JPH0260602B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は新規なオゾン分解用活性炭ハニカム成
型体に関し、更に詳しくは、例えば航空機、複写
機等の排出オゾンを分解するためのフイルタとし
て用いられるオゾン分解用活性炭ハニカム成型体
に関する。 これ迄の活性炭の使途用構造を歴史的に述べ
る。古くは、活性炭は脱臭若しくは脱色用の吸着
体として、或はオゾン分解等の触媒として、或は
各種触媒の担体として、広く利用されている。し
かしながら、その大部分は粉粒状又はペレツト状
であり、一定形状の成型体としたものは数少な
い。 後者の活性炭成型体の一つに、木炭や石炭等の
活性炭原料粉末とタールやピッチ等の粘結剤との
混和物を加圧成型してこれを100℃程度で乾燥し
たのち600℃以下の温度で炭化し、次いで賦活炉
内で水蒸気を通して賦活処理したものがある。け
れども、このものは、粘結剤としてそれ自体が賦
活処理によつて活性炭となり得るような取り扱い
にくいピツチやタールを使用するため、加圧成型
以外の各種成型法を適用し難く、しかも成型後に
賦活処理を施こすため、水蒸気の通にくい複雑な
形状のものであれば内部まで充分に賦活し難い欠
点がある。従つて、このタイプの活性炭成型体
は、板状もしくは之に準ずる極く簡単な形状とせ
ざるを得ないのが実情であり、用途に適した種々
の形状のものを得ることが困難である。 亦、上記のものと別タイプの活性炭成型体とし
て、賦活した活性炭粉粒を有機バインダーで結合
したものがある。しかしながら、このタイプの成
型体は、該バインダーが活性炭粉粒の表面を覆う
ため充分な活性を発揮することが出来ず、しかも
加熱、経時変化等によつて該バインダーが劣化す
るため強度低下を来たす欠点があり、実用性に乏
しいものである。 更に別タイプの活性炭成型体としては、セラミ
ツクス製のベースの表面に活性炭粉粒をゴム系な
いしは他の有機質バインダーでコーテイングした
ものがある。この成型体は、前記の有機バインダ
ーで結合したものに比べると、活性が大きく強度
低下もわずかであるが、ベース表面に活性炭粉粒
をコーテイングしているため、活性炭粉粒保有量
が少なく、従つて比較的短時間の使用によつてそ
の活性を失う欠点がある。 亦、以上のような活性炭成型体に準ずるものと
しては、例えば活性炭繊維紙をダンボール状に成
層したものなどが、フイルター等の用途分野で開
発されているが、材料が紙であるため湿気で形状
変化を来し、強度も上記の活性炭成型体とは比較
にならず、且つ活性炭繊維の含有量が多くないの
で可使時間も長くないと云つた欠点がある。 上記諸問題に照らし、活性炭粉粒を山皮，ベン
トナイト，ベントナイト以外の粘土鉱物，ケイ酸
塩類等の無機担持体中に接合・担持して之を焼成
した活性炭成型体が提案がなされたが、いまだ十
分な実用性を保証せる製品は市場に出現していな
いようである。他方活性炭成型体の応用分野に於
てはよりコンパクトで高性能な機能が要求され之
を成型体の構造に求めるとき、ハニカム成型体を
例に採ると有効接触単位面積に於けるセル個数が
多く且つ各セル壁が極薄（0.10〜0.25mm）なもの
で相応の機械的強度のあるものが望まれ、一例と
してセル個数が300個／１平方インチ以上、出来
れば400個／１平方インチもしくはそれを超える
ものが前記要望に応えられるものとして鶴首され
ていた。ちなみに一般の押出技術からすれば300
個／１平方インチが精一杯の細多構造である。さ
て而してこのような細多セル構造（薄壁セル構
造）のものを前記したような無機担持体のみにて
押出成型することは至難であつた。その理由は担
持体の結着力及び成型材料の滑性が夫々不足する
ためであり押出后のセルその形をとゞめない程に
崩壊もしくは変形してしまう。これを防ぐ意味で
澱粉、ふのり、ポリエーテル樹脂等の有機バイン
