福岡県保健環境研究所年報第41号，67－72，2014

原著
高活性炭素繊維（ACF）を用いた多機能型空気浄化技術の開発
板垣 成泰・大藤佐和子・力 寿雄・下原 孝章
本研究は、これまで下原らが研究を行ってきたフェンス型ACFを用いた沿道大気の浄化技術1)を車内浄化に応用するため、浄化材である高活性炭素繊維（Activated Carbon Fiber：ACF）の車内浄化性能について基礎的な検討を行った。窓を閉め切り、エアコンの送風を停止し、外気を遮断した車に対して、スモークテストによる車内からの流出を試験した結果、フロントガラスの下部、ドアミラやドアノブの隙間及びトランク周辺から煙の排出が確認できた。車内空気の汚染対策として、ACFをトランクおよび車内壁等に 3.0－8.6 m2 簡易施工した結果、車内NOx及びVOCsの 80－90 %以上を浄化できることが分かった。これまでの研究で簡易な水洗でNOxを除去できることを明らかにしていたが2)、本研究により低温焼成することで捕捉したVOCsも除去でき、ACFを繰り返し使用できることが分かった。
また、パッシブ浄化方式における無臭空気用活性炭とACFの性能比較を行った結果、活性炭と比べて浄化寿命が非常に長いことが分かった。本技術により、車内にACFを簡易施工するだけで、電気（電力）を必要とせず、車内空気を浄化できる技術を開発した。
［キーワード：炭素繊維、NOx、車内浄化］
１

はじめに

２

近年、道路沿道、工場の作業環境、病院内、地下駐車場

方法

２・１

車内への汚染空気の流入特性

等の半閉鎖系空間では人為的な発生に伴う窒素酸化物

車内へ汚染空気の流入調査は、実験車（TOYOTA TERCEL VX(NOx)、揮発性有機化合物（VOCs）が高濃度に滞留しやす

車検初年度登録平成 5 年 走行距離 113,800 km）を福岡

く問題となっている。下原らが過去に行った調査において、市内の幹線道路の中央分離体に設置し（写真１）、窓を締環境基準 NO2 濃度 60 ppb 以下に対して、福岡市内の交通め切って外気を遮断し、車内循環モードでエンジンを停止

量の多い道路上で数 100 －数 1000 ppb の高濃度を観測しして行った。

3)ている 。さらに、下原らは、全窓を閉め切って、外気を閉めきった車内中央部の床から 1 mの位置（車内）及び完全に遮断した車において、車内フロントの送風を OFF あ

中央分離帯内の実験車ドアミラ部（外気）にテフロンチュ

るいは車内循環モードの何れにおいても、車内の NO、NO2ーブを固定し、隣接する実験施設内のNOx計（NO・NO2・NOx濃度が、外気と同程度あるいは外気より高くなる事象を数ANALYZER ECL-880US YANACO）に毎分 150 mlで採気した空多く観測している4）

気を送り（写真２）、リアルタイムでNO及びNO2濃度を測。

既存の車内浄化技術には、フロントパネルの空気清浄機を使用する方法がある。しかし、我々は、車外から侵入し定し、流入率※を算出した。
※流入率(%)=車内NOx濃度(ppb)/外気NOx濃度(ppb)*100てくる汚染空気の量は空気清浄機の処理風量と比べて圧倒的に多いため、空気清浄器による方法では車内の NOx 濃度を 8.0 %しか低下できないことを確認している 5）。
本研究では、NOx 浄化能力に優れた ACF を選定、調整し、空気の自然対流を利用した電気不要の効率的な車内浄化システムについて検討を行った。また、使用済み ACF の再生方法の検討及びその他の浄化材として、活性炭とのパッ

写真１

実験車

写真２

隣接する実験施設

シブ浄化方式による NOx 浄化性能の比較をあわせて行った。

さらに、車内外に温湿度計（温湿度ロガーMR6662 CHINO）を取り付け、相対湿度（RH）を測定した。

福岡県保健環境研究所 （〒818-0135 太宰府市大字向佐野 39）- 67 -

なお、車内浄化実験後、車内への汚染空気の流入経路を特定するため、流れは逆であるが、汚染空気を模擬して煙6980N/5973）によりヘキサンおよびトルエン等 14 種類を発生器（ANTARI測定した。

Fog Machine Z800Ⅱ）により煙を車内後

車内のVOCs測定後、実験車のトランク、車内壁、天井等部座席で 1 分間発生させ、目視により車外への煙の排出にFE200-H800計 8.6 m2を内装し、再び車内の各座席にパ部位を確認した。

