JPH03181319A - オゾン分解用触媒フィルターおよびオゾン分解器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、工場などから排出される廃液や、排ガス中の
オゾンを分解するためのオゾン分解用触媒フィルターお
よびオゾン分解器に関する。

〔従来の技術〕

空気や、水の中に含まれるオゾンは不快臭を発し、喉や
肺の粘膜を刺激するなど、健康に悪影響を与えるため、
環境衛生上の見地から、これを除去することが行われて
いる。

従来のオゾンの除去方法としては、活性炭、ゼオライト
等の多孔性物質を用いる吸着法、Ｍｎ０ｚ等の触媒を用
いる酸化分解法などがある。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記従来のオゾンの除去方法はいずれも
、充分には満足し得るものではなかった。

すなわち、吸着法では、吸着剤が飽和するたびに再生ま
たは交換を要するので、メンテナンスに多大の労力と費
用を要した。

また、酸化分解法では、吸着法の場合のような問題はな
いものの、既存のオゾン分解用触媒では十分にオゾンを
酸化分解することができなかったり、或いは、高負荷条
件下（高濃度、高ＳＶ）において触媒が劣化するという
問題があった。

これらの問題を解消するための一策として、オゾン含有
ガスの温度を上げることが考えられるが、昇温のために
多大の費用を要し処理コストが高くなってしまうので、
実用的な解決策とは言い難い。

本発明は以上の事情に鑑みなされたものであって、その
目的とするところは、高負荷条件下（高濃度、高ＳＶ）
においても大きな反応速度でオゾンを酸化分解すること
ができ、しかも経済的なオゾン分解用触媒フィルターお
よびオゾン分解器を提供するにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係るオゾン分解用触媒フィルターは、オゾン含
有ガスまたは液体を通流させるための多数の空孔を有す
るフオーム状担体の該空孔の表面に、触媒活性物質およ
び導電性の発熱抵抗物質からなる混合物が担持されてな
り、また本発明に係るオゾン分解器は、上記オゾン分解
用触媒フィルターに、さらに前記発熱抵抗物質に通電す
るための電極が設けられてなる。

本発明におけるフオーム状担体としては、オゾン含有ガ
スまたは液体を通流させるための多数の空孔を有し、触
媒活性物質および発熱抵抗物質を担持し得るものであれ
ば特に限定されず、例えばポリウレタンフォーム、ポリ
ウレタンフォームにセラミックスラリ−を沈着させ坑底
して得られるセラミックフオームが挙げられる。

その他、ＴｉＯｘ、Ａ１２０ｚ、５ｉＯｚ、５１０２、
Ｓｉ○ｚＡｌｚ　○３、粘土などを上記フオーム状担体
に担持させて触媒担持力を向上させたものを用いてもよ
い。

フオーム状担体の形状は、立方体状、直方体状、円柱状
、平板状など、特に限定されない。

フオーム状担体の単位容積中に含まれるセル数は、オゾ
ン分解率と通流時の圧損とを考慮して適宜選択される。

通常、６〜４０セル／インチ（長さ１インチの直線上に
並ぶセルの数）程度のセル数のものが実用的である。

本発明における触媒活性物質としては、従来公知の種々
のオゾン分解用触媒を用いることができ、例えばＭｎＯ
２、Ｍｏ０ｚ　、ＷＯｚ　、Ｖ２０５、ＣｕＯ１Ｆｅｚ
○３　、Ａｇｚ　Ｏ，、Ｎ　ｉｏ、Ｃｏ１０４　、Ｐｔ
、Ｐａなどを用いることができる。これらは、１種単独
で用いてもよく、必要に応して２種以上併用してもよい
。

その他、本出願人が先に出願した、Ｍ　ｎ　Ｏｚ＝Ｔｉ
○２、ＭｎＯ２−アルカリ金属及び／またはアルカリ土
類金属酸化物、酸化物生成エンタルピーが１００　Ｋ　
ｃ、　ａ　ｌ　／　ｇ酸素原子以下の金属を担持したゼ
オライト触媒などを用いることも可能である（特願昭６
３−２７７０９０、特願平１−５５７９６、特願平１−
５７２５９、特願平１−３５３０４、特願平１−４１３
３０）。

フオーム状担体への触媒活性物質の担持量は、担持され
る触媒が例えば平均細孔径３００〜３４０人、単位重量
あたりの細孔容積量０．２６〜０゜２９　ｍ　ｌ　／　
ｇのとき、０．０５〜０．５ｇ／ｃｃであることが好ま
しい。０．０５ｇ／ｃｃ未溝の場合、触媒効果が不十分
で所望のオゾン分解率が得られず、Ｑ、５ｇ／ｃｃを越
えた場合、担持が極めて不均一で、担持量に相応した触
媒効果が得られない。しかし、これらの値は、担持され
た触媒の細孔構造の多孔度によって多少異なる。