ダを用いてもなお結着力の不足、およびもしくは
滑性の不足等で要求される性質をなお満足出来な
いので、これが実用品の未出現の原因として推察
される。 本発明は後述する特定な有機バインダ、製造条
件を採択することによつて細多薄壁セル構造のハ
ニカム成型体の製品化に成功し、また、このハニ
カム成型体をオゾン分解用に適用した時にオゾン
ガスとの接触面積、通気抵抗及び機械的見地から
みた最適なセル占積率（開口率）の範囲を定立し
たのである。本発明に於ける別の特筆すべき点は
担持体内に担持されている活性炭粉粒は該担持体
の積極的多孔質化によつてその吸着面を露出的に
保持され、接触吸着能を喪失することがないこと
並びに担持体としては粘土鉱物のうち孔隙形成
性、コスト、市場入手性の上から有利な木節粘土
を採択したことである。本発明ハニカム成型体に
よれば450（セル個）／１平方インチの細多にして
薄壁セル構造が得られるのである。 以下、望ましい実施態様を図に採り、之を参照
しながら本発明を詳細に説明するに、第１図は本
発明活性炭ハニカム成型体の実施態様をその一部
拡大図と共に示す斜視図、第２図は本発明活性炭
ハニカム成型体の内部構造を模式的に示す説明図
である。本発明は、活性炭粉粒２と、該活性炭粉
粒２を多孔質体内に接合担持する木節粘土焼成担
持体１とより成り、該木節粘土焼成担持体１はガ
スの逸散によつて形成された微細な孔隙３を多数
備えて接合担持している上記活性炭２の吸着面と
オゾンとの接触を許容し、ハニカム成型体はオゾ
ンとの有効接触単位面積に於けるセル個数ほゞ
450個／１平方インチの細多セル構造をなしてそ
のセル占積率が60〜70％であるオゾン分解用活性
炭ハニカム成型体に関する。 このようなハニカム成型体は、活性炭粉粒２
と、焼成しうる木節粘土粉末とを混合し、結着力
及び滑性付与剤兼熱分解ガスによる孔隙形成用有
機バインダー即ち、ポリビニルアルコール及びメ
チルセルローズいづれか単独もしくは混合物を上
記混合粉末に加えて良く混練し、この混練物を、
第１図の如きハニカム状成型体とするためハニカ
ムダイから押出した後、所定厚みに輪切りにして
乾燥し、更に非酸化性雰囲気中で焼成（有機バイ
ンダーの分解温度以上の約1100℃で焼成）するこ
とによつて活性炭粉粒２…を多孔質体内に含む焼
成木節粘土担持体１を形成することにより得られ
るものであり、而してこのハニカム成型体の焼成
木節粘土担持体１は、上記木節粘土粉末が互いに
焼成して三次元方向に不規則に連なつて活性炭粉
粒２を体内に混在して下記の多孔質構造を維持し
つつ活性炭粉粒２を混合担持する。即ち、このよ
うな活性炭ハニカム成型体Ａは、活性炭粉粒２を
接合担持する焼成木節粘土担持体１が強度が大で
熱劣化や経時変化が少なく、しかも後述の実施例
１における含水率の測定結果からも判るように熱
分解性有機バインダーであるポリビニルアルコー
ル、メチルセルローズの熱分解揮発ガスによる孔
隙３の多数により多孔性に極めて富んでいて活性
炭粉粒２の有効接触面を封鎖しない。従つて、オ
ゾンが内部までよく浸透し、活性炭粉粒２と充分
接触し得るので満足な活性を発揮する。有機バイ
ンダーとしてのポリビニルアルコール，メチルセ
ルローズの単独若しくは混合物は粘土の結着力を
高めると共に押出時の滑性を良好にして多細にし
て薄壁のハニカム構造を保証し焼成温度に至る間
に熱分解して活性炭粉粒２の吸着面を露出するも
のである。 以上の如き内部構造を有する本発明活性炭ハニ
カム成型体Ａにあつては、焼成木節粘土担持体１
を得る木節粘土の占める割合を５〜90重量％（但
し、後述の有機バインダの適量を含んで）、活性
炭粉粒２の占める割合を95〜10重量％とするがよ
い。もし、木節粘土の割合が５重量％未満で活性
炭粉粒２が95重量％を超える場合には、木節粘土
が欠損だらけの不規則立体網に近い状態となり、
活性炭粉粒２を充分に接合担持し難くなるため、
