JPH03254681A - 生体固定化用担体、固定化生体触媒、固定化生体触媒の製造方法及び気体浄化方法 - 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】 及びこれを用いた気体浄化方法に関する。本発明は、醗
酵工業、食品工業、医薬品工業、化学工業、環境浄化、
生化学等の分野に利用される。特に、本第７発明は、有
害ガス等の除去を目的とする環境浄化（例えば、悪臭除
去システム）等に利用される。

〔従来の技術〕

従来の固定化生体触媒としては、生体触媒活性を維持し
つつ且つ反応液からこの触媒を容易に分離するために、
担体に生体触媒成分を固定化させたものが用いられてい
る。

そして、かかる生体触媒の固定化の方法としては、（１
）共有結合、生化学的特異結合等を利用した担体結合法
、（２）グルタルアルデヒド等の試薬で生体触媒集団を
架橋する架橋化法、（３）高分子ゲル、マイクロカプセ
ル、リポソーム等で包み込んだり、中空繊維や限外濾過
等で閉じ込める包括法、（４）高分子多孔性膜等に吸着
させる吸着法等が知られている。また、前記触媒の担体
としては、それぞれの固定化方法に適した種々の材料、
例えば、親水性のアセチルセルロース、コラーゲン、ポ
リビニルアルコール等からなる多孔性膜等が用いられて
いる（「バイオテクノロジー事典」　（発行所；株式会
社　シーエムシー、Ｐ。

４３２）。

〔発明が解決しようとする課題］ 更に、前記の生体触媒の担体は生物の生命維持について
十分な保水性、水分活性環境を示さないので、固定化さ
れた生体触媒は、水の中に分散させて使用する必要があ
った。従って、気相下では使用することができなかった
。

本発明は、前記問題点を解決するものであり、固定化さ
れた生体触媒成分に水分活性環境を付加することにより
、水相中のみならず気相中においても触媒機能を十分に
発揮できる生体固定化用担体及び固定化生体触媒、更に
はそれを利用した気体浄化方法を提供することを目的と
する。

〔課題を解決するための手段〕

本第１発明の生体固定化用担体は、通気性発泡ポリウレ
タン構造体と該構造体中に多数分散配置された高吸水性
樹脂体とからなり、全体として通気性構造であることを
特徴とする。

本第２発明の固定化生体触媒は、第１発明の生体固定化
用担体の表面に生体触媒成分を固定化するとともに、前
記担体に吸水させたことを特徴とする。

本第３発明の固定化生体触媒は、通気性発泡ポリウレタ
ン構造体中に多数分散配置され、表面に生体触媒成分が
固定化され、且つ水が吸水された高吸水性樹脂体を有し
、全体として通気性構造であることを特徴とする。

本第４発明の固定化生体触媒は、生体触媒成分として子
嚢菌を用いたものである。

本第５発明の触媒の製造方法は、前記第２発明の固定化
生体触媒を製造するであり、乾燥若しくは吸水した高吸
水性樹脂体をウレタンプレポリマー中に分散させ、若し
くは該高吸水性樹脂体の表面にウレタンプレポリマーを
塗布し、その後重合させ且つ発泡させて、前記第１発明
の生体固定化用担体を製造し、次いで、この担体を生体
触媒成分を有する培養液に浸漬して、該担体の表面に生
体触媒成分を固定化するとともに前記高吸水性樹脂に吸
水させることを特徴とする。

本第６発明の触媒の製造方法は、前記第３発明の固定化
生体触媒を製造するものであり、高吸水性樹脂体を生体
触媒成分を有する培養液に浸漬して、該樹脂体の表面に
生体触媒成分を固定化するとともに該樹脂体に吸水させ
て生体触媒成分固定化樹脂体を製造し、次いで、この生
体触媒成分固定化樹脂体をウレタンプレポリマー中に分
散させ、若しくは該高吸水性樹脂体の表面にウレタンプ
レポリマーを塗布し、その後重合させ且つ発泡させるこ
とを特徴とする。

尚、前記製造方法において、保水された高吸水性樹脂体
を使用する場合は、この水により重合、発泡を開始する
ので便利である。また、所定のウレタンプレポリマーを
塗布する方法は、特に問わない。

本第７発明の気体浄化方法は、前記第２乃至第４発明の
固定化生体触媒に、該触媒により反応除去される被浄化
用気体成分を含む気体を、気相下において接触させるこ
とにより、前記被浄化用気体成分を除去させて気体を浄
化することを特徴とする。