本発明における導電性の発熱抵抗物質としては、通電に
より発熱する抵抗物質であれば特に制限されず、例えば
グラファイト、カーボンファイバー炭化ケイ素、銀、ニ
ッケルクロム合金、クロムアルミニウム合金、ステンレ
スなどを用いることができる。

上記発熱抵抗物質の形状はフオーム状担体内に担持され
得る大きさのものであれば特に制限されず、粉体、ウィ
スカー、短繊維など、種々の形状のものを用いることが
できる。

また、用いる発熱抵抗物質の発熱温度は３０°Ｃ以上、
好ましくは４０°Ｃ以上、より好ましくは５０°Ｃ以上
であるのが適当である。発熱温度が３０°Ｃを下回ると
、オゾンが触媒活性物質と反応し、１戒する高原子価酸
化物が分解されず、触媒活性物質中に酸素が蓄積するの
で、分解サイクル速度が徐々に低下し、その結果分解反
応速度（分解活性）が低下するため、好ましくない。

上記反応速度が低下しない温度は、触媒活性成分および
単位触媒量へのオゾンの負荷量（単位時間あたりのオゾ
ン量）によって定まる。

これらを表す量として、本発明者等は、面積速度（ＡＶ
、ａｒｅａ　ｖｅｌｏｃｉｔｙ　ｍ’　７ｍ２−　Ｈｒ
　：反応！　（Ｎｍ’　／Ｈ）を単位容積の触媒あたり
のガス接触面積（ｍ２／ｍ３）で除した値）と入口オゾ
ン濃度（ｐｐｍ）との積（以下、ｒｃＡＪという）を用
いて表した。例えばＣＡが１０００００のとき、それぞ
れＭｎ０ｚ触媒では６０°Ｃ，ＭｎＯ２ＡｇｚＯ触媒（
ＭｎＯｚ：８０重量％（以下、「％」と略記する）、Ａ
ｇｚ　Ｏ：２０％）では５５°Ｃ，Ｍｎ０ｚ　　Ａｇ２
０−Ｔｉ　０２触媒（ＭｎＯｚ　　：　７０％、Ａｇ２
Ｏ：１０％、ＴｉＯ２：２０％）では４０°Ｃである。

また、ＣＡが１０００のとき、上記各触媒でそれぞれ５
５℃、５０°Ｃおよび３５°Ｃである。

触媒活性物質および発熱抵抗物質は、均一に混合した後
、あるいはそれぞれ単独にそれらの種類に応じて浸漬法
、イオン交換法、沈澱法等の従来既知の担持方法により
フオーム状担体に担持させることができる。

触媒活性物質の好適な担持量は、担持物質全重量を基準
にして、３０〜７０％程度が好ましい。

この担持量が７０％を越えても、増量に相応したオゾン
分解効率の改善効果が認められず不経済であるとともに
、発熱抵抗物質の担持量が相対的に少なくなって発熱抵
抗体として機能しなくなる。

また、担持量が３０％未満であると、充分なオゾン分解
効果が得られない。

フオーム状担体の内部に多数存在する空孔の表面を被覆
する上記触媒活性物質および上記発熱抵抗物質の混合物
の厚み（以下、「被覆厚」という）は、１０〜２００Ｉ
Ｉｍが好ましい、これは、被覆厚を１０μｍより薄くし
た場合、単位容積当たりのオゾン分解効率が低くなって
しまい、また被覆厚を２００μｍより大きくしても、オ
ゾン分解速度は大きくならないからである。

その他、被覆厚を２００μｍを越えて厚くすると、下記
（１）〜（３）に示す如き問題が生しる傾向がある。

（１）圧損が大きくなり、送風に多大の動力および費用
を要し経済的でない。

（２）触媒活性物質によるフオーム状担体の被覆が不均
一になるため、ガス流路が不均一になり、その結果、担
体に担持された触媒への反応物質の気相拡散の有効係数
が次第に低下して、被１２景を多くしたにもかかわらず
、容積あたりの活性度が低下してしまう。

（３）−度担持された触媒活性物質の剥離量が増加し、
周囲の環境がひどく汚染される。

また、発熱抵抗物質の好適な担持量は、担持物質全重量
を基準にして７０〜３０％程度が好ましい、この担持量
が７０％を越えると、触媒とオゾンとの接触を阻害する
虞れがあり、そのため活性が大幅に低下する。また、３
０％未満であると、十分な発熱が得られず触媒活性物質
の加熱が不十分となる。

