材は、平均細孔径が１０〜１００オングストロームでありかつ細孔容積が０．２５〜１．１ｃｃ／ｇのものである、請求項１に記載の塩基性ガス吸着剤。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、ガス吸着剤、特に、塩基性ガス吸着剤に関する。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
住居内や各種の作業場の環境を改善するための空気清浄フイルターは、通常、空気中に含まれる各種の物質を除去するための吸着剤を用いている。このような吸着剤は、通常、多孔質の活性炭素材からなり、空気中の各種の物質を吸着して除去することができる。
【０００３】
ところで、上述のような吸着剤は、利用目的に応じて各種の吸着機能を有するものが提案されている。例えば、アンモニア等の塩基性ガスが発生し易い半導体エッチング作業場では、活性炭素材そのものよりも塩基性ガスを効率的に除去可能な化学特性が付与された吸着剤が用いられている。
【０００４】
ここで、塩基性ガスを効率的に除去可能な吸着剤として、酸を付与された活性炭素材が知られている。活性炭素材に付与される酸としては、▲１▼不揮発性を示し、大気中に放散しにくいこと、▲２▼酸性度が低く、比較的安全であること、および▲３▼１モルから３モルの水素イオンを放出可能であり塩基性ガスの処理効率がよいと思われること、などの理由により、硫酸、塩酸または硝酸に比べて通常はリン酸が好ましく用いられている。
【０００５】
ところが、リン酸が付与された上述の活性炭素材をアンモニアガスと反応させると、反応生成物としてリン酸と略等モルまたはそれ以下の（ＮＨ4）Ｈ2ＰＯ4が生成する。このことは、リン酸が１モル当たり３モルの水素イオンを放出し得る化学構造を有しているにもかかわらず、アンモニアガスとの化学反応に関与し得る水素イオンは１モルに過ぎないことを示唆している。言い換えると、リン酸による塩基性ガスの処理効率は、その化学構造から予想される程に良好とは言い難い。
【０００６】
本発明の目的は、活性炭素材を用いて構成された吸着剤について、塩基性ガスの処理効率を高めることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る塩基性ガス吸着剤は、活性炭素材と、活性炭素材に付与されたリン酸と、活性炭素材に付与された硫酸とを備えている。ここで、リン酸は活性炭素材１００重量部に対して１〜３０重量部に設定されており、かつ、硫酸はリン酸の２〜１００重量％に設定されている。
【０００８】
なお、活性炭素材は、例えば、平均細孔径が１０〜１００オングストロームでありかつ細孔容積が０．２５〜１．１ｃｃ／ｇのものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の塩基性ガス吸着剤は、活性炭素材にリン酸と硫酸とを付与したものである。
本発明で用いられる活性炭素材は、公知の活性炭素材であれば特に限定されるものではなく、繊維状、粒状または粉末状などの各種の形態・形状のものである。なお、活性炭素材として繊維状のものを用いる場合、石炭系、石油ピッチ系、フェノール樹脂系、ポリアクリロニトリル樹脂系またはセルロース系の材料を原料とするものが好ましい。一方、活性炭素材として粒状または粉末状のものを用いる場合、やしがらや石炭ピッチを原料とするものが好ましい。
【００１０】
なお、活性炭素材の平均細孔径は、１０〜１００オングストロームが好ましく、１５〜６０オングストロームがより好ましい。平均細孔径が１０オングストローム未満の場合は、リン酸および硫酸により細孔が閉塞する場合があり、本発明の吸着剤の吸着特性が低下するおそれがある。逆に、１００オングストロームを超えると、活性炭素材の吸着性能そのものが低下し、塩基性ガスの処理効率が低下するおそれがある。
【００１１】
また、活性炭素材の細孔容積は、０．２５〜１．１ｃｃ／ｇが好ましい。細孔容積が０．２５ｃｃ／ｇ未満の場合は、リン酸および硫酸の付与量を高めるのが困難になるため、塩基性ガスを効率的に処理するのが困難になるおそれがある。逆に、１．１ｃｃ／ｇを超える場合は、活性炭素材が高価になる割りには吸着性能がそれに伴って高まらず、不経済である。
【００１２】