前記「高吸水性樹脂体」は、水を十分に保持し、即ち通
常、純水の吸水量が１００ｇ／ｇ高分子以上のものをい
い、担体の水分活性を長期にわたり維持することを主目
的に使用されるものである。該樹脂体の種類としては、
特に問わず、例えばセルロース系、デンプン／ポリアク
リル酸塩系、ポリビニルアルコール／ポリアクリル酸塩
系等を目的、用途に応じ種々選択し使用することができ
る。また、この樹脂体の形状は、粉末状、繊維状を問わ
ず、その大きさも特に問わず、市販のものをそのまま使
用できる。

前記「発泡ポリウレタン構造体」は、高吸水性樹脂体を
内部に分散、保持させるものであり、換言すれば、この
樹脂体を繋ぎ止める通気性構造体である。この通気性構
造体は、通気性を有する構造であればよく、その連通孔
路径又は空孔の大小は問わない。例えば、その空孔が大
きくてその壁厚が比較的薄い立体網目状とすることもで
きるし、多孔連通性の比較的丈夫で肉厚の構造体とする
こともできる。前者はウレタンプレポリマーを塗布した
場合、後者はこのプレポリマー中に分散させた場合に得
られる。このポリウレタンは、軟質のものが好ましい。

これは、高吸水性樹脂体の膨張、収縮に耐えつるからで
ある。

前記「生体触媒成分」の種類は、担体又は高吸水性樹脂
に固定化され、且つ使用する被浄化用気体成分（例えば
硫化水素等）を反応、除去できるものであればよい。こ
れとしては、カビ、バクテリア等の微生物、更には酵素
、植物細胞等を適宜、選択して使用できる。

前記「水」としては、所謂「水」をそのまま用いても良
いし、上記生体触媒成分の増殖及び維持に適した成分を
含む水（培養液等〉であっても良い。

〔作用〕

本発明の担体及び生体触媒は、親水性、吸水性の樹脂か
らなり、且つ通気性の網目状構造を有するので、生体触
媒成分との親和性が高く、この担体又は高吸水性樹脂体
の表面に、生体触媒成分が容易にかつ強固に固定するこ
とができる。

また、この高吸水性樹脂は、従来のアセチルセルロース
等の親水性樹脂と比べて、吸水、保水量が著しく多く、
且つこの吸収水を容易に脱離せず、更にポリウレタンも
親水性であり且つ網目状等の通気性構造を有するので、
この効果が更に補強され、そのため、水分活性が高く、
生体触媒成分にとって十分な水分活性環境が保証される
こととなる。

更に、高吸水性樹脂体の膨潤によって起こる体積変化を
ウレタンの伸延性で支えなから担体全体の形状を維持す
ることもできる。

以上より、上記担体又は生体触媒を使用すれば、それ全
体を水相に浸漬、分散する必要がなく、気相中において
も生物触媒機能を十分に発揮させることができる。

〔実施例〕

以下実施例により本発明を具体的に説明する。

実施例１ 本実施例の生体触媒は、固定化用担体の表面全体に生体
触媒成分を固定化させたものに関する。

（１）生体触媒成分固定化用担体の製造ウレタンプレポ
リマー（平均分子量；２０００、エチレンオキサイド含
量；７５重量％程度のジオールとトリレンジイソシアナ
ート　（ＴＤＩ）を用いて、フリーＮＣ口含量を１０重
量％程度にしたプレポリマー））の重合反応を開始させ
全体がクリーム状を呈した時点で、乾燥した粒状高吸水
性樹脂体（ポリアクリル酸；　「アクアリックＣＡ」、
日本触媒化学工業（株）、粉末品）を加え、攪拌し、発
泡ウレタン中に分散させる。重合反応が終了した後、高
吸水性樹脂体を含む部分を立方体（４〜６Ｍ角）に裁断
して、生体触媒固定化用担体を製造した。この担体１は
、第１図の説明断面図に示すように、高吸水性樹脂体１
２を通気性の発泡ポリウレタン構造体１１が覆っている
構造をしている。

尚、この高吸水性樹脂の水分活性を試験してみると、例
えば樹脂重量の５倍量以上の水で再膨潤させた場合、担
体の水分活性は９８％以上となり、また１倍量の水であ
っても９０％以上の水分活性を示すことができた。ここ
で、高吸水性樹脂の吸水する液の塩濃度によって吸水で
きる上限が、定まるが、一般にその重量の１００倍量以
上の水をその構造中に保持できる。

（２）使用生体触媒成分の検討 硫化水素除去による浄化を考慮して、硫化水素代謝能力
のある微生物を検討した。

即ち、下水管渠、曝気槽等の汚泥をその源として分離し
た微生物について、１０ｐｐｍ（ｖ／ｖ）の硫化水素を
含む空気を基質とした回分試験で、硫化水素代謝能力の
ある微生物をスクリーニングした。その結果、アイソレ
ートのほとんどがバクテリアであったが、硫化水素代謝
活性のある子嚢菌（○ＭＳＯｆ１、尚、属等は未同定。