本発明においては、触媒活性物質および発熱抵抗物質と
ともに、さらに必要に応じて繊維状物質をフオーム状担
体に担持させてもよい。

この場合の繊維状物質としては、耐オゾン性を有し、フ
オーム状担体に担持させることが容易であるものであれ
ばよく、例えばムライト質のセラミンクファイバー、Ｃ
もしくはＥガラスなどのガラスファイバー、ステンレス
ファイバーなどのＬ／Ｄの大きな繊維状物質あるいはチ
タン酸カリ、炭化珪素ウィスカーなどのようなＬ／Ｄの
小さな繊維状物質などが挙げられる。なお、フオーム状
担体への担持、機械的オゾン分解、および触媒活性物質
と繊維状物質とのオゾン分解相乗作用の点から、繊維直
径は０．１〜２０μｍ、Ｌ／Ｄはフオーム状担体に担持
された状態で１０〜１０００が好ましい、この範囲を逸
脱するとフオーム状担体への担持が困難となり、機械的
オゾン分解効果が低下し触媒活性物質と繊維状物質との
オゾン分解相乗作用が低下する。

上記繊維状物質は、担持物質全重量を基準として２〜２
０％の割合で配合するのが好ましい。２％未満であると
繊維状物質添加による上記効果が充分に発揮されず、２
０％を越えるとフオーム状担体に担持させることが極め
て難しくなったり、担持が不均一になったり、担持され
た触媒が有効に触媒機能を発揮しなくなったりする。

本発明に係るオゾン分解器は、フオーム状担体に触媒活
性物質および発熱抵抗物質の混合物を担持させてなるオ
ゾン分解用触媒フィルターに、電極が装着されてなる。

この場合の電極は、発熱抵抗物質に通電し得るものであ
ればよく、銅、ステンレス、アルミニウム、活性炭等の
従来公知の材料からなる電極を用いることができ、その
形状も板状、筒状、線状など、用いるフオーム状担体の
形状に合わせて種々の形状とすることができる。

以下、本発明に係るオゾン分解器を用いてオゾン分解処
理を行う方法を図に基づいて説明する。

第１図において、オゾン分解器１はオゾン含有ガスまた
は液体の少なくとも通流方向に沿って連通した多数の空
孔を有するフオーム状担体１１および電極板１２．１２
からなり、該フオーム状担体１１は、直方体状のウレタ
ンフオームからなり、触媒活性物質および導電性の発熱
抵抗物質が担持されている。

フオーム状担体１１には、銅や、ステンレスなどからな
る電極板１２．１２がフオーム状担体１１の両端面に密
着して設けられている。

以上の如き構成のオゾン分解器ｌを用いてオゾン分解を
行うには、両型極板１２．１２に導電線（リード線）１
３．１３を接続して上記発熱抵抗物質を介してフオーム
状担体１１内に通電する一方、フオーム状担体１１内に
オゾン含有ガスまたは液体を両型極板１２．１２の板面
と平行方向（図中、矢符で示す方向）に通流させる。

そうすると、通電により発熱した発熱抵抗物質が触媒活
性物質を加熱してその触媒活性を高め、その結果オゾン
含有ガスまたは液体中に含まれるオゾンが効率よく分解
される。

なお、第２図に示す如く、上記オゾン分解器ｌを周囲と
絶縁すべく、電気絶縁性の高いケーシング２１内に装着
してもよい。

また、オゾン分解器のオゾン分解率は、同一温度、同一
オゾン濃度条件下ではＡＶによって規定されるが、使用
したフオーム状担体の空孔の大きさや触媒活性物質の担
持状態等によって変化する。

〔作用］ 本発明において、オゾン分解用触媒フィルターに設けら
れた電極に導電線を接続して、発熱抵抗物質に通電する
と、該発熱抵抗物質が発熱し、これによって触媒活性物
質が加熱されてその活性度が高められる。この状態でオ
ゾン含有ガスまたは液体をフオーム状担体の空札内に通
流させると、オゾンの分解が効率よく行われる。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳しく説明する
が、本発明は下記実施例に何等限定されるものではなく
、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施
することが可能なものであ１、オゾン分解器の作製 （実施例１） 比表面積３２ｒｒｆ／ｇ、平均粒径３０μｍのＭｎＯ２
−Ａｇ２０　　ＴｉＯ２（ＭｎＯｚ　　：１０％、Ａ　
ｇ　ｚ○：１０％、Ｔｉ０ｚ：２０％）１００ｇとグラ
ファイト（申越黒鉛工業所製合成黒鉛、商品コードｒＧ
−６ＳＪ　）３０ｇとを、シリカゾル（日産化学社製、
商品名「スノーテックスＯＪ）９０ｍ！！、と混合し、
さらにこれにアルミナビーズ１５０ｍｊ２を加えて３０
分分間式粉砕してスラリーを得た。