ッシブサンプラー（VOC-SD シグマアルドリッチ社製）を２・２

車内NOxの浄化取り付け、一週間暴露し、VOCsを捕集した。施工前後のVOCs

閉めきった車内中央部の床から 1 m の位置（車内）、トランク内の中央部の床から 30 cm の位置（トランク）およ濃度を比較することで、FE200-800による車内のVOCs削減効果を検証した。

び中央分離帯内の実験車ドアミラ部（外気）にそれぞれテフロンチューブを固定し、実験車横の自動 NOx 測定装置に

２・４

毎分 150 ml で採気した空気を送り、NOx 濃度を 1 週間、使用済みの ACF の低温再生使用済み ACF の再生品による用途開発のための基礎研リアルタイムで連続測定した。
ACF は車内内装材を想定し、究として、簡易な再生方法を検討した。VOCs を捕捉した

天井、ドア、座席の背面、リアボードに 5.6 ｍ２及びトラ

ACF の再生は、不活性ガス下、加熱処理を行うのが妥当で

2ンク内全面にフェルト状の ACF 3.0 ｍ を両面テープで貼あろうが、800 ℃程度の高温焼成では、捕捉された水分やり付け（写真３）、施工前後の車内外の NOx 濃度をリアル

NOx により ACF が白く灰化する現象を確認している。そこ

タイムで連続測定することで NOx 削減効果を検証した。車で、ACF を灰化させずに VOCs を取り除く低温再生を検討

内施工には不活性ガス下 800 ℃で焼成したピッチ系のフした。
低温再生実験のため、中央分離帯の実験小屋（テフロン

ェルト状 ACF(FE200-H800)を選定した。
また、排気ガス口に近く車内への主な流入経路と考えら2れたトランク内のみに FE200-H800 を 3.0 m を両面テープ舎）内において、内径 0.8 cm のガラス管に 0.3 g、充填長 4 cm で充填した FE200-800 に沿道大気を毎分 300 mLで貼り付け、NOx 測定用のテフロンチューブの取り込み口で通気し VOCs を捕捉させた。通過後のガスを除湿後、シを車内中央部の床から 1 m の位置（車内）、トランク内のグマアルドリッチ社製吸着剤 ORBO-91L で捕捉した。通気空間の中央（トランク）および中央分離帯内の実験車ドア

後の FE200-H800 及び ORBO-91L をそれぞれ二硫化炭素に含ミラ部（外気）にそれぞれ固定し、それぞれの NO 及び NO2浸させて抽出し、任意濃度に希釈した後、内部標準物質(ト濃度を測定した。なお、下原らは、自動車内装の美観を考

ルエン-d8)を添加後、GC/MS により測定し、捕捉した VOCs

慮して、フェルト状 ACF 表面に通気性のあるレースの布を量を求めた。
上記の条件で沿道大気を採気させた FE200-H800 を複数貼り付けた場合でも、浄化性能に影響がないことを確認している。

3)用意し、不活性ガス下で温度条件を変えて焼成し、灰化しない温度条件及び FE200-800 に残留した VOCs 量を求めた。

写真３

車内 ACF の取り付け例（左上：背もたれ部及びドア内側、右上：トランク内側

図１

VOCs の低温加熱再生実験

左下：天井部、右下：リアボードの上部）
２・５２・３車内 VOCs の浄化

パッシブ浄化方式による ACF 及び無臭空気用活性炭の NOX 浄化能の比較

窓を閉めて内気循環モードにした車内の各座席にパッ

パッシブ浄化方式による NOx の捕捉能力を定量的に評

シブサンプラー（VOC-SD シグマアルドリッチ社製）を取価するため、テフロン舎内において、NOx 浄化能力の基礎り付け、一週間暴露し、VOCsを捕集した。捕集後、VOC-SD試験を行った。16 cm×12 cm のテドラバッグ内に粒状活を二硫化炭素 2 mLにより抽出、任意濃度に希釈した後、性炭および FE200－H800 をそれぞれ 0.30 g 入れて、毎分内部標準物質(トルエン-d8)を添加し、GC/MS（Agilent

300 ｍＬで 11 日間連続通気し、通過前後の NO、NO2 濃度- 68 -を連続測定した（図２）。その際の外気の NO、NO2 濃度にに対してACFを施工した車内では 30 ppbへと 67 %の濃度低対する浄化材通過後の濃度で浄化率を算出した。ACF の比下が確認できた。一方、NO2に関しては、90 %以上の削減が較浄化材として、粒状活性炭（無臭空気用活性炭4-10可能であった。また、走行時など外気が多く流入する場合ジーエルサイエンス）による試験も並行した。