）を１種類得た。この子嚢菌の硫化水素消費速度は、１
７．７ｍｇ−硫化水素／ｇ−乾燥菌体・ｈ−１であった
。尚、前記硫化水素消費速度測定時における気体中の硫
化水素濃度は１０ｐｐｍ、試験装置の総括硫化水素移動
容量係数は約０．５ｓ−’であった。

また、この子嚢菌はカビの１種であり、カビは、バクテ
リアよりも低い水分活性においても、その生存を維持で
きるので、気相下での浄化用触媒成分としては、好適で
ある。

（３）固定化生体触媒の製造 次いで、前記担体全体を、前記子嚢菌栄養細胞を懸濁さ
せたＫＨ２ＰＯ４（４ｇ／ｊり、　Ｋ、　ＨＰＯ，（４
ｇ／ｌ）、Ｍｇ５Ｏ，・　７Ｈ，○　（０８ｇ／ｌ）　
、　ＮＨ，ＣＩ　（０，５ｇ／ｊり　、そして微量のＺ
ｎＳＣａＳＭｎ５Ｆ　ｅ、Ｍｏ５Ｃｕ及びＣｏを含む溶
液に浸漬し、膨潤させて、この子嚢菌栄養細胞、ひいて
は子嚢菌を担体表面に固定化し、併せて前記溶液中の無
機塩類も吸収、吸着させた。

以上より、担体に生体触媒成分を固定化した生体触媒を
製造した。この触媒２は、第２図に示すように、担体１
の表面に子嚢菌２３が固定（吸着）されており、この固
定化された子嚢菌の密度は０．３４ｇ／ｌである。尚、
固定化に供した子嚢菌の顕微鏡写真（４００倍）を２倍
に拡大してトレースした説明図を第３図に示した。この
線状部は子嚢菌の栄養細胞である菌糸２３を示し、これ
が担体表面に固定化された。

（４）硫化水素含有ガスの気相下での浄化第４図に示す
ように、前記生体触媒片を両端開口の円筒状のガラス製
カラム本体（内径；２５閣、全長；２００ｍｍ）３１内
に、多数充填し、その後、このカラム本体３１の各端に
ガス流入口３３ａを有する蓋体３２ａを、ガス流出口３
３ｂを有する蓋体３２ｂを、各々、螺着して、触媒装置
３を製作した。但し、充填密度は、１００　ｇ／Ｉであ
る。

次いで、このガス流入口３３ａより硫化水素２８　ｐｐ
ｍ　（ｖ　／　ｖ　）を含む空気を滞留時間２分で通気
させ、気相中での硫化水素の酸化除去性能についての評
価を行い、この結果を第５図に示す。

この結果によれば、カラム出口での硫化水素除去率は、
運転開始より１６日間を通してほぼ１゜０％を維持でき
た。そして、１７日目隠は硫化水素除去率は若干低下し
、更に１８日目隠は硫化水素除去率は約７０％にまで低
下した。従って、この生体触媒を、前記ＫＨ２ＰＯ２等
を含む溶液に再び浸漬して（２０−）、吸水、保水させ
た所、同図に示すように、硫化水素除去率は１００％に
まで回復した。

（５）実施例の効果 前記のように、本実施例の生体触媒を用いれば、気相下
において、容易に且つほぼ１００％、気体中の硫化水素
を生物的に酸化除去でき、しかも１６日間という長期間
この効率を維持できた。

更に、失活した場合でも、所定の溶液又は水に浸漬させ
るだけで、容易に且つ簡便に活性を回復させることがで
きる。この点からも、１８日間気相下にこの生体触媒を
曝しても、生体触媒成分（子嚢ｍ）が死滅しなかったこ
とが判る。従って、この子嚢菌は気相下での硫化水素除
去の触媒成分としては、好適である。

実施例２ 本実施例の生体触媒は、本第３発明に係わるものであり
、第６発明の方法により製造されるものである。即ち、
本生体触媒は、高吸水性樹脂体を生体触媒成分を有する
培養液に浸漬して、該樹脂体の表面に生体触媒成分を固
定化するとともに該樹脂体に吸水させて生体触媒固定化
樹脂体を製造し、その後、前記と同様に、発泡ポリウレ
タン構造体を被覆形成させるものである。

本触媒２ａにおいては、第６図の説明断面図に示すよう
に、すべての生体触媒成分２３ａが吸水された高吸水性
樹脂体２２ａの表面又はその内部に固定化され、更にこ
の触媒成分が、親水性の発泡ポリウレタン構造体２１ａ
にて被覆保持されているので、水分活性をより一層長期
間維持でき、この生体触媒成分にとって、より一層好適
な生育環境となる。