このスラリー中に、厚み５ｍのウレタンフオーム（プリ
ジストンタイヤ社製、商品コードｒＨＲ−２０Ｊ）を浸
漬し、次いでクリアランス２ＩＩＩＩ１１のローラ間に
ウレタンフオームを通して過剰スラリーを除去した後、
５０°Ｃで１８時間乾燥してフオーム状オゾン分解用触
媒フィルターを得た。

得られたオゾン分解用触媒フィルターの乾燥後の単位容
積当たりの触媒担持量を重量測定法によリ、また触媒の
担体波ｊｌ！厚をコート層を剥離しその厚みを走査型電
子顕微鏡を用いて目視て測定したところ、それぞれ０．
１９ｇ／ｃｃおよび７４μｍであった。なお、上記触媒
の担体被覆厚は、５０箇所における被覆Ｉ￥−測定値の
平均値である（以下、同様）。

次いで、上記オゾン分解用触媒フィルターを縦３０ｆｆ
ｌＩＩｘ横３０閣×厚み５閣に力・７トし、この両側面
（厚み面）にステンレス（ＳＵＳ３０４）電極を密着状
態に取り付けた。通電して抵抗値を測定したところ、１
０２Ω（オーム）であった。

次いで、これを絶縁性のケーシング内に収容して第２図
に示すようなオゾン分解器を作製した。

（実施例２） 実施例Ｉと同様のスラリーを用いてアルミナ・コージェ
ライト質セラξツクフオーム（ブリジストンタイヤ社製
＃１３）を浸漬し、次いで過剰スラリーをエアーブロー
にて除去した後、５０°Ｃで１８時間乾燥して、オゾン
分解用触媒フィルターを得た。

得られたオゾン分解用触媒フィルターの乾燥後の単位容
積当たりの触媒担持量および触媒の担体被覆厚を実施例
１と同様にして測定したところ、それぞれ０．２６ｇ／
ｃｃおよび９３μｍであった。

次いで、実施例１と同様にして、上記オゾン分解用触媒
フィルターをカットし、これにステンレス（ＳＵＳ３０
４）電極を取り付けた６通電して抵抗値を測定したとこ
ろ、９８Ωであった。

次いで、これを絶縁性のケーシング内に収容して第２図
に示すようなオゾン分解器を作製した。

■、オゾン分解試験 実施例１および実施例２で得た各オゾン分解器について
オゾン分解試験を行った。すなわち、エアーをオゾン発
生器に通して所定濃度のオゾンを含有させた後、オゾン
分解器に導入し、オゾン分解器を通過したエアー中のオ
ゾン濃度をオゾン分析計にて測定し、次式によりオゾン
分解率を求めた。

（ＣＩ　　　Ｃ２）　／　ＣＩ　　Ｘ　１００ただし、 ｃ、　　−−−−−−オゾン分解器の入口でのオゾン濃
度Ｃ２−−−オゾン分解器の出口でのオゾン濃度その結
果を次表に示す。このとき、オゾン分解器内のフオーム
状担体には電流を通して次表に示す温度に加熱した。そ
の他の反応条件は次表に示す通りである。なお、触媒層
の温度およびガス出口塩度はそれぞれ測温抵抗体により
測定した。

（以下余白） 表より、発熱抵抗物質への通電によりフオーム状担体が
高温になるほど、オゾン分解率が高く、その効果が長時
間にわたって持続していることが分かる。

〔発明の効果〕

以上、詳細に説明したように、本発明に係るオゾン分解
用触媒フィルターおよびオゾン分解器は、高負荷条件下
（高濃度、高Ｓ■）においても大きな反応速度でオゾン
を酸化分解することができ、しかもオゾン含有ガスまた
は７＆体自体を昇温させるものではないため経済的であ
る等、本発明は優れた特有の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明に係るオゾン分解器の斜視
図である。 １　オゾン分解器、１１　フオーム状担体、１２−電極
板（電極）、１３−導電線、２Ｉ−ケーシング

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、オゾン含有ガスまたは液体を通流させるための多数
   の空孔を有するフォーム状担体の該空孔の表面に、触媒
   活性物質および導電性の発熱抵抗物質からなる混合物が
   担持されてなるオゾン分解用触媒フィルター。 ２、前記混合物が１０〜２００μｍの厚みに担持されて
   いる請求項１記載のオゾン分解用触媒フィルター。 ３、請求項１または２記載のオゾン分解用触媒フィルタ
   ーに、前記発熱抵抗物質に通電するための電極が設けら
   れてなるオゾン分解器。 ４、請求項３記載のオゾン分解器がさらに電気絶縁性の
   ケーシング内に収容されてなるオゾン分解器。