として窓を 2 cm程度開けて、NOxの車内浄化の実験を行っメッシュ活性炭 (0.30g)

た。FE200-H800を貼っていない状態では、外気と車内のNOx

FE200-H800 (0.30g)

濃度は同程度であった（図４左下）。しかし、ACF車では、NOで 8 %、NO2で 70 %以上浄化できた（図４右下）。
図５の上段（①、②）に、外気とトランク内の NOx 濃度を示した。②はトランク内に ACF を簡易施工した結果である。外気とトランク内の NO 濃度は同程度であったが、トランク内に ACF を施工するだけで、外気 NO 濃度の 65 ppb に対してトランク内では 37 ppb に低下し（削減率 43 %）
、NO2

図２

テドラーバグを用いたパッシブ浄化試験は概ね完全に削減された。また、図５の下段（③、④）に示したように、車内及びトランク内の NO 濃度は 100 ppb 程３

結果及び考察

３・１度であったが（③参照）、トランク内に FE200-H800 を施工するだけで、トランク内だけでなく車内の NO 濃度も 17－

車内への汚染空気の流入特性外気の車内への流入は確認しにくいため、逆に外気を遮19 ppb に大きく低下していることが分かった（④参照）。

断した車内からスモークを発生させるスモークテストによる車内からの流出を試験した。その結果、フロントガラスの下部、ドアミラやドアノブの隙間及びトランク周辺から煙の排出が確認できた。車内からトランク内に大量の煙が流れ込み、車外への著しい排出が認められた。
外気湿度と車内外の NO2 及び NO 流入率の関係について調べた（図３）。その結果、湿度が 60 %以下になると NO2の車内流入率が上昇する傾向が認められた。一方、NO は湿度との明確な関係はみられなかった。

図４

図３

トランク、居住空間への貼り付け実験結果

外気湿度と NOx 車内流入率（車内 NOx／車外 NOx）

３・２．NOx の浄化
ACF を内装していない窓を閉め切った実験車について、
リアルタイムで連続測定している車内 NOx 濃度の 1 週間平均値を求めた（図４左上）。その結果、車内 NO 平均濃度は 65ppb であり、外気の NO 濃度 60 ppb と比較して僅かに高かった。一方、車内 NO2 平均濃度は 5 ppb と、外気の 25 ppb より低かった。なお、車内 NO 濃度が外気よりも高いのは、後述する不均化反応によるものと推測している。
次にACFを貼り付けた実験車（ACF車）で、期間中のNO及びNO2の平均濃度を求めた（図４右上）。外気のNOが 90 ppb- 69 -

図５

トランクへの貼り付け実験結果

３・３は 46 μgであり、そのうち 34 μgが捕捉された。加熱処理

VOCs の浄化

外気及び車内の VOCs 濃度を図６に示した。外気は、自後にACF内に残存したトルエンは 0.7 μgであり、約 98 %除動車排ガス由来成分であるヘキサン、デカン、トルエン、去・再生できた。その他のVOCsについても、良好な結果を得

エチルベンゼン等の脂肪族炭化水素類や芳香族炭化水素た。200 ℃加熱処理でACFの灰化は見られなかった。

類の各成分濃度はやや高く、車内でも 20－60 %の濃度であり、外気を遮断したエアコンの循環モードでも車内に流入していることが分かった。特にトルエン濃度は 20.2μg/m3 であり、他の VOCs（10 μg/m3 以下）よりも高濃度で検出された。一方、p-ジクロロベンゼン等は、外気より車内濃度が高く、内装材等から発生していると推測された。

図８．VOCs 捕捉能力と低温再生（200℃-3 時間）の効果
３・５

パッシブ浄化方式による ACF 及び無臭空気用活性炭の NOX 浄化能の比較浄化試験中、活性炭のNO浄化率（図９）は、開始 1、2日目が 10－20 %であったが、徐々に低下し、開始 4 日目
図６からマイナスになることが多かった。これは、活性炭を通車内外の VOCｓ濃度過する前の外気NO濃度と比べて、活性炭を通過した後のNO実験車に FE200-H800 を施工した後の削減効果を図７に濃度が高く、活性炭からNOの放出があることを意味してい示した。その結果、トルエン濃度は、ACF の内装により 20.2る。すなわち、活性炭に捕捉されたNO2の一部は、不均化