リン酸は、上述の活性炭素材の１００重量部に対して１〜３０重量部、好ましくは５〜２５重量部付与される。活性炭素材に対するリン酸の付与量が１重量部未満の場合は、塩基性ガスの処理効率が不十分になる場合がある。逆に、３０重量部を超えると、活性炭素材の細孔がリン酸により閉塞するおそれがあり、却って塩基性ガスの吸着性能が低下する場合がある。
【００１３】
一方、硫酸は、活性炭素材に付与したリン酸の重量の２〜２００重量％、好ましくは５〜１００重量％の割合で活性炭素材に対して付与される。このような硫酸の付与量が２重量％未満の場合は、リン酸イオンの３倍モルの水素イオンを放出することができる程度にリン酸を解離させるのが困難になり、結果的に本発明の吸着剤による塩基性ガスの処理効率が低下する。逆に、硫酸の付与量が２００重量％を超える場合は、リン酸側に比べて硫酸側において塩基性ガスの化学吸着が進行し易くなるため、リン酸と塩基性ガスとの化学吸着反応が進行しにくくなる。また、吸着剤から酸性度の高い硫酸が揮発しやすくなり、吸着剤の使用環境を損なうおそれがある。
【００１４】
本発明の塩基性ガス吸着剤は、上述の活性炭素材に対して所定の量のリン酸および硫酸を付与すると製造することができる。活性炭素材に対するリン酸および硫酸の付与方法は、特に限定されるものではないが、例えば、リン酸と硫酸との混合水溶液を調製し、この混合水溶液を活性炭素材に対してスプレー等の方法で塗布した後に乾燥する方法や、混合水溶液中に活性炭素材を所定時間浸漬した後に乾燥する方法等を採用することができる。
【００１５】
なお、リン酸のみを付与した活性炭素材に対して亜硫酸ガス（ＳＯ2ガス）を吸着させることにより、本発明の吸着剤を製造することもできる。この場合は、吸着させた亜硫酸ガスが活性炭素材の表面で酸化されて三酸化硫黄（ＳＯ3）になり、活性炭素材は硫酸が付与された状態になる。
【００１６】
本発明の吸着剤は、活性炭素材による特有の臭気（炭香）を発生する場合があるが、これは、活性炭素材に対してリン酸および硫酸を付与する際にポリビニルアルコールを同時に付与すると効果的に抑制することができる。ポリビニルアルコールは、例えば、上述のリン酸と硫酸との混合水溶液中に添加しておくと、リン酸および硫酸とともに活性炭素材に対して付与することができる。
【００１７】
本発明の吸着剤は、塩基性ガス、例えば、アンモニア、トリメチルアミン、ジメチルアミンなどの吸着剤として用いられる。ここで、本発明の吸着剤は、活性炭素材に付与したリン酸が塩基性ガスと反応し、これにより塩基性ガスを化学吸着することができる。この際、活性炭素材に付与されたリン酸は、硫酸の作用を受けて解離し、１モル当たりから略３モルの水素イオンを発生しやすくなる。このため、塩基性ガスは、活性炭素上で効率的に化学吸着される。
【００１８】
なお、このような化学吸着反応時に生成するりん酸塩は、活性炭素材から脱離するおそれがある。特に、一塩または二塩の状態で生成したリン酸塩が活性炭素材から脱離すると、活性炭素材上のリン酸が有効に化学吸着反応しにくくなり、吸着剤による塩基性ガスの処理能力が低下することになる。したがって、これを防止するために、本発明の吸着剤は、活性炭素材を湿潤状態にして用いるのが好ましい。活性炭素材を湿潤状態に設定するためには、活性炭素材に対して３〜２０重量％の水分を噴霧して保持させる方法や、本発明の吸着剤を相対湿度が５〜１００％の環境下で利用する方法などを採用することができる。
【００１９】
本発明の吸着剤は、例えば家庭用の空気清浄機や工業用の空調機に用いられるエアフイルターのケーシング内にそのまま充填して用いられ得る。また、本発明の吸着剤は、各種の補強材と混抄してペーパー状に加工して用いられてもよいし、また、吸着剤が繊維状の場合はニードルパンチを施すことによりフェルト状に加工して用いられてもよい。この場合、リン酸および硫酸を付与する前の活性炭素材そのものを用いて所要のペーパーまたはフェルトを作成し、その後にペーパーまたはフェルトに対してリン酸および硫酸の水溶液を適用して吸着剤を調製するようにしてもよい。
【００２０】
【実施例】
比較例１