成型体Ａの機械的強度が著しく低下して小さな外
力によつても崩壊する惧れを生じ、逆に木節粘土
が90重量％を超え活性炭粉粒２が10重量％未満の
場合には活性炭粉粒２が木節粘土担持体１の構造
体の中に埋没してしまうため、オゾンの活性炭粉
粒２との接触性が低下して充分な活性即ち吸着特
性を発揮し難くなると共に、活性炭粉粒２の保有
量が少ないため可使時間もかなり短くなる等の弊
害を生じるからである。このように、本発明オゾ
ン分解用活性炭ハニカム成型体は、活性炭粉粒の
含有量が最大限90重量％と多量であり、且つその
殆どが有効に働くので、長時間の使用に充分耐え
ることができる。 尚、活性炭ハニカム成型体の強度と活性及び可
使時間とを比較衡量すれば、木節粘土が20〜70重
量％，活性炭粉粒２が80〜30重量％の範囲とする
のがより望ましく、この範囲内では、充分満足し
得る強度，活性，可使時間を有する成型体とな
る。 而して木節粘土を前述上限90重量％加えると木
節粘土による活性炭粉粒の結着力（粘結力）が細
多且つ薄壁のセル構造を押出すについてはなお不
足する、例えばセル個数とハニカム押出体の有効
接触単位面積とが、450個／１平方インチの如き
ハニカム構造では各セルは薄壁（0.10〜0.25mm）
となるので押出状態に於て十分な保形性が保証出
来ない。このため結着力を補充する意味で付加的
なバインダが必要となるが、、このバインダとし
ての条件は結着力付与の他押出材料の滑性を改善
し押出時にダイスの内外について材料の停溜を形
成しないようせねば薄壁なセル構造を円滑に押出
せない、これと共に木節粘土の焼成温度に於て熱
分解してガス化しないと活性炭粉粒２の有効吸着
面をソリツドな被覆で閉鎖してしまうので（所謂
呼吸出来なくなる）焼成に至る間に熱分解せねば
ならない。このような条件を満すバインダとして
はポリビニルアルコール及びメチルセルローズの
単独もしくは混合物が最適であることを発見し
た。これら有機バインダの配合量は適量、例えば
５〜20重量％とする。またPVAの熱分解温度は
250〜600゜、メチルセルローズのそれは200〜500゜
である。 活性炭粉粒２としては、市販の各種活性炭粉粒
がいずれも使用可能であるが、そのうち、水蒸気
賦活法による表面積800m²／ｇ以上の比較的純度
の高いものは、活性が良いので、これは選択使用
するのが望ましい。亦、焼成担持体１を形成する
無機粉末としては、孔隙形成性、市場入手性、価
格、或は担持体１にあまり硬度が要求されないこ
と等を勘案して木節粘土が最適であり、木節粘土
粉末及び前記の活性炭粉粒は、混練性，取扱い
性，成型性、孔隙形成性等の観点から、100〜300
メツシユ程度の粒度を有するものが好適である。 叙上の如き本発明オゾン分解活性炭ハニカム成
型体は、既述したようにセラミツクス製造法と同
様の方法で容易に製造し得るものであるため、複
写機、航空機のオゾン排ガスの分解フイルターの
用途に供する。本発明者はこうした細多薄壁セル
構造をもつハニカム成型体をオゾン分解用に適合
させるには、セル占積率（開口率）が60〜70％が
必要条件であることを更に知悉した（理由下記）。 このようなセル占積率を持つハニカム状成型体
はオゾンとの接触性が良好で、通気抵抗が小さ
く、しかも大きい機械的強度を有するものであ
り、オゾン分解用として要求される諸要件を充分
に備えているからである。即ち60％より小さい場
合はオゾンとの接触性や通気抵抗に於て劣り、70
％を超えると構造上の機械的強度に不足するので
ある。従つて450個／１平方インチのハニカム構
造に於てはこのようなセル占積率が限定要件とな
る。 次に実施例を挙げて、本発明活性炭成型体を更
に具体的に説明する。 （実施例）以下の実施例での効果をより明確に
するため、板状成型体について３点曲げ強度及び
含水法による給水率の測定を行つた。即ち100メ