他の変形例 尚、本発明においては、前記具体的実施例に示すものに
限られず、目的、用途に応じて本発明の範囲内で種々変
更した実施例とすることができる。即ち、発泡ポリウレ
タン構造体の壁厚さ（被覆厚さ）は、いわゆる、被覆層
程度の薄いものでもよいし、更に厚いものでもよい。し
かし、あまり厚いと、担体表面に触媒成分が固定化され
た場合には、高吸水性樹脂体による水分活性の効果が低
下するので、好ましくなく、通常、０．１〜１０ｍｍ程
度が好ましい。固定化される生体触媒成分の密度も種々
選択される。

気体浄化方法に使用される生体触媒の形状も特に限定さ
れず、前記角片でなくても地形状の片状体でもよいし、
連通孔があり気体が通過するような一体戒形体でもよい
。この浄化方法も前記のように連続的でなくて、バッチ
式であってもよい。

また、これに使用される装置も、連続式、バッチ式等と
することができ、前記カラムの形状、大きさ等は特に問
わない。

〔発明の効果〕

本発明の担体及び生体触媒を用いれば、前記作用で示し
たように、水分活性が高く、生体触媒成分にとって十分
な水分活性環境が保証されるので、それを水相に浸漬す
る必要がなく、浄化効率の維持に優れるとともに、気相
中においても生物触媒機能を十分に発揮させることがで
きる。

従って、本！？発明の気体浄化方法によれば、気相下に
おいて長時間使用しても触媒活性が低下しないし、また
たとえ低下しても容易に回復させつるので、例えば人間
の生活・労働環境における不快かつ有害な因子である悪
臭等を、より有効に且つ簡便に除去することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例１で製造された生体触媒固定化用担体の
一部説明断面図、第２図は実施例１で調型された固定化
生体触媒の斜視的説明図、第３図は子嚢菌の顕微鏡写真
（４００倍）を２倍に拡大してトレースした説明図、第
４図は実施例１で使用した気体浄化装置の斜視図、第５
図は実施例１における運転日数と硫化水素除去率との関
係を示すグラフ、第６図は実施例２で製造された生体触
媒の一部説明断面図である。 １；生体触媒固定化用担体、２；生体触媒、１１．２１
；発泡ポリウレタン構造体、１２．２２；高吸水性樹脂
体、２３；子嚢菌の菌糸、３；気体浄化装置、３１；カ
ラム本体、３２；蓋体、３３；ガス流入、流出口。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）通気性発泡ポリウレタン構造体と該構造体中に多
   数分散配置された高吸水性樹脂体とからなり、全体とし
   て通気性構造であることを特徴とする生体固定化用担体
   。
2. （２）請求項１に係わる生体固定化用担体の表面に生体
   触媒成分を固定化するとともに、前記高吸水性樹脂体に
   吸水させたことを特徴とする固定化生体触媒。
3. （３）通気性発泡ポリウレタン構造体と、該構造体中に
   多数分散配置され表面に生体触媒成分が固定化されかつ
   水が吸水された高吸水性樹脂体と、からなり、全体とし
   て通気性構造であることを特徴とする固定化生体触媒。
4. （４）前記生体触媒成分は、子嚢菌である請求項２又は
   ３記載の固定化生体触媒。
5. （５）乾燥若しくは吸水した高吸水性樹脂体をウレタン
   プレポリマー中に分散させ、若しくは該高吸水性樹脂体
   の表面にウレタンプレポリマーを塗布し、その後重合さ
   せ且つ発泡させて、通気性発泡ポリウレタン構造体と該
   構造体中に多数分散配置された高吸水性樹脂体とからな
   り全体として通気性構造である生体固定化用担体を製造
   し、次いで、前記担体を生体触媒成分を有する培養液に
   浸漬して、該担体の表面に生体触媒成分を固定化すると
   ともに前記高吸水性樹脂体に吸水させて、請求項２記載
   の固定化生体触媒を製造することを特徴とする固定化生
   体触媒の製造方法。
6. （６）高吸水性樹脂体を生体触媒成分を有する培養液に
   浸漬して、該樹脂体の表面に生体触媒成分を固定化する
   とともに該樹脂体に吸水させて生体触媒成分固定化樹脂
   体を製造し、 次いで、前記生体触媒成分固定化樹脂体をウレタンプレ
   ポリマー中に分散させ、若しくは該高吸水性樹脂体の表
   面にウレタンプレポリマーを塗布し、その後重合させ且
   つ発泡させて、請求項３記載の固定化生体触媒を製造す
   ることを特徴とする固定化生体触媒の製造方法。
7. （７）前記請求項２乃至４記載の固定化生体触媒に、該
   触媒により反応除去される被浄化用気体成分を含む気体
   を、気相下において接触させることにより、前記被浄化
   用気体成分を除去させて気体を浄化することを特徴とす
   る気体浄化方法。