μg/m3 から 1.9 μg/m3 に低下し、削減率 90 %以上を達成反応（2NO-ACF→NO↑＋NO2↑）により、NOを生成、放出しした。その他の VOCs についても、削減率 90 %以上の良好ている現象が推測された。なお、8 日目から 11 日目にかな結果が得られた。

けて、湿度 50 %付近から 30 %付近に下がる時にNOを放出する様子が顕著にみられた。

図７３・４

ACF 施工後の車内外の VOCｓ濃度

使用済みの ACF の低温再生中央分離帯のテフロン舎内で、FE200-H800に沿道大気を通気させ、不活性ガス下、200 ℃－ 3 時間の低温で焼成した。
その結果を図８に示した。FE200-H800を通気したトルエン量- 70 -図９

テドラバッグによる浄化試験結果（活性炭）また、NO2浄化率は、開始 1、2 日目に 60－80 %と高か(FE200-H800) 3.0 m2 をトランクに用いることでトランクったが、時間経過と共に徐々に低下し、約 30 %で定常状内のみならず、車内座席部においても最大 80 %程度の NOx態となった。

浄化が可能であることが実証できた。

一方、ACF の NO 浄化率（図１０）は、開始 1、2 日目

使用済み ACF (FE200-H800)を不活性ガス下 200 ℃で数が 20－60 %であったが、時間経過と共に少し低下し、11時間、加熱処理することで ACF を灰化させずに VOCs を除日経過後も 20 %程度の定常状態で推移した。なお、2－5去・再生することができた。

日目及び 10 日目に湿度が低下する際、NO の浄化率が高パッシブ浄化方式における活性炭と ACF (FE200-H800)

くなる傾向がみられた。また、NO2 の浄化率は、11 日経過の性能比較を行った。中央分離体内での浄化試験で、活性後も 90 %程度で推移し、期間中の浄化率の低下は僅かで炭による NO 浄化率は 4 日目からマイナスに転じた。一あった。

方、ACF (FE200-H800)は 11 日目においても NO 浄化率約20 %を維持した。また、ACF では、相対湿度の低下に伴い、NO 浄化率が向上したが、活性炭では NO 放出が顕著に認められた。
文献1) （独）環境再生保全機構委託業務局地汚染地域における窒素酸化物および浮遊粒子状物質の複合的削減のための対策技術に関する調査2006年度福岡県,平成19年2月．
2) （独）環境再生保全機構委託業務局地汚染地域における窒素酸化物および浮遊粒子状物質の複合的削減のための対策技術に関する調査2010年度福岡県,平成23年2月．
3) 公害健康被害補償予防協会委託業務高活性炭素を用いた沿道排ガス削減技術に関する調査報告書2002年度福

図１０

岡県,平成15年3月.

テドラバッグによる浄化試験結果（ACF）

4) 下原孝章：高活性炭素繊維(ACF)を用いた環境大気浄化
４に関する研究（２６）－外気を遮断した内気循環モーまとめ
2ドにおける車内NOx汚染の実態－, 第53回大気環境学

ACF (FE200-H800) 8.6 m を車体内装に用いることで停会年会講演要旨集,455,2012.

車し閉めきった車内において、電気を使わず自然対流の空気循環によって、車内 NO の 67 %以上、NO2 の 90 %以上及5) （独）環境再生保全機構委託業務高活性炭素を用いたび VOCs の 90 %以上を浄化できることが分かった。さらに、

煙道排ガス削減技術に関する調査報告書2006年度福岡

主 な 車 内 流 入 経 路 を ト ラ ン ク と 特 定 で き 、 ACF

県,平成19年2月.

- 71 -

（英文要旨）Development of Aerosols Scavenging Technology using Activated Carbon Fibers
Naruyasu ITAGAKI, Sawako OOTOU, Hisao Chikara and Takaaki SHIMOHARA
Fukuoka Institute of Health and Environmental Sciences,
Mukaizano 39, Dazaifu, Fukuoka 818-0135, Japan
This study investigated the application of Activated Carbon Fibers (ACFs) for environmental clean-up in cars. We used a smoke
test to check that air was flowing out of different parts of the car, such as the windshield and doorknob, as well as via air condition
system.
As a result of purification test using the 3.0-8.6 m3 ACF attached as a wall plate inside the car, NOx and VOCs were purified to80-90% or more. With regard to regeneration of used ACFs, NOx and VOCs trapped on and in the ACFs were removed nearlycompletely by washing and low-temperature calcination. By comparison of ACF and charcoal by a passive purification test, theNOx decontamination life of ACFs was longer than that of an equivalent amount of charcoal.
[Key words ; Carbon fiber、NOx、Purification in a car]- 72 -