ツシユパスしたパーム活性炭粉粒，木節粘土、及
びPVAとメチルセルローズの混合物を、下記第
１表の割合で混練して５種類の原料組成物(イ)(ロ)(ハ)
(ニ)(ホ)を調整し、各組成物を油圧プレス（50t）に
よつて５mm×10mm×30mmの板状に加圧成型したの
ち乾燥した。次いで、これら板状成型物をH₂と
N₂よりなる非酸化性雰囲気炉にて1100℃で２時
間焼成し、５種類の活性炭板状成型体を得た。か
くして得られた５種類の成型体について、３点曲
げ強度（スパン20mm）及び含水法による給水率の
側定を行なつた。その結果を第３図及び第４図に
示す。 この第３図を見ると、成型体の曲げ強度は、活
性炭粉粒２を接合担持する木節粘土の割合が増加
するにつれて加速度的に大きくなるが、木節粘土
が５重量％では１Kg／cm²と少々強度不足の惧れが
あり、従つて実用に耐え得る数Kg／cm²以上の曲げ
強度を付与するには、木節粘土を20重量％以上と
するのが望ましいことが判る。亦、第４図を見れ
ば、成型体の吸水量は木節粘土の増加に伴つて小
さくなるが、木節粘土が90重量％のものでも20％
以上の吸水率を示しており、この成型体が如何に
多孔性に富んでいるかが判る。

【表】 （実施例 １） 前記実験例で調整した原料組成物(ロ)(ハ)(ニ)(ホ)（
但
し、成型性を良くするため更に適量の水を加えて
ある）をそれぞれハニカムダイより押出し、乾燥
後、非酸化性雰囲気炉にて1100℃で３時間焼成し
て、１平方インチ当りの方形セルの個数が450個、
寸法が直径25mm×長さ22mmの４種類の活性炭ハニ
カム成型体を得た。 かくして得られた成型体のうち、ロ，ハ，ニの
３種類について、次の条件下で吸着試験を行なつ
た。 （条件） 成型体ロ，ハ，ニをそれぞれ２個重ね、これに
対して、スチレンモノマーを5000ppm以上となし
た空気−スチレン混合ガスを1.26／minの流量
で通過させ、経時的な吸着重量増加を側定する。 その結果を第５図に示す。 更に、成型体ロ及びホについては、空気−スチ
レン混合ガスの流量を２／minに変えて同様の
吸着試験を行なつた。その結果を第６図に示す。
比較のために、活性炭粉粒をコージライト系ハニ
カム構造体の表面にコーテイングした同形，同寸
の従来品についても同様の吸着試験を行ない、そ
の結果を第６図に併せて示した。 第５図を見れば、木節粘土の割合が小さいもの
ほど吸着重量増加が大きく、優れた吸着能を有す
ることが判るが、木節粘土が50重量％の成型体ハ
と、70重量％の成型体ニとはそれほど差がなく、
従つて木節粘土70重量％の成型体ニでも充分な性
能を発揮し得ることが判る。 亦、第６図を見れば、木節粘土30重量％の成型
体ロは、従来のハニカム構造体に塗布したものに
比して４乃至５倍の吸着能を示し、木節粘土90重
量％を成型体ホは、従来品とほぼ同様の吸着能を
示しており、ここより本発明のハニカム成型体が
如何に活性の大きい高性能品であるかが判る。 （実施例 ２） 実施例１で得たハニカム成型体ロ（活性炭粉粒
70重量％、木節粘土30重量％）に、ｎ−ブチルメ
タアクリレートを1ppm含む空気を0.5ｍ／secの
流速で通過させ、該成型体ロの出口におけるｎ−
ブチルメタアクリレート濃度Ｃを経時的に測定す
ることにより可使時間を調べた。その結果を第７
図に示す。 比較のために、コージライト系担持体の表面に
活性炭粉粒をコーテイングした従来のハニカム成
型体チ、及び活性炭繊維紙をダンボール状に成層
した従来のフイルターリについても同条件で可使
時間を調べ、その結果を第８図に併せて示した。 第７図を見れば、Ｃ／Co値が0.5となる、つま
り活性炭ハニカム成型体の入口におけるｎ−ブチ
ルメタアクリレートの濃度Co（1ppm）に対して
出口のｎ−ブチルメタアクリレート濃度Ｃが半分
になるのに要する時間は、本発明のハニカム成型
体では約400時間、従来のハニカム成型体チでは