比表面積が１，０００ｍ2／ｇの石炭ピッチ系活性炭素繊維（株式会社アドールの商品名“Ａ−１０”）に対して１５重量％（分母は活性炭素繊維と添着剤との合計であり、この点は以下の実施例および比較例においても同様である。ここで、添着剤は、本比較例においてはリン酸を示し、以下の実施例および比較例においてはリン酸および他の添着剤（例えば、硫酸）を示す。）のリン酸をディッピング法により付与し、吸着剤を調製した。この吸着剤の両面をポリプロピレン不織布で補強し、これにニードルパンチ処理を施してフエルトを製造した。
【００２１】
実施例１
石炭ピッチ系活性炭素繊維に対して１重量％の硫酸をさらに付与した点を除いて比較例１と同様に操作し、吸着剤を調製した。この吸着剤を用いて比較例１の場合と同様にしてフエルトを製造した。
【００２２】
比較例２
石炭ピッチ系活性炭素繊維に対して１重量％の過マンガン酸カリウムをさらに付与した点を除いて比較例１と同様に操作し、吸着剤を調製した。この吸着剤を用いて比較例１の場合と同様にしてフエルトを製造した。
【００２３】
比較例３
石炭ピッチ系活性炭素繊維に対して１重量％の硝酸をさらに付与した点を除いて比較例１と同様に操作し、吸着剤を調製した。この吸着剤を用いて比較例１の場合と同様にしてフエルトを製造した。
【００２４】
評価１
実施例１および比較例１〜３で得られたフエルトを塩基性ガスとしてのアンモニアガス雰囲気下に置き、フエルト中の吸着剤にアンモニアガスを吸着させて図１に示すような吸着等温線を得た。図１から、実施例１の吸着剤は、比較例１〜３の吸着剤に比べてアンモニアガスの吸着性能が高いことがわかる。
【００２５】
実施例２
硫酸の付与量を３重量％に変更した点を除き、実施例１の場合と同様の吸着剤を調製した。
【００２６】
実施例３
硫酸の付与量を５重量％に変更した点を除き、実施例１の場合と同様の吸着剤を調製した。
【００２７】
実施例４
石炭ピッチ系活性炭素繊維に代えて粒状活性炭（クラレケミカル株式会社製の商品名“ＧＧ４−８”）を用い、実施例１の場合と同様の吸着剤を調製した。
【００２８】
実施例５
硫酸の付与量を３重量％に変更した点を除き、実施例４の場合と同様の吸着剤を調製した。
【００２９】
評価２
実施例１〜５および比較例1で得られた吸着剤にアンモニアガスを吸着させ、その後、吸着剤上の生成物を水還流により抽出した。そして、抽出液に対してイオンクロマトグラフ法を適用し、ＮＨ4+、ＳＯ32-およびＰＯ43-の各イオンの比率を調べた。結果を表１に示す。
【００３０】
【表１】
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【００３１】
表１から、各実施例の場合は、ＰＯ43-イオンに対して約４倍モルのＮＨ4+イオンが生成していることがわかる。これは、各実施例の吸着剤中のリン酸が硫酸の作用により１モル当たりから効率的に水素イオンを放出していることを示している。言い換えると、各実施例の吸着剤は、効率的にアンモニアガスを吸着したことがわかる。
【００３２】
評価３
比較例１で得られた吸着剤を、▲１▼アンモニアガスと亜硫酸ガスの初期濃度がそれぞれ１００ｐｐｍの雰囲気（雰囲気１）、▲２▼アンモニアガスの初期濃度が１００ｐｐｍで亜硫酸ガスの初期濃度が１０ｐｐｍの雰囲気（雰囲気２）、および▲３▼アンモニアガスの初期濃度が１００ｐｐｍで亜硫酸ガスを含まない雰囲気（雰囲気３）、の中にそれぞれ配置し、吸着剤にアンモニアガスを吸着させて図２に示すような吸着等温線を得た。図２から、亜硫酸ガスを含む雰囲気中において、比較例１の吸着剤は実質的に硫酸が付与された状態になり、アンモニアガスの吸着性能が高まることがわかる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明の塩基性ガス吸着剤は、活性炭素材に対してリン酸と硫酸とを付与したものであるので、リン酸から効率的に水素イオンを放出することができ、塩基性ガスの処理効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例における評価１の結果を示すグラフ。
【図２】実施例における評価３の結果を示すグラフ。
【図１】
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【図２】
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