約25時間、従来の活性炭繊維紙成層フイルターリ
では約240時間であり、このことから、本発明活
性炭ハニカム成型体ロの可使時間が如何に長いか
が判る。 次に本発明品のオゾン分解性能を従来品との比
較に於て第８図に示す。カーヴロは既述の本発明
実施例品、同ヌ，ルは公知の活性炭繊維布ヲは公
知の粒状活性炭を夫々示す。同図から明らかなよ
うに、本発明品によると排出オゾン濃度は時間の
経過によつても殆んど変らない、即ちオゾン分解
性能はほゞ一定であるのに対し、従来品ヲ，ル，
ヌはいづれも時間の経過によつて排出オゾン濃度
が高くなること、即ちオゾン分解能が低減するこ
とを示し、この傾向の他に排出オゾン濃度のポテ
ンシヤル量値も遥かに高いことが判る。 第９図にはハニカム成型体のセル個数がハニカ
ム成型体の前後のオゾン濃度に如何にかゝわり合
うかを示す。直線ロは実施例(ロ)のセル個数450個
製品、直線ワは実施例(ロ)品と全く同じ構成でセル
個数を300個に代えた製品を夫々示す。図から、
ハニカム成型体前のオゾン濃度（フイルタ入口濃
度）と同後のオゾン濃度（フイルタ出口濃度）と
はセル個数に関係して直線的比例関係を維持して
いる、つまり入口濃度が判れば出口濃度も比例的
に判明しオゾン除去率は一定であることが明らか
となり、このうち、セル個数450個のものは同300
個（通常の押出技術で到達出来る上限）のものよ
りオゾン分解能が優れていることが判明してい
る。 以上の説明から理解できるように、本発明オゾ
ン分解用活性炭ハニカム成型体は、従来技術では
実現のなかつた所の、有効接触単位面積当りのセ
ル個数が450／１平方インチの細多（薄壁）のセ
ル構造を有するハニカム成型体で、オゾンとの接
触範域の広い高性能の分解能を備えたものであ
り、活性炭粉粒を焼成木節粘土担持体によつて接
合担持させるように構成したため、活性炭粉粒の
保有量が多く、従つて可使時間（耐用時間）の大
巾な増加が可能となることはもちろん、有機バイ
ンダーの分解ガスによつて形成される孔隙を多数
備えて多孔性に富んでいるため活性炭粉粒とオゾ
ンとの接触性が良好で優れた活性を発揮する。更
にハニカムのセル占積率を60〜70％とすることに
より、ハニカム成型体のガスとの接触効率を大き
くとり且つ通気抵抗を小となし、しかも機械的強
度も十分にとれる…等の優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のオゾン分解用活性炭ハニカム
成型体の実施態様をその一部拡大図と共に示す傾
斜図、第２図は同ハニカム成型体の内部構造を模
式的に示す説明図、第３図及び第４図はそれぞれ
本発明実験例成型体の曲げ強度及び吸水率を示す
グラフ、第５図は本発明オゾン分解用活性炭ハニ
カム成型体の吸着性能を示すグラフ、第６図は同
ハニカム成型体と従来品との吸着性能比較グラ
フ、第７図は同ハニカム成型体と従来品との可使
時間比較グラフであり、第８図は本発明ハニカム
成型体のオゾン分解性能を従来品との比較に於て
示すグラフ、第９図はセル個数とオゾン分解性能
との関係を示すグラフである。 符号の説明、１……焼成木節粘土担持体、２…
…活性炭粉粒、Ａ……本発明のオゾン分解用活性
炭ハニカム成型体、ａ……セル。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 活性炭粉粒と、該活性炭粉粒を多孔質体内に
   接合担持する木節粘土焼成担持体とより成り、該
   木節粘土焼成担持体はガスの逸散によつて形成さ
   れた微細な孔隙を多数備えて接合担持している上
   記活性炭の吸着面とオゾンとの接触を許容し、ハ
   ニカム成形体はオゾンとの有効接触単位面積に於
   けるセル個数がほゞ450個／１平方インチの細多
   セル構造をなしてそのセル占積率が60〜70％であ
   るオゾン分解用活性炭ハニカム